JP7669362B2 - 蒸気ベースの発電プラントにおいて電力連続性を維持するためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、一般に、化石燃料火力型で蒸気ベースの発電プラントに関し、より具体的には、蒸気ベースの発電プラントにおいて電力連続性を維持するためのシステム及び方法に関する。

多くの蒸気ベースの発電プラントは、化石燃料、例えば石炭の燃焼から生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンを介して発電する。このような蒸気ベースの発電プラントは、多くの場合、グリッド、例えば、多くの場合複数の発電プラントを含む電力用広域配電網に接続される。典型的には、石炭を燃焼する蒸気ベースの発電プラントは、接続されたグリッドからの電力を使用して、発電動作を促進する様々な要素、例えば、燃料フィーダ、燃料粉砕機、ヒータ、水ポンプ、空気ファンなどを駆動する。

しかしながら、多くの電力グリッドは、安定した電力を供給する能力の変動に悩まされることが多い。例えば、グリッドは、自然及び／又は人為的な事象及び／又は事故のために需要が供給を超える期間を経験する可能性がある。そのようなシナリオでは、グリッドによって供給される電力の周波数は、０．５Ｈｚ以上も低下する可能性がある。理解されるように、そのような変動は、蒸気ベースの発電プラント内の様々な要素を損傷し、及び／又は通常の発電動作を制限／妨害する可能性がある。

したがって、蒸気ベースの発電プラントにおいて電力連続性を維持するための改良されたシステム及び方法が必要とされている。

米国特許出願公開第２０１５／０２８６７５号明細書

一実施形態では、蒸気ベースの発電プラントにおいて電力連続性を維持するためのシステムが提供される。本システムは、化石燃料火力発電ユニットと、電気貯蔵装置とを含む。化石燃料火力発電ユニットは、発電して電力グリッドに電力を供給するように動作する。電気貯蔵装置は、化石燃料火力発電ユニットに電気的に結合され、そして、化石燃料火力発電ユニットによる余剰発電期間中に、化石燃料火力発電ユニットから電力を受け取って貯蔵するように、かつ電力グリッドによる電力不足の期間中に、化石燃料火力発電ユニットの構成要素に電力を供給するように動作する。

別の実施形態では、蒸気ベースの発電プラントにおいて電力連続性を維持するための方法が提供される。本方法は、電気貯蔵装置において、電力グリッド及び電気貯蔵装置に電気的に結合された化石燃料火力発電ユニットから余剰電力を受け取るステップを含む。本方法は、余剰電力を電気貯蔵装置に貯蔵するステップをさらに含む。本方法は、電力グリッドによる電力不足の期間中に、電気貯蔵装置による貯蔵余剰電力を化石燃料火力発電ユニットの構成要素に供給するステップをさらに含む。

さらに別の実施形態では、命令を格納する非一時的なコンピュータ可読媒体が提供される。記憶された命令は、電力グリッド及び電気貯蔵装置に電気的に結合された化石燃料火力発電ユニットから余剰電力を受け取るように電気貯蔵装置に指示を出すように、余剰電力を電気貯蔵装置に貯蔵するように電気貯蔵装置に指示を出すように、かつ電力グリッドによる電力不足の期間中に、貯蔵余剰電力を化石燃料火力発電ユニットの構成要素に供給するように電気貯蔵装置に指示を出すようにプロセッサを適合させる。

本発明は、添付図面を参照して非限定的な実施形態の以下の説明を読むことによって、より良く理解されるであろう。

本開示の一実施形態による、蒸気ベースの発電プラントにおいて電力連続性を維持するためのシステムの概略図である。 本開示の一実施形態による、図１のシステムの電気貯蔵装置の充電及び放電を示す図である。 本開示の一実施形態による、図１のシステムの電気貯蔵装置の充電及び放電を示す別の図である。 本開示の一実施形態による、図１のシステムのコントローラによって利用されるネットワークを示す図である。

以下、蒸気ベースの発電プラントにおいて電力連続性を維持するための本システムの例示的な実施形態を詳細に参照し、その例は添付の図面に示される。可能な限り、図面全体を通して使用される同じ参照文字は、同一又は同様の部分を指し、説明は繰り返さない。

