DE102009007577A1

DE102009007577A1 - Method for determining requirement of energy fed into e.g. infrastructure from outside, involves producing image of infrastructure from neurons, and determining energy requirement on basis of structural network from neurons by software

Info

Publication number: DE102009007577A1
Application number: DE200910007577
Authority: DE
Inventors: Volker Hessel; Manfred Weiss
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2010-10-07

Abstract

The method involves producing an image of an infrastructure from connected neurons with software support on a graphical user interface, where each neuron describes operational behavior of a part of the infrastructure with respect to energy flow as functional relation between an input variable and an output variable, on the basis of characteristic factors, energy requirement characteristics and technical/mathematical functional descriptions. The energy requirement, fed from outside, is determined on the basis of a structural network from the neurons by software.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Bedarfs an Energie einer Infrastruktur und der Energieflüsse in der Infrastruktur gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.The The invention relates to a method for determining the demand for energy infrastructure and energy flows in the infrastructure according to the generic terms the claims 1 and 2.

Infrastrukturen (Infrastrukturobjekte) wie Flughäfen, Industrieparks, Werksgelände, Städte, Stadteile usw. sind bekannt. Diese müssen insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Energie hinsichtlich Bedarf, Verbrauch und Entsorgung geplant und ggf. während des Betriebs angepasst werden. Dabei wird zweckmäßigerweise zwischen verschiedenen Energiearten wie Strom und Wärme (Kälte) usw. unterschieden. Insbesondere ist es meist erforderlich, die Energieflüsse der einzelnen Energiearten zu erfassen, darzustellen und auszuwerten. Dies erfolgt in der Planungsphase anhand von Kennzahlen, Energiebedarfskennlinien sowie technischen und mathematischen Funktionsbeschreibungen.infrastructures (Infrastructure objects) such as airports, Industrial parks, factory premises, Cities, city parts etc. are known. These must especially in terms of energy in terms of needs, Consumption and disposal planned and adjusted if necessary during operation become. It is expediently between different types of energy such as electricity and heat (cold) etc. distinguished. In particular, it is usually necessary to control the energy flows of the to record, display and evaluate individual types of energy. This is done in the planning phase on the basis of key figures and energy demand characteristics as well as technical and mathematical functional descriptions.

Für den elektrischen Strom sind bereits statische Berechnungen (Modellierungen) bekannt.For the electric Electricity is already known static calculations (modeling).

Nachteilig ist dabei, dass es heute nicht möglich ist, die Energieflüsse und damit den Bedarf an einzuspeisender Energie bzw. bereitzustellenden Energieträgern zu berechnen und dabei die Eigenerzeugung von Energie (z. B. aus Energieträgern) sowie Energieumwandlungen (z. B. Strom in Wärme und umgekehrt) zu berücksichtigen.adversely is in the process of not being possible today is, the energy flows and thus the demand for energy to be supplied or to be provided fuels to calculate and thereby the self-generation of energy (eg Energy sources) and energy conversions (eg electricity to heat and vice versa).

Die Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen.The The object of the invention is to eliminate these disadvantages.

Die Lösung ist bezogen auf die Ermittlung des Bedarfs an von außen einzuspeisende Energie und in Bezug auf die Ermittlung der Energieflüsse innerhalb der Infrastruktur durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 2 gegeben; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.The solution is related to the determination of the need for external feed-in Energy and in terms of determining the energy flows within the infrastructure given by the features of claims 1 and 2; to make the dependent claims advantageous embodiments.

Die Lösung sieht bezogen auf die Ermittlung des Energiebedarfs vor, dass mit Softwareunterstützung auf einer grafischen Bedienoberfläche aus miteinander verbundenen Neuronen ein Bild der Infrastruktur erzeugt wird, wobei jedes Neuron das Betriebsverhalten eines Teils der Infrastruktur bezüglich der Energieflüsse als funktionaler Zusammenhang zwischen mindestens einer Eingangsgröße und mindestens einer Ausgangsgröße beschreibt, insbesondere anhand von Kennzahlen, Energiebedarfskennlinien und technischen/mathematischen Funktionsbeschreibungen, wobei die Energiemenge oder der Energiefluss sowohl Eingangsgröße als auch Ausgangsgröße mindestens eines Neurons ist und mindestens ein Neuron mit zwei anderen Neuronen verbunden ist, und dass der Bedarf an der von außen einzuspeisenden Energie anhand des Strukturnetzes aus miteinander verbundenen Neuronen von der Software selbsttätig ermittelt wird.The solution With regard to the determination of the energy requirement, it is with software support on a graphical user interface made of interconnected Neurons create an image of the infrastructure, each neuron the operational behavior of part of the infrastructure with regard to energy flows as a functional relationship between at least one input variable and at least describes an output variable, in particular on the basis of characteristic numbers, energy requirement characteristics and technical / mathematical functional descriptions, with the amount of energy or the energy flow both input size and output size at least of a neuron and at least one neuron with two other neurons is connected, and that the need for the energy to be fed from outside on the basis of the structure network of interconnected neurons of the software automatically is determined.

