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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Versorgung mindestens eines
Verbrauchers über eine
Entnahmestelle eines Versorgungsnetzes (auch Verteilungsnetz genannt)
mit einem geeigneten Medium, wie Strom, Wasser, Gas, Öl. Darüber hinaus betrifft
die Erfindung eine Verbraucherabnahmestelle, die in der Vorrichtung
zur Versorgung als Endabnehmer eingebunden ist.
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Üblicherweise
kann die Abnahme im Versorgungsnetz schwanken. Beispielsweise schwankt
die Last in einem Energie- oder Wasserversorgungsnetz in Tageszyklen.
Dabei besteht im Allgemeinen im Energie- oder Wasserversorgungsnetz
früh morgens, mittags
und bei Einsetzen der Dunkelheit ein höherer Energie- bzw. Wasserbedarf
als zu anderen Tageszeiten. Solche Spitzenlasten werden durch Vorhalten leicht
regelbarer Energiequellen, wie z. B. Gasturbinenkraftwerke, Wasserwerke,
Wasserspeicher, Öl- oder
Gasspeicher, ausgeregelt. Hierdurch entstehen aufgrund großer Teillastzeiten
der Energiequellen oder Speicher hohe volkswirtschaftliche Kosten.
Die Lastausregelung erfolgt derzeit beispielsweise in einem Energieversorgungsnetz
ausschließlich über die Einspeiseseite
von Energieversorgungseinheiten. Dabei besteht die Möglichkeit,
bei Überschreiten
bestimmter Regelgrenzen, z. B. in Abhängigkeit von der Stromtragfähigkeit
des Energieübertragungsnetzes, abschnittsweise
Lastabwürfe
durchzuführen.
So werden beispielsweise im Energie- oder Stromversorgungsnetz in
Nachtstunden Lastzuschaltungen von Nachtspeicherheizungen und/oder
Gehsteigheizungen vorgenommen. Energiespitzen können durch eine derartige einspeiseseitige
fest vorgegebene Laststeuerung nicht verhindert oder reduziert werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur
Versorgung mindestens eines Verbrauchers sowie eine Verbraucherabnahmestelle
anzugeben, mittels derer Versorgungsspitzen im Versorgungsnetz reduziert
oder verhindert werden können.
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Die
Aufgabe wird für
die Vorrichtung zur Versorgung des Verbrauchers erfindungsgemäß durch die
im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Für die Verbraucherabnahmestelle
wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch
die im Anspruch 17 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Versorgung eines Verbrauchers umfasst ein Versorgungsnetz (auch
Verteilungsnetz genannt) mit einer Anzahl von Speisestellen mindestens
einer Versorgungseinheit und einer Anzahl von zumindest mit einer
dieser Speisestellen über
eine Übertragungseinheit,
insbesondere eine Übertragungsleitung
verbundenen Entnahmestellen einer oder mehrerer Verbraucherabnahmestellen.
Dabei ist zumindest eine der Verbraucherabnahmestellen über eine
Kommunikationsübertragungseinheit
mit zumindest einer der Versorgungseinheiten verbunden, über die
die Versorgung an der Entnahmestelle entnahmeseitig und/oder speiseseitig
steuerbar ist.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass durch eine entnahmeseitige und/oder speiseseitige Steuerung
der Versorgung, z. B. einer Energieentnahme aus dem Energieversorgungsnetz,
Last- oder Kapazitätsschwankungen
und Energie- oder Medienspitzen im Versorgungsnetz reduziert oder
verhindert werden können, indem Überlastreserven
beispielsweise durch Zwangssicherheitsabschaltungen reduziert werden. Hierdurch
wird die Versorgung von sicherheitskritischen Einrichtungen, wie
Krankenhäuser, öffentlicher
Nahverkehr verbessert und stabilisiert, da im Überlastfall zuerst weniger
sicherheitskritische Verbraucher abgeschaltet werden können. Ferner
können
Versorgungsquellen, wie Energiequellen im Energieversorgungsnetz
besser ausgelastet und energieeffi zient betrieben und/oder ausgewählt werden, indem
beispielsweise zeitlich variable Energie- oder andere Medienanforderungen
in so genannte Verbrauchstäler,
d. h. in Zeiten niedriger Lastnachfrage, gelegt werden. Darüber hinaus
können
durch Berücksichtigung
von Übertragungsverlusten
bei der Steuerung der Versorgung, z. B. der Energieversorgung oder
-entnahme uneffiziente lange Übertragungswege
mit hohem Verlustanteil auf ein Minimum reduziert werden.