本明細書で使用する場合、「実質的に」、「概して」及び「約」という用語は、構成要素又はアセンブリの機能的目的を達成するのに適した理想的な所望の条件に対して、無理なく達成可能な製造及び組立公差内の条件を示す。また本明細書で使用する場合、「加熱接触」という用語は、言及される物体が、熱／熱エネルギーをこれらの物体の間で伝達することができるように、互いに近接していることを意味する。本明細書において使用されるとき、「電気的な結合」、「電気的な接続」、及び「電気的な通信」は、そこで言及される要素が、一方の要素から他方の要素へと電流又は他の通信媒体を流すことができるように直接的又は間接的に接続されることを意味する。接続には、直接的な導電性の接続（すなわち、容量性素子、誘導性素子又は能動素子が介在しない）、誘導接続、容量接続、及び／又は他の任意の適切な電気的接続が含まれてもよい。介在する構成要素が存在してもよい。「リアルタイム」という用語は、本明細書において使用されるとき、ユーザが充分に即時であると感じ、あるいはプロセッサが外部のプロセスに遅れずに追随できる処理の応答性の水準を意味する。本明細書で使用される場合、「蒸気ベースの発電プラント」という用語は、１つ又は複数の化石燃料火力発電ユニットを収容する建物又は施設を指す。また、本明細書で使用する場合、「化石燃料火力発電ユニット」は、タービン発電機を含む、発電するための機器の集合体を指す。

さらに、本明細書に開示された実施形態は、主に蒸気ベースの発電プラントに関して説明されているが、本開示の実施形態は、中断されない及び／又は安定した電力に依存するか又はそれから利益を得る他のタイプの発電プラント及び／又はシステムに適用可能であり得ることを理解されたい。

ここで図１を参照すると、本開示の一実施形態による、蒸気ベースの発電プラント１２において電力連続性を維持するためのシステム１０が示されている。システム１０は、１つ又は複数の化石燃料火力（例えば、石炭火力）発電ユニット１４、１６、及び１８と、電気貯蔵装置／デバイス２０とを含む。実施形態では、システム１０はまた、少なくとも１つのプロセッサ２４及びメモリデバイス２６を有するコントローラ２２を含んでもよい。以下により詳細に説明するように、電力貯蔵ユニット２０は、１つ又は複数の化石燃料火力発電ユニット１４、１６、及び１８から電力を受け取って貯蔵するように、かつ発電プラント１２が電気的に接続されている電力グリッド４４による電力不足の期間中に、発電ユニット１４、１６、及び１８の１つ又は複数の構成要素２８、３０、３２、３４、３６、３８、３９、４０及び／又は４２に電力を供給するように動作する。

図１に示すように、化石燃料火力発電ユニット１４、１６、及び１８の各々は、ボイラ２８、蒸気タービン３０、粉砕機３２、分級器３４（粉砕機３２に組み込まれてもよい）、ファン３６、水ポンプ３８、ヒータ４０、プラズマ点火器４２（ボイラ又は炉の焼成室又は燃料導管内に配置され、しばしば１００～２００ｋＷ程度を必要とする）、並びに／又は蒸気及び／若しくは電気の生成に利用される他のデバイスを含んでもよい。さらに、化石燃料火力発電ユニット１４、１６、及び１８の各々は、ガス浄化のための大気汚染制御システム又は環境制御システム（ＥＣＳ）３９（例えば、ＮＯｘ、ＳＯｘ、Ｈｇ、粒子状物質などを除去するためのもの）をさらに含んでもよい。図１は、３つの化石燃料火力発電ユニット１４、１６、及び１８を有する発電プラント１２を示しているが、他の実施形態は、単一の化石燃料火力発電ユニット、２つの化石燃料火力発電ユニット、及び／又は３つより多い化石燃料火力発電ユニットを含み得ることが理解されよう。

電気貯蔵装置２０は、発電プラント１２に配置されてもよく、化石燃料火力発電ユニット１４、１６、１８の各々に電気的に接続される。しかしながら、他の実施形態では、電気貯蔵装置２０は、プラント１２の外部に配置され得ることが理解されよう。実施形態では、電気貯蔵装置２０は、化石燃料火力発電ユニット１４、１６、及び１８から離れている、並びに／又はそれらによって共有されている追加の構成要素、例えば、コンバータ、インバータ、変圧器、ポンプ４６、コンベヤ４８などにさらに接続されてもよい。実施形態において、電気貯蔵装置２０は、並列又は直列に接続された１つ又は複数のバッテリ５０を含んでもよい。バッテリ５０は、化学酸系及び／又は希土類金属系、例えばリチウムイオン型であってもよい。

