CN102272528B - 供能系统的控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包含储能单元和产能单元的供能系统。根据本发明的控制方法较为有利地允许基于系统所能提供的能量通量以及系统外部要求的能量通量计算供能系统的运作成本。可事先对前述参数的全部可能值计算运作成本。计算出的参数可储存在执行本发明方法的设备内的阵列中。本发明的方法允许运作供能系统以确保在任何时刻储存单元都能提供预定(非零)量的能量通量。

Description

供能系统的控制器

发明领域

本发明涉及用于运作和控制供能系统的方法和设备，尤其是包括储能单元和产能单元的系统。

储能单元能储存某些形式的能量以供将来释放。它们能储存例如热能、机械能、化学能、重力能或电能。它们可以是例如电池；或者它们能储存例如热能并可以是例如基于相变材料的热能储存系统或地下热能储存系统。

产能单元可使用例如矿物燃料、电能或可再生能源(例如太阳能、风能、水能、在大楼室内捕获的环境热或冷)以产生能量。产能单元的示例为：大楼的气体加热器或车辆的柴油机。

可使用将通过储能单元释放的能量和直接由产能单元直接产生的能量结合的这类供能系统以运行车辆和大楼的制热和/或制冷。

背景技术

作为一种形式的储能单元，热能储存系统可包括用于储存热能的介质，该介质可储存热能长达一限定时间段。热能可以是热量和/或冷量。

某一具体应用是通过地下热能储存系统(UTESS)形成的，UTESS包括能储存巨量热能的大型地下容积。如果该系统在夏季储备了过量的热和在冬季储备了过量的冷，它就能胜任对大楼全年的空气调节。本质上，它可在季节之间交换冷与热。

一种地下储存场可例如包括以正方形或圆形网眼钻凿出的大约100个孔眼。每个孔眼可以大约120米深。每个孔眼可包括液体环路，该液体充当热能的载体(例如水)。孔眼可进一步填充以具有良好热导率的灌浆材料(例如膨润土)。每个孔眼因此可形成载体液体和地下物质之间的地下热交换器。

地下热能储存系统可用于大楼的制热和制冷，尤其是大型办公大楼。在冬季，热泵可从场汲取热量并以低能耗和高能效升温至大约40℃。在夏季，可使用地下场的低温来起到制冷的作用。

地下热能储存系统可降低这些大楼的制热和制冷的成本并进一步帮助减少二氧化碳排放。

地下热能储存系统大多数可与在本实施例中作为产能单元的传统加热和空气调节系统(例如气体加热和电气冷却)互补，从而降低空气调节的运作成本。

然而，储存在地下场内的热能是有限的。因此，必须采取措施以避免耗尽地下场，从而允许全年顺畅运作。如果地下场温度变得高于例如12℃的预定温度，则对大楼制冷来说它可能过热。同样，如果地下场的温度落到例如0℃的预定温度之下，则供热可变得更为昂贵。

专利申请JP2006-292310披露一种地下热能储存系统，其中设定地下场的温度限值以防止地下温度变得过高或过低以使运作不能。当达到场温度的限值时，运作中止以允许恢复。

然而，当UTESS的运作中止时，传统加热/空气调节(HAC)设备必须提供全部热能以对大楼进行空气调节。这导致运作的经济成本增高。此外，必须设计传统HAC设备以能提供全部的热能量要求，这产生大型和昂贵的系统。

作为另一种形式的储能单元，电池可储存能转换成电能的能量。它们可与例如汽车内的例如汽油或柴油或生物柴油引擎的矿物燃料马达——即本文定义的产能单元——结合使用，。在该具体实施例中，如果在旅途过程中电池全部用完，则需要设计引擎以确保结束旅途前汽车所需的全部能量，这导致大功率和昂贵的引擎。

