-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 und eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 12 angegebenen Gattung.
-
Die
Versorgung von dezentralen Einheiten wie z. B. Industrie- und Wohngebäuden
mit elektrischer Energie erfolgt in der Regel über elektrische Niederspannungsnetze.
Dabei bezieht sich der Begriff ”Energie” allgemein
sowohl auf Wirk- als auch auf Blindenergie. Die ordnungsgemäße
Funktion derartiger Niederspannungsnetze wird in der Regel von Energieversorgungsunternehmen
oder sogenannten Netzbetreibern sichergestellt, während
die Lieferung elektrischer Energie an die dezentralen Einheiten mittels
der Niederspannungsnetze durch Energiehändler erfolgt,
die auch die Energiekosten in Abhängigkeit von der Tageszeit
in Form von sogenannten Tarifprofilen festlegen.
-
Der
Anschluss dezentraler Einheiten an das Niederspannungsnetz erfolgt
an sogenannten Netzanschlusspunkten. Von diesen führt eine
Hauptleitung zu wenigstens einem Stromzähler, der über
einen Verteiler an übliche Steckdosen oder auch direkt an verschiedene
Verbraucher angeschlossen ist, die auch mit Starkstrom betriebene
Geräte sein können. In entsprechender Weise, jedoch
mit umgekehrter Flussrichtung, werden die Erzeuger über
einen Stromzähler mit dem Netzanschlusspunkt verbunden.
-
Zur
Vermeidung einer Überlastung der Niederspannungsnetze durch
die Verbraucher und/oder zur Vermeidung der Schaffung von Überkapazitäten im
Netz durch die Erzeuger sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen
bekannt, die entweder nach den Bedürfnissen der Energieversorgungsunternehmen (Netzbetreiber)
oder nach den Wünschen von deren Kunden, d. h. den Betreibern
der dezentralen Einheiten eingerichtet sind. Aus der Sicht der Energieversorgungsunternehmen
kann es z. B. erwünscht sein, den Gesamtenergieverbrauch
zu bestimmten Zeiten zu beschränken, während es
aus der Sicht der Kunden erwünscht sein kann, den Verbrauch/die
Erzeugung von elektrischer Energie so zu steuern, dass sich in Anbetracht
der aktuellen Stromtarife günstige Verbrauchskosten und/oder
Erzeugungserlöse ergeben.
-
Ein
bekanntes Verfahren dieser Art, das insbesondere zur Vermeidung
von Leistungsspitzen dient, die von einer Gruppe von ausschließlich
aus Verbrauchern bestehenden Einheiten verursacht werden können,
macht z. B. die An- und Abschaltung einzelner Verbraucher von deren
momentaner Wichtigkeit abhängig (
DE 198 42 043 B4 ). Eine
Kühleinrichtung hat z. B. eine hohe Wichtigkeit, wenn ihre Kühltemperatur
eine vorgewählte obere Grenze erreicht, da sie dann einen
unverzichtbaren Anschluss an das Netz erfordert.
-
Weiterhin
sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt (
EP 0 886 362 B1 ), mittels
derer Energieversorgungsunternehmen versuchen, die Nachfrage an elektrischer
Energie immer dann zu reduzieren, wenn aufgrund einer prognostizierten
hohen Nachfrage die Gefahr besteht, dass sie mit der dann von ihnen
zu liefernden Energie an ihre Erzeugungskapazität stoßen
oder die Kosten für zusätzlich zu erzeugende Energie
zu hoch sind. Als Mittel zur Reduzierung der Nachfrage dienen hier
sogenannte Anreizzahlungen, die die Kunden dazu veranlassen sollen, ihre
Lasten (Verbraucher) für bestimmte Zeitintervalle abzuschalten.
Alternativ wird versucht, eine Reduzierung der Lasten durch erhöhte
Tarifprofile zu erreichen, insbesondere wenn die Kunden über
eigene Erzeugungsanlagen verfügen und daher auf die von ihnen
selbst erzeugte Energie ausweichen können, falls deren
Erzeugung günstiger als der Strombezug vom Energieerzeugungsunternehmen
ist.
-
Weiterhin
ist es bekannt (
EP
1 339 153 A2 ), an ein Niederspannungsnetz angeschlossen,
dezentrale Einheiten mit Einrichtungen auszurüsten, die automatisch
arbeitende Energiemanager und Messelemente für an den Anschlusspunkten
vorhandene Netzparameter aufweisen und über ein bidirektionales
Kommunikationsmedium mit dem Netzbetreiber verbunden sind. Die Energiemanager
ermöglichen eine Steuerung des Energieflusses zwischen
den Verbrauchern/Erzeugern in Abhängigkeit von aktuellen,
aus vorgegebenen Tarifprofilen sich ergebenden Bedürfnissen,
von aktuellen Energieerzeugungs und/oder Energieverbrauchsdaten
und/oder von aktuell gemessenen Netzparametern.
-
Schließlich
sind die zuletzt genannten Einrichtungen inzwischen dahingehend
zu Verfahren und Vorrichtungen der eingangs bezeichneten Gattungen
ergänzt worden, dass die Energiemanager mit Hilfe von Optimierungsprogrammen
und den vorgegebenen Tarifprofilen automatisch berechnen können,
zu welchen Tages- oder Nachtzeiten der Verbrauch und/oder die Erzeugung
von elektrischer Energie durch die in einem Gebäude, einem
Haushalt od. dgl. vorhandenen Verbraucher/Erzeuger wirtschaftlich
besonders günstig ist. Die Tarifprofile werden den Energiemanagern
z. B. von einem Energiehändler oder von einer Börse
(z. B. EEX) übermittelt und geben die Verbrauchs- bzw.
Erzeugerpreise für elektrische Energie am jeweils folgenden
Tag an.
-
Alle
beschriebenen bekannten Verfahren und Vorrichtungen berücksichtigen
nicht oder nicht ausreichend einen netzkonformen Betrieb des Niederspannungsnetzes.