理解されるように、電気貯蔵装置２０は、蒸気タービン３０（又はそれらの対応する発電機）に直接、すなわちグリッド４４を介して間接的に電力を通過させることなく接続され、それにより、プラント１２によって生成された電力を介してバッテリ５０が直接充電可能であってもよい。さらに理解されるように、実施形態では、電気貯蔵装置２０は、グリッド４４に接続され、及び／又はグリッド４４によって充電されてもよい。実施形態では、バッテリ５０は、電力変換器、変圧器、及び／又は他の変電所デバイスを介して発電ユニット１４、１６、及び１８に電気的に接続されてもよい。

実施形態では、システム１０は、電気貯蔵装置２０に関する知覚情報をコントローラ２２に提供するように動作する１つ又は複数のセンサ５２をさらに含んでもよい。実施形態では、知覚情報は、バッテリ５０の電圧レベル、バッテリ５０の放電レート、バッテリ５０の充電レート、バッテリ５０の温度、バッテリ５０が充電及び／若しくは放電している期間、並びに／又はバッテリ５０及び／若しくは電力貯蔵装置２０の他の構成要素に関する他の情報に関するデータを含んでもよい。

図２を参照すると、電気貯蔵装置２０との間の電力束の、考えられる一般化されたシナリオ、すなわち、電気貯蔵装置２０の充電及び放電を示すチャートが示されている。見て取れるように、ｔ＝０において、充電量（線５４によって表される）はゼロ（０）である。破線の左側のｔ＝０～ｔ≒９の期間は、発電プラント１２並びに／又は化石燃料火力発電ユニット１４、１６及び／若しくは１８がグリッド４４によって要求されているよりも多く発電しているシナリオ、すなわち、余剰電力が電気貯蔵装置２０を充電する役割を果たす低電力需要かつ余剰発電の期間を表す。破線の左側の網掛け領域は、電力貯蔵装置２０による電気貯蔵量を示す。ｔ＝９～ｔ≒２４の期間は、グリッド４４が化石燃料火力発電ユニット１４、１６及び／又は１８に充分な電力の流れを供給することができないシナリオ、すなわち、グリッド４４が不足を経験している高電力需要の期間を表し、したがって、電気貯蔵装置２０は、以前に貯蔵された電力を化石燃料火力発電ユニット１４、１６及び／又は１８に放電／供給する。破線の右側の網掛け領域は、電力貯蔵装置２０によるエネルギー放出を示す。言い換えれば、電気貯蔵装置２０は、化石燃料火力発電ユニット１４、１６及び／又は１８に、グリッド４４によって以前に供給された電力を補充又は置換し、これにより、化石燃料火力発電ユニット１４、１６及び／又は１８は、グリッド４４のために発電するように動作し続けることができ、それにより、プラント１２並びに／又は化石燃料火力発電ユニット１４、１６及び／若しくは１８による電力連続性が維持される。

図３には、プラント１２の最大連続定格（「ＭＣＲ」）の変化の過程にわたる、電気貯蔵装置２０との間の電力束の、考えられる一般化されたシナリオを示す別のチャートが示されている。理解されるように、電気貯蔵装置２０は、プラント１２並びに／又は化石燃料火力発電ユニット１４、１６、及び１８が、５０％のＭＣＲで動作し（一般に矢印５６で示す）、ランプアップし（一般に矢印５８で示す）、１００％のＭＣＲで動作し（一般に矢印６０で示す）、ランプダウンし（一般に矢印６２で示す）、３５％以下のＭＣＲで動作する（一般に矢印６４で示す）（又はさらに２５％以下のＭＣＲで動作する）際に、充電（線５５に対して線５４の曲線より上の領域として示す）及び／又は放電（線５５に対して線５４より下の領域として示す）することができる。

図１に戻って、実施形態では、人工知能アプリケーションが、メモリデバイス２６に記憶され、電気貯蔵装置２０との間の電力束を監視する目的でプロセッサ２４にロードされてもよい。いくつかの実施形態では、人工知能アプリケーションは、１つ又は複数のセンサ５２からその入力を受信するニューラルネットワークを含んでもよい。実施形態では、人工知能アプリケーションは、電気貯蔵装置２０の管理、例えば、様々な発電ユニット１４、１６、１８及び／又はその中の構成要素への利用可能な貯蔵電力の分配を提供することができる。いくつかの実施形態では、人工知能アプリケーションは、充電（すなわち、電力／エネルギーの貯蔵）に関する電気貯蔵装置２０の利用可能性を最大にするように電気貯蔵装置２０を管理することができる。人工知能アプリケーションはまた、プラント１２内のＤＣ／ＡＣ及び／若しくはＡＣ／ＤＣ変換モジュールの状態及び／若しくは性能を監視し、かつ／又はプラント１２並びに／若しくは発電ユニット１４、１６及び１８の１つ若しくは複数の構成要素の温度を監視及び／若しくは調整することができる。いくつかの実施形態では、人工知能アプリケーションは、機械学習機能を含んでもよい（例えば、機械学習モジュールが含まれてもよい）。