发明目的

本发明旨在提供克服现有技术方法和设备的缺陷的用于控制供能系统的方法和设备。具体地说，本发明的一个目的是提供保证储能单元连续运作的方法和设备。

本发明的附加或替代目的是提供用于运作供能系统且降低总运作成本的方法和设备。

本发明的另一附加或替代目的是提供用于控制供能系统的方法和设备，它允许设计更为紧凑的供能系统。

发明内容

本发明的至少一个目的是通过提供如所附权利要求书中阐述的运作供能系统的方法来满足的。

根据本发明的控制方法较为有利地允许在给定的控制条件下估计或计算储能单元的运作成本，所述控制条件例如为可由单元提供的能量和系统外部要求的能量。可事先对前述或其它参数的全部可能值计算运作成本。计算出的参数可存储在执行本发明方法的设备内的阵列中。在地下热能储存系统的情形下，另一条件在于系统能够工作的最佳温度范围。

在一些实施例中，本发明的方法允许运作供能系统以确保在任何时刻储存单元都都能提供预定(非零)量的能量。

本发明的其它目的可通过提供所附权利要求书中阐述的用于控制供能系统的设备来满足。

附图说明

所有附图关联于储能单元是地下热能储存系统的特定实施例。

图1在最上方的图例中表示一个示例的合成数据和模型值。在下侧的图例中示出预测误差。

图2示出动态编程算法的一个例子。

图3示出成本函数的模拟演化。

图4示出二月内的一周的模拟控制法则。白色表示违背约束。

图5示出当采用本发明的控制方法时由地下热能储存系统提供的热能通量的模拟演化。

具体实施方式

本发明总体涉及所有类型的供能系统，包括储能单元和产能单元。储能单元的示例包括例如用于使汽车引擎冷却液保持在要求温度范围(例如对于频繁作出启动/制动的汽车引擎)的汽车内热能储存系统、用于冷却微处理器的计算机内热能储存系统、加工机内的热能储存系统；储能单元的其它示例包括电池，例如可通过例如发电机在制动时充电的汽车内的电池或用于与例如核电站的电站结合的泵储存机制。各种类型的储能系统和方法——例如热能、机械能、化学能或电能储存方法和系统——包含在本发明的范围内。

本发明以地下热能储存系统为例阐述并且本发明的一个特定实施例是地下热能储存系统。本发明不限于此。本发明的这个方面的优选实施例在下文中在地下热能储存系统的领域内予以说明。

大楼的全局HAC系统可包括两段：首先，作为产能单元的传统制热/制冷装置，它包括燃气锅炉和耗电冷却器；其次，作为储能单元的地下热能储存系统，它包括耦合于热交换器和热泵的地下场。

在冬季，多数热量从场中被抽走。这使场冷却并因此为夏季作准备，那时需要大部分地冷却。在夏季，则发生相反的情况。

典型地下储存场可设计成能在每个季节输送预定量的热能(热/冷)。然而，这只有在尚未越过温度界限的情形下才得到保证。因此，本发明的控制方法/设备的第一特性可将场保持在一给定温度范围内。该温度范围可随时间(周、月、季节等)改变。

较佳地将另外两种复杂因素考虑在内。

(i)天气变化可使以每日或每周为基础的大楼热能需求预测成为难以执行的任务。只有在季节的尺度上，才可能提供需要的合理估计。因此，本发明的控制方法/设备的第二特性在于，它们优选地能应付需求面的随机变化。

(ii)优选的第三性质在于，本发明的控制方法/设备能以可能的最低成本调整大楼的温度。这可通过优化传统HAC装置和耦合于储存场的热泵之间的选择来实现。

根据发明人的经验，数种可能的算法看上去适用于这个目的，这些算法是凸规划(convexoptimization)算法或间接方法、非线性模型预测控制和动态编程。当前实施例示出后一种算法的实现，因为其优势在于全部计算可离线地进行，即在控制方法/设备可运作之前事先进行。这很大程度地利于控制方法/设备的实际安装：现场不需要强大的计算机能力并且在停电时造成较少的启动问题。