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In
einer möglichen
Ausführungsform
schaltet bei einer speiseseitigen und/oder entnahmeseitigen Steuerung
die Versorgungseinheit über
die Kommunikationsübertragungseinheit
einzelne oder mehrere Entnahmestellen, wie Energieentnahmestellen und/oder
Verbraucher zu- und/oder ab. Dabei können mehrere zu einer Gruppe
zusammengefasste Entnahmestellen und/oder Verbraucher gemeinsam zu-
oder abgeschaltet werden. Beispielsweise können sicherheitsrelevante oder
gleiche Funktionen erfüllende
Entnahmestellen und/oder Verbraucher zu einer Gruppe zusammengefasst
werden. Auch können
je nach Aufbau des Versorgungsnetzes einzelne Entnahmestellen und/oder
Verbraucher zeitweise und/oder ereignisgesteuert automatisch zu-
und/oder abgeschaltet werden.
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Hierzu
ist die speiseseitige und/oder entnahmeseitige Steuerung vorzugsweise
in einem Netzregler integriert. Dabei ändert der Netzregler in Abhängigkeit
von der speiseseitigen und/oder entnahmeseitigen Steuerung und/oder
in Abhängigkeit
von der Größe der Last
der zugeschalteten Verbraucher und/oder Entnahmestellen mindestens
eine Netzregelgröße. Dabei
ist die entnahmeseitige und/oder speiseseitige Steuerung als eine
untergeordnete Steuerung im Netzregler implementiert. Bei dem Netzregler
kann es sich beispielsweise um einen Netzlastregler handeln, der
die Last im Versorgungsnetz regelt. Auch kann es sich um einen Netzfrequenzregler
handeln, der in Abhängigkeit
von der momentanen Netzfrequenz, z. B. bei Unterschreiten von 50
Hertz, Verbraucher automatisch abschaltet. Alternativ oder zusätzlich kann
es sich auch um einen Transportpreis- und/oder Medienpreisregler
han deln, die oder der die Last im Verteilungs- oder Versorgungsnetz über die
Anhebung oder Absenkung des Transportpreises bzw. Medienpreises,
wie Energie- oder Wasserpreises, regeln.
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Zweckmäßigerweise
schaltet die Versorgungseinheit einzelne oder mehrere Entnahmestellen
und/oder Verbraucher netzkapazitätsabhängig zu-
und/oder ab. Dabei kann die Versorgungseinheit bei Überschreiten
eines vorgegebenen Schwellwerts einer verfügbaren Netzkapazität einzelne
oder mehrere Entnahmestellen und/oder Verbraucher abschalten. Kommt
es zu einem Unterschreiten des vorgegebenen oder eines weiteren
vorgegebenen Schwellwerts einer verfügbaren Netzkapazität, können einzelne
oder mehrere Entnahmestellen und/oder Verbraucher zugeschaltet werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die jeweilige Verbraucherabnahmestelle einen Datenspeicher,
in welchem die zugehörigen
Verbraucher mit zugeordneten Versorgungsdaten, insbesondere mit
zugeordneter Versorgungspriorität,
zugeordnetem Versorgungsereignis und/oder zugeordneter Versorgungszeit
hinterlegt sind. Beispielsweise sind als Versorgungspriorität des oder
der Verbraucher deren Sicherheitsrelevanz hinterlegt. So wird beispielsweise
die Strom- oder Wasserversorgung eines Krankenhauses als Entnahmestelle
höher priorisiert, als
die Strom- oder Wasserversorgung eines Wohnhaushaltes als Entnahmestelle,
wobei untergeordnet in diesen Entnahmestellen wiederum einzelne
Verbraucher, wie Warmwasserbereiter, Klimaanlagen, Speicherheizungen
unterschiedlich priorisiert sein können. Als Versorgungsereignis
wird bzw. werden beispielsweise freie verfügbare Energie- oder Medienkapazitäten zu einem
niedrigen Preis oder hohem Preis abgefragt und identifiziert, wobei
bei Vorliegen von Kapazitäten
mit niedrigem Preis diejenigen Verbraucher zugeschaltet werden,
die Energie speichern oder Medien vorhalten können, so dass diese sich in
Spitzenzeiten selbst versorgen können. Als
Versorgungszeit sind beispielsweise vorgebbare Zu- und/oder Abschaltzeiten
für die
jeweilige Entnahmestelle und/oder für deren einzelne oder zu Gruppen
zusammengefasster Verbraucher hinterlegt.
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Auch
können
Tag- und Nachtzeiten und/oder andere geeignete Zeitpunkte für Zu- und/oder
Abschaltungen von Entnahmestellen und/oder Verbraucher hinterlegt
sein. Zusätzlich
ist in der Datenbank eine der jeweiligen Entnahmestellen und/oder
den jeweiligen Verbraucher zugehörige
eineindeutige Kennung oder Adresse hinterlegt. Darüber hinaus
können
Vertragsbedingungen, welche von der Versorgungseinheit für Entnahmen
vorgegeben sind oder welche durch Vertrag zwischen der Versorgungseinheit
und der Verbraucherabnahmestelle die Entnahmestelle/n und/oder den
oder die Verbraucher betreffend abgeschlossen worden sind, hinterlegt
sein. Zweckmäßigerweise
schaltet die Versorgungseinheit anhand der im Datenspeicher hinterlegten
Versorgungsdaten einzelne oder mehrere Entnahmestellen und/oder
Verbraucher automatisch zu- und/oder ab.