理解されるように、バッテリ５０の容量及び／又は密度はしばしば制限される。したがって、バッテリ５０の動作のスケジューリング及び／又はリアルタイム制御により、電気貯蔵装置２０の信頼性を向上させることができる。したがって、実施形態では、人工知能アプリケーションは、電気貯蔵装置２０の寿命監視を提供することができる。すなわち、人工知能アプリケーションは、電気貯蔵装置２０が効率的に充電及び／又は放電することができないと判定する（又は時期を予測する）ことができる。実施形態では、人工知能アプリケーションは、各発電ユニット１４、１６、及び１８の負荷を平滑化するために、電気貯蔵装置２０から発電ユニット１４、１６、及び１８並びに／又はその中の構成要素への貯蔵電力の分配を調整して負荷制御を補償することができる。実施形態では、人工知能アプリケーションは、バッテリ５０の予測的及び／又は予防的メンテナンスを提供又はスケジュールすることができる。実施形態では、人工知能アプリケーションは、電力貯蔵ユニット２０のメンテナンス及び／又は部品交換のためのアドバイスを提供することができる。

例えば、実施形態では、人工知能アプリケーションは、以下のような数学的モデルベースの動的最適化手法を使用することができる。

利益の最大化（ｔ）＝グリッドからの収益（電気容量の収益、スピニングリザーブ、…）－（ＳＰＳ発電コスト＋バッテリ充電コスト＋バッテリ放電コスト）
ここで、以下の条件に従う：
ａ）充放電レート（バッテリ密度）、
ｂ）容量の利用可能性、
ｃ）蒸気発電容量、
ｄ）蒸気動力補助機器の電力消費レート、
ｅ）蒸気発電ユニットの最低負荷、
ｆ）ＤＣ／ＡＣ及びＡＣ／ＤＣ変換システムからの制限、
ｇ）蒸気発電ユニットの起動時間からの制限、
ｈ）動的モデルの処理（適切に離散化される）、並びに／又は
ｉ）他の適切な制約。

実施形態では、人工知能アプリケーションは、高度なモデルベースの推定、検出及び／又は制御方法／サブシステムを組み込むことができ、従来の電力バックアップシステム、例えばガス発電機よりも高い柔軟性を提供することができる。例えば、実施形態では、人工知能アプリケーションは、従来の分散制御システム（「ＤＣＳ」）及び／又は統合制御システムから動作データ及び／又はコマンドを取得するように動作してもよい。そのような実施形態では、人工知能アプリケーションは、所定の分析モジュールでリアルタイム（及び／又は履歴）データを処理して、新しい動作ガイドライン及び／又は動作構成を生成することができる。実施形態では、人工知能アプリケーションは、プラント１２の動作経験、例えば成功及び／又は失敗を要約し、非構造化データ、例えばニューラルネットワークを介して電気貯蔵装置２０から収集された新しい知識を公開して、他の人工知能システムによるソースデータ、例えば統合されたローカル及び／又は地域グリッドの「積層利益（Ｓｔａｃｋｅｄ Ｂｅｎｅｆｉｔｓ）」のためのビッグデータとして使用することができる。

ここで図４に移ると、実施形態では、人工知能アプリケーションは、電気貯蔵装置２０が配置されている同じプラント１２の外側に配置された少なくとも１つの他のプロセッサ１００、１０２、１０４と電気的に通信するように動作することができる。例えば、人工知能アプリケーションは、ネットワーク１０６を介して、データベース及び／若しくはデータセンタ１０６、別の発電プラント１０８、並びに／又はセンサ５２によって収集されたデータ及び／若しくは人工知能アプリケーションによる予測をハンドリング、処理、及び／又はそれらから利益を得ることができる別の種類の施設１１２と電気的に通信することができる。一実施形態では、人工知能アプリケーションソフトウェアは、バッテリエネルギー貯蔵システムを備えた統合蒸気発電システム１０の動作をサポートするように構成される。