根据本发明的控制方法和设备因此优选地允许安装HAC装置，该HAC装置包括相比现有技术而言较小的地下场以及较小的传统装置。此外，它们可确保提供要求的热和冷。

令人吃惊地，在某些情况下，本发明的控制方法/设备可从场汲取热或冷，即使大楼并不需要这个。如将会变得清楚的那样，该运作策略可能是制热/制冷的最有经济效率的方法。

下文中阐述根据本发明的控制方法的实现例。首先，为地下选择一模型。该模型允许预测由于给定运作策略引起的地下温度变化。可使用相对简单的模型来描述地下储存系统的动态，例如一阶响应模型：

$\mathrm{mc}\stackrel{\·}{x}=f(x,u)$

$=\mathrm{\λ}(T_{\∞}-x)-u^{,}$

其中x是场的平均温度(℃)，λ是热导率(J/s/°C)，T_∞是未受干扰的边界温度(11℃)，即远离场的地温，m是质量(kg)，c是热容量(J/kg/°C)而u是每单位时间汲取的热量(J/s)。该等式具有两个未知量(mc和λ)。第一未知量是能储存的热量的度量。该容量应当足够大以使足够热量能被载入。热导率应当足够低，以达成很大的时间滞后。大的热容量和低的热导率的组合允许系统将来自夏季的过多热量移至冬季，反之亦然。

可从通过地下系统(例如在TRNSYS中)的模拟产生的合成数据开始估计两未知参数。可将管道地热储存模型(Duct Ground Heat Storage Model)用作优化参数mc和λ的地下模型。这些结果在图1中具体表现出来。误差的正弦结构是由于模型的简化并能通过增大模型复杂度(例如引入二阶效应)而进一步减小。然而，由于预测误差的均方根值仅为0.0485°C并且最大偏差为0.0857°C，因此可推断出该简单模型对于控制器/控制方法的实现来说够好了。另外，该误差在冬季为正而在夏季为负。这意味着真实温度在冬季较高而在夏季较低。结果，控制方法/设备比严格需要的更为谨慎地工作。

此外，将约束施加在前面的示例性控制方法中。第一约束关系到用来使载体液体循环通过地下储存系统的泵。泵流速在当前例中限于78米³/小时，这对应于343千瓦的热通量(温差被设定在4℃，载体液体是水和防冻剂的混合物，其热容量为3.95J/kg/°C)。如果要安装更大的泵，压降将变得重要，结果将浪费大量能量。因此，

h₁＝u-343kW＜0

h₂＝-u-343kW＜0

其中u代表场之外的热能通量。如果u为正，则汲取热，否则就汲取冷。选择标记u，由于该标记一般用作控制变量。

第二组约束限制场的温度。地层和管道之间的空间被灌浆材料填满，该灌浆材料是良好的导热体。然而，当其冻结时，危险在于该灌浆材料发生断裂，这导致较低的热导率(不可逆过程)。为了这个原因，地下场的温度优选地不落在凝固点(0℃)之下。另一方面，如果场的温度变得过高，则对大楼制冷变得几乎不可能。优选地，上限落在10℃和15℃之间的范围内。在当前例中，地下场温度的上限被设定在12℃。因此，

h₃＝-x＜0

h₄＝x-12＜0

其中x是地下场的温度(选择该标记，由于它是状态空间变量)。

此外，在各个季节应当保证一定量的热能通量。这允许正确地设计附加传统HAC装置的尺寸。原则上，可选择保证供热或供冷的任何函数：

供热：h₅＝-u+f(时间)＜0

供冷：h₆＝u-g(时间)＜0，

其中f(时间)和g(时间)是时间的任意函数。在本例中，已使用相当简单的函数。选择一年的时间帧。该时间帧被分成冬季和夏季。在定义为从10月1日至3月31日时段的冬季期间，地下系统应当能够连续输送200千瓦的热量，如果需要的话。在夏季期间(4月1日至9月30日)，地下系统应当能提供相等的冷量，如果需要的话。