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In
einer möglichen
Ausführungsform
umfasst die jeweilige Verbraucherabnahmestelle zumindest eine Schalteinheit,
die zwischen einer Versorgungsschnittstelle und einer Verbraucherschnittstelle
angeordnet ist. Dabei steuert die Versorgungseinheit über die
Kommunikationsübertragungseinheit
die Schalteinheit. Je nach Ausführung
ist die Schalteinheit dabei integraler Bestandteil der Verbraucherabnahmestelle
und schaltet den zugehörigen
Verbraucher zu oder ab oder die Schalteinheit ist nachgelagert im Verbraucher
integriert. In diesem Fall umfasst die Verbraucherabnahmestelle
eine zusätzliche
Verbraucherschnittstelle zur Übertragung
der Steuersignale an die nachgelagerte, im Verbraucher integrierte Schalteinheit.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die jeweilige Verbraucherabnahmestelle eine Steuereinheit umfassen,
die über
die Kommunikationsübertragungseinheit
mit einer der oder mehreren Versorgungseinheiten verbunden ist.
In einer möglichen
Ausführungsform
kann die Versorgungseinheit Steuersignale zum Zu- und/oder Abschalten der Entnahmestelle und/oder
von Verbrauchern an die Steuereinheit übertragen, welche dann die
Schalteinheit steuert. Alternativ kann die Versorgungseinheit direkt über eine
Kommunikationsschnittstelle die Schaltein heit schalten. In einer
weiteren alternativen Ausführungsform
kann die Steuereinheit selbst über
die Schalteinheit die Entnahmestelle und/oder Verbraucher zu- und/oder
abschalten.
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Darüber hinaus
ist vorgesehen, dass die jeweilige Verbraucherabnahmestelle anhand
einer entnahmeseitigen Steuerung mittels der Steuereinheit eine
Energie- oder Medienentnahme von einer der Versorgungseinheiten über die
Kommunikationsübertragungseinheit
auswählen
kann. Als Auswahlkriterien wird insbesondere eine preisabhängige Auswahl
getroffen. Dabei kann die Verbraucherabnahmestelle über die
Kommunikationsübertragungseinheit
aktuelle Preise, wie Energie- oder Medienpreise von der Versorgungseinheit,
z. B. einem Energieerzeuger, einem Netzwerkbetreiber, einem Medienlager,
abfragen und bei Vorliegen niedriger Preise automatisch eine Entnahme
mittels Kauf oder Vertrag abschließen. Dabei bezieht die jeweilige
Verbraucherabnahmestelle bevorzugt in Abhängigkeit von der Auswahl der
Energie- oder Medienentnahme der betreffenden Energie- oder Medienversorgungseinheit
Energie oder das betreffende Medium aus dem Energie- bzw. Medienversorgungsnetz
und schaltet zugehörige
Verbraucher zu- und/oder ab. Insbesondere können oder kann die jeweilige
Entnahmestelle und/oder einzelne oder mehrere Verbraucher dieser entsprechend
den abgeschlossenen Bedingungen automatisch von der Verbraucherabnahmestelle und/oder
von der Versorgungseinheit zu- und/oder abgeschaltet werden.
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Für eine einfache
Datenübertragung
zur entnahmeseitigen und/oder speiseseitigen Steuerung des automatischen
Zu- und/oder Abschaltens
der Entnahmestelle und/oder deren Verbraucher ist die Kommunikationsübertragungseinheit
beispielsweise leitungsgebunden über
die Übertragungseinheit
oder über
eine Telefonverbindung oder eine Datenverbindung und/oder drahtlos
mittels Funk-, Schall- oder Lichtwellen ausgebildet. Dabei kann
als Kommunikationsübertragungseinheit
jede geeignete Übertragungseinheit,
wie eine Antennenleitung, eine Kabel-TV-Leitung, eine DSL-Leitung,
oder eine andere geeignete Versorgungsleitung, wie eine Glasfaserleitung
verwendet wer den. So können
zum Datenaustausch zwischen Energieversorgungseinheit und Verbraucherabnahmestelle übliche Datenkommunikationseinrichtungen,
wie Telefon, Internet, Mobilfunk, Satellitenfunk, zum Aufbau von
beispielsweise GSM-, GPRS-, UMTS-, HSCSD-, WLAN-Verbindungen, eingesetzt
werden. Hierzu verfügt
sowohl die jeweilige Versorgungseinheit als auch die jeweilige Verbraucherabnahmestelle über entsprechend
ausgebildete Kommunikationsschnittstellen mit zugehöriger Hardware,
wie Modem, Antenne, Anschlüsse.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Versorgungsnetz um ein Energie- oder Stromversorgungsnetz.
Auch kann es sich um ein anderes Versorgungsnetz, insbesondere ein
Prozesswärmenetz, ein
Wasserversorgungsnetz, ein Gasversorgungsnetz, ein Ölversorgungsnetz
und/oder ein anderes geeignetes Medienversorgungsnetz handeln.