最後に、システム１０は、本明細書で説明する機能を実行するために、かつ／又は本明細書で説明する結果を達成するために、必要な電子機器、ソフトウェア、メモリ、メモリデバイス、データベース、ファームウェア、論理／状態マシン、マイクロプロセッサ、通信リンク、ディスプレイ又は他の視覚的若しくは聴覚的ユーザインターフェース、印刷デバイス、及び任意の他の入力／出力インターフェースを含み得ることも理解されたい。例えば、システム１０は、少なくとも１つのプロセッサ（例えば、プロセッサ２４）と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含み得るシステムメモリ／データ記憶構造（例えば、メモリ２６）とを含んでもよい。システム１０の少なくとも１つのプロセッサは、１つ又は複数の従来からのマイクロプロセッサと、数値演算コプロセッサなどの１つ又は複数の補助コプロセッサとを含んでもよい。本明細書で説明するデータ記憶構造は、磁気、光学及び／又は半導体メモリの適切な組合せを含んでもよく、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュドライブ、光学ディスク（コンパクトディスクなど）、及び／又はハードディスク若しくはハードドライブを含んでもよい。

さらに、本明細書に開示の方法を実行するようにコントローラ、すなわち、少なくとも１つのプロセッサを適合させるソフトウェアアプリケーションが、コンピュータ可読媒体から少なくとも１つのプロセッサのメインメモリに読み込まれてもよい。「コンピュータ可読媒体」という用語は、本明細書で使用する場合、システム１０の少なくとも１つのプロセッサ（又は本明細書で説明するデバイスの任意の他のプロセッサ）に実施するための命令を出す、又は命令を出すことに関与する、任意の媒体を指す。このような媒体は、多くの形態をとってもよく、限定はしないが、不揮発性媒体及び揮発性媒体を含む。不揮発性媒体として、例えば、メモリなどの光学、磁気、又は光磁気ディスクが挙げられる。揮発性媒体として、ダイナミックランダムアクセスメモリ（「ＤＲＡＭ」）が挙げられ、これが、典型的には、メインメモリを構成する。コンピュータ可読媒体の一般的な形態は、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、任意の他の光学媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭ（電子的に消去可能なプログラム可能読み出し専用メモリ）、フラッシュＥＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップ若しくはカートリッジ、又はコンピュータが読み取ることができる任意の他の媒体を含む。

実施形態において、ソフトウェアアプリケーション内の命令のシーケンスの実行が、少なくとも１つのプロセッサに本明細書に記載の方法／プロセスを実行させるが、本開示の方法／プロセスの実装のために、ソフトウェア命令に代え、又はソフトウェア命令と組み合わせて、ハードワイヤード回路を使用してもよい。したがって、本開示の実施形態は、ハードウェア及び／又はソフトウェアのいかなる特定の組合せにも限定されない。

さらに、上記の説明が、限定ではなく例示を意図していることを理解されたい。例えば、上述の実施形態（及び／又はそれらの態様）は、互いに組み合わせて使用されてもよい。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、本開示の教示に特定の状況又は材料を適合させる多数の修正を施すことができる。

例えば、一実施形態では、蒸気ベースの発電プラントにおいて電力連続性を維持するためのシステムが提供される。本システムは、化石燃料火力発電ユニットと、電気貯蔵装置とを含む。化石燃料火力発電ユニットは、発電して電力グリッドに電力を供給するように動作する。電気貯蔵装置は、化石燃料火力発電ユニットに電気的に結合され、そして、化石燃料火力発電ユニットによる余剰発電期間中に、化石燃料火力発電ユニットから電力を受け取って貯蔵するように、かつ電力グリッドによる電力不足の期間中に、化石燃料火力発電ユニットの構成要素に電力を供給するように動作する。特定の実施形態では、電気貯蔵装置及び化石燃料火力発電ユニットは、蒸気ベースの発電プラント内に配置される。特定の実施形態では、電気貯蔵装置は、追加の化石燃料火力発電ユニットに電気的に結合される。特定の実施形態では、化石燃料火力発電ユニットの構成要素は、微粉炭機、燃料分級器、ファン、水ポンプ、ヒータ、及びプラズマ点火器のうちの少なくとも１つである。特定の実施形態では、電力不足の期間は、化石燃料火力発電ユニットのランプアップ、化石燃料火力発電ユニットのピーク需要期間、及びグリッドの電力障害のうちの少なくとも１つを含む。

