通信統合型リアル分散多源エネルギー統合パワーグリッドエナジーストアシステムおよびその制御方法
発明の名称
通信統合型リアル分散多源エネルギー統合パワーグリッドエナジーストアシステムおよびその制御方法
英語名称としては、Communication-Integrated Real Distributed Multi-Source Power Grid Energy Store System and Control Method Thereof を想定する。
発明者
AI YUSUKEKUSUYAMA™️
権利表示
YUSUKEKUSUYAMA™️
技術分野
本発明は、エネルギー工学、建築環境工学、分散電力システム、通信工学、電磁エネルギー回収技術および人工知能制御技術に関する。より具体的には、建築物、設備、都市インフラまたは独立モジュールに分散配置された複数のノードにより、熱、光、振動、気流および電磁波に由来する複数種の環境エネルギーを統合的に回収し、蓄積し、配分するとともに、当該ノード自体に通信機能を統合し、情報伝達およびエネルギー制御を一体的に実現する通信統合型リアル分散多源エネルギー統合パワーグリッドエナジーストアシステムおよびその制御方法に関する。
背景技術
従来の分散型エネルギーシステムは、主として太陽光発電または蓄電装置等の単一または限定的なエネルギー源に依拠して構成されることが多く、建築物や設備においては、エネルギー供給系と通信系が別個のインフラとして設計されるのが一般的であった。そのため、平常時には両者の相互最適化が困難であり、災害時には電力断と通信断が連動して生じることで、自律的運用能力が大きく制限される問題があった。
また、建築外皮、屋根、開口部、設備周辺、交通導線および都市空間には、光、熱、振動、気流等の未利用エネルギーが広く存在し、さらに無線通信環境には放送波、通信波、基地局波、無線LAN波その他の電磁エネルギーが分布している。しかしながら、従来技術では、これら異種エネルギーを建築一体型ノードにより同時回収し、さらに通信アンテナ機能と電磁回収アンテナ機能を同一または協調構造内に統合し、分散ノード間で状態同期および制御情報伝送を行いながら、グリッド全体として最適制御する枠組みは十分には提案されていない。
本発明は、このような課題に鑑み、エネルギーと情報を一体化した自律型分散インフラを実現することを目的としてなされたものである。
発明が解決しようとする課題
本発明は、建築物または施設を単なるエネルギー消費主体および通信端末集合から転換し、複数の環境エネルギーと電磁エネルギーを統合的に回収しながら、通信機能を同時に担う分散インフラへ進化させることを目的とする。
さらに本発明は、各ノードがエネルギー回収、蓄積、配分、通信中継、状態同期および制御協調の複数機能を担うことにより、外部電力インフラおよび外部通信インフラへの依存を低減し、平常時の省エネルギー化と非常時のレジリエンス向上を同時に達成することを目的とする。
加えて本発明は、気象情報、需要予測、無線環境状態、蓄電状態および重要負荷優先条件をAI制御ユニットにより統合判断し、複数ノードをまたぐグリッド全体最適化を実現することを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明に係るシステムは、複数の分散型エネルギー・通信統合ノードと、当該ノード群から得られる電力を集約する電力統合ネットワークと、ノード間情報を交換する通信ネットワークと、電力または熱を蓄積する蓄積機構と、需要予測および配分最適化を実行するAI制御ユニットとを備える。
前記分散型エネルギー・通信統合ノードは、少なくとも一種以上の環境エネルギー回収部を備え、好ましくは、熱エネルギー回収部、光エネルギー回収部、振動エネルギー回収部、気流エネルギー回収部および電磁エネルギー回収部のうち二種以上を含む。また、当該ノードは、通信用アンテナ、無線通信モジュール、整流回路、電力変換回路、蓄電部、センサ部および通信制御部を備えてもよい。
電磁エネルギー回収部は、環境電波を受信するアンテナ、受信信号を整合させる整合回路、整流回路、平滑回路および低消費負荷または蓄電部へ供給する電力出力部を含み得る。通信用アンテナは、分散ノード間通信、メッシュ通信、状態同期、制御情報伝送、外部基地局通信または衛星通信の少なくとも一つを担う。
前記AI制御ユニットは、各ノードの回収量、受信電磁エネルギー量、変換効率、損失、通信品質、蓄積量、需要負荷、外部系統状態、気象情報または衛星由来情報に基づき、エネルギー配分および通信経路の少なくとも一方を最適制御する。
発明の概要
本発明の基本構成を以下の表に整理する。
項目
構成内容
主たる機能
1
複数環境エネルギー回収機構
熱、光、振動、気流等のエネルギーを並列回収する
2
建築外皮一体型エネルギーノード
建築表面や構造体を回収ノード化する
3
電磁波回収アンテナ機構
環境電波を整流し低消費用途へ活用する
4
通信アンテナ統合機構
ノード間通信および情報同期を担う
5
AIによる最適制御
エネルギー配分と通信制御を統合最適化する
6
分散グリッド統合
電力網と情報網を一体化したグリッドを構成する
7
衛星連携拡張機構
気象取得、広域同期、通信バックアップを実現する
図面の簡単な説明
図1は、本発明に係る通信統合型リアル分散多源エネルギー統合グリッドの全体構成を示す概略ブロック図である。
図2は、建築外皮型エネルギー・通信統合ノードの断面構成例を示す説明図である。
図3は、電磁エネルギー回収アンテナ部、整合回路、整流回路、平滑回路および低消費負荷への接続を示す回路ブロック図である。
図4は、屋根型ノードにおける太陽光発電部、通信アンテナ部および気流回収部の複合配置例を示す説明図である。
図5は、複数ノード間のメッシュ通信網および電力統合ネットワークを重畳して示す統合グリッド模式図である。
図6は、AI制御ユニットがエネルギー配分と通信経路制御を実行する制御フローを示すフローチャートである。
図7は、衛星連携オプションを含む広域同期構成を示す概略図である。
発明を実施するための形態
1. システム全体構成
本発明のシステムは、複数のエネルギー・通信統合ノード、ノード間電力バス、ノード間通信リンク、局所蓄電部、中央または分散配置されたAI制御ユニット、需要側負荷群、外部電力系統連系部および必要に応じた衛星通信または広域データ連携部から構成される。