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Auch
kann die jeweilige Verbraucherabnahmestelle autark ausgebildet sein.
Hierzu umfasst die Verbraucherabnahmestelle mindestens eine zugehörige Entnahmenstelle
zur Energie- oder Medienversorgung von mindestens einem zugehörigen Verbraucher
sowie einen Datenspeicher und eine Steuereinheit. Im Datenspeicher
sind der oder die zugehörigen
Verbraucher mit zugeordneten Versorgungsdaten, insbesondere mit
zugeordneter Versorgungspriorität,
zugeordnetem Versorgungsereignis und/oder zugeordneter Versorgungszeit
hinterlegt. aber die Steuereinheit ist die Versorgung mit Energie oder
einem anderen Medium an der Entnahmestelle steuerbar. Dabei kann
die Steuereinheit die Versorgung für den oder die zugehörigen Verbraucher
autark beispielsweise in Abhängigkeit
von den hinterlegten Versorgungsdaten, z. B. vom aktuellen Energie- oder
Medienpreis oder der Tageszeit ein- oder ausschalten. Hierzu ist
die Schalteinheit zwischen der Steuereinheit und einer Verbraucherschnittstelle
angeordnet.
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Zur
Einbindung der Verbraucherabnahmestelle in eine übergeordnete Einheit, z. B.
einer Gebäudetechnik-Einheit
oder einer Verwalter-Einheit oder der Versorgungseinheit, kann die Verbraucherabnahmestelle
mindestens eine Datenschnittstelle aufweisen, über die die Verbraucherabnahmestelle
in ein Datennetz integrierbar ist. Dabei ist die Verbraucherabnahmestelle
als ein Client mit einem Host, z. B. einem Server der Gebäudetechnik-Einheit,
der Verwalter-Einheit bzw. der Versorgungseinheit, verbindbar. Zusätzlich kann
die Verbraucherabnahmestelle über
die Kommunikationsschnittstelle direkt in ein Kommunikationsnetz
beispielsweise der Versorgungseinheit integrierbar sein. Über diese
Schnittstelle erhält
dann die Verbraucherabnahmestelle Steueranweisungen zum Ein- und
Ausschalten der zugehörigen
Verbraucher.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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FIG
schematisch eine Vorrichtung zur Versorgung mindestens eines Verbrauchers
mit mehreren Versorgungseinheiten und beispielhaft eine Verbraucherabnahmestelle
mit einer Entnahmestelle zur Versorgung des oder mehrerer Verbraucher.
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Die
einzige Figur zeigt eine Vorrichtung 1 zur Versorgung mindestens
eines Verbrauchers 2 in einem Versorgungsnetz 3 (auch
Verteilungsnetz genannt). Bei dem Versorgungsnetz 3 kann
es sich beispielhaft um ein Strom- oder Energieversorgungsnetz,
ein Wasserversorgungsnetz, Gasversorgungsnetz, Ölversorgungsnetz oder ein anderes
Versorgungsnetz mit Verteilungsleitungen handeln. Im nachfolgenden
wird die Erfindung beispielhaft für ein Energieversorgungsnetz
beschrieben. Zur besseren Übersichtlichkeit
wird daher das Versorgungsnetz 3 im Weiteren als Energieversorgungsnetz 3 bezeichnet.
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Im
Ausführungsbeispiel
sind mehrere Versorgungseinheiten 4.1 bis 4.n (im
Weiteren in Anlehnung an das Ausführungsbeispiel Energieversorgungseinheiten 4.1 bis 4.n bezeichnet)
mit jeweils einer zugehörigen
Speisestelle 4.1.1 bis 4.n.m (im Weiteren in Anlehnung
an das Ausführungsbeispiel Energiespeisestelle 4.1.1 bis 4.n.m bezeichnet) über eine
oder mehrere Übertragungseinheiten 5 (im
Weiteren in Anlehnung an das Ausführungsbeispiel Energieübertragungseinheit 5 genannt)
mit einer oder mehreren Entnahmestellen 6.1.1 bis 6.y.z (im
Weiteren in Anlehnung an das Ausführungsbeispiel Energieentnahmestelle 6.1.1 bis 6.y.z)
einer oder mehrerer Verbraucherabnahmestellen 6.1 bis 6.y zu
dem Energieversorgungsnetz 3 verbunden. Bei der Energieversorgungseinheit 4.1 bis 4.n kann
es sich um Energieversorgungsunternehmen und/oder eine Energiequelle,
wie beispielsweise ein Kraftwerk, ein Stadtwerk oder ein Öltanklager
oder Gastanklager handeln.
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Nachfolgend
wird die Erfindung und der Aufbau der Vorrichtung 1 für ein Stromnetzwerk
mit einem Stromanbieter, z. B. einem Kraftwerk, als Energieversorgungseinheit 4.1 bis 4.n und
einem Stromabnehmer, z. B. einem Haushalt, als Verbraucherabnahmestelle 6.1 bis 6.y näher beschrieben.