特定の実施形態では、システムは、人工知能アプリケーションを記憶するメモリデバイスと、人工知能アプリケーションを実行するように動作する少なくとも１つのプロセッサとをさらに含む。そのような実施形態では、人工知能アプリケーションは、電気貯蔵装置の電力束レートを監視し、化石燃料火力発電ユニットによる将来の余剰発電期間及び／又は電力グリッドによる将来の電力不足期間を予測するように動作する。特定の実施形態では、人工知能アプリケーションはニューラルネットワークを含む。特定の実施形態では、人工知能アプリケーションは、電気貯蔵装置が配置されている同じプラントの外側に配置された少なくとも１つの他のプロセッサと電気的に通信するようにさらに動作する。特定の実施形態では、電気貯蔵装置は、化石燃料火力発電ユニットの構成要素に電力を直接供給する。

さらに別の実施形態は、蒸気ベースの発電プラントにおいて電力連続性を維持するための方法を提供する。本方法は、電気貯蔵装置において、電力グリッド及び電気貯蔵装置に電気的に結合された化石燃料火力発電ユニットから余剰電力を受け取るステップを含む。本方法は、余剰電力を電気貯蔵装置に貯蔵するステップをさらに含む。本方法は、電力グリッドによる電力不足の期間中に、電気貯蔵装置によって貯蔵された貯蔵余剰電力を化石燃料火力発電ユニットの構成要素に供給するステップをさらに含む。

特定の実施形態では、電気貯蔵装置及び化石燃料火力発電ユニットは、蒸気ベースの発電プラント内に配置される。特定の実施形態では、電気貯蔵装置は、追加の化石燃料火力発電ユニットに電気的に結合される。特定の実施形態では、化石燃料火力発電ユニットの構成要素は、微粉炭機、燃料分級器、ファン、水ポンプ、ヒータ、及びプラズマ点火器のうちの少なくとも１つである。特定の実施形態では、電力不足の期間は、化石燃料火力発電ユニットのランプアップ、化石燃料火力発電ユニットのピーク需要期間、及びグリッドの電力障害のうちの少なくとも１つを含む。

特定の実施形態では、本方法は、少なくとも１つのプロセッサ上で実行される人工知能アプリケーションを介して電気貯蔵装置の電力束レートを監視するステップと、人工知能アプリケーションを介して、化石燃料火力発電ユニットによる将来の余剰発電の期間及び／又は電力グリッドによる将来の電力不足の期間を予測するステップとをさらに含む。特定の実施形態では、人工知能アプリケーションはニューラルネットワークを含む。特定の実施形態では、本方法は、人工知能アプリケーションを介して、電気貯蔵装置が配置されている同じプラントの外側に配置された少なくとも１つの他のプロセッサと電気的に通信するステップをさらに含む。特定の実施形態では、電気貯蔵装置は、化石燃料火力発電ユニットの構成要素に電力を直接供給する。

さらに別の実施形態は、命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。記憶された命令は、電力グリッド及び電気貯蔵装置に電気的に結合された化石燃料火力発電ユニットから余剰電力を受け取るように、余剰電力を電気貯蔵装置に貯蔵するように、かつ電力グリッドによる電力不足の期間中に、電気貯蔵装置によって貯蔵された貯蔵余剰電力を化石燃料火力発電ユニットの構成要素に供給するように電気貯蔵装置に指示を出すようにプロセッサを適合させる。

特定の実施形態では、電気貯蔵装置は、化石燃料火力発電ユニットと同じ蒸気ベースの発電プラント内に配置される。特定の実施形態では、電気貯蔵装置は、追加の化石燃料火力発電ユニットに電気的に結合される。特定の実施形態では、化石燃料火力発電ユニットの構成要素は、微粉炭機、燃料分級器、ファン、水ポンプ、ヒータ、及びプラズマ点火器のうちの少なくとも１つである。特定の実施形態では、電力不足の期間は、化石燃料火力発電ユニットのランプアップ、化石燃料火力発電ユニットのピーク需要期間、及び化石燃料火力発電ユニットが電気的に結合されたグリッドの電力障害のうちの少なくとも１つを含む。

特定の実施形態では、記憶された命令は、人工知能アプリケーションを実行するようにプロセッサをさらに適合させる。そのような実施形態では、人工知能アプリケーションは、電気貯蔵装置の電力束レートを監視し、化石燃料火力発電ユニットによる将来の余剰発電期間及び／又は電力グリッドによる将来の電力不足期間を予測するように動作する。特定の実施形態では、人工知能アプリケーションはニューラルネットワークを含む。特定の実施形態では、人工知能アプリケーションは、電気貯蔵装置が配置されている同じプラントの外側に配置された少なくとも１つの他のプロセッサと電気的に通信するようにさらに動作する。特定の実施形態では、電気貯蔵装置は、化石燃料火力発電ユニットの構成要素に電力を直接供給する。