Unter der Bezeichnung ”netzkonform” wird im Rahmen
der vorliegenden Anmeldung verstanden, dass an den Netzanschlusspunkten
genau definierte Netzparameter wie z. B. Spannungen von 230 V, Frequenzen
von 50 Hz, vorgewählte Stromtragfähigkeiten zur
Vermeidung von Überhitzungen der elektrischen Leitungen
od. dgl. eingehalten werden und während des normalen Betriebs
nur in engen, vom Netzbetreiber vorgegebenen, ein stabiles Netz
garantierenden Toleranzbereichen schwanken dürfen. Außerdem
sind die Anschlussleistungen für die einzelnen Einheiten
genau festgelegt mit der Folge, dass bei deren Überschreitung
zusätzlich eingebaute Sicherungen od. dgl. ansprechen.
Bisher wird in der Regel davon ausgegangen, dass die Qualität
der Niederspannungsnetze ausreichend gut ist und allen denkbaren
Anforderungen gerecht wird.
-
Der
netzkonforme Betrieb von elektrischen Niederspannungsnetzen hat
in den letzten Jahren jedoch dadurch beträchtlich an Bedeutung
gewonnen, dass die dezentralen Einheiten zunehmend nicht nur über
Verbraucher der genannten Art, sondern auch über Erzeuger
von elektrischer Energie in Form von Photovoltaik-, Biomassen-,
Windkraft- oder Kraft/Wärme-Kopplungs-(KWK-)Anlagen verfügen können.
Außerdem können Anlagen vorhanden sein, die mit
elektrischen Speichern ausgerüstet sind und je nach der
Richtung des Leistungsflusses als Verbraucher oder als Erzeuger
von elektrischer Energie arbeiten können. Eine unerwünschte
Folge dieser zahlreichen möglichen Ausgestaltungen der
dezentralen Einheiten ist, dass sich in Abhängigkeit davon, wo
zu einem bestimmten Zeitpunkt Energie verbraucht und/oder in das
Netz eingespeist wird, sehr unterschiedliche Energieflüsse
ergeben. Da elektrische Netze normalerweise nicht dazu eingerichtet sind,
beliebig viel Energie von einem Punkt A zu einem anderen Punkt B
zu übertragen, können sich im Hinblick auf die
Netzkonformität ernsthafte Probleme ergeben, wenn sich
die genannten Energieflüsse in einer Leitung sammeln oder
in eine falsche Richtung fließen. Diesen Problemen wird
bisher ausschließlich mit Hilfe von durch den Netzbetreiber
installierten Sicherungsmaßnahmen begegnet, die verhindern, dass
das Netz beschädigt wird, indem z. B. Leitungen durchbrennen.
Derartige Sicherungsmaßnahmen können z. B. darin
bestehen, dass das ganze Netz oder zumindest Teilnetze abgeschaltet
werden. Das bedeutet, dass von den Netzbetreibern bisher im Wesentlichen
nur Maßnahmen ergriffen werden, die auf unerwünschte
Energieflüsse reagieren, anstatt vorsorglich Maßnahmen
zur Vermeidung unerwünschter Energieflüsse zu
treffen. Das gilt insbesondere auch deshalb, weil es für
die Netzbetreiber nicht möglich ist oder zumindest mit
einem viel zu hohen Aufwand verbunden wäre, alle Netzanschlusspunkte
eines Niederspannungsnetzes permanent zu überwachen und
rechtzeitig auf unerwünschte Entwicklungen zu reagieren.
Es besteht daher ein Bedarf an Verfahren und Vorrichtungen, mittels
derer der Verbrauch und/oder die Erzeugung von elektrischer Energie
in den einzelnen Einheiten optimal gesteuert werden kann, ohne dadurch
den sicheren Netzbetrieb zu gefährden, d. h. die vorhandenen
Betriebsmittel des Netzes zu überlasten.
-
Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das technische
Problem zugrunde, die eingangs bezeichneten Verfahren und Vorrichtungen
derart weiter zu entwickeln, dass die Steuerung des Verbrauchs/der
Erzeugung von elektrischer Energie in den dezentralen Einheiten
so erfolgt, dass einerseits entsprechend den Erwartungen der Kunden
deren Verbrauch/Erzeugung von elektrischer Energie in einer wirtschaftlich
günstigen Weise gesteuert werden kann, andererseits aber
dennoch weitgehend vermieden wird, dass die Netzparameter in einem
für den Netzbetreiber nicht tolerierbaren Umfang verändert
werden.
-
Zur
Lösung dieses Problems sind erfindungsgemäß die
Merkmale der Ansprüche 1 und 12 vorgesehen.
-
Durch
die Erfindung wird der Vorteil erzielt, dass die Netzparameter ständig überwacht
werden und immer dann, wenn sie aus vorgegebenen Toleranzbereichen
herausfallen, von der Seite des Händlers aus versucht wird,
durch eine Änderung des Tarifprofils eine Zurückführung
der Netzparameter in die Toleranzbereiche zu erreichen. Das bedeutet, dass
versucht wird, eine Erhöhung der Tarife zwecks Senkung
des Verbrauchs von elektrischer Energie und/oder eine Verringerung
der Tarife zwecks Reduzierung der Erzeugung von elektrischer Energie
stets von den momentanen Zuständen an den Netzanschlusspunkten
abhängig zu machen.
-
Weitere
vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen:
-
1a und 1b ein
schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
-
2 ein
beispielhaftes, für einen Tag vorgegebenes Tarifprofil;
-
3 einen
anhand des vorgegebenen Tarifprofils nach 2 berechneten
Einsatzplan für verschiedene Geräte einer dezentralen
Einheit;
-
4 ein
gegenüber 2 verändertes Tarifprofil;
und
-
5 einen
mit dem geänderten Tarifprofil nach 4 neu berechneten
Einsatzplan für die Geräte nach 3.
-
In 1a und 1b,
die an Stellen Za, Zb zusammengesetzt zu denken sind, ist eine z.
B. dreiphasige 400 V-Leitung angedeutet, die ein nicht näher
dargestelltes Niederspannungsnetz 1 repräsentiert
und auch als eine Drehstromleitung ausgebildet sein könnte.