Die Lösung sieht in Bezug auf die Ermittlung der Energieflüsse innerhalb der Infrastruktur vor, dass mit Softwareunterstützung auf einer grafischen Bedienoberfläche aus miteinander verbundenen Neuronen ein Bild der Infrastruktur erzeugt wird, wobei jedes Neuron das Betriebsverhalten eines Teils der Infrastruktur bezüglich der Energieflüsse als funktionaler Zusammenhang zwischen mindestens einer Eingangsgröße und mindestens einer Ausgangsgröße beschreibt, insbesondere an hand von Kennzahlen, Energiebedarfskennlinien und technischen/mathematischen Funktionsbeschreibungen, wobei die Energiemenge oder der Energiefluss sowohl Eingangsgröße als auch Ausgangsgröße mindestens eines Neurons ist und mindestens ein Neuron mit zwei anderen Neuronen verbunden ist, und dass die Energieflüsse anhand des Strukturnetzes aus miteinander verbundenen Neuronen selbsttätig von der Software ermittelt wird.The solution looks at the determination of energy flows within the infrastructure before that with software support on a graphical user interface made up of interconnected neurons an image of the infrastructure is generated, each neuron the Operating behavior of a part of the infrastructure regarding the energy flows as a functional relationship between at least one input variable and at least describes an output variable, in particular on the basis of key figures, energy demand curves and technical / mathematical functional descriptions, with the amount of energy or the energy flow both input size and output size at least of a neuron and at least one neuron with two other neurons connected, and that the energy flows based on the structural network off interconnected neurons are automatically detected by the software becomes.

Die Verwendung von Neuronen zur Bildung eines Neuronen-Strukturnetzes als Abbild der Infrastruktur ermöglicht es, den Energiebedarf mittels einer Software selbsttätig zu berechnen. Insbesondere den Bedarf, mit dem die gewünschten Wirkungen kostengünstig zu erzielen sind. Dabei lassen sich in der Planungsphase anhand von Annahmen über zu installierende Leistung der einzelnen Energiearten deren Bedarfsprofile erstellen. Der Einsatz von Messeinrichtungen an vorgesehene Messstellen zur Erfassung der Energiemengen/Energieflüsse, Temperatur, Luftfeuchte, usw. und der Prognosen (hinsichtlich des Passagieraufkommens z. B. bei Flughäfen, der zu erwartenden Mittagstemperatur, der zu erwartenden Windgeschwindigkeit usw.) für den Betrieb kann gleichzeitig für die Planung herangezogen werden.The Use of neurons to form a neuron structure network as Image of the infrastructure allows to automatically calculate the energy requirement using software. In particular, the need with which the desired effects cost-effective too achieve. It can be in the planning phase based on Assumptions about power to be installed of the individual types of energy their demand profiles create. The use of measuring equipment at intended measuring points for recording the amounts of energy / energy flows, temperature, humidity, etc. and the forecasts (in terms of passenger volume z. B. at airports, the expected midday temperature, the expected wind speed etc.) for the operation can be done simultaneously for the planning will be used.

Eine Vereinfachung ergibt sich, wenn für jede Energieart, insbesondere Strom als elektrische Energie und Wärme bzw. Kälte als spezielle Formen von Wärmeenergie, ein eigenes Neuronen-Strukturnetz gebildet wird, wobei die Neuronen Strukturnetze bei Energieart-Umwandlungen direkt oder über Neuronen miteinander verbunden sind.A Simplification arises when, for each type of energy, in particular Electricity as electrical energy and heat or cold as special forms of heat energy, a separate neuron structure network is formed, the neurons Structure networks in energy type transformations directly or via neurons connected to each other.

Zur Differenzierung der Verfahren wird vorgeschlagen, dass jedes Neuron zur Verfeinerung des Strukturnetzes wiederum aus mehreren miteinander verbundenen Neuronen gebildet sein kann.to Differentiation of the procedure is suggested that every neuron for the refinement of the structural network, in turn, of several interconnected Neurons can be formed.

