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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.
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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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Aus der
DE 100 39 134 A1 ist ein Verfahren und System zur Steuerung der Energieversorgung von elektrischen Verbrauchern bekannt, bei welchem durch Anforderung eines Verbrauchers bei einer Steuerungs- und Verteilereinrichtung zunächst geprüft wird, ob für den Zeitpunkt der Anforderung ein gültiges Angebot eines Anbieters vorliegt, das den Anforderungen genügt, und falls dies gegeben ist, den betroffenen Verbraucher einschaltet. Falls dies nicht gegeben ist, holt die Einrichtung ein Angebot bei wenigstens einem Anbieter ein, führt einen erneuten Vergleich der Anforderungen mit dem Angebot durch, schaltet bei den Anforderungen genügendem Angebot den Verbraucher ein, oder veranlasst bei ungenügendem Angebot eine Meldung.
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Aus der
DE 10 2005 001 143 A1 ist zudem ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verbraucherindividuellen Lieferung an elektrischer Energie bekannt. Dazu ist eine zentrale Steuervorrichtung vorgesehen, die mit den Verbrauchern verbunden ist und in Abhängigkeit von einer Präferenzliste der Verbraucher und, wenn die Steuervorrichtung mit Energieerzeugern verbunden ist, in Abhängigkeit einer Präferenzliste der angeschlossenen Energieerzeuger eine Energiezufuhr an den Verbraucher regelt.
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Aus der
DE 12 27 125 A ist eine Anordnung zum Zu- und Abschalten von Verbrauchern eines Energieversorgungsnetzes über eine Rundsteueranlage zur Anpassung an den wechselnden Verlauf einer Tageslastkurve bekannt. Den Verbrauchern sind relativ langsam ansprechende mechanische Schwingungsempfänger zugeordnet, deren Ansprechfrequenzen auf einem Frequenzband verteilt sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Versorgung mindestens eines Verbrauchers 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.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Versorgung mindestens eines Verbrauchers umfasst ein Versorgungsnetz (auch Verteilungsnetz genannt) mit mindestens einer Speisestelle, mindestens einer Versorgungseinheit und einer Anzahl von zumindest mit einer dieser Speisestellen über eine Übertragungseinheit 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. Dabei umfasst die jeweilige Verbraucherabnahmestelle eine Steuereinheit, die über die Kommunikationsübertragungseinheit mit einer der oder mehreren Versorgungseinheiten verbunden 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 energieeffizient 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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Weiterhin schaltet bei einer speiseseitigen und 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 entnahmeseitige Steuerung 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 handeln, 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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Weiterhin 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. 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 Schalteinheit 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 werden. 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. Über 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-, ZigBee- 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-Kommunikationsschnittstelle (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 direkt 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.