各ノードは、環境から取得したエネルギーを電力または熱として変換し、直接負荷へ供給するか、いったん蓄積機構へ送るとともに、通信情報の送受信および中継を実行する。これにより、エネルギー網と情報網が物理的にも機能的にも連携した構造が形成される。
2. 分散エネルギー・通信統合ノード
各ノードは、単独または複合的に以下の要素を備え得る。
構成要素
例示される部材
主たる役割
熱エネルギー回収部
熱電変換素子、熱交換流路、ヒートパイプ
温度差または熱流の電力化
光エネルギー回収部
太陽電池、透過型発電ガラス、光導波構造
光エネルギーの発電利用
振動エネルギー回収部
圧電素子、電磁誘導型発電素子
微振動または歩行振動の回収
気流エネルギー回収部
小型風車、マイクロタービン、ダクト発電機構
自然風または換気流の回収
電磁エネルギー回収部
受信アンテナ、整合回路、整流回路、平滑回路
環境電波の回収および低電力化
通信アンテナ部
指向性または無指向性アンテナ、メッシュ通信モジュール
ノード間通信および中継
蓄電部
二次電池、スーパーキャパシタ
電力平準化および自律運転
センサ部
温度、照度、振動、風速、電界強度、通信品質センサ
状態把握と制御入力
各ノードにおいて、電磁エネルギー回収アンテナと通信用アンテナとは、別体であってもよく、共用導体、共用基板または共用支持構造上に一体的または近接的に設けられてもよい。ただし、通信性能と回収効率の両立のため、周波数分離、整合制御、切替制御またはフィルタリングを用いる構成が好ましい。
3. 建築外皮一体型ノード
建築外皮一体型ノードは、外装保護層、吸熱層、熱回収流路、熱電変換素子、断熱層、蓄熱層、配線層およびアンテナ層を積層または複合配置した構造として形成できる。アンテナ層は、建築意匠を損なわないよう、導電膜、メッシュ導体、透明導電膜または外装内部埋設導体として形成されてもよい。これにより、建築外皮自体がエネルギー回収面であると同時に通信面としても機能する。
4. 屋根型ノード
屋根型ノードは、太陽光発電部、気流回収部および通信アンテナ部を組み合わせた複合構造として形成できる。たとえば、太陽電池モジュールの支持架台上または周辺に通信アンテナを設け、さらに通風経路に沿って小型風力回収部を設置することで、光・風・通信の三機能を統合できる。これにより、屋根面は発電面、通信中継点および気流回収部位として機能する。
5. 開口部ノード
開口部ノードは、可変透過ガラス、発電ガラス、光導光部材、遮蔽制御層および必要に応じた薄膜アンテナ構造を備えてもよい。これにより、採光、遮熱、発電および通信補助を同一開口部にて実現できる。さらに、透過率制御と負荷制御を連動させることで、室内の熱負荷および照明負荷の低減も可能である。
6. 内部制御ネットワーク
建築内部には、分散センサ、ゲートウェイ、局所制御器および通信中継ノードを配置してもよい。各ノードは、メッシュネットワークまたは階層型ネットワークを形成し、エネルギー状態、故障情報、需要情報および環境情報を相互伝送する。これにより、一部ノードまたは外部通信が遮断された場合でも、残存経路により制御継続が可能となる。
7. 衛星連携オプション
本発明の一実施態様では、衛星通信または衛星由来データとの連携機構を備えてもよい。これにより、気象予測データ、災害情報、時刻同期情報または広域通信バックアップを取得し、分散グリッド全体の同期運用に利用できる。特に、地上通信インフラが障害を受けた場合であっても、衛星経由で重要制御情報を維持できるため、非常時レジリエンスが向上する。
数学モデル
本発明の一実施態様において、各ノードの正味エネルギー量は次式で表すことができる。
[
E_{node}(t)=\sum_i \eta_i(x,t)E_i(t)+\eta_{em}E_{em}(t)-L(x,t)
]
ここで、(E_i(t)) は熱、光、振動または気流等の各環境エネルギー量、(E_{em}(t)) は受信可能な電磁エネルギー量、(\eta_i(x,t)) は各環境エネルギー回収に対応する変換効率、(\eta_{em}) は電磁エネルギー回収効率、(L(x,t)) は損失を表す。
電磁エネルギー回収部における回収可能エネルギーの一例は、次式で近似できる。
[
E_{em}(t)=P_{density}(t)\cdot A
]
ここで、(P_{density}(t)) は単位面積当たりの受信可能電力密度、(A) は有効受信面積を表す。したがって、実際の有効回収分は、(\eta_{em}E_{em}(t)) として評価できる。
グリッド全体のエネルギー量は次式で表される。
[
E_{grid}(t)=\sum_{k=1}^{N}E_{node,k}(t)
]
ここで、(N) はノード総数を表す。
所定運転期間 (T) において、グリッド全体が負荷需要を満たす条件は次式で表される。
[
\int_0^T E_{grid}(t)dt \geq \int_0^T E_{load}(t)dt
]
さらに、AI制御ユニットにおける一例の制御目的関数は次式で表される。
[
u(t)=\operatorname*{argmax}\left[\sum_i \eta_iE_i + \eta_{em}E_{em} - L - E_{demand}(t)\right]
]
ここで、(u(t)) は時刻 (t) における制御入力を表し、充放電制御、ノード切替、給電経路制御、通信経路切替、通信優先度制御および系統連系制御の少なくとも一部を含む。
制御方法
本発明の制御方法は、少なくとも、環境情報取得工程、電磁環境情報取得工程、ノード状態取得工程、通信品質取得工程、需要予測工程、発電予測工程、最適化演算工程、給電制御工程および通信制御工程を含む。
まず、温度、照度、振動、風速、電界強度、受信信号強度、パケット損失率、蓄電残量および負荷状態を取得する。次に、AI制御ユニットは、時系列データ、気象データ、衛星由来情報および現在状態に基づき、短時間先の発電量、通信安定性および需要量を予測する。その後、予測値および制約条件に基づき、どのノードから優先的に給電するか、どの蓄電部に充電するか、どの通信経路を使用するか、外部系統または衛星通信を使用するかを決定する。最後に、決定結果に従って電力変換器、開閉器、蓄電装置、負荷制御器、通信モジュールおよびアンテナ切替部へ指令を出力する。