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Der
jeweiligen Verbraucherabnahmestelle 6.1 bis 6.y ist
mindestens der eine Verbraucher 2 zugeordnet. Auch können der
jeweiligen Verbraucherabnahmestelle 6.1 bis 6.y mehrere
einzelne Verbraucher 2 oder zu einer Gruppe zusammengefasste
Verbraucher zugeordnet sein. Bei der Verbraucherabnahmestelle 6.1 bis 6.y handelt
es sich insbesondere um einen Abnehmer, wie beispielsweise einen
Haushalt, eine Einrichtung, ein Gebäude, einen Käufer. Unter
Verbrauchern 2 werden insbesondere elektronische und elektrische
Endgeräte,
wie beispielsweise Klimaanlagen, Leuchtmittel, Kühlschränke, Wasserzubereiter, etc.
verstanden. Dabei werden insbesondere solche Verbraucher 2 im
Sinne der Erfindung verstanden, die zumindest vorübergehend
ohne Energie auskommen können
oder zumindest mit verringerter Stromaufnahme betrieben werden können und/oder
welche Energie speichern können:
beispielsweise Warmwasserbereiter, Klimaanlagen (wobei gemäß der erfindungsgemäßen Steuerung,
wie nachfolgend beschrieben, die Wärmepumpe abgeschaltet wird
und der Lüfter
weiterläuft),
Wärmepumpen
(zu Heizzwecken), Kühlschränke, Gefrierschränke, Kühlräume (wobei
gemäß der erfindungsgemäßen Steuerung
Licht funktionsfähig
bleibt und die Kühlung
zeitweise abgeschaltet wird), Speicherheizungen, Schwimmbäder, Straßenbeleuchtungen, Stromtankstellen,
Rolltreppen, Personalcomputer und andere Nebengeräte, wie
Drucker, Wäschetrockner,
Spülmaschinen,
Waschmaschinen, etc.
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Zur
erfindungsgemäßen entnahmeseitigen und/oder
speiseseitigen Steuerung der Energieversorgung der Verbraucher 2 durch
gesteuerte Energieentnahme über
die betreffende Energiespeisestelle 4.n.m und die betreffende
Energieentnahmestelle 6.y.z ist die jeweilige Verbraucherabnahmestelle 6.y über eine
Kommunikationsübertragungseinheit 7 mit einer
der Energieversorgungseinheiten 4.1 bis 4.n verbindbar.
Durch einen über
die Kommunikationsübertragungseinheit 7 ausgeführten Datenaustausch ist
die Energieversorgung an der betreffenden Energieentnahmestelle 6.y.z entnahmeseitig
und/oder speiseseitig steuerbar. Dabei weisen sowohl die jeweilige
Energieversorgungseinheit 4.1 bis 4.n als auch
die jeweilige Verbraucherabnahmestelle 6.1 bis 6.y zugehörige und
miteinander korrespondierende Kommunikationsschnittstellen 8 auf.
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Je
nach Art und Aufbau der Kommunikationsübertragungseinheit 7 sind
die Kommunikationsschnittstellen 8 entsprechend ausgebildet.
So kann es sich bei der Kommunikationsübertragungseinheit 7 um übliche Datenkommunikationsverbindungen und
-einrichtungen, die eine drahtlose oder leitungsgebundene Verbindung
ermöglichen,
handeln. Beispielsweise kann die Kommunikationsübertragungseinheit 7 integraler
Bestandteil der Energieübertragungseinheit 5 bei
einer Datenkommunikation über ein
Stromkabel oder Glasfaserleitungen sein. Alternativ kann die Kommunikationsübertragungseinheit 7 als
eine Telefonverbindung, Internetverbindung, Bluetooth-Verbindung,
GSM-, GPRS-, UMTS-, HSCSD-, Satelliten-, Bluecluster-, Zig-Bee- oder eine andere
geeignete Netzverbindung handeln. Auch kann die Datenübertragung über Funk-,
Schall-, Ultraschall-, Infrarot- oder Lichtwellenübertragung
erfolgen. Die Kommunikationsschnittstelle 8 ist entsprechend
als eine Maschine-Maschine-
oder eine Mensch-Maschine-Kommunikationsschnitt stelle (z. B. LAN,
WLAN, Datenbus, Display, Schalter, Taster) ausgebildet.
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Zur
speiseseitigen und/oder entnahmeseitigen Steuerung der Energieentnahme
an der Energieentnahmestelle 6.y.z umfasst die jeweilige
Verbraucherabnahmestelle 6.y zumindest eine Steuereinheit 9,
einen Datenspeicher 10 und eine Schalteinheit 11. Im
Ausführungsbeispiel
ist die Schalteinheit 11 Bestandteil der Verbraucherabnahmestelle 6.y.
Alternativ kann die Schalteinheit 11 auch integraler Bestandteil
des Verbrauchers 2 sein. Die Schalteinheit 11 kann
dabei elektromechanisch, beispielsweise als ein Schütz oder
elektronisch als ein Halbleiterschalter ausgebildet sein.