Mit dem Bezugszeichen 2a, 2b und 2c sind
mehrere dezentrale Einheiten (Kunden, z. B. Wohn- oder Geschäftshäuser)
bezeichnet, die zum Austausch von elektrischer Energie über
Netzanschlusspunkte 3a, 3b und 3c an
das Niederspannungsnetz 1 angeschlossen sind.
-
Die
Einheit 2a enthält wenigstens je einen Verbraucher
und einen Erzeuger von elektrischer Energie, wobei im Ausführungsbeispiel
ein erster Verbraucher 4 z. B. eine Gefriertruhe, ein zweiter
Verbraucher 5 z. B. eine Waschmaschine und ein Erzeuger 6 z.
B. eine KWK-Anlage ist. Die Verbraucher 4 und 5 und
Erzeuger 6 sind über Schalter 7 und Zähler 8 mit
dem Netzanschlusspunkt 3a verbunden. Die Schalter 7 sind
mit einer Steuerschaltung 9 verbunden und können
mit dieser geöffnet oder geschlossen werden. Die Zähler 8 sind
dagegen mit einem Aufzeichnungsgerät 10 verbunden,
das in beliebiger Weise dazu dienen kann, die Zählerstände
der Zähler 8 festzustellen und aufzuzeichnen.
Die Steuerschaltung 9 und das Aufzeichnungsgerät 10 sind
Bestandteile einer allgemein mit dem Bezugszeichen 11 versehenen
Datenverarbeitungsstation, die außerdem z. B. eine Recheneinheit 12,
eine bidirektionale Datenübertragungseinrichtung 14 und
eine unidirektionale Datenverarbeitungseinrichtung 15 enthält. Weiterhin
enthält die Datenverarbeitungsstation 11 einen
Energiemanager 16, eine Messeinrichtung 17, die
wenigstens ein Messelement zur Messung wenigstens eines sich am
Netzanschlusspunkt 3a ergebenden Netzparameters aufweist,
bei dem es sich z. B. um die elektrische Spannung, die Netzfrequenz, die
Netzimpedanz und/oder den Wirk- und Blindleistungsfluss handeln
kann, und einen an die Messeinrichtung 17 angeschlossenen
Alarmsignalerzeuger 18. Dieser enthält z. B. einen
Vergleicher, dem einerseits die von der Messeinrichtung 17 ermittelten
Istwerte der gemessenen Netzparameter und diesen zugeordnete Sollwerte
zugeführt werden und der andererseits so eingerichtet ist,
dass er ein Alarmsignal an die bidirektionale Datenübertragungseinrichtung 14 übermittelt,
wenn ein Vergleich der Istwerte mit den Sollwerten ergibt, dass
der oder die im Einzelfall betrachteten Netzparameter aus ihnen
zugewiesenen Toleranzbereichen herausfallen. Die Sollwerte und die
Toleranzbereiche werden in der Regel vom Betreiber des Niederspannungsnetzes 1 festgelegt.
-
Die
Einheit 2a ist ferner über ein Kommunikationsmedium
mit einer übergeordneten Einrichtung 20 verbunden,
die von einem Energiehändler betrieben wird, der mittels
des Niederspannungsnetzes 1 elektrische Energie an die
Einheiten 2a, 2b und 2c liefert oder
elektrische Energie von diesen Einheiten abnimmt.
-
Die
Einheiten 2b und 2c sind in derselben Weise wie
die Einheit 2a an die übergeordnete Einrichtung 20 angeschlossen
und bis auf die Verbraucher 4, 5 und/oder Erzeuger 6,
die von Einheit zu Einheit variieren können, genauso wie
die Einheit 2a ausgebildet, weshalb sie nicht gesondert
beschrieben werden.
-
Das
Kommunikationsmedium ist hier als eine Kombination aus einer bidirektionalen
Datenübertragungsleitung 21 und einer unidirektionalen
Datenübertragungsleitung 22 dargestellt, die einerseits über Anschlussleitungen 21a, 22a mit
den Datenübertra gungseinrichtungen 14 und 15 und
andererseits mit entsprechenden Datenübertragungseinrichtungen 23 und 24 der
Einrichtung 20 verbunden sind. Hierbei wird die unidirektionale
Datenübertragungsleitung 22 bevorzugt für
die Kommunikation von der übergeordneten Einrichtung 20 an
die Einheiten 2a, 2b, 2c verwendet, um
die bidirektionale Datenübertragungsleitung 21 zu
entlasten. Für den Fachmann versteht sich jedoch, dass
der Datenaustausch zwischen den Einheiten 2a, 2b, 2c und
der übergeordneten Einrichtung 20 anstatt durch
die elektrischen Leitungen 21, 22 alternativ auch
durch optische Datenübertragungsleitungen, per Funk mit
Hilfe von Sende- und Empfangsantennen, durch hochfrequente Modulation
der Netzspannung durch das Niederspannungsnetz 1 oder sonstwie
erfolgen könnte. Der Datenaustausch kann für alle
vorhandenen Einheiten 2a, 2b und 2c in
derselben Weise erfolgen.
-
Die übergeordnete
Einrichtung 20 enthält außerdem Datenübertragungseinrichtungen 23 und 24, eine
Alarmsignal-Empfangseinrichtung 25, die die Alarmsignale
des Alarmsignalerzeugers 18 empfangen und weiter verarbeiten
kann, eine Tarifprofil-Ausgabeeinrichtung 26, eine Tarifanfrage-Ausgabeeinrichtung 27 und
eine Tarifänderungsvorschlag-Empfangseinrichtung 28,
wobei die Einrichtungen 23 bis 28 zweckmäßig
Bestandteile eines Zentralrechners 29 der übergeordneten
Einrichtung 20 sind. Abgesehen davon werden die Datenverarbeitungseinheit 11 und
der Zentralrechner 29 vorzugsweise in bekannter Mikroprozessorbauweise
realisiert, wobei die verschiedenen Baugruppen durch lokale Kommunikationsnetze 30 bzw. 31 miteinander
verbunden sind.
-
Schließlich
kann vorgesehen sein, die übergeordnete Einrichtung 20 des
Energiehändlers über ein weiteres bidirektionales
Kommunikationsmedium 32 mit einem Energieversorgungsunternehmen
oder Netzbetreiber 33 zu verbinden, um mit diesem Daten auszutauschen.