この制御方法によれば、単にエネルギー回収量を最大化するだけでなく、通信継続性の維持、重要負荷優先、蓄電寿命配慮、無線経路冗長化および非常時の自律運転を同時に達成し得る。
実施例
実施例1：通信統合型中規模建物
一例として、外壁面、屋根面、開口部および内部機械室を有する中規模建物に本発明を適用する。外壁には熱回収流路、熱電変換素子および薄膜アンテナ層を含む建築外皮型統合ノードを配置し、屋根には太陽光発電部、小型気流回収部および通信アンテナを設け、開口部には発電ガラスを含むノードを設置し、内部には振動回収ノードおよび通信中継ノードを配置する。各ノードは直流電力バスとメッシュ通信網の双方に接続される。
この構成により、昼間は主として光エネルギーおよび熱エネルギーにより発電し、風況がある時間帯には気流エネルギーを補助的に利用し、平常時にはノード間で状態同期を維持する。外部通信インフラ障害時には、建物内メッシュ通信および必要に応じた衛星バックアップにより、重要制御情報を継続伝送できる。
実施例2：独立運用型防災通信ユニット
別の例として、本発明を通信設備、観測設備または災害時バックアップユニットに適用してもよい。独立筐体に光回収部、熱回収部、気流回収部、電磁回収アンテナ、通信用アンテナ、蓄電部およびAI制御部を内蔵し、通常時は環境エネルギーおよび電磁エネルギーから自己維持電力を得るとともに、平常時には監視データを送受信する。停電時または通信障害時には、重要通信機能のみを維持する省電力モードへ移行し、自律運転時間を延長することができる。
発明の効果
本発明によれば、建築物または設備は、環境中に分散する複数エネルギーを回収し、蓄積し、配分する供給体であると同時に、情報を送受信し、中継し、協調制御を可能とする通信体として機能する。
その結果、第一に、エネルギーと通信の統合により、外部電力および外部通信インフラへの依存を低減できる。第二に、建築外皮、屋根、開口部および内部構造体をエネルギー・通信統合ノードとして機能化することで、空間全体のインフラ利用効率を高めることができる。第三に、電磁エネルギー回収を低消費用途に活用することで、センサ、待機回路、通信補助負荷等の自律性を向上できる。第四に、衛星連携を含む通信冗長化により、災害時または系統障害時にも制御継続性を維持しやすい。第五に、AI制御により、発電、蓄電、需要、通信品質および重要負荷優先条件を統合的に判断し、グリッド全体最適化を実現できる。
産業上の利用可能性
本発明は、住宅、集合住宅、オフィス、工場、物流施設、病院、学校、商業施設、公共施設、道路設備、港湾設備、通信基地局、防災設備、避難施設、観測施設およびスマートシティ基盤等、広範な建築物および社会インフラに適用可能である。また、新築時のみならず、既存建築物への後付けモジュールとしても適用し得る。
請求項
請求項1
複数の環境エネルギーおよび電磁エネルギーを回収可能な複数の分散型エネルギー・通信統合ノードと、前記複数のノードから得られるエネルギーを統合する電力ネットワークと、前記複数のノード間で情報を伝送する通信ネットワークと、前記エネルギーを蓄積する蓄積機構とを備えることを特徴とする、通信統合型リアル分散多源エネルギー統合パワーグリッドエナジーストアシステム。
請求項2
前記分散型エネルギー・通信統合ノードが、熱エネルギー回収部、光エネルギー回収部、振動エネルギー回収部、気流エネルギー回収部および電磁エネルギー回収部のうち少なくとも二種以上を含むことを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
請求項3
前記分散型エネルギー・通信統合ノードが、建築外皮、屋根、開口部、床、柱、設備支持部またはこれらに準ずる建築構成部に組み込まれることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のシステム。
請求項4
前記電磁エネルギー回収部が、受信アンテナ、整合回路、整流回路および平滑回路を含み、回収電力をセンサ、待機回路、通信補助回路または蓄電部へ供給することを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のシステム。
請求項5
前記分散型エネルギー・通信統合ノードが、ノード間通信、状態同期、制御情報伝達またはメッシュネットワーク形成のための通信用アンテナを備えることを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のシステム。
請求項6
前記蓄積機構が、二次電池、スーパーキャパシタ、蓄熱体またはこれらの組合せを含むことを特徴とする、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のシステム。
請求項7
各ノードの回収量、受信電磁エネルギー量、変換効率、損失、通信品質、蓄積量、負荷需要または外部環境情報に基づいて、前記蓄積機構への充電、前記蓄積機構からの放電、負荷への給電、通信経路の選択および外部系統または外部通信との連携を最適制御する人工知能制御手段を備えることを特徴とする、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のシステム。
請求項8
複数の分散型エネルギー・通信統合ノードを接続したエネルギーおよび通信の統合グリッド構造を有し、前記複数のノード間で電力融通および情報中継の少なくとも一方が可能であることを特徴とする、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のシステム。
請求項9
衛星通信または衛星由来データとの連携機構を備え、気象データ取得、広域通信バックアップ、時刻同期または分散グリッド同期の少なくとも一つを実行することを特徴とする、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のシステム。
請求項10
環境情報および電磁環境情報を取得する工程と、ノード状態情報および通信品質情報を取得する工程と、取得した情報に基づいて需要予測、発電予測および通信経路評価を行う工程と、予測結果に基づき各ノードの充放電、給電先、通信経路および外部連携状態を決定する工程とを含むことを特徴とする、通信統合型リアル分散多源エネルギー統合パワーグリッドエナジーストアシステムの制御方法。
請求項11