Die wiederholte Anwendung der Verfahren lässt sich weiter vereinfachen, wenn die Neuronen eines Strukturnetzes einer Neuronen-Bibliothek entnommen werden.The repeated application of the procedures can be further simplified when the neurons of a structure network of a neuron library be removed.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:The invention is described below with reference to egg nes embodiment described in more detail. Show it:

1 ein elektrisches Energieverteilungsnetz einer einfachen Infrastruktur, 1 an electrical energy distribution network of a simple infrastructure,

2 eine schematische Darstellung zur Ermittlung des Strombedarfs der Infrastruktur gemäß 1 (Prognose), 2 a schematic representation for determining the electricity demand of the infrastructure according to 1 (Forecast),

3 eine weitere (komplexere) Infrastruktur als die gemäß 2, 3 another (more complex) infrastructure than the one according to 2 .

4 die zu 3 gehörige Ressourcenplanung und 4 the too 3 proper resource planning and

5 eine weitere (komplexe) Infrastruktur. 5 another (complex) infrastructure.

1 zeigt eine Infrastruktur der Energieart elektrische Energie, d. h. einen beispielhaften Ausschnitt eines elektrischen Energieverteilungsnetzes 1. In dieses wird der elektrische Strom über eine Einspeisung E eingespeist. Unmittelbar hinter der Einspeisung E befindet sich eine Messeinrichtung ME zur Messung des Stroms (des Stromflusses bzw. der eingespeisten Strommenge). Daran schließt sich ein Transformator T an, über den der Strom in ein Leitungselement 3 (Stromleiter 3a) abgegeben wird. Mittels eines nachfolgenden Verteilers 4 wird der Strom auf vier Leitungen 3b, 3c, 3d, 3e aufgeteilt. Der Einfachheit halber ist nur die Weiterführung des Stromleiters 3b gezeigt, an den eine weitere Messeinrichtung ME2 angeschlossen ist. Danach wird der Strom durch die Leitung 3b mittels eines Verteilers 4a auf die Leitungen 3f, 3g, 3h, 3j ebenfalls aufgeteilt. In der Leitung 3f ist eine weitere Messeinrichtung ME3 vorgesehen. Am Ende der Leitung 3f befindet sich ein Energieverbraucher in Form eines elektrischen Motors M. 1 shows an infrastructure of the type of energy electrical energy, ie an exemplary section of an electrical power distribution network 1 , In this, the electric current is fed via an infeed E. Immediately behind the feed E is a measuring device ME for measuring the current (the current flow or the injected amount of electricity). This is followed by a transformer T, via which the current in a line element 3 (Conductor 3a ) is delivered. By means of a subsequent distributor 4 the power will be on four wires 3b . 3c . 3d . 3e divided up. For the sake of simplicity, only the continuation of the conductor 3b shown, to which another measuring device ME2 is connected. Thereafter, the current is through the line 3b by means of a distributor 4a on the lines 3f . 3g . 3h . 3y also divided. In the line 3f another measuring device ME3 is provided. At the end of the line 3f there is an energy consumer in the form of an electric motor M.

In 1 ist also beispielhaft ein durchgehender Stromfluss von einer Einspeisung E bis zu einem Motor M gezeigt, mit zwei Verteilungspunkten (Verteiler 4, 4a), an denen eine Stromaufteilung erfolgt.In 1 Thus, by way of example, a continuous flow of current from an infeed E to a motor M is shown, with two distribution points (distributor 4 . 4a ), at which a power split takes place.

2 zeigt eine schematische Darstellung zur Ermittlung des Strombedarfs für die elektrische Infrastruktur gemäß 1, hier allerdings mit insgesamt vier Verbrauchern M1, M2, M3, M4, bei denen es sich um Motoren handeln kann. Für jeden Verbraucher M1, M2, M3, M4 gibt es ein Bedarfsprofil BP1, BP2, BP3, BP4 über der Zeit, aus dem sich ein entsprechender Leistungsbedarf LB1, LB2, LB3, LB4 berechnen lässt. Die Ströme und damit die Leistungen für die beiden Verbraucher M1, M2 kommen über den Verteiler 4b und ergeben einen Leistungsbedarf LB12. Dieser muss über den Verteiler 4 mit zur Verfügung gestellt werden, der außerdem noch die beiden Verbraucher M3, M4 versorgt (Leistungsbedarf LB34), was einen Gesamt-Leistungsbedarf LB ergibt. Diese elektrische Energie muss hier über die Einspeisung E entsprechend dem sich ergebenden Leistungsprofil LP in das elektrische Energieverteilungsnetz 1 der Infrastruktur eingespeist werden. 2 shows a schematic representation for determining the power requirement for the electrical infrastructure according to 1 here, however, with a total of four consumers M1, M2, M3, M4, which may be motors. For each consumer M1, M2, M3, M4 there is a demand profile BP1, BP2, BP3, BP4 over the time from which a corresponding power requirement LB1, LB2, LB3, LB4 can be calculated. The currents and thus the power for the two consumers M1, M2 come through the distributor 4b and give a power requirement LB12. This must be via the distributor 4 be provided with, which also supplies the two consumers M3, M4 (power requirement LB34), which results in a total power requirement LB. This electrical energy must here via the feed E corresponding to the resulting power profile LP in the electrical energy distribution network 1 infrastructure.