冬季：h₅＝-u+min(q，200)＜0

夏季：h₆＝u-max(q，-200)＜0

其中q代表来自大楼的热能通量(功率)需求。如果来自大楼的热量需求低于200千瓦，则可仅传输要求q。然而，如果需要更多，场仅负责提供200千瓦。剩余部分可来自传统HAC装置、来自场或来自前述两者。选择向最低能耗作出平衡。

这后两个方程可由定义用户需求的其它形式来代替。即使控制策略将改变，仍然可采用相同的构架。全部这些约束都可能影响到最终控制策略。

如上所述的模型和约束能实现在动态编程算法中。动态编程算法细分所有的变量：将时间细分以在预定时刻(步)评价控制器，例如一周一次；所要求和所输送的热/冷在-343千瓦和343千瓦之间例如被分割成11步，并且温度例如在0℃和12℃之间被分成105个步。

算法包括三个段，这些段是递归重复的。

首先，定义最终成本函数。该函数被视为算法的初始化并对每个温度关联一成本。最终成本函数示出在图2右侧，对应于时间段数N。最终成本函数将成本赋予与储存能量关联的每个值，例如最终点的温度或循环的最末时间点的温度。然后通过按时向后工作，可在每个时间间隔定义之前时间间隔(例如N-1、N-2等)的新成本函数。其次，为了及早确定成本函数，算法对例如前一周(时刻N-1)温度的与储存能量关联的每个值选择优化的热通量u*，即导致最低成本的通量。这是通过图2的中间图例和右侧图例之间的箭头示出的。如果系统运作在最佳控制参数u*下，则该成本由最终成本和作出的成本构成。注意，控制参数的值随温度而改变。再者，这些针对每个温度的最佳成本在时间段N-1得到新的成本函数，该成本函数能用来寻找前一周的最佳控制参数。可在每个较早时间段N-2、N-3……重复该过程，直到针对全部周的所有温度找到最佳控制器为止。

所有需要存储的是在每个时间点确定的成本函数。在本例中为了寻找针对给定温度和时间的最佳控制参数，可如图2中虚线所示那样评价所有可能的值。将导致违背约束的那些值剔除。从剩下的集合中选择与最低成本对应的值。该过程可保证永远不会违背约束并选择最佳控制参数，不管系统处于何种状态。

在本例中，所执行的控制方法在冬季的最后一天结束。如前所述，最终成本函数的目的是将成本与那天(最后一天)的各个温度关联起来。这可以在两个步骤中完成。首先作初始猜测；接着，在几年内迭代该算法以收敛至一较佳的最终成本函数。为了寻找初始猜测，可主张在即将到来的夏季，场用来供冷。为此，如果地层尽可能地冷，那将会是有利的。初始的最终成本函数可简单地正比于最终温度x_N，

E_initial(x_N)∝x_N.

为使控制法则中由于最终成本函数的简化造成的误差减至最小，可在几年时间内运行该动态编程算法。每当计算4月1日的成本函数时，将该函数用作最终成本的改善估计。在有限次数后，例如几次迭代后，可获得收敛。另外，可寻找收敛至真实的最终成本函数的证据。

此外，可计算阶段成本L。将时间帧细分成一周中的几个步。阶段或意欲成本(cost-to-go)函数告诉我们如果系统运作在给定控制条件下的成本。该阶段或意欲成本函数本身是场温度的函数以及所选运作条件的函数。所要求和提供的热/冷分别表示为q和u。表1中给出意欲成本函数的概况。

表1：阶段成本或意欲成本函数。

如果需要制热(q＞0)并且场正在供热(u＞0)，则成本由两个项构成：不由该场供能的那一部分必须由例如锅炉的传统装置产生。对于这个项，我们将燃气价格k_K和效率η_K考虑在内。第二项包括热泵的电气成本及其性能系数COP_K＝3.75。

