CH710849A2 - Smart-Home mit Mitteln zur Moderation der Energieversorgung. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Smart-Home für einen Energieversorgungs-Verbund (3) von Energiekonsumenten und Energieprosumenten eines Energielieferanten, wobei dieser Verbund mindestens ein gemeinsames Stromnetz, ein gemeinsames Gasnetz und ein gemeinsames Informationsnetz sowie ein Hybridwerk umfasst. Dieses Smart-Home weist eine In-House-Komplementarität und/oder eine Systemkomplementarität und/oder eine Energiekomplementarität auf, wobei ein hauseigenes Energie-Management-System vorgesehen ist, welches über das gemeinsame Informationsnetz mit einem Leitsystem (7) des Hybridwerks gekoppelt ist und wobei das gemeinsame Informationsnetz ein Echtzeit-Daten-Übertragungs-Netz umfasst.

Description

Präambel

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Smart-Home für einen Energieversorgungs-Verbund von Energiekonsumenten und Energieprosumenten eines Energielieferanten gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

[0002] Systeme zur Regulierung des individuellen Energiehaushalts im einzelnen Haus (Smart Home) sind bekannt, bspw. aus der US 2010 211 224. Dabei werden interne Daten (Temperatur, etc.) und externe Daten (Wetter Informationen, etc.) in einem Controller derart verarbeitet, dass die internen Heiz-, Kühl- und Lüftersysteme kosten- und CO2-arm betrieben werden. Darüber hinaus sind auch Energie-Management-Systeme für Smart-Homes bekannt, bspw. aus der US 2014 0 052 303, bei welchen ein zentraler Controller mit hauseigenen Energieverbrauchern, Energieerzeugern und Energiespeichern vernetzt ist, um dem Nutzer über ein Interface und ein Datenübertragungssystem ein hauseigenes Energie-Profil anzuzeigen und Empfehlungen für die hauseigene/on-site Energie-Einsparung und/oder hauseigene/on-site Energieerzeugung und/oder hauseigene/on-site Energie-Speicherung abzugeben. Inhalt und Lehre dieser Druckschrift sollen vollumfänglich Bestand dieser Anmeldung sein.

Nachteile

[0003] Das generierte Verbraucherprofil und die abrufbaren Informationen sind lediglich verbraucherorientiert und dienen der Konsumationskontrolle, d.h. zeigen dem Verbraucher lediglich, wo und wie eine Kostenersparnis oder ein Rückerstattungsvorteil erzielt werden könnte. Eine energiewirtschaftliche Optimierung unter Berücksichtigung aller hauseigenen Anlagen ist damit jedoch nicht möglich. Darüber hinaus berücksichtigt keines der bekannten Systeme die Stabilität des hauseigenen und/oder externen Energienetzes bei starken Leistungsschwankungen der hauseigenen Energieverbraucher, Energiespeicher und/oder Energieerzeuger, bspw. bei Ausfall oder Überproduktion der hauseigenen Energieerzeuger.

Problem

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb ein Energieversorgungs-System zu schaffen, welches die Stabilität des hauseigenen und externen Energienetzes bei Ausfall, Minder- oder Überproduktion gewährleistet. Darüber hinaus sollen mit diesem Energieversorgungssystem die Autarkie des einzelnen Verbrauchers und dessen Gesamtenergiekosten optimiert werden.

Lösung

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einem Smart-Home gemäss Anspruch 1 gelöst und insbesondere mit einem Smart-Home für einen Energieversorgungs-Verbund von Energiekonsumenten und Energieprosumenten eines Energielieferanten, welcher Verbund mindestens ein gemeinsames Stromnetz, ein gemeinsames Gasnetz und ein gemeinsames Informationsnetz (für die Echtzeitdatenübertragung) umfasst, wobei dieser Energie-Versorgungs-Verbund ein Hybridwerk umfasst und dieses Smart-Home eine Inhouse-Komplementarität zur Optimierung der Wirkungsgrade/Jahresnutzungszahlen/Jahresarbeitszahlen und/oder eine Systemkomplementarität zur Minimierung der Energiekosten und Optimierung des Autarkiegrades und/oder eine Energiekomplementarität zur Optimierung der Netzentlastung und der Ausgleichsenergie mit dem Energielieferant aufweist, und wobei bei diesem Smart-Home ein hauseigenes Energie-Management-System (mit Mitteln zur Erfassung, Berechnung und Visualisierung des aktuellen und/oder jährlichen Autarkiegrades) vorgesehen ist, und welches hauseigene Energie-Management-System über das gemeinsame Informationsnetz (mit Echtzeitübertragung) mit einem externen Leitsystem des Hybridwerks gekoppelt ist.