Umgekehrt kann der Netzbetreiber 33 der Einrichtung 20 die
im Einzelfall zulässigen Toleranzbereiche für
die Netzparameter mitteilen, die z. B. in einem Datenspeicher 34 gespeichert
und von der Einrichtung 20 an die Alarmsignalerzeuger 18 übermittelt
werden.
-
Der
Betrieb der anhand der 1a und 1b beschriebenen
Vorrichtung kann auf verschiedene Weise erfolgen. In jedem Fall
ist in an sich bekannter Weise vorgesehen, dass die Energiemanager 16 der
Einheiten 2a, 2b, 2c anhand von in sie implementierten
Optimierungsprogrammen jeweils einen Einsatzplan für die
in ihrer Einheit 2a, 2b, 2c vorhandenen
Verbraucher 4, 5/Erzeuger 6 erarbeiten.
Dieser Einsatzplan wird unter Berücksichtigung eines vom
Händler oder einer Tarifbörse vorgegebenen Tarifprofils
berechnet und legt fest, zu welchen Tages- und Nachtzeiten es Wirtschaftlich
sinnvoll ist, die Verbraucher 4, 5/Erzeuger 6 mit
den zugeordneten Netzanschlusspunkten 3a, 3b, 3c zu
verbinden und von diesen zu trennen und/oder mit reduzierter oder
erhöhter Leistung zu betreiben. Die Einsatzpläne
legen somit die Zeitintervalle, zu denen Energie verbraucht/erzeugt
wird, sowie die Höhe des Energieverbrauchs bzw. der Energieerzeugung
in diesen Zeitintervallen fest. Die Tarifprofile und entsprechend die
Einsatzpläne können sich beispielsweise von Tag zu
Tag ändern und in bestimmten Abständen unterschiedliche
Verbrauchskosten und/oder Erzeugererlöse beinhalten. Sind
z. B. die aktuellen Kosten für den Verbrauch von Energie
hoch, werden insbesondere solche Geräte, die viel Energie
verbrauchen, abgeschaltet oder in ihrer Leistung gedrosselt, bis
die Kosten wieder deutlich niedriger sind. Entsprechend kann es
empfehlenswert sein, die Lieferung von Energie in das Netz zu reduzieren
oder zu unterbrechen, wenn die aktuell erzielbaren Erlöse
zu gering sind.
-
Erfindungsgemäß werden
die Verbraucher/Erzeuger mit Hilfe geeigneter Änderungen
der Tarifprofile so gesteuert, dass das Niederspannungsnetz netzkonform
betrieben wird. Hierzu werden mit Hilfe der Messeinrichtungen 17 die
Netzparameter an den Netzanschlusspunkten 3a, 3b, 3c überwacht. Diese Überwachung
kann permanent entweder dezentral in den einzelnen Einheiten 2a, 2b, 2c oder auch
dadurch erfolgen, dass die Messdaten mit Hilfe des Kommunikationsmediums 21, 22 laufend
von der übergeordneten Einrichtung 20 aus abgefragt
werden. Möglich wäre auch, die Überwachung
nur intermittierend durchzuführen, indem sie z. B. jeweils durch
ein von der übergeordneten Einrichtung 20 an die
Einheiten 2a, 2b, 2c oder deren Messeinrichtungen 17 übermitteltes
Signal eingeleitet und beendet wird.
-
Wird
mit Hilfe der Alarmsignalerzeuger 18 festgestellt, dass
am Netzanschlusspunkt 3a, 3b, 3c irgendeiner
Einheit 2a, 2b, 2c die Netzparameter
aus den ihnen zugewiesenen Toleranzbereichen herausfallen, dann
wird von der Einrichtung 20 aus mittels der Tarifprofil-Ausgabeeinrichtung 26 zumindest
an diese kritische Einheit ein abgeändertes Tarifprofil übermittelt,
das sich von dem vorher für einen bestimmten Tag od. dgl.
festgelegten Tarifprofil zumindest zeitweilig unterscheidet. Erfindungsgemäß ist das
geänderte Tarifprofil so gewählt, dass es, falls
es von der betroffenen Einheit übernommen wird, dazu führt,
dass die Netzparameter dieser Einheit zumindest wieder den Toleranzbereichen
angenähert werden. Die Übernahme des geänderten
Tarifprofils erfolgt dadurch, dass dieses über das Kommunikationsmedium 21, 22 dem
Energiemanager 16 der betroffenen Einheit 2a, 2b, 2c übermittelt
und dann von dessen Optimierungsprogramm dazu benutzt wird, den
Einsatzplan für die Verbraucher 4, 5/Erzeuger 6 neu
zu berechnen. Dies ist weiter unten anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
-
Zur
Vereinfachung der Darstellung werden nachfolgend diejenigen Einheiten 2a, 2b oder 2c,
bei denen die Netzparameter die Toleranzbereiche verlassen, als ”kritische” Einheiten
bezeichnet. Außerdem wird in der weiteren Beschreibung
davon ausgegangen, dass die aus 1a und 1b ersichtliche Einheit 2a eine
solche kritische Einheit ist.
-
Bei
einer bevorzugten Verfahrensweise wird die Einhaltung der Toleranzbereiche
dezentral in jeder Einheit und vorzugsweise permanent überwacht. Bei
Nichteinhaltung der Toleranzbereiche erzeugt der Alarmsignalgenerator 18 der
kritischen Einheit 2a automatisch ein Alarmsignal, das
an die übergeordnete Einrichtung 20 gesandt und
in dieser zum Anlass genommen wird, ein geändertes Tarifprofil
zu generieren und an die kritische Einheit 2a zu übermitteln. Dieses
geänderte Tarifprofil wird vorzugsweise in Abhängigkeit
davon, wie stark die Netzparameter der kritischen Einheit 2a aktuell
von den Toleranzbereichen abweichen, so gewählt, dass es
zu einer schnellen und wirksamen Zurückführung
der Netzparameter in die Toleranzbereiche führt.