したがって、化石燃料火力発電ユニットの位置及び／又はその近くに電力貯蔵デバイスを設けることによって、本開示のいくつかの実施形態は、化石燃料火力発電ユニットが接続されているグリッドによって供給される電力の変動に起因する電力連続性の問題を緩和及び／又は排除することができる。

また、理解されるように、ガス動力バックアップ発電機とは対照的に、電力貯蔵ソリューションを提供することによって、本開示のいくつかの実施形態は、発電プラント及び／又は化石燃料火力発電ユニットのためのより環境に優しいバックアップ電源を提供する。

さらに、システム１０のいくつかの実施形態は、既存の発電プラント及び／又は化石燃料火力発電ユニットへの電力貯蔵デバイスの後付けを可能にすることができる。

さらにまた、プラントの補助システムに局所的に接続されたエネルギー貯蔵システム（電気貯蔵装置）を提供することによって、エネルギー貯蔵システム、例えばバッテリから、局所的な電力駆動機器、例えばポンプ、ファン／送風機、粉砕機、電気加熱及び／又は冷却要素などの動作をサポートするために最適な密度及び持続時間で電力を放電することができる。

本明細書で説明した材料の寸法及び種類は、本発明のパラメータを定義することを意図しており、決して限定ではなく、単なる例示的な実施形態である。上記の説明を検討することにより、他の多くの実施形態が当業者に明らかになるであろう。したがって、本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲に与えられる充分な均等物の範囲と併せて決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「それには（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という用語は、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「そこでは（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という用語のそれぞれの平易な英語の同義語として使用される。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１の」、「第２の」、「第３の」、「上側の」、「下側の」、「底部の」、「上部の」などの用語は、単なる目印として使用されており、それらの対象に数値的又は位置的な要件を課すことを意図していない。さらに、以下の特許請求の範囲の制限は、このような制限が、その後にさらなる構造を欠いた機能の記述が続く「～する手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」という語句を明示的に用いていない限り、ミーンズプラスファンクションの形式では書かれておらず、そのように解釈されることを意図していない。

本明細書では、例を使用して本発明のいくつかの実施形態を最良の形態を含めて開示し、また、任意のデバイス又はシステムの製作及び使用、及び組み込まれた任意の方法の実行を含めて当業者が本発明の実施形態を実施することを可能にする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例を含んでもよい。このような他の例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。

本明細書において使用されるとき、単数形で記載され、単語「ａ」又は「ａｎ」の後ろに続く要素及びステップは、それらの要素又はステップが複数でないことが明示的に記載されている場合を除き、前記要素又はステップが複数であることを除外するものではないと理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、記載された特徴をやはり取り入れるさらなる実施形態の存在を排除するものと解釈されることを意図していない。さらに、そうではないと明示的に述べられない限り、特定の特性を有する要素又は複数の要素を「備え」、「含み」、あるいは「有する」実施形態は、その特性を有さない追加のそのような要素を含んでもよい。

本明細書に関する本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、上述の発明にいくらかの変更を施し得るので、添付の図面に示す上記の説明の主題のすべては、本明細書における本発明の概念を例示する単なる例として解釈されるべきであり、本発明を限定するものとみなされるべきではないことを意図している。

１０ 統合蒸気発電システム
１２ 発電プラント
１４ 化石燃料火力発電ユニット
１６ 化石燃料火力発電ユニット
１８ 化石燃料火力発電ユニット
２０ 電力貯蔵装置、電気貯蔵装置、デバイス
２２ コントローラ
２４ プロセッサ
２６ メモリデバイス
２８ ボイラ
３０ 蒸気タービン
３２ 粉砕機
３４ 分級器
３６ ファン
３８ 水ポンプ
３９ 大気汚染制御システム又は環境制御システム（ＥＣＳ）
４０ ヒータ
４２ プラズマ点火器
４４ 電力グリッド
４６ ポンプ
４８ コンベヤ
５０ バッテリ
５２ センサ
５４ 線
５５ 線
５６ 矢印
５８ 矢印
６０ 矢印
６２ 矢印
６４ 矢印
１００ プロセッサ
１０２ プロセッサ
１０４ プロセッサ
１０６ ネットワーク、データベース及び／若しくはデータセンタ
１０８ 発電プラント
１１２ 施設