Definitionen

[0006] Im Folgenden bedeutet Autarkie, dass die gesamte im Smart-Home verbrauchte Energie (Strom, Gas, Wärme, etc.) mit eigenen Mitteln und selbständig erzeugt oder hergestellt wird. Autarke Systeme versorgen sich ausschliesslich mit eigener Energie und sind von Importen unabhängig. Der Autarkiegrad definiert sich aus dem Verhältnis von Eigenproduktion zu Gesamtverbrauch. Mit Konsumenten sollen hier Energieverbraucher bezeichnet werden, welche Strom und/oder Gas beziehen, d.h. über eine eigene Ölheizung, eine Wärmepumpe und/oder Gasheizung, etc. verfügen.

[0007] Unter Prosumenten sollen hier Energieverbraucher verstanden werden, welche über hauseigene energieerzeugende Anlagen verfügen, insbesondere solche zur Strom- (PV-Anlage, Windkraft, etc.) und/oder zur Gaserzeugung (über Elektrolyse, Methanisierung, Druckbehälter, für Brennstoffzelle, Fahrzeug, etc.) und Anteile der selbsterzeugten Energie in ein Strom- oder Gasnetz liefern. <tb>Inhouse-Komplemetarität:<SEP>Prosumenten-Autarkie <tb>Systemkomplementarität:<SEP>intelligenter Mix an Hausinstallationen erlaubt zeitgleichen Energieaustausch zwischen Prosumenten/Konsumenten <tb>Netzkomplementrarität:<SEP>zeitgleicher Ausgleich von Energieangebot und Energienachfrage im Stromnetz <tb>Energiekomplementarität:<SEP>zeitlich verschobener Ausgleich unter verschiedenen Energieträgern im Netz des Energielieferanten.

Vorteile

[0008] Für den reinen Konsumenten: erforderliche Lasten können zeitgleich durch den Energielieferanten zugeschalten werden, wenn das Angebot der Prosumenten höher ist, als die Nachfrage. Für den Prosumenten mit Netzspeicher: Stromüberschuss kann im Netz gespeichert werden und kann zeitverschoben in Strom und/oder Gas wieder bezogen werden. Erhöhung der Eigenverbrauchsquote, d.h. Förderung des Autarkiegrads im Smart-Home. Tarifoptimierung Verbrauchsvisualisierung Stabiles Versorgungsnetz Kostenoptimierung, d.h. Stromüberproduktion aus dem Sommer kann im Winter genutzt werden, bspw. in Form von Gas

Weiterbildungen

[0009] kWh-Konto Echtzeitdatenübertragung

Ausführungsbeispiel

[0010] Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe der Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt: <tb>Fig. 1<SEP>eine schematische Darstellung zur erfindungsgemässen Energie-komplementarität eines regionalen Energie-Verbundsystems mit mehreren lokalen Smart-Home-Verbund-Systemen; <tb>Fig. 2<SEP>eine schematische Darstellung zur erfindungsgemässen In-House- und Systemkomplementarität bei einer Mehrzahl von Smart-Home-Konfigurationen in einem lokalen Smart-Home-Verbundsystem.

Figurenbeschreibung

[0011] Fig. 1 macht das Prinzip der dynamischen Vernetzung deutlich, welche den einzelnen Konsumenten/Prosumenten und/oder den lokalen Verbundsystemen ein marktgerechtes Autarkie-Wachstum erlaubt. Dazu weist jedes einzelne Smart-Home eine In-House-, System- und Energiekomplementarität auf. Die lokalen Verbund-Systeme sind über ein gemeinsames Energienetz (Strom, Gas, Fernwärme) und einer Echtzeitdatenübertragungslinie miteinander gekoppelt und an ein Hybridwerk angeschlossen. Die Moderation (Netzsteuerung) der einzelnen Smart-Home- und lokalen Verbund-Systeme wird über ein regionales Energie-Daten-Management geführt.

[0012] Das in Fig. 2 beispielhaft dargestellte Smart-Home-Verbundsystem zeigt eine Mehrzahl möglicher hauseigener Energiegewinnungs-Anlagen und Energielasten, typischerweise: Hauseinführung mit zentralem Netz- und Anlagenschutz, inkl. Energiemessung (Gas-, Stromzähler) und Firewall; Photovoltaik mit Energiemessung und Einspeisemanagement; Solarkollektor; Windkraft; WP (Wärmepumpe); Stromspeicher mit Energiemessung und Anlagenschalter; WKK (Wärmekraftkopplung, Wärmeerzeugung, Gasheizung) mit Energiemessung und Anlageschalter; Wärmespeicher (mit BWW) mit Energiemessung und Anlageschaltung; Automationssystem mit Schnittstellen für Kommunikation; Komfortgeräte (Klimageräte, Sonnenstoren, Waschmaschinen, etc.) Visualisierung der Anbindung und des Autarkiegrades; Steuerung der Energieoptimierung (Energiemanager).