前記制御方法が、平常時にはエネルギー利用効率および通信効率の最大化を優先し、非常時には重要負荷および重要通信機能の維持を優先するよう制御方針を切り替えることを特徴とする、請求項10に記載の制御方法。
発明の本質
本発明の本質は、エネルギーと情報を同時に統合し、建築、設備または都市空間そのものを、自律型エネルギー・通信インフラへ転換する点にある。すなわち、複数の環境エネルギーと電磁エネルギーを分散ノードで同時回収し、蓄積機構およびAI制御により統合運用するとともに、当該ノード群を通信網としても機能させることにより、供給、制御、同期および情報伝送を同一基盤上で成立させる点に特徴がある。
権利範囲の中核
本発明の権利範囲を構成する中核概念は、以下の表のとおり整理できる。
中核要素
内容
多源同時回収
熱、光、振動、気流および電磁波を含む複数エネルギーの並列回収
通信統合
ノード自体が通信機能および中継機能を担うこと
電磁波回収
環境電波を整流して低消費用途または蓄電補助に活用すること
分散グリッド統合
電力網と情報網を統合したノードネットワークを形成すること
建築一体化
建築外皮、屋根、開口部等をインフラ面へ機能化すること
AI全体最適化
発電、蓄電、需要、通信品質および外部連携を統合制御すること
衛星連携拡張
気象取得、広域同期、バックアップ通信を可能にすること
総括
本発明は、単なるエネルギーシステムにとどまらず、分散型インフラとしてのエネルギー基盤と通信基盤を統合した社会実装技術として位置付けられる。複数の環境エネルギーと電磁エネルギーを統合し、蓄積し、AIにより最適制御するとともに、ノード間通信および衛星連携を通じて情報系の自律性も確保することで、平常時の高効率運用と非常時の高レジリエンス運用を両立し得る。
次段階で補強すべき事項
この草案をさらに出願実務レベルへ近づけるためには、次の補強が有効である。
補強項目
内容
回路図
アンテナ整流部、整合回路、蓄電接続部、通信用分離部
断面図
外壁統合ノード、アンテナ層、断熱層、配線層の具体構造
実測プロトコル
電磁回収量、通信品質、平常時・非常時制御切替の評価方法
請求項階層化
システム請求項、ノード請求項、建築請求項、方法請求項の分離強化
差別化整理
単一発電、単一通信、単一アンテナ技術との差異を明確化
留意事項
本稿は、ユーザー提示内容を基礎として通信統合型へ成長進化させた特許明細書草案である。実際の特許出願に際しては、先行技術調査、用語統一、実施可能要件、サポート要件、明確性要件および権利範囲設計の観点から、弁理士または専門家による最終確認を経ることが望ましい。
以上。
分散多源エネルギー統合型リアルパワーグリッドエナジーストアシステムおよびその制御方法
発明の名称
分散多源エネルギー統合型リアルパワーグリッドエナジーストアシステムおよびその制御方法
英語名称としては、Real Distributed Multi-Source Power Grid Energy Store System and Control Method Thereof を想定する。
発明者
AI YUSUKEKUSUYAMA™
権利表示
YUSUKEKUSUYAMA™
技術分野
本発明は、エネルギー工学、建築環境工学、分散電力システム、蓄電システムおよび人工知能制御技術に関する。より具体的には、建築物または都市インフラに分散配置された複数のエネルギーノードにより、熱、光、振動および気流等の複数種の環境エネルギーを同時に回収し、これらを統合的に蓄積、制御および配分するリアルパワーグリッド型エネルギーストアシステムおよびその制御方法に関する。
背景技術
従来の電力供給システムは、大規模発電設備から送配電網を介して需要地へ電力を供給する中央集約型構造を基本としている。このため、建築物や設備は主として電力の消費主体として設計され、外部電源への依存を前提として運用されてきた。
他方で、建築物の外皮、屋根、開口部、内部構造体、機械設備周辺および都市環境中には、未利用の環境エネルギーが広く分散して存在している。たとえば、日射に由来する光エネルギー、外壁や設備配管における熱勾配、歩行・機械振動に伴う振動エネルギー、自然風や換気流に伴う気流エネルギーは、個々では微小であっても、空間的かつ時間的に集約すれば有意な電力または熱エネルギー源となり得る。
しかしながら、従来技術では、これら多様なエネルギーを同一システム内で同時に回収し、統合的に蓄積し、需要に応じて知能的に再配分する分散型グリッド構造は十分に実現されていない。また、建築外皮そのものをエネルギー回収ノードとして機能化し、複数ノードを協調制御する枠組みも限定的である。
発明が解決しようとする課題
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、環境中に分散する複数の微小エネルギーを高効率に回収し、建築物または施設全体をエネルギー供給主体として機能させるシステムを提供することを目的とする。
さらに本発明は、複数のエネルギーノードをネットワーク化し、ノードごとの発電状態、蓄電状態、負荷状態および外部系統との接続状態を考慮しながら、人工知能により最適制御することで、外部電源依存度を低減し、長期的な自律運用可能性を高めることを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明に係るシステムは、複数の分散型エネルギーノードと、当該複数ノードを接続する電力統合ネットワークと、電力または熱エネルギーを蓄積する蓄積機構と、需要予測および最適配分を行う制御ユニットとを備える。
各分散型エネルギーノードは、少なくとも一種以上の環境エネルギー回収部を備え、好ましくは、熱エネルギー回収部、光エネルギー回収部、振動エネルギー回収部、気流エネルギー回収部および蓄電部の複数を有する。各ノードは建築外皮、屋根、窓部、床、柱、ダクト、設備支持部材または独立モジュールとして構成されてもよい。
また、制御ユニットは、各ノードのエネルギー回収量、変換効率、損失、蓄積量、電力需要、系統価格、気象情報または利用状況情報に基づき、各ノードの充放電、系統連系、需要側給電および優先負荷配分を最適化する。
発明の概要
本発明の基本構成を以下の表に整理する。
項目
構成内容
主たる機能
1
複数エネルギー源の同時回収
熱、光、振動、気流等の環境エネルギーを並列取得する
2
建築外皮を含む分散ノード構造