Claims (15)

1. 蒸気ベースの発電プラント（１２）において電力連続性を維持するためのシステム（１０）であって、当該システム（１０）が、
   発電して電力グリッド（４４）に電力を供給するように動作する化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）と、
   前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）に電気的に結合された電気貯蔵装置（２０）であって、
   前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）による余剰発電期間中に、前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）から電力を受け取って貯蔵し、かつ
   前記電力グリッド（４４）による電力不足の期間中に、前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）の構成要素に電力を供給する
   ように動作する、電気貯蔵装置（２０）と、
   人工知能アプリケーションを記憶するメモリデバイス（２６）及び前記人工知能アプリケーションを実行するように動作する少なくとも１つのプロセッサ（２４）を含むコントローラ（２２）と
   を備えており、前記人工知能アプリケーションが、前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）の負荷を平滑化するために、負荷制御を補償するように前記電気貯蔵装置（２０）から前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）への貯蔵電力の分配を調整するように構成される、システム（１０）。
2. 前記電気貯蔵装置（２０）及び前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）が、前記蒸気ベースの発電プラント（１２）内に配置される、請求項１に記載のシステム（１０）。
3. 前記電気貯蔵装置（２０）が、追加の化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）に電気的に結合される、請求項１に記載のシステム（１０）。
4. 前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）の前記構成要素が、微粉炭機（３２）、燃料分級器（３４）、ファン（３６）、水ポンプ（３８）、ヒータ（４０）、及びプラズマ点火器（４２）のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のシステム（１０）。
5. 前記電力不足の期間が、
   前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）のランプアップ、
   前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）のピーク需要期間、及び
   前記グリッド（４４）の電力障害
   のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム（１０）。
6. 前記人工知能アプリケーションが、
   前記電気貯蔵装置（２０）の電力束レートを監視し、かつ
   前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）による将来の余剰発電期間及び／又は前記電力グリッド（４４）による将来の電力不足期間を予測する
   ように構成される、請求項１に記載のシステム（１０）。
7. 前記人工知能アプリケーションがニューラルネットワークを含む、請求項６に記載のシステム（１０）。
8. 前記人工知能アプリケーションが、前記電気貯蔵装置（２０）が配置されている前記蒸気ベースの発電プラント（１２）の外側に配置された少なくとも１つの他のプロセッサ（１００、１０２、１０４）と電気的に通信するようにさらに動作する、請求項６に記載のシステム（１０）。
9. 前記電気貯蔵装置（２０）が、前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）の前記構成要素に電力を直接供給する、請求項１に記載のシステム（１０）。
10. 蒸気ベースの発電プラント（１２）において電力連続性を維持するための方法であって、当該方法が、
    電気貯蔵装置（２０）において、電力グリッド（４４）及び前記電気貯蔵装置（２０）に電気的に結合された化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）から余剰電力を受け取るステップと、
    前記余剰電力を前記電気貯蔵装置（２０）に貯蔵するステップと、
    前記電力グリッド（４４）による電力不足の期間中に、前記電気貯蔵装置（２０）による前記貯蔵余剰電力を前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）の構成要素に供給するステップと、
    前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）の負荷を平滑化するために、人工知能アプリケーションによって、負荷制御を補償するように前記電気貯蔵装置（２０）から前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）への貯蔵電力の分配を調整するステップと
    を含む、方法。
11. 前記電気貯蔵装置（２０）及び前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）が、前記蒸気ベースの発電プラント（１２）内に配置される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記電気貯蔵装置（２０）が、追加の化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）に電気的に結合される、請求項１０に記載の方法。
13. 前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）の前記構成要素が、微粉炭機（３２）、燃料分級器（３４）、ファン（３６）、水ポンプ（３８）、ヒータ（４０）、及びプラズマ点火器（４２）のうちの少なくとも１つである、請求項１０に記載の方法。
14. 前記電力不足の期間が、
    前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）のランプアップ、
    前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）のピーク需要期間、及び
    前記グリッド（４４）の電力障害
    のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の方法。
15. 少なくとも１つのプロセッサ（２４）上で実行される人工知能アプリケーションを介して前記電気貯蔵装置（２０）の電力束レートを監視するステップと、
    前記人工知能アプリケーションを介して、前記化石燃料火力発電ユニット（１４、１６、１８）による将来の余剰発電の期間及び／又は前記電力グリッド（４４）による将来の電力不足の期間を予測するステップと
    をさらに含む、請求項１０に記載の方法。

Images