-
Ein
besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Verfahren und Vorrichtungen sieht vor, dass die übergeordnete
Einrichtung 20 dann, wenn die Netzparameter die Toleranzbereiche
verlassen, der kritischen Einheit 2a zunächst über
die Tarifanfrage-Ausgabeeinrichtung 27 ein Tarifanfragesignal übermittelt.
Auf dieses Tarifanfragesignal hin wird vom Optimierungsprogramm
der kritischen Einheit 2a berechnet, in welcher Weise das
aktuell gültige Tarifprofil hinsichtlich der Preisgestaltung und
gegebenenfalls der Gültigkeitsdauer geändert werden
müsste, um für die kritische Einheit 2a wirtschaftlich
interessant zu sein und zur Änderung des momentan gültigen
Einsatzplans verwendet zu werden. Als Antwort auf das Tarifanfragesignal
generiert das Optimierungsprogramm ein Tarifänderungsvorschlag-Signal,
das der Empfangseinrichtung 28 der übergeordneten
Einrichtung 20 zugeleitet wird. Die übergeordnete
Einrichtung 20 legt dann unter Berücksichtigung
des Tarifänderungsvorschlags ein im Zentralrechner 29 berechnetes,
für den Energiehändler annehmbares Tarifprofil
fest und sendet dieses über die Ausgabeeinrichtung 26 der
kritischen Einheit 2a zu. Ist das neue Tarifprofil mit
dem Tarifänderungsvorschlag kompatibel, d. h. mindestens
genauso günstig wie dieser, dann berechnet der Energiemanager 16 anhand
des geänderten Tarifprofils einen neuen Einsatzplan für
seine Verbraucher 4, 5/Erzeuger 6 mit
der Folge, dass sich der Verbrauch/die Erzeugung von elektrischer
Energie von der kritischen Einheit 2a derart ändert,
dass die Netzparameter den vorgegebenen Toleranzbereichen zumindest
angenähert, vorzugsweise wieder in diese überführt
werden. Ist die von der übergeordneten Einrichtung 20 festgelegte
Tarifänderung dagegen nicht mit dem Tarifänderungsvorschlag
kompatibel, d. h. wirtschaftlich ungünstiger als dieser,
dann gibt es in Abhängigkeit von der Gestaltung des jeweiligen Optimierungsprogramms
zwei Möglichkeiten. Die eine Möglichkeit sieht
vor, dass die kritische Einheit 2a das geänderte
Tarifprofil übernimmt und den Einsatzplan entsprechend ändert,
selbst wenn dies wirtschaftlich weniger effektiv ist, als es der
Fall wäre, wenn die Tarifänderung dem Tarifänderungsvorschlag
entsprechen würde. Die zweite Möglichkeit sieht
vor, dass das geänderte Tarifprofil zwar von der kritischen
Einheit 2a akzeptiert, d. h. der Verbrauch/die Erzeugung
von Energie nach dem geänderten Tarifprofil abgerechnet,
aber nicht zur zeitlichen Änderung des Verbrauchs/der Erzeugung
von elektrischer Energie, d. h. zur Berechnung eines neuen Einsatzplans
umgesetzt wird.
-
Eine
besondere Bedeutung enthalten das erfindungsgemäße
Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
dann, wenn an die übergeordnete Einrichtung 20 eine
Vielzahl (z. B. tausende) von dezentralen Einheiten 2a, 2b, 2c angeschlossen
ist. In diesem Fall wird das Tarifanfragesignal nicht nur an die
kritische Einheit 2a, sondern auch an andere oder alle
anderen Einheiten 2b, 2c usw. übermittelt,
die dann ihrerseits die beschriebenen Tarifänderungsvorschlag-Signale
an die übergeordnete Einrichtung 20 senden. Das
gilt natürlich auch dann, wenn die Netzparameter gleichzeitig
an mehreren Netzanschlusspunkten 3a, 3b, 3c aus
den jeweiligen Toleranzbereichen herausfallen, wobei auch vorgesehen sein
kann, dass die Tarifanfragesignale erst dann abgesendet werden,
wenn eine bestimmte Anzahl von Alarmsignalen bei der übergeordneten
Einrichtung 20 eingegangen sind und dadurch ein besonders
kritischer Zustand signalisiert wurde. Die übergeordnete
Einrichtung 20 errechnet das geänderte Tarifprofil in
diesem Fall vorzugsweise unter Berücksichtigung aller erhaltenen
Tarifänderungsvorschläge, indem z. B. ein Mittel
aus allen eingegangenen Tarifänderungsvorschlägen
gebildet wird, und übermittelt das geänderte Tarifprofil
dann allen beteiligten Einheiten 2a, 2b und 2c.
Diese können in der oben beschriebenen Weise das geänderte
Tarifprofil zur Berechnung eines geänderten Einsatzplans
für die bei ihnen vorhandenen Verbraucher 4, 5/Erzeuger 7 benutzen, wenn
es mit dem eigenen Tarifänderungsvorschlag kompatibel ist,
oder zwar den Verbrauch/die Erzeugung elektrischer Energie zwangsläufig
nach dem geänderten Tarifprofil abrechnen, ohne jedoch
den aktuellen Einsatzplan zu ändern.
-
Zur
Beschleunigung des Versuchs, die aus ihren Toleranzbereichen herausgefallenen
Netzparameter wieder in die Toleranzbereiche zurückzuführen,
kann es zweckmäßig sein, den Zentralrechner 29 der übergeordneten
Einrichtung 20 so zu programmieren, dass das geänderte
Tarifprofil immer bereits dann generiert und an alle Einheiten 2a, 2b, 2c übermittelt
wird, wenn eine vorgewählte Anzahl dieser Einheiten 2a, 2b, 2c ihre
Tarifänderungsvorschläge übermittelt
hat oder wenn seit dem Empfang des Alarmsignals eine bestimmte Zeitspanne
vergangen ist. Der Zentralrechner 29 ist zu diesem Zweck vorzugsweise
mit geeigneten Zählern versehen. Dadurch lässt
sich die Reaktionszeit, mit der auf kritische Abweichungen der Netzparameter
von vorgegebenen Sollwerten reagiert werden kann, in vorgewählten
Grenzen halten.