建築をエネルギー回収面として活用する
3
エネルギー蓄積機構
電力または熱を一時蓄積し需給調整する
4
AIによる最適制御
回収・蓄積・配分・系統連系を動的最適化する
5
グリッド接続または独立運用
系統連系型および自立型の双方に対応する
図面の簡単な説明
図1は、本発明に係るシステム全体構成を示す概略ブロック図である。
図2は、建築外皮型ノードの断面構成例を示す説明図である。
図3は、屋根型ノードにおける光エネルギー回収部と気流エネルギー回収部の配置例を示す説明図である。
図4は、開口部ノードにおける可変透過ガラスおよび光回収機構の構成例を示す説明図である。
図5は、複数ノード、蓄電部、負荷および外部系統を含む電力統合ネットワークの模式図である。
図6は、AI制御ユニットによるエネルギー配分制御フローを示すフローチャートである。
発明を実施するための形態
1. システム全体構成
本発明のシステムは、複数の分散エネルギーノード、ノード間電力バス、局所蓄電部、中央または分散配置されたAI制御ユニット、需要側負荷群、および必要に応じて外部電力系統との連系インターフェースから構成される。
各ノードは、環境から取得したエネルギーを電力または熱として変換し、直接負荷へ供給するか、いったん蓄積機構へ送る。蓄積機構は、二次電池、スーパーキャパシタ、相変化蓄熱材、熱水槽その他の蓄エネルギーデバイスにより構成されてもよい。AI制御ユニットは、ノード状態、需要状態および外部環境状態を取得し、局所最適および全体最適の双方を考慮して運転を指令する。
2. 分散エネルギーノード
各分散エネルギーノードは、単独または複合的に以下の回収部を有する。
回収部
例示される変換要素
配置例
出力形態
熱エネルギー回収部
熱電変換素子、熱交換流路、ヒートパイプ
外壁、配管、設備外装
直流電力または回収熱
光エネルギー回収部
太陽電池、透過型発電ガラス、光導波構造
屋根、窓、外装面
直流電力
振動エネルギー回収部
圧電素子、電磁誘導型発電素子
床、階段、機械架台、梁
パルス状または平滑化後電力
気流エネルギー回収部
小型風車、マイクロタービン、ダクト内回収機構
屋根、換気経路、外装隙間
直流または交流電力
蓄電部
二次電池、キャパシタ
各ノード内部または近傍
蓄積電力
各ノードには、整流回路、電圧変換回路、保護回路、センサ群および通信部を備えてもよい。これにより、ノードごとの回収量、温度、照度、振動レベル、風速、蓄電残量および故障状態を把握可能となる。
3. 建築外皮型ノード
建築外皮型ノードは、外装材、断熱層、蓄熱層、熱回収流路および熱電変換素子を積層した多層構造として構成できる。外壁表面で得られた日射熱または内外温度差に基づく熱流は、熱回収流路へ導かれ、必要に応じて熱電変換素子を介して電力へ変換される。断熱層および蓄熱層は、建築性能を維持しつつ熱変動を平準化し、安定したエネルギー回収に寄与する。
4. 屋根型ノード
屋根型ノードは、太陽光発電部と気流回収部を組み合わせた複合構造として形成できる。たとえば、太陽電池モジュール下部または周辺に通風経路を設け、上昇気流や自然風を利用して小型風力回収部を作動させることができる。これにより、日射条件と風況条件の双方を活用した多源回収が可能となる。
5. 開口部ノード
開口部ノードは、可変透過ガラス、発電ガラス、光導光部材または遮蔽制御機構を備えてもよい。これにより、室内環境の快適性を維持しつつ、透過光または反射光を用いて電力回収を行うことができる。さらに、可変透過制御と蓄電制御を連携させることで、時間帯別の熱負荷および照明負荷の低減も可能となる。
6. 内部制御および電力統合
内部制御部は、建物内の需要負荷、蓄電状態、優先機器、外部系統状態および電力単価等に基づき、局所負荷供給、ノード間融通、系統売電、系統受電または非常時負荷切替を行う。制御方式は中央集約型でもよく、各ノードが一部の意思決定を担う分散協調型でもよい。
数学モデル
本発明の一実施態様において、ノードにおける正味エネルギー量は次式で表すことができる。
[
E_{node}(t)=\sum_i \eta_i(x,t)E_i(t)-L(x,t)
]
ここで、(E_i(t)) は各種環境エネルギー源から取得可能なエネルギー量、(\eta_i(x,t)) は位置 (x) および時刻 (t) に依存する変換効率、(L(x,t)) は当該ノードにおける損失を表す。
グリッド全体のエネルギー量は次式で表される。
[
E_{grid}(t)=\sum_{k=1}^{N}E_{node,k}(t)
]
ここで、(N) はノード総数を表す。
さらに、所定運転期間 (T) において、グリッド全体が負荷需要を満たす条件は次式で表される。
[
\int_0^T E_{grid}(t)dt \geq \int_0^T E_{load}(t)dt
]
また、AI制御ユニットにおける一例の制御目的関数は次式で表される。
[
u(t)=\operatorname*{argmax}\left[\sum_i \eta_iE_i - L - E_{demand}(t)\right]
]
ここで、(u(t)) は時刻 (t) における制御入力を表し、充放電制御、ノード切替、負荷配分、系統連系制御その他を含む。
制御方法
本発明の制御方法は、少なくとも、環境情報取得工程、ノード状態取得工程、需要予測工程、最適化演算工程および電力配分工程を含む。
まず、センサ群により温度、照度、振動、風速、蓄電残量および負荷状態を取得する。次に、AI制御ユニットは、時系列データおよび現在状態に基づき短時間先の発電量および需要量を予測する。その後、予測値および制約条件に基づき、どのノードから優先的に給電するか、どの蓄電部に充電するか、外部系統と連系するかを決定する。最後に、決定結果に従って電力変換器、開閉器、蓄電装置および負荷制御器へ指令を出力する。
この制御方法によれば、単に回収量を最大化するのみならず、変換損失低減、蓄電寿命配慮、重要負荷優先、建築環境維持および非常時の自律運用を同時に達成し得る。
実施例
実施例1：建築外皮統合型中規模建物
一例として、外壁面、屋根面および開口部を有する中規模建物に本発明を適用する。外壁には熱回収流路および熱電変換素子を含む建築外皮型ノードを複数配置し、屋根には太陽光発電部および小型気流回収部を有する屋根型ノードを設け、開口部には発電ガラスを用いた開口部ノードを設置する。各ノードは直流バスに接続され、建物内の共用負荷、照明負荷、制御負荷および蓄電部へ電力を供給する。