如果需要制热并且没有制热被提供(q＞0，u≤0)，则全部热量必须来自传统装置。如果需要冷并且没有冷被提供(q＜0，u≥0)，则冷却装置必须以相对高的成本供能。最后，如果需要和提供制冷(q＜0，u＜0)，则只有不被场提供的那一部分必须由传统装置供能。

注意，如果提供比需求更多的制热或制冷，则该过多量会无偿地浪费掉。在夏季，可能相当容易使场变热，但在冬季的某些情况下，外部温度可能过高而无法无偿地冷却场。然而，这很大一部分取决于情况并且在本例中将其忽略。

如前所述的动态编程算法的数学公式将在下文中予以讨论。最佳控制参数是如此给出的：

$u_k^{*}(x_k,q_k)=\arg \underset{u_k}{\min }{J}_k^{+}(u_k,x_k,q_k)$

服从h＜0

其中 $J_k^{+}(u_k,x_k,q_k)=L(u_k,q_k)+J_{k+1}\left(f(x_k,u_k)\right)$

指代控制策略。其值告诉我们在给定平均温度x的某一周k内可从场汲取的热能通量的最佳量以及热能通量的要求量q。其值可通过扫描约束h₁和h₂内的所有可能的u值、剔除与约束h₃-h₆相违背的所有解并选择使成本最小化的值来计算出。该成本可计算如下：

$J_k\left(x_k\right)=\underset{q_k}{E}\left\{\underset{u_k}{\min }{J}_k^{+}(x_k,u_k,q_k)\right\}$

其中右侧是在所有q(未来的要求热量)基础上求平均的成本。该求平均过程使用预期的要求热能通量的分布。在实践中，这意味着在夏至要求供热的情形下不给予任何权重，如果这样非常不可靠的话。

在图3中示出随时间和温度变化的成本函数的模拟演化。为了解释该图，从对应于4月份的左上曲线开始。该曲线是直到下一年四月份为止对办公大楼进行空气调节所需的预期成本。如果地下场比4℃更热，就没有成本函数示出，因为对于这样高的温度，场不能保证它能在整个夏季输送200千瓦的冷量。下个月的温度范围已变动至较高的温度。其原因是如果温度太过接近于零，则场无法保证在将要到来的冬季输送200千瓦的热。在夏季结束前温度已上升到10℃以上，在冬季供热准备就绪。在冬季，情况正好相反：场降温。

从图3可以看出，成本函数在夏季相当平坦，这意味着温差几乎不会影响成本，而在冬季温度就关键得多。当从场汲取冷量时，冷量被无偿地输送至办公大楼，而如果汲取热量，则必须对其改良，这是很花成本的。这造成冬季中可以预见到的多数开销。

图3表示至下一年四月份的运作的预期最终成本。如图所示，在冬季中，最终成本可望有最大程度的下降。

对于二月份的某一周，其模拟控制策略示出于图4中。在这年的这个时候，目标可以是冷却场以在夏天提供制冷。与此同时，场应当优选地提供具有200千瓦最大值的要求制热。在图4中，可以标识七个区域，这将在下文中予以描述。

(i)如果温度高于5.3℃，则场在整个夏季将无法提供200千瓦的制冷。因此违背约束h₆。

(ii)如果温度低于1.3℃，则场无法保证对剩余的冬季提供200千瓦。因此在该区域中违背约束h₅。

(iii)如果需要300千瓦的制热，则提供的量取决于场温度。在1.3℃和1.9℃之间，仅保证提供200千瓦，在1.9℃之上，则提供要求的300千瓦。如果场温度在5.1和5.3℃之间，则仍然能提供300千瓦，但更为有利的是汲取343千瓦并排放43千瓦的多余热量。如果不采取行动，则不可能保证在下个夏季的200千瓦制冷。