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Je
nach Art und Aufbau der Verbraucherabnahmestelle 6.y können weitere
Verbraucher 2' über eine
Verbraucherschnittstelle 12 zugeordnet und steuerbar sein.
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Ferner
kann die Steuereinheit 9 und somit die Verbraucherabnahmestelle 6.y über eine
Datenschnittstelle 13 (z. B. Datenbussystem, serielle Datenleitung,
Telefonleitung, Lichtwellenleiternetz, LAN, WAN, WLAN) mit anderen
Steuereinheiten des Verbrauchers 2 verbunden oder in ein
Firmen- oder Rechnernetz, z. B. einer Gebäudetechnik-Einheit oder einer
Verwaltereinheit, als dezentraler Teilnehmer eingebunden sein.
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Die
erfindungsgemäße entnahme-
und/oder speiseseitige Steuerung der Energieentnahme kann darüber hinaus
als untergeordnete Steuerung integraler Bestandteil eines üblichen
vorhandenen Netzreglers 14 des Energieversorgungsnetzes 3 sein.
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Bei
dem Netzregler 14 kann es sich beispielsweise um einen
direkten Netzlast- oder Netzfrequenzregler handeln. Ein derartiger
Regler (= netzlastabhängiger
Regler) ändert
die Last bzw. die Frequenz in der Art, dass ein bereits vorhandener Einspeiseregler
der jeweiligen Energieversorgungseinheit 4.n einen kleineren
Regelbereich oder eine betreffende Frequenz durchfährt. Der
Regler ist dadurch gekennzeichnet, dass er jedem Verbraucher 2, 2' oder jeder
Verbraucherabnahmestelle 6.y innerhalb der vereinbarten
Zeiten die geforderte Energieentnahme ermöglicht. Der direkte Netzlastregler
besteht dabei mindestens aus folgenden Komponenten, einer Strommesseinrichtung
zur Bestimmung der aktuellen Netzlast INetz in
der Energieübertragungseinheit 5 und
einer in einer nicht näher
dargestellten Steuereinheit der Energieversorgungseinheit 4.n implementierten
Regeleinrichtung. Zur erfindungsgemäßen Steuerung der Energieentnahme
hat der Netzregler 14 Zugriff auf den Datenspeicher 10 der
Verbraucherabnahmestelle 6.y. In dem Datenspeicher 10 sind
die Verbraucher 2, 2' bzw. die Verbraucherabnahmestelle 6.y mit
zugeordneten Energieversorgungsdaten, insbesondere mit zugeordneter
Energieversorgungspriorität,
zugeordnetem Energieversorgungsereignis und/oder zugeordneter Energieversorgungszeit
sowie einer zugehörigen
Kennung hinterlegt. Anhand der im Datenspeicher 10 hinterlegten
Energieversorgungsdaten wird dann mittels der Energieversorgungseinheit 4.n gegebenenfalls indirekt über die
Steuereinheit 10 oder direkt die Schalteinheit 11 gesteuert,
die einzelne oder mehrere Energieentnahmestellen 6.y.z und/oder
Verbraucher 2, 2' zu-
und/oder abschaltet. Beispielsweise werden in Abhängigkeit
von den hiterlegten Energieversorgungsdaten die Energieentnahmestellen 6.y.z und/oder
die Verbraucher 2, 2' zu hinterlegten Schaltzeiten,
entsprechend hinterlegten Prioritäten und bei Vorliegen hinterlegter
Ereignisse zu- und/oder
abgeschaltet. Dabei können
die Energieentnahmestellen 6.y.z. und/oder die Verbraucher 2, 2' einzeln oder gruppenweise
geschaltet werden. Auch können
diese in Abhängigkeit
von Über-
und/oder Unterschreiten von vorgebbaren Schwellwerten mindestens
einer Netzregelgröße zu- und/oder
abgeschaltet werden.
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Alternativ
zum Netzlast- oder Netzfrequenzregler kann es sich bei dem Regler 14 auch
um einen Transportpreis-Regler handeln. Dabei wird die Last im Energieversorgungsnetz 3 über die
Anhebung oder Absenkung des Transportpreises für die zu übertragende und somit zu entnehmende
Energie dadurch geregelt, dass der Regler den Preis für die Übertragungsleistung des
dann unabhängigen
Netzbetreibers in der Weise anpasst, dass bei hoher Netzauslastung
der Preis für
die Übertragung
der Energie höher
angeboten wird als bei niedriger Netzauslastung. Vorzugsweise beinhaltet
die Regeleinrichtung einen Webserver, bei dem aktuelle Übertragungspreise
abgefragt werden können
und bei dem die Verbraucherabnahmestelle 6.y (= Käufer) oder die
Energieversorgungseinheit 4.n (= Verkäufer) automatisch eine Übertragungsleistung
vertraglich vereinbaren können.