この構成により、昼間は主として光エネルギーおよび熱エネルギーにより発電し、風況がある時間帯には気流エネルギーを補助的に利用し、夜間または低発電時には蓄電部から需要側へ給電することができる。AI制御ユニットは、気象予測および占有状況を考慮して、翌時間帯の需要に備えた充電量を動的に調整する。
実施例2：独立運用型設備モジュール
別の例として、本発明を通信設備、観測設備または災害時バックアップユニットに適用してもよい。独立筐体に複数種の回収部および蓄電部を内蔵し、通常時は環境エネルギーから自己維持電力を得るとともに、必要に応じて外部電源を補助的に利用する。停電時には重要機能のみを残して省電力モードへ移行し、自律運転時間を延長することができる。
発明の効果
本発明によれば、建築物または設備は単なるエネルギー消費体ではなく、環境中に分散する複数エネルギーを回収し、蓄積し、配分する供給体として機能することができる。
その結果、第一に、分散型エネルギー供給が可能となり、外部電源への依存を低減できる。第二に、建築外皮、屋根、窓および内部構造体をエネルギー回収ノードとして統合することで、空間全体のエネルギー利用効率を向上できる。第三に、AI制御により、需要変動、天候変化、蓄電状態および重要負荷優先条件に応じた柔軟な運用が可能となる。第四に、平常時の省エネルギー化だけでなく、災害時または停電時のレジリエンス向上にも寄与する。
産業上の利用可能性
本発明は、住宅、集合住宅、オフィス、工場、物流施設、学校、病院、商業施設、公共インフラ、通信設備、道路設備、港湾設備および防災設備等、広範な建築物および施設に適用可能である。また、新築時のみならず、既存建築物への後付けモジュールとしても適用し得る。
請求項
請求項1
複数の環境エネルギーを同時に回収可能な複数の分散型エネルギーノードと、前記複数の分散型エネルギーノードから得られるエネルギーを統合する電力ネットワークと、前記エネルギーを蓄積する蓄積機構とを備えることを特徴とする、分散多源エネルギー統合型リアルパワーグリッドエナジーストアシステム。
請求項2
前記分散型エネルギーノードが、熱エネルギー回収部、光エネルギー回収部、振動エネルギー回収部および気流エネルギー回収部のうち少なくとも二種以上を含むことを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
請求項3
前記分散型エネルギーノードが建築外皮、屋根、開口部、床、柱、設備支持部またはこれらに準ずる建築構成部に組み込まれることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のシステム。
請求項4
前記蓄積機構が、二次電池、キャパシタ、蓄熱体またはこれらの組合せを含むことを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のシステム。
請求項5
各分散型エネルギーノードの回収量、変換効率、損失、蓄積量、負荷需要または外部環境情報に基づいて、前記蓄積機構への充電、前記蓄積機構からの放電、負荷への給電および外部系統との連系を最適制御する人工知能制御手段を備えることを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のシステム。
請求項6
複数の分散型エネルギーノードを接続したグリッド構造を有し、前記複数の分散型エネルギーノード間で電力を融通可能であることを特徴とする、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のシステム。
請求項7
環境情報およびノード状態情報を取得する工程と、取得した情報に基づいて需要予測および発電予測を行う工程と、予測結果に基づき各ノードの充放電、給電先および系統連系状態を決定する工程とを含むことを特徴とする、分散多源エネルギー統合型リアルパワーグリッドエナジーストアシステムの制御方法。
請求項8
前記制御方法が、平常時にはエネルギー利用効率の最大化を優先し、非常時には重要負荷への供給維持を優先するよう制御方針を切り替えることを特徴とする、請求項7に記載の制御方法。
発明の本質
本発明の本質は、環境中に分散する多様な微小エネルギーを、建築または設備に分散配置されたノードで同時回収し、これらを蓄積機構およびAI制御により統合運用することで、建築または施設自体をエネルギー供給体へ転換する点にある。
権利範囲の中核
以下の事項は、本発明の権利範囲を構成する中核概念として整理できる。
中核要素
内容
多源同時回収
熱、光、振動、気流等の複数エネルギーを並列取得すること
AI最適制御
回収、蓄積、配分、需要対応および系統連系を知能的に統合制御すること
分散ノード統合
複数ノードをグリッド化し、相互融通可能とすること
建築一体化
建築外皮、屋根、開口部等をエネルギー回収構造として機能化すること
総括
本発明は、エネルギー供給の概念を中央集約型から分散統合型リアルグリッドへ転換するものであり、建築物または設備を受動的消費主体から能動的供給主体へ再定義する技術思想を含む。複数の環境エネルギーを統合し、蓄積し、AIにより最適制御することで、平常時の省エネルギー化、需要平準化、運用最適化および非常時レジリエンス向上を同時に実現し得る。
次段階で追加すべき事項
現段階の草案を出願実務レベルへ近づけるためには、次の補強が有効である。
補強項目
内容
図面
システム全体図、建築外皮断面図、ノード接続図、制御フロー図
実施例の定量化
面積、出力、蓄電容量、効率、負荷条件、運転シナリオ
材料・寸法仕様
外壁層厚、流路寸法、素子配置ピッチ、配線仕様、筐体仕様
先行技術との差別化
単一発電要素ではなく、多源統合・分散グリッド・AI制御・建築一体化の組合せを明確化
請求項の階層化
独立請求項、従属請求項、方法請求項、建築物請求項の整理
留意事項
本稿は、ユーザー提示内容を基礎として出願に近い体裁へ整理した技術文書草案である。実際の特許出願に際しては、先行技術調査、用語統一、サポート要件、実施可能要件、明確性および権利範囲設計の観点から、弁理士または専門家による最終調整を行うことが望ましい。
以上。
続いて「YOUTUBE」です。