-
Ist
durch das geänderte Tarifprofil erreicht worden, dass die
Netzparameter bei den kritischen Einheiten 2a wieder in
den ihnen zugewiesenen Toleranzbereichen liegen, kann in Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein,
dass das geänderte Tarifprofil danach wieder durch das vorher
gültige Tarifprofil ersetzt wird, das z. B. für
einen bestimmten Tag vorgesehen war. Diese erneute Änderung
wird vom Energiehändler über die übergeordnete
Einrichtung 20 zwangsweise durchgeführt und mit
Hilfe der Optimierungsprogramme der verschiedenen Einheiten 2a, 2b, 2c vorzugsweise,
wenn auch nicht notwendigerweise, dazu genutzt, den ursprünglich
für dieses Tarifprofil vorgesehenen Einsatzplan wieder
herzustellen. Dadurch wird erreicht, dass in der Regel die pro Tag
od. dgl. vorgegebenen Tarifprofile gelten und geänderte
Tarifprofile möglichst nur für begrenzte Zeitspannen
aufrecht erhalten werden, falls dies zur Einhaltung der Netzkonformität
erforderlich ist. Alternativ kann das natürlich auch dadurch
erreicht werden, dass das geänderte Tarifprofil immer nur
für eine vorgewählte kleine Zeitspanne festgelegt
wird.
-
Handelt
es sich um eine übergeordnete Einrichtung 20,
an die eine sehr große Anzahl von Einheiten 2a, 2b, 2c angeschlossen
ist, kann es zweckmäßig sein, diese in einzelne
Gruppen aufzuteilen und die oben erläuterten Verfahrensschritte
in jeder Gruppe separat durchzuführen.
-
Die
Steuerung des Verbrauchs/der Erzeugung von elektrischer Energie,
bezogen auf das Niederspannungsnetz 1, erfolgt vorzugsweise
dadurch, dass die Energiemanager 16 die Ein- bzw. Ausschaltintervalle
der Schalter 7 mit Hilfe der Steuerschaltungen 9 entsprechend
steuern. In Fällen von Anlagen wie z. B. KWK-Anlagen, deren
Verbrauch/Erzeugung von Energie auch je nach Bedarf erhöht
oder reduziert werden kann, erfolgt die Steuerung des Verbrauchs/der
Erzeugung zweckmäßig dadurch, dass die Energiemanager 16 den
diesbezüglichen Steuermitteln dieser Anlagen direkt entsprechende
Steuersignale zusenden.
-
2 zeigt
beispielhaft ein für einen Tag vorgegebenes Tarifprofil.
Längs der Abszisse eines Koordinatensystems ist die Tageszeit
in Stunden und längs der Ordinate der Tarif in Cent pro
Kilowattstunde aufgetragen. Eine Kurve 36 gibt die Kosten
für den Verbrauch an dem Netz 1 entnommener Energie
und eine Kurve 37 die Erlöse für die
erzeugte und in das Netz 1 eingespeiste Energie an. Daraus
ist ersichtlich, dass beide Kurven 36, 37 z. B.
gegen 12 Uhr und gegen 20 Uhr die höchsten und für
die Nachtzeit (z. B. zwischen 0 Uhr und 6 Uhr) die niedrigsten Kosten und
Erlöse anzeigen.
-
In 3 ist
beispielhaft ein Einsatzplan für den Fall dargestellt,
dass die betreffende Einheit über je einen Verbraucher
in Form einer Waschmaschine (Zeile B) und eines Kühlschranks
(Zeile C) und einen Erzeuger in Form einer KWK-Anlage (Zeile D)
und schließlich über eine Anzahl von Verbrauchern
(Zeile A) verfügt, bei denen es sich um übliche
Steckdosen handelt, an die irgendwelche Geräte anschließbar sind,
die wie z. B. Radio- und Fernsehgeräte, Lampen, Computer
od. dgl., die 24 Stunden am Tag verfügbar sein sollen.
In Zeilenrichtung ist in 3 jeweils die Tageszeit (Stunden)
angegeben, wobei jeder Stunde eines der Felder zugeordnet ist. Ein
weißes Feld bedeutet, dass der betreffende Verbraucher/Erzeuger
komplett ausgeschaltet ist, während ein schraffiertes Feld
bedeutet, dass der betreffende Verbraucher/Erzeuger eingeschaltet
ist.
-
Für
den in 2 und 3 betrachteten Tag sei angenommen,
dass das Optimierungsprogramm einer Einheit 2a, 2b, 2c aufgrund
des für den folgenden Tag festgelegten Tarifprofils (2)
den aus 3 ersichtlichen Einsatzplan
berechnet hat. Danach ist insbesondere vorgesehen, die Steckdosen (Zeile
A in 3) permanent an das Netz 1 anzuschließen.
Dagegen ist die Waschmaschine (Zeile B) nur von 17 Uhr bis 18 Uhr
an das Netz 1 angeschlossen und kann daher nur zu dieser
Zeit betrieben werden, weil zu dieser Zeit die Verbrauchskosten
trotz der für den Kunden günstigen Tageszeit relativ
gering sind. Dagegen soll der Kühlschrank (Zeile C) von
7 Uhr bis 10 Uhr, von 16 Uhr bis 19 Uhr und von 22 Uhr bis 1 Uhr
eingeschaltet sein. Dadurch wird einerseits jeweils ein vergleichsweise
günstiger Verbrauchspreis genutzt und andererseits sichergestellt,
dass der Kühlschrank periodisch eingeschaltet wird, um seine übliche
Kühlfunktion zu erfüllen und eine zu starke Erwärmung
des Kühlguts zu vermeiden. Die KWK-Anlage (Zeile D) ist
schließlich von 11 Uhr bis 16 Uhr und von 19 Uhr bis 22
Uhr in Betrieb, um dadurch den Wärmebedarf der betrachteten
Einheit zu decken. Wenn z. B. eine KWK-Anlage mit einem großen
Warmwasserspeicher vorhanden ist, genügt ein über
den Tag verteilter Betrieb, der vorzugsweise zu Zeiten erfolgt,
in denen die Erlöserpreise günstig sind (vgl. 2,
Kurve 37).