(iv)如果要求低于200千瓦，则至少提供该量，因此不违背约束。然而，如果场的温度上升至5.0℃以上，则汲取比大楼所需的更多热量是有利的。该多余量必须被排放。

(v)如果在本年的这个时段要求冷量，则承诺没有最小输送，因此没有控制器来优化场的温度。在0.5℃和1.5℃之间，场实际过冷并将额外的热量提供给该场。这驱使场朝更优化的温度变化。

(vi)在1.5℃和3.6℃之间，温度是最佳的并提供要求的冷量。

(vii)如果温度高于3.6℃，如果在传统装置提供要求的冷量同时汲取和排出热量则是最有利的。这个动作的原因是场实际过冷并且如果不采取行动将不可能在接下来的冬季提供200千瓦的制热。

在图5中示出针对一年的每个月的代表周的选择控制参数(提供的热能通量)。这里可以看出，在夏季时段中，如果温度过低，则系统多数通过抽取冷量被强制加热。这在春季尤为突出，此时人们能观察到图5中的大垂直蓝带。只有当场过热时才汲取热量，但这相当罕见。当夏季趋于结束，场相对较热并且多数提供要求的热量。在冬季，则发生相反的情况：通过汲取热量而强制使场冷却。

控制参数的连续性可保证温度全年保持在其要求的范围内。根据需要，从场汲取或提供至场的最佳能量可略微地变化。在夏季的任何时候，如有需要可提供至少200千瓦的冷量，而在冬季可输送200千瓦的热量。在这些工作条件下，不可能使地下场温度降至0℃以下或加热至12℃以上。首先，可在传统装置和地下储存场之间划分制热和制冷，以使总成本最小化。

本发明的控制方法/设备的实现可与用来测量场的(平均)温度的测量方法/设备互补。这可通过将温度传感器插入与孔眼相距若干距离的地层中而测得。传感器的平均值可能是针对该参数的良好测量值。一种替代形式可利用在停运一天或两天后的载体液体温度。办公大楼在周末经常不使用，并且在这段时间后，载体液体温度可相当接近平均场温度。

根据本发明的动态编程方法的优势在于，最终结果是大阵列，它能方便地存储在小型计算机中并已存在以施加当前、传统、控制策略。可能得出相似控制器的模型预测控制算法需要更强大的计算机来估计系统的最佳控制值。

但本发明既不局限于这些前述实施例，也不局限于此应用领域。

另一特定应用是电池储能系统。本发明这个方面的优选实施例将在下文中结合汽车或其它交通工具的供能系统予以说明。

汽车的供能系统可包括两段：首先是作为产能单元的汽油引擎，其次是作为储能单元的电池。至于前面示例的大楼全局HAC系统，可在这里定义模型和约束并将其实现为动态编程算法。该模型表述了电池运行并特别考虑到其容量、以及每单位时间可释放至系统的能量。约束可包括例如电池容量、对电池充电所需的时间、电池将所储存的能量释放至系统的速度；在汽车的整个旅途中应当确保一定量的能量的附加约束也可考虑在内。

这里，算法也可包括三段，这些段是递归重复的。最终成本函数初始化算法并将成本关联于例如电池的每个电压。电池的电压可以是储能单元(即电池)内含有的能量的指示。控制设备可耦合于GPS系统，其中任何旅途可能是预定的或重复的旅途，例如可存储家-工作点-家的日常路线。这可确定时间帧。其次，该算法可为最近相似旅途的每个可能电压选择最佳能量通量，即导致最低成本的通量。再者，这些针对每个电压的最佳成本可得到新的成本函数，该成本函数能用来为之前和将来电压寻找最佳控制参数。另外可将又一约束施加在系统上。为了安全，电池应当在任何时间都能输送作为最小值的一定量的能量。这是从静止状态加速越过路口、超车或执行紧急动作所需要的。该约束类似于储热系统的能在任何时间输送最小能量的约束。