3 zeigt ein etwas komplexeres Ausführungsbeispiel, bei dem mittels Software eines PC auf einer grafischen Bedienoberfläche Neuronen N miteinander verbunden worden sind, und zwar als Abbild des Strukturnetzes (Neuronen-Strukturnetzes aus miteinander verbundenen Neuronen als Abbild der Infra struktur). Dabei beschreibt jedes Neuron N das Betriebsverhalten eines Teils der Infrastruktur, und zwar anhand von Kennzahlen, Energiebedarfskennlinien, technischen/mathematischen Funktionsbeschreibungen und dergleichen. Der Bedarf an Energie wird anhand des Strukturnetzabbildes in 3 aus den miteinander verbundenen Neuronen N von der Software selbsttätig ermittelt Dabei ist die Energiemenge oder der Energiefluss sowohl Eingangsgröße als auch Ausgangsgröße mindestens eines Neurons N. 3 shows a somewhat more complex embodiment in which by means of software of a PC on a graphical user interface neurons N have been connected to each other, as an image of the structure network (neuron structure network of interconnected neurons as an image of the infrastructure Infra). Each neuron N describes the operating behavior of a part of the infrastructure, namely on the basis of key figures, energy demand characteristics, technical / mathematical function descriptions and the like. The demand for energy is determined by the structural grid image in 3 determined automatically by the software from the interconnected neurons N The amount of energy or the energy flow is both the input quantity and the output variable of at least one neuron N.

Wie man 3 entnehmen kann, sind hier genau fünf Neuronen zur Beschreibung der Infrastruktur vorhanden. So bildet das Neuron N1 (in 3 jeweils als zeitlicher Verlauf gezeigt) die Außentemperatur AT auf den damit verbundenen Wärmeeintrag WEG/AT in die Gebäudehülle ab. Weiter wird die Zahl WGI der Personen im Gebäude über der Zeit erfasst, deren Änderung sich aus der Zahl PGI der Personen, die in das Gebäude eintreten, und aus der Zahl PGA der Personen, die das Gebäude verlassen, ergibt. Über das Neuron N2 berechnet sich hieraus ein Wärmeeintrag WEG/PG in die Gebäudehülle durch die jeweils im Gebäude befindlichen Personen WGI. Die Erfassung des Ortes O1, O2 (hier beispielhaft für zwei Orte O), an dem sich die Personen befinden, führt das Neuron N3 zu der Personverteilung innerhalb des Gebäudes PVGI. Damit verbunden ist ein Stromverbrauch, dessen Zusammenhang mit der Personenverteilung PVGI über ein Neuron N4 beschrieben wird. Der Sollwert der Klimaanlage KA führt über die beiden anderen Wärmeeinträge WEG/PG, WEG/AT je nach vorgegebener Temperatur über das Neuron N5 zu einem entsprechenden Wärmeverbrauch WV (bzw. Kälteverbrauch KV bei ggf. erforderlicher Kühlung). Wärme, Kälte, Strom sind also die drei Energiearten, die hier eingespeist werden.How one 3 There are exactly five neurons to describe the infrastructure. Thus, the neuron N1 (in 3 each shown as a time course) the outside temperature AT on the associated heat input WEG / AT in the building envelope. Further, the number of WGI of the persons in the building is recorded over time, the change of which results from the number PGI of the persons entering the building and from the number PGA of the persons leaving the building. Using the Neuron N2, this results in a heat input WEG / PG in the building envelope through the persons WGI who are in the building in each case. The detection of the location O1, O2 (exemplified here for two locations O), where the persons are located, leads the neuron N3 to the person distribution within the building PVGI. Connected to this is a power consumption whose connection with the person distribution PVGI is described via a neuron N4. The setpoint of the air conditioner KA leads via the two other heat inputs WEG / PG, WEG / AT depending on the predetermined temperature via the neuron N5 to a corresponding heat consumption WV (or cooling consumption KV if necessary cooling required). Heat, cold and electricity are the three types of energy that are fed in here.

Die zugehörige Ressourcenplanung ist in 4 dargestellt, d. h. für den Energieverbrauch in 3 die jeweilige Eigenerzeugung von Strom und Wärme und den Strombedarf von außen. Über ein Neuron N6 werden der Wärmeverbrauch und der Stromverbrauch in eine Kraft-Wärme-Kopplung KWK umgesetzt, bei der Wärme erzeugt wird, unter gleichzeitiger Erzeugung von Strom innerhalb der Infrastruktur selbst. Der Zusammenhang