-
Es
sei weiter angenommen, dass die in 2 und 3 betrachtete
Einheit von einem Niederspannungsnetz 1 betrieben wird,
an das eine große Anzahl von Photovoltaikanlagen angeschlossen ist.
Ferner sei die Sonneneinstrahlung an dem auch in 2 und 3 betrachteten
Tag gegen 12 Uhr unerwartet hoch und auch die Netzspannung am betreffenden
Netzanschlusspunkt sehr hoch, da an diesem z. B. gleichzeitig nur
wenige Verbraucher zugeschaltet sind. Das hat im Beispielsfall zur
Folge, dass der Netzparameter ”Spannung” an wenigstens
einem Netzanschlusspunkt 3a, 3b, 3c überschritten
wird und der betreffende Alarmsignalerzeuger 18 gegen 14
Uhr anspricht. Die übergeordnete Einrichtung 20 sendet
infolgedessen praktisch gleichzeitig ein Tarifanfragesignal u. a.
auch an die kritische Einheit 2a, um zu erfahren, welche
Tarifänderung dort als Anreiz nötig ist, um in
den nächsten zwei Stunden von 14 Uhr bis 16 Uhr eine Zuschaltung
von Verbrauchern und eine Abschaltung von Erzeugern zu erreichen.
-
Aufgrund
der Tarifanfrage ermittelt der Energiemanager 16 mit Hilfe
des Optimierungsprogramms, dass der Kühlschrank (Zeile
C in 3) bereits zwischen 14 Uhr und 16 Uhr eingeschaltet
werden könnte, wenn die Verbrauchskosten zu dieser Zeit
nur 18 ct/kWh statt normal 20 ct/kWh (2) betragen
würden. Außerdem ermittelt der Energiemanager 16,
dass die Waschmaschine (Zeile B in 3) bereits
für einen Betrieb vorbereitet ist und daher sofort zugeschaltet
werden könnte, wenn der Verbrauchspreis nur 17 ct/kWh beträgt.
Schließlich ermittelt der Energiemanager 16,'
dass ein Betrieb der KWK-Anlage der betreffenden Einheit wirtschaftlich nicht
besonders günstig ist, wenn der Erlöserpreis nur
47 ct/kWh oder weniger beträgt, und dass die KWK-Anlage
daher bei diesem Tarif zwischen 14 Uhr und 16 Uhr auch ausgeschaltet
bleiben könnte.
-
Aufgrund
dieser Ermittlungen übersendet der Energiemanager 16 der
betreffenden Einheit nun in der oben beschriebenen Weise einen Tarifänderungsvorschlag
an die übergeordnete Einrichtung 20 mit dem Inhalt,
den Verbrauchstarif von 14 Uhr bis 16 Uhr auf 18 ct/kWh, vorzugsweise
17 ct/kWh, und den Erzeugertarif in demselben Zeitintervall auf
47 ct/kWh oder weniger zu senken. Außerdem könnte das
Tarifänderungsvorschlag-Signal auch eine Information dahingehend
enthalten, dass bei einer Senkung des Verbrauchstarifs auf 18 ct/kWh
die Kühlschrankleistung von z. B. 100 Watt für
die gesamte Zeit von 14 Uhr bis 16 Uhr zugeschaltet würde.
-
Im
Zentralrechner 29 der übergeordenten Einrichtung 20 wird
aufgrund des Tarifänderungsvorschlags ein geändertes
Tarifprofil berechnet, das für die Zeit von 14 Uhr bis
16 Uhr einen Preis von 18 ct/kWh für den Verbrauch und
einen Erlös von 47 ct/kWh für die Erzeugung von
Energie festgelegt und der betreffenden Einheit 2a, 2b oder 2c mitgeteilt wird.
Dieses geänderte Tarifprofil ist analog zu 2 anhand
von zwei Kurven 38 und 39 in 4 dargestellt,
wobei die Tarifänderungen jeweils durch einen Kreis 40, 41 markiert
sind.
-
Der
Energiemanager 16 der betreffenden Einheit ändert
aufgrund des geänderten Tarifprofils den Einsatzplan für
seine Verbraucher/Erzeuger in der Weise, wie aus der entsprechend 3 aufgebauten 5 ersichtlich
ist. Danach sind die Steckdosen (Zeile A) wie bisher durchgehend
an das Netz geschaltet. Die Waschmaschine (Zeile B) bleibt weiterhin
nur in der Zeit von 17 Uhr bis 18 Uhr betriebsbereit, da der vorgeschlagene
Verbrauchspreis von 17 ct/kWh nicht erreicht wurde. Der Kühlschrank
(Zeile C) wird im Vergleich zu 3 von 14
bis 16 Uhr zugeschaltet und bleibt stattdessen von 16 Uhr bis 18 Uhr
abgeschaltet, was im Hinblick auf die einzuhaltende Kühltemperatur
möglich ist. Schließlich wird die KWK-Anlage (Zeile
D) von 14 Uhr bis 16 Uhr abgeschaltet und stattdessen von 17 Uhr
bis 19 Uhr eingeschaltet, was wegen des vorhandenen Warmwasserspeichers
ebenfalls unproblematisch ist.
-
Wie
sich 4 und 5 entnehmen lässt, führt
die von der übergeordneten Einrichtung 20 festgelegte
Tarifänderung somit in der kritischen Zeit der starken
Sonneneinstrahlung zu einer Abschaltung der KWK-Anlage und zur Einschaltung
einer Last in Form eines Kühlschranks. Das hat zur Folge,
dass die Netzspannung am betreffenden Netzanschlusspunkt 3a, 3b, 3c wieder
in den Normbereich abgesenkt wird, was mittels der Messeinrichtungen 17 überwacht
und der übergeordneten Einrichtung 20 mitgeteilt
werden kann. Sobald dies der Fall ist, kann außerdem auf
das ursprünglich für diesen Tag vorgesehene Tarifprofil
nach 2 zurückgekehrt werden. Außerdem
ist klar, dass Tarifänderungsvorschlag-Signale nicht nur
von der kritischen Einheit 2a, sondern von allen anderen
Einheiten 2b, 2c usw. erzeugt werden können
und dass das letztendlich von der übergeordneten Einrichtung 20 erzeugte
Tarifänderungssignal unter Berücksichtigung aller
Tarifänderungsvorschläge berechnet werden kann.