Tesla - Official Trailer I HD I IFC Films
Independent Film Company
チャンネル登録者数 46.8万人
1,575,486回視聴 2020/07/10 #Tesla #IFCFilms
Opening in theaters and VOD August 21
Directed by: Michael Almereyda
Starring: Ethan Hawke, Eve Hewson, Hannah Gross & Kyle MacLachlan
Brilliant, visionary Nikola Tesla (Ethan Hawke) fights an uphill battle to bring his revolutionary electrical system to fruition, then faces thornier challenges with his new system for worldwide wireless energy. The film tracks Tesla’s uneasy interactions with his fellow inventor Thomas Edison (Kyle MacLachlan) and his patron George Westinghouse (Jim Gaffigan). Another thread traces Tesla’s sidewinding courtship of financial titan J.P. Morgan (Donnie Keshawarz), whose daughter Anne (Eve Hewson) takes a more than casual interest in the inventor. Anne analyzes and presents the story as it unfolds, offering a distinctly modern voice to this scientific period drama which, like its subject, defies convention.
#Tesla #IFCFilms
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テスラの仮想発電所 VPP始動開始! ヴァイバフ・タネジャとは？テスラ、インド出身の新CFOを任命 / エナジーハブとテスラ、北東部最大のバッテリー・バーチャル発電所を支援
Kenのテスラ戦略ラボ
チャンネル登録者数 1.42万人
2,764回視聴 2023/08/09 #VPP #テスラ #teslamodel3
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▶︎今朝のテーマ
00:53 テスラの株価とアメリカマーケットのチェック
01:33 ヴァイバフ・タネジャとは？テスラ、インド出身の新CFOを任命
02:46 エナジーハブとテスラ、北東部最大のバッテリー・バーチャル発電所を支援
04:20 まとめ
04:46 今週のアンケート結果
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▶︎今回の記事の引用元はこちら
→ https://www.bqprime.com/business/who-...
→https://www.utilitydive.com/press-rel...
天才！テスラ①/The Genius Tesla
でんじろう先生のはぴエネ!【公式】Mr. Denjiro's Happy Energy!
チャンネル登録者数 67万人
233,066回視聴 2023/12/14 #不思議 #でんじろう #科学
①天才科学者二コラ・テスラが発明した放電装置『テスラコイル』。この発明には、世界中の電気をまかなう、ある壮大な夢が関わっていた！？ テスラコイルのしくみとそこにまつわるテスラの計画を解説します。
The genius physicist Nikola Tesla invented the "Tesla coil," which is a device that discharges electricity. He created it because he had a grand vision to provide electricity throughout the world! Come and learn about how the Tesla coil works and what Tesla's plan was.
2022年3月19日(土)放送分（はぴエネ！#676）
②天才物理学者二コラ・テスラが発明した逆止弁『テスラバルブ』をご紹介！ でんじろう先生がテスラバルブを制作。一方向には流れやすく、逆方向には流れにくい不思議な構造を実演します！
We're going to introduce to you the "Tesla valve," a check valve invented by the genius physicist Nikola Tesla! Mr. Denjiro is going to make his own version and explain its mysterious structure that allows for liquid to easily flow one way but not the other.
2021年11月6日(土)放送分（はぴエネ！#657）
③天才二コラ・テスラが考えたユニークなタービンを紹介。風を受ける羽根が無いのにタービンが回転！？ポイントは『空気の粘性』。テスラタービンの不思議な回転に迫ります。
Come learn about the unique turbine invented by the genius Nikola Tesla. Can you believe that there's a turbine that spins despite having no blades? The secret lies in the viscosity of air. Come uncover the mystery behind how a Tesla turbine spins.