Der Transportvertrag wird zweckmäßigerweise
automatisch durch hinterlegte Vertragsdaten und dynamisch durch
Auswahl geänderter
und bestätigter
Vertragsbedingungen zwischen den Vertragspartnern – Käufer und
Verkäufer – geschlossen.
Dabei besteht der Transportpreis-Regler ebenfalls aus der Strommesseinrichtung
zur Bestimmung der aktuellen Netzlast INetz,
der Kommunikationsschnittstelle 8 zur Datenübermittlung
der aktuellen Transportpreise sowie zum Abschluss des Transportvertrages,
woraufhin die Energieversorgungseinheit 4.n entsprechend
die Schalteinheit 11 steuert und Energieentnahmestellen 6.y.z bzw.
Verbrauchern 2, 2' zu-
oder abschaltet.
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Auch
kann es sich um einen Energiepreis-Regler handeln. Der Energiepreis-Regler
regelt dabei die Last INetz über die
Anhebung und Absenkung des Kaufpreises oder einer anderen Regelgröße für die in
das Energieversorgungsnetz 3 eingespeiste Leistung. Bei
hoher Auslastung der Energiequelle (z. B. eines Kraftwerks) wird
die Energie zu einem höheren
Preis angeboten als bei geringer Auslastung. Der Energiepreis-Regler
beinhaltet mindestens eine Leistungsmesseinrichtung zur Bestimmung der
aktuellen Auslastung der Energiequelle sowie über die Kommunikationsschnittstelle 8 zur
Anfrage des aktuellen Kaufpreises und zum Abschluss eines Kaufvertrages,
wobei über
die Kommunikationsschnittstelle 8 bei abgeschlossenem Kaufvertrag
automatisch von der Energieversorgungseinheit 4.n die Energieentnahmestelle/n 6.y.z und/oder
der/die Verbraucher 2, 2' zu- oder abgeschaltet werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele für ein Steuerungs- und
Betriebsverfahren näher
beschrieben.
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Zur
entnahme- und/oder speiseseitigen Steuerung der Energieentnahme
zur Stabilisierung des Energieversorgungsnetzes 3, insbesondere
zur Last- oder Frequenzausregelung, werden einzelne Verbraucher 2, 2' und/oder Energieentnahmestellen 6.1 bis 6.y ereignis-
und/oder zeitgesteuert, insbesondere bedarfsweise bzw. zeitweise
zu- und/oder abgeschaltet. Dabei schaltet beispielsweise die betreffende
Energieversorgungseinheit 4.n netzkapazitätsabhängig über die
Kommunikationsübertragungseinheit 7 einzelne
oder mehrere Energieentnahmestellen 6.y und/oder Verbraucher 2, 2' zu und/oder
ab. Die Netzregelung und Ressourcennutzung lässt sich dadurch erheblich
verbessern, indem einzelne Haushalte (= Verbraucherabnahmestelle 6.y),
Teile von Haushalten (= Verbraucher 2, 2') oder Einzelverbraucher
(= Verbraucher 2, 2')
einzeln zugeschaltet oder abgeschaltet werden.
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In
einer ersten möglichen
Ausführungsform wird/werden
einzelne oder mehrere Energieentnahmestelle 6.y.z und/oder
ein oder mehrere der Verbraucher 2, 2' einzeln oder
gruppenweise über
die Schalteinheit 11 zu- und/oder abgeschaltet. Dabei kann
die Schalteinheit 11 direkt von der betreffenden Energieversorgungseinheit 4.n und/oder
indirekt über
die Steuereinheit 9 gesteuert werden. Die lokale Schalteinheit 11 gibt
dabei nach erfolgter Steuerung durch die Steuereinheit 9 bzw.
die Energieversorgungseinheit 4.n eine Freigabe zur Energieentnahme
und somit zum Freischalten der Energieentnahmestelle/n 6.y.z des
oder der Verbraucher 2, 2'. Zusätzlich kann die Verbraucherabnahmestelle 6.y eine Zähleinheit 15 zur
Erfassung der Energieentnahme aufweisen. Die Zähleinheit 15 ist dabei
ein üblicher mechanischer
oder elektronischer Zähler,
wie ein Strom-, Wasser- oder Gaszähler, der über die Steuereinheit 9 oder
direkt über
die Kommunikationsschnittstellen 8 mit der Energieversorgungseinheit 4.n verbindbar
ist.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die jeweilige
Verbraucherabnahmestelle 6.y über die Kommunikationsübertragungseinheit 7 eine
der Energieversorgungseinheiten 4.n auswählt. Dazu
fragt die Verbraucherabnahmestelle 6.y Preise für die Energieentnahme
und/oder den Energietransport ab und schließt automatisch einen entsprechenden
Vertrag ab, wie oben beschrieben. Dabei kann sowohl die Energieversorgungseinheit 4.n als
auch die Steuereinheit 9 der Verbraucherabnahmestelle 6.y bei
Vorliegen der abgeschlossenen Bedingungen ein oder mehrere Verbraucher 2, 2' und/oder Energieentnahmestellen 6.y.z zu-
und/oder abschalten. Somit ist neben einer speiseseitigen auch eine
entnahmeseitige Steuerung der Energieentnahme ermöglicht,
wobei bei der entnahmeseitigen Steuerung bevorzugt dann eine Zuschaltentscheidung
erfolgt, wenn der Energiepreis entsprechend gegeben ist. Mit anderen
Worten: Die Verbraucherabnahmestelle 6.y entscheidet selbst,
wann zu welchem Preis Energie aus dem Energieversorgungsnetz 3 von
welcher Energieversorgungseinheit 4.n entnommen wird. Dabei
kann der Verbraucher 2 der Verbraucherabnahmestelle 6.y direkt
die gekaufte Energie abnehmen und verbrauchen. Alternativ kann dieser
Verbraucher 2 als Schalteinheit ausgebildet sein oder eine
solche umfassen, mittels der weitere Verbraucher 2' über die
Verbraucherschnittstelle 12 zugeschaltet oder abgeschaltet
werden können. Über die
Zählereinheit 15 wird
dabei fortlaufend die Energieentnahme gezählt und an die Energieversorgungseinheit 4.n übertragen.