根据本发明的控制方法和设备因此允许将供能系统安装在车内，该供能系统包括比常规需要更小的汽油引擎。它们仍然能保证所要求的供能或所要求的能量。

较为有利的是到达目的地时已用去几乎全部电池能量，因此再充电操作能更有效地进行。如果需要，可将进一步的约束考虑在内。

本发明的又一实施例涉及与一个或多个电站结合的泵储存系统。特别地，如果电站是核电站，则其能量输出只能缓慢地改变。对于一天内的快速能量变化，泵送水储存机制可驱动涡轮机来产生必要的电力。在一天结束时，高位蓄水池应当几乎完全排干，因此在晚上的低用电时，来自核电站的未使用能量可使用夜价电的较低成本将水泵送至较高位的蓄水池。如果在白天结束时高位蓄水池过满，则能使用来自电站的较低价能量来升高高位蓄水池的水面。

另外在该实施例中可将又一约束施加在系统上。为了防止停电，泵储存系统应当能在核电站无法迅速作出反应的任何时间最小程度地输送一定量的能量。如果该紧急电力不可得，则存在AC电力的相位定时失同步并且发电机在多米诺效应下回动的危险。该约束类似于储热系统的能在任何时间输送最小能量的约束。

根据本发明的控制方法和设备因此允许用于泵储存供能系统，该系统包括能在保持安全性需求的同时保证以最佳成本提供所要求或期望的量的能量的泵储存机制。

本发明的其它实施例可定义如下：

-运作例如热能、机械能、化学能或电能储存设备的储能设备的方法，所述储能设备储存例如热能、机械能、化学能或电能的一定量的能，这取决于与储存在储能设备中的能量关联的值，例如取决于所述热能储存设备的温度，所述方法包括以下步骤：

◆选择一约束能量通量，例如热能通量、机械能通量、化学能通量或电能通量，所述储能设备在预定时间帧内的预定时刻保证供能。

◆预先确定值的分布曲线范围，该值关联于储存在储能设备中的能量，例如所述热能储存设备的温度分布曲线范围，其中该范围如此选择以便通过与储存在储能设备中的能量关联的任何值——例如所述范围内的任何温度——能够在每个所述时刻提供约束能量通量，以及

◆在每个所述时刻，在所述分布曲线范围内运作储能设备。

-例如该方法的温度分布曲线的分布曲线可以是具有预定周期的周期性曲线，并且时间帧可跨过至少半个周期。

本发明的其它实施例可定义如下：

-一种运作包含例如热能、机械能、化学能或电能储存单元的储能单元以及产能单元和耗能单元的系统，其中耗能单元要求在多个时刻的能量通量，所要求的能量通量全部由系统提供，该方法包括在预先确定在一时刻由储存单元提供的时刻所要求的能量通量部分，其中预先确定的步骤包括计算在所述时刻和从所述时刻直到预定时间帧结束运作至少储存单元和产能单元的成本并选择使运作成本最小化的所要求的能量通量的部分。

-可对与储存在储存单元中的的能量相关联且在分布曲线范围内每个值计算用于运作的成本，例如对于热能储存单元中的温度分布曲线范围内的每个温度。

-对能由能量储存单元提供的每部分所要求的通量计算运作成本。

-对所要求的通量预定范围内的要求通量的每个值计算运作成本。

-计算运作成本的步骤是针对从一个组中选择的一个或多个变量的全部值以及针对时间帧内的全部时刻事先执行的，所述组包括：与储存在储存单元中的能量关联并存储在表格中的值，例如储存单元的温度、要求通量和要求通量的一部分，并存储在表格中，其中选择步骤包括查找表格中的所要求的通量部分。其优势在于系统在决策时的复杂性很低，因为只需要例如在查找表中查找一些值。

-热能储存设备或热能储存单元可以是地下热能储存系统。

-例如热能、机械能、化学能或电能储存设备的储能设备包括执行前面定义方法的装置。

-一系统，其包括：例如热能、机械能、化学能或电能储存单元的储能单元；例如热能、机械能、化学能或电能储存产生单元的产能单元以及例如热能、机械能、化学能或电能耗散单元的耗能单元，其中系统进一步包括执行前面定义的方法的装置。