[0013] Energiemanager umfasst die Bestimmung der Endenergie, Nutzenergie, Speicherpotenzial, selbsterzeugte Energie, Rücklieferung, Eigenverbrauchsquote (Autarkiegrad) und optimiert die Auslastung der hauseigenen Anlagen derart, dass der aktuelle, resp. Jahres-Nutzungsgrade aller installierten Anlagen (In-House-Komplementarität) zu einer Autarkiegrad-Optimierung und damit zu einer Energiekosten-Minimierung. Die aktuelle, resp. Jahres-Autarkie in % bestimmt sich aus Eigenverbrauch/Gesamtverbrauch, insbesondere auch unter Einbezug von Gas. Prinzipiell sollte die on-site erzeugte Energie (Strom, Gas, etc.) vorwiegend für den Eigenbedarf genutzt werden, da in der Regel die Einsparung durch nicht aus dem Versorgungsnetz bezogenen Strom die Vergütung für die Einspeisung übertrifft.

[0014] Die Koppelung des hauseigenen Energiemanagers mit dem Energie-Daten-Manager des Leitsystems erlaubt eine Moderation der Netzlast durch Optimierung des Zusammenspiels zwischen den Konsumenten/Prosumenten und dem Energielieferant. Insbesondere ermöglicht diese Vernetzung eine zeitgerechte Bereitstellung erforderlicher Ausgleichsenergie durch den intelligenten Einsatz eines Hybridwerks.

[0015] Beispielsweise können die Lasten des einzelnen Smart-Home’s zeitgleich durch den Enegielieferanten zugeschaltet werden, wenn das Energieangebot der Prosumenten höher ist als die Nachfrage. Bei allen Prosumenten wird der Stromüberschuss im Netz gespeichert und kann zeitlich verschoben in Strom oder Gas bezogen werden.

Bezugszeichenliste

[0016] <tb>1<SEP>Regionales Energie-Verbundsystem <tb>2<SEP>Smart-Home (Konsument/Prosument) <tb>3<SEP>Lokaler Verbund <tb>4<SEP>Energienetze <tb>5<SEP>Datenübertragungsnetze <tb>6<SEP>Energielieferant (Hybridwerk) <tb>7<SEP>Leitsystem (Netzsteuerung/Marktmoderator) <tb>11<SEP>SK-Smart-Home (Strom-Konsument) <tb>12<SEP>SPGK-Smart-Home (Strom-Prosument-Gas-Konsument) <tb>13<SEP>SAP-Smart-Home (Stromautarker-Prosument) <tb>14<SEP>SAPGK-Smart-Home (Stromautarker-Prosument-Gas-Konsument) <tb>15<SEP>SAMGP-Smart-Home (Stromautarker-MFH-Gas-Prosument) <tb>16<SEP>Gasnetz <tb>17<SEP>Stromnetz <tb>18<SEP>Datennetz <tb>19<SEP>Regionales Energie-Daten-Management (EDM) <tb>21<SEP>Transaktions-Server <tb>22<SEP>Leitsystem <tb>23<SEP>Energiebeschaffung <tb>24<SEP>Hybridwerk

Claims (1)

1. Smart-Home für einen Energieversorgungs-Verbund von Energiekonsumenten und Energieprosumenten eines Energielieferanten, welcher Verbund mindestens ein gemeinsames Stromnetz, ein gemeinsames Gasnetz und ein gemeinsames Informationsnetz sowie ein Hybridwerk umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Smart-Home eine In-House-Komplementarität zur Optimierung der Wirkungsgrade/Jahresnutzungszahlen/Jahresarbeitszahlen und/oder eine Systemkomplementarität zur Minimierung der Energiekosten und Optimierung des Autarkiegrades und/oder eine Energiekomplementarität zum Ausgleich unterschiedlicher Energieträger (Elektrizität, Gas, Warmwasser, etc.) umfasst, wobei zur energiewirtschaftlichen Moderation des Energienetzes bei diesem Smart-Home ein hauseigenes Energie-Management-System (mit Smart-Metering Mitteln zur Erfassung, Berechnung und Visualisierung des aktuellen und/oder jährlichen Autarkiegrades) vorgesehen ist, welches über das gemeinsame Informationsnetz mit einem Leitsystem des Hybridwerks gekoppelt ist, wobei das gemeinsame Informationsnetz ein Echtzeit-Daten-Übertragungs-Netz umfasst.