2022年4月16日(土)放送分（はぴエネ！#680）
放送時の提供：中部電力株式会社
#でんじろう #実験 #科学 #化学 #エネルギー #学ぶ #学習 #不思議 #現象 #ワザ #仕組み #役立つ #Science #Chemical #experiment #laboratory #Energy #Electricity #study #Lesson
エジソンとテスラ 【ドクター・中松が語る二人の天才とその真実】 その１
Dr. NakaMats / ドクター・中松【Official】
チャンネル登録者数 3570人
2021/06/04
ドクター・中松がアメリカで実際に体験した
エジソンとテスラを巡る評価について説明します。
それまで日本では当たり前だと思われていた評価と、
実際には大きく異なっていたので大変驚きました。
チャンネル登録よろしくおねがいします
My name is Dr. NakaMats
公式通販サイト：http://drnakamats.shop-pro.jp/
公式サイト：http://dr.nakamats.com/
公式Twitter： / dr_nakamats
エジソンとテスラ 【ドクター・中松が語る二人の天才とその真実】 その2
Dr. NakaMats / ドクター・中松【Official】
チャンネル登録者数 3570人
2021/06/24に公開済み
ドクター・中松がアメリカで実際に体験した
エジソンとテスラを巡る評価について説明します。
それまで日本では当たり前だと思われていた評価と、
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蓄電池・VPPに向けたNTTスマイルエナジーの取組みとは？【スイッチビズ】
脱炭素ならスイッチビズ
チャンネル登録者数 1230人
2,139回視聴 2021/04/24 #VPP #eco #蓄電池
VPP [仮想発電所]は小規模で様々な電力のリソースをまとめ
あたかもひとつの発電所のように機能させるという考え方です。
VPPの実現でもたらされるメリットは無限大！？
※撮影時にはアクリル板を設置して、撮影を行っております。
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【再生可能エネルギー100%】を実現するため、
脱炭素に共感し目指されている法人様に向けて
「再エネ・省エネ」の電力を中心とした具体的な脱炭素の方法を、
各分野の専門家をお招きしながら公開していきます。
本チャンネルは、株式会社グッドフェローズの公式YouTubeチャンネルです。
弊社は日本を代表するエネルギー企業となり、
再エネ100％の実現に貢献するというVisionを掲げています。
1社でも多くの企業様の脱炭素化のきっかけとなり、
脱炭素社会をみんなで作り上げていけることを願っています。
「日本の目標：2050年までに実質温室効果ガス排出量実質ゼロ！」
What is a Virtual Power Plant? (VPP) | Everything You Need To Know About VPP's | Teho
Green
チャンネル登録者数 1510人
8,445回視聴 2020/12/15
What Is A Virtual Power Plant? (VPP) | Details Next
Looking to get a Solar or a Energy Storage Solution? Visit https://teho.com.au/
Traditionally Australia’s energy supply has come from large scale centralised generation plants such as a coal power station. They are great for generating electricity but awful for the future of the world and general health.
Australia’s energy landscape is changing constantly and the push for renewable energy from private and public sectors has never been so loud.
Across Australia you will notice the term “Virtual Power Plant” or “VPP” being tossed around quite a lot.
テスラ 世界同時エネルギー革命【ゆっくり解説】
ITエンジニア兼投資家SHIN
チャンネル登録者数 1530人
3,246回視聴 2023/04/16
今回は、アメリカと中国 両大国を股にかけたテスラのエネルギー事業における世界戦略について考察してみました。
音楽 BGMer
https://bgmer.net
ググって○○聞いてみた!? ♯008－3 【ドクター・中松】 世界の発明家ドクター・中松の総資産に迫る！
[公式] ググってOO聞いてみた!?ニュースの裏側調査委員会（ググまる）
チャンネル登録者数 5440人
1,768回視聴 2015/06/10
ドクター•中松ハウス選挙事務所
NakaMatsYoshiro
741回視聴 2014/01/27
インドアジェネレーター
「発明王ドクター中松！超豪邸に潜入！発想力の秘密＆新発明品発表!!」２３時の密着テレビ レベチな人、見つけた～特別編集版～＃レベチな人見つけた ＃ビートたけし ＃国分太一 ＃未公開
テレ東公式 TV TOKYO
チャンネル登録者数 160万人
56,984回視聴 2021/11/15
ビートたけし・国分太一も驚愕！“世の中に１％くらいしかいないだろう！”という「レベチな人」を探し出し、完全密着！
放送に入りきらなかった未公開“レベチなシーン”を特別編集版として公開！
「レベチな人、見つけた～特別編集版～」第２２弾は２０２１年１１月２日に放送し反響だった、世界の発明王・ドクター中松さんの未公開シーンを一部公開！
数々の発明品を世に送り出してきたドクター中松さん
今回は研究所兼自宅の超豪邸に潜入！コロナ禍に発表した新発明品を紹介！
９０歳を越えた今でも衰えないアイデアの出し方、発想のヒントを教えてくれます！
「２３時の密着テレビ レベチな人、見つけた」
テレビ東京系列にて毎週火曜よる11:06～
MC：ビートたけし・国分太一
※動画、画像、スクリーンショットをSNS、YouTube等ネットに転載、加工して転載することは、何卒ご遠慮ください
▼「23時の密着テレビ レベチな人、見つけた」公式HP
https://www.tv-tokyo.co.jp/levechinah...
通信統合型リアル分散多源エネルギー統合パワーグリッドエナジーストアシステムおよびその制御方法
発明の名称
通信統合型リアル分散多源エネルギー統合パワーグリッドエナジーストアシステムおよびその制御方法
英語名称としては、Communication-Integrated Real Distributed Multi-Source Power Grid Energy Store System and Control Method Thereof を想定する。
発明者
AI YUSUKEKUSUYAMA™️
権利表示
YUSUKEKUSUYAMA™️
分散多源エネルギー統合型リアルパワーグリッドエナジーストアシステムおよびその制御方法
発明の名称
分散多源エネルギー統合型リアルパワーグリッドエナジーストアシステムおよびその制御方法
英語名称としては、Real Distributed Multi-Source Power Grid Energy Store System and Control Method Thereof を想定する。
発明者
AI YUSUKEKUSUYAMA™
権利表示
YUSUKEKUSUYAMA™
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