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Als
Verbraucherabnahmestellen 6.y sind beispielsweise Haushalte
oder Einrichtungen, wie Krankenhäuser, öffentliche
Institute, etc. definiert. Als Verbraucher 2, 2' sind beispielsweise
ein Kühlschrank
in einem Haushalt, der über
einen zusätzlichen
Kältespeicher,
z. B. in Form eines vergrößerten Kühlmitteltanks
oder bei Kühlschränken ohne
Gefrierfunktion über
einen Wassertank, der nach Aufstellung durch den Benutzer gefüllt werden
kann, vorgesehen. Auch kann es sich bei dem Verbraucher 2, 2' um eine Klimaanlage
handeln, die über
zwei Versorgungsanschlüsse
(= zwei Energieabnahmestellen 6.y.z) verfügt, wodurch
das Gebläse
beispielsweise dauerhaft betrieben werden kann, während zu
Spitzenlastzeiten und üblicherweise
Hochpreiszeiten die Wärmepumpe
abgeschaltet wird. Durch Hinzufügen
eines erweiterten Kühlmitteltanks
können
je nach Größe auch
längere
Entnahmepausen überbrückt werden.
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Derartige
Verbraucher 2, 2',
die Energie speichern können,
werden mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur
Energieversorgung durch Steuerung der Energieentnahme in lastarmen
Zeiten und somit in Zeiten niedriger Energiepreise Energie zugeschaltet
und in Spitzenlastzeiten abgeschaltet. Weitere derartige Verbraucher 2, 2' sind beispielsweise
Warmwasserbereiter, welche für
eine Speicherung von Energie entsprechend größer dimensioniert werden können. Auch
Speicherheizungen sind in der Lage, Energie in Form von Wärme zu speichern.
Dabei wird die Speicherheizung beispielsweise auch tagsüber, wenn
eine Netzüberkapazität infolge
eines Sturms durch Windenergie im Energieversorgungsnetz 3 verfügbar ist,
aufgeladen. Andere Verbraucher 2, 2', wie beispielsweise Wäschetrockner,
mit geringer Priorität
können
in Abhängigkeit
vom aktuell abgefragten Energiepreisen zu- oder abgeschaltet werden.
Dabei kann ein derartiger Wäschetrockner selbst
als Verbraucherabnahmestelle 6.y definiert sein und über eine
entsprechende Schalteinheit 11 und eine Steuereinheit 9 zu- und/oder abgeschaltet werden.
Beispielsweise kann der Wäschetrockner über eine
Mensch-Maschine-Schnittstelle, wie einen Tastbildschirm, verfügen, über den
die aktuellen Energiepreise verschiedener Energieversorgungseinheiten 4.n abgefragt
werden, woraufhin eine der Energieversorgungseinheiten 4.n ausgewählt und über die
Kommunikationsübertragungseinheit 7 mit diesem
einen Vertrag über
eine sofortige Energieentnahme abgeschlossen wird. Anschließend wird
entweder durch die Energieversorgungseinheit 4.n oder die
Steuereinheit 9 nach Bestätigung des abgeschlossenen
Vertrages der Wäschetrockner
automatisch zu- und/oder abgeschaltet.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung können Stromanbieter (= Lieferant)
und Stromabnehmer, die sich räumlich
nahe beieinander befinden, durch intelligente Regler und Steuerung
di rekt miteinander zur oben beschriebenen entnahmeseitigen und/oder speiseseitigen
Steuerung der Energieentnahme gekoppelt werden. Beispielsweise kann
die Energiequelle oder Energieversorgungseinheit 4.n im
Hause der Verbraucherabnahmestelle 6.y angeordnet sein, wobei
deren Verbraucher 2, 2' in der oben beschriebenen Art
und Weise zeitweise, ereignis- oder zeitgesteuert zu- und/oder abgeschaltet
werden.