Das könnte z. B. die Folge haben, dass die in 4 und 5 betrachtete
Einheit zwar nach dem neuen Tarifprofil abrechnet, aber ihren Einsatzplan
nach 3 unverändert beibehält, weil
eine Änderung des Einsatzplans in wirtschaftlicher Hinsicht
wenig sinnvoll wäre.
-
Weiter
wäre es möglich, dass die Einheiten 2a, 2b, 2c der übergeordneten
Einrichtung 20 nicht nur einen Tarifänderungsvorschlag,
sondern mehrere alternative Tarifänderungsvorschläge
mitteilen. Je nach erfolgter Festlegung des neuen Tarifprofils durch
die Einrichtung 20 sind dann unterschiedliche Änderungen
der Einsatzpläne denkbar.
-
Anstelle
der beispielhaft beschriebenen Tarifprofiländerung sind
im Rahmen der Erfindung natürlich auch andere Tarifprofiländerungen
möglich, um die Netzkonformität an den Netzanschlusspunkten
beizubehalten oder wiederherzustellen. Hierfür gelten im
Wesentlichen die folgenden Regeln.
-
Ist
an einem Netzanschlusspunkt z. B. die Spannung aktuell zu niedrig,
weil ein hoher Verbrauch und eine geringe Erzeugung von elektrischer Energie
stattfinden, dann kann der Energiehändler entweder die
Verbrauchskosten sofort erhöhen oder mitteilen, dass diese
zu einem späteren Zeitpunkt reduziert werden. Alternativ
oder zusätzlich kann durch sofortige Erhöhung
oder durch eine spätere Reduzierung der Einspeisevergütung
erreicht werden, dass Erzeuger zugeschaltet oder regelbare Erzeuger
wie z. B. KWK-, Biogas- oder Dieselanlagen mit erhöhter Leistung
betrieben werden.
-
Ist
dagegen an einem Netzanschlusspunkt z. B. die Spannung aktuell zu
hoch, weil zu wenig Energie verbraucht oder von PV-Anlagen od. dgl.
zu viel Energie in das Netz eingespeist wird, dann können die
Verbraucherpreise entweder sofort reduziert oder zu einem späteren
Zeitpunkt erhöht werden, um Anreize für einen
sofortigen erhöhten Energieverbrauch zu schaffen. Alternativ
oder zusätzlich kann die Einspeisevergütung entweder
sofort reduziert oder zu einem späteren Zeitpunkt erhöht
werden, um eine schnelle Drosselung der Energieeinspeisung in das Netz
zu erreichen.
-
Verlassen
andere Netzparameter wie z. B. die Netzfrequenz die ihnen zugeordneten
Toleranzbereiche, dann kann durch analoge Steuerung des Verbrauchs/der
Erzeugung gewährleistet werden, dass die geforderten Netzparameter
wieder hergestellt werden. Eine zu hohe Frequenz bedeutet dabei z.
B. einen zu niedrigen Verbrauch oder eine zu hohe Einspeisung von
elektrischer Energie.
-
Schließlich
ist klar, dass der jeweilige Kunde (Einheit 2a, 2b, 2c)
von sich aus prüfen und entscheiden kann, welche Tarifänderung
er für zweckmäßig hält und welche
Verbraucher/Erzeuger er ab- oder zuschalten wird, wenn die Tarifänderung
ein von ihm für wirtschaftlich sinnvoll gehaltenes Maß erreicht oder überschreitet.
-
In
Anbetracht der obigen Verfahrensweise kann es schließlich
zweckmäßig sein, zumindest einige der bei einem
Kunden befindlichen Geräte mit einem Schalter od. dgl.
zu versehen, mittels dessen der Kunde dem Energiemanager 16 signalisiert,
ob diese Geräte einsatzbereit sind oder nicht. Auf diese Weise
kann der Kunde z. B. eine Waschmaschine oder einen Wäschetrockner
bereits morgens füllen und daraufhin deren Bereitschaftsstellung
anzeigen, während mittels des Energiemanagers 16 letztendlich
entschieden wird, wann im Verlauf des Tages der Wasch- oder Trocknungsvorgang
durchgeführt wird. Die Mitteilung der Bereitschaftsstellung
kann alternativ auch mit anderen Mitteln erfolgen, die eine Kommunikation
mit dem Energiemanager 16 ermöglichen.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden
können. Das gilt insbesondere für den Aufbau der
anhand der 1 beschriebenen Vorrichtung,
insbesondere auch für die Art und Weise, wie die Netzparameter überwacht,
der übergeordneten Einrichtung 20 mitgeteilt und
in dieser verarbeitet werden. Außerdem ist klar, dass weder
das Optimierungsprogramm der einzelnen Einheiten noch das Programm,
nach dem der Zentralrechner 29 arbeitet, zur Erfüllung
aller oben beschriebenen Funktionen eingerichtet sein muss. Weiter können
die Datenverarbeitungsstation 11 und der Zentralrechner 29 in
jeder zweckmäßigen Weise ausgestaltet sein, weshalb
die Einrichtungen 14, 15 und 25 bis 28 nur
schematisch dargestellt sind, um die gewünschte Funktion
zu erläutern. Weiter können die Einsatzpläne
nach 3 und 5 auch in der Weise modifiziert
werden, dass die Verbrauchs- oder Erzeugerleistungen der verschiedenen
Geräte an einem Tag mehrfach verändert werden.
Außerdem ist klar, dass das Optimierungsprogramm des Energiemanagers 16 und
das Betriebsprogramm des Zentralrechners 29 mit allen erforderlichen
Informationen über die Verbrauchs- oder Lieferleistungen
und sonstige Leistungen der verschiedenen Verbraucher/Erzeuger versehen
werden, um auch anhand dieser Informationen die optimalen Einsatzpläne
und geänderten Tarifprofile berechnen zu können.
Schließlich versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch
in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen
angewendet werden können.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19842043
B4 [0005]
- - EP 0886362 B1 [0006]
- - EP 1339153 A2 [0007]