-系统可以是对大楼供热并进行空气调节的系统。

Claims (15)

1.一种运作包括储能单元和产能单元的供能系统的方法，所述方法包括以下步骤：

－预定所述供能系统将发挥作用的时间帧，通过从最终成本函数开始，所述最终成本函数将运作所述供能系统的成本赋予与所述储能单元中储存的能量关联的多个值，然后从所述最终成本函数按时后向工作,在诸时间间隔上针对与所述储能单元中存储的能量关联的每个值定义给出最低成本的优化热通量，由此在所述时间帧的每个时间间隔定义一新成本函数，使得运作所述供能系统的成本针对所述时间帧内的所有时刻事先被计算并被储存在表格中；以及

－控制由储能单元提供的能量以保证在所述预定的时间帧的任何时刻所述储能单元适合供能，

其中，控制由储能单元提供的能量的所述步骤包括：从所述表格选择由所述储能单元提供的最佳能量，所述最佳能量使在每一时间间隔运作所述供能系统的成本减至最小。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运作所述供能系统的成本是针对能由所述储能单元提供的所要求的通量的每一部分计算的。

3.如权利要求1-2中任何一项所述的方法，其特征在于，所述运作所述供能系统的成本是针对所要求的通量的预定范围内的所要求的通量的每个值计算的。

4.如权利要求1－3中任何一项所述的方法，其特征在于，所述储能单元是地下热能储存系统。

5.如权利要求1－3中任何一项所述的方法，其特征在于，所述系统是用于对大楼供热和/或作空气调节的系统。

6.如权利要求1－5中任何一项所述的方法，其特征在于，所述系统是向交通工具供能的系统。

7.如权利要求1－6中任何一项所述的方法，其特征在于，在所述时间帧中的每一时刻：

从预先限定的成本函数的多个值选择拟从所述储能单元移去的能量通量作为指示该时刻所述储能单元中包含的能量的函数；以及

从所述储能单元汲取所选择的能量通量。

8.如权利要求1－7中任何一项所述的方法，其特征在于，与包含在所述储能单元中的能量相关的所述值是热能储存系统的温度。

9.如权利要求1－8中任何一项所述的方法，其特征在于，所述供能系统运作以保证在任何时刻预定的能量能够由所述储能单元提供。

10.一种随时间帧运作包含产能单元和储能单元以及耗能单元的供能系统的方法，其中所述耗能单元要求在多个时刻的能量通量，所要求的能量通量全部由系统提供，所述方法包括，在所述时间帧的多个时刻：

－选择拟从所述储能单元移去的能量通量作为函数：

其中，针对所述时间帧内的至少一个时刻，从确定为所述储能单元中包含的能量指示的函数的多个值中选择所述能量通量，其中所述方法还包括：预先确定在由所述储能单元提供的时刻所要求的能量通量部分，其中所述预先确定的步骤包括：计算在所述时刻和从所述时刻直到所述预定时间帧结束运作至少所述储能单元和产能单元的成本并选择使运作成本最小化的所要求的能量通量部分，

所述函数为成本函数，所述运作成本是针对与储存在所述储能单元中的能量关联且在分布曲线范围内每个值事先计算的，或者所述运作成本是针对由所述储能单元提供的每部分所要求的每个通量事先计算的，或者所述运作成本是针对存储在表中的所要求的通量预定范围内的要求通量的每个值事先计算的，

－从所述储能单元汲取所选择的能量通量。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述系统是用于对大楼供热和/或作空气调节的系统。

12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述储能单元是热能储存系统。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述储能单元是地下热能储存系统。

14.如权利要求10-13中任何一项所述的方法，其特征在于，包含在所述储能单元中的能量指示是所述热能储存系统的温度。

15.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述储能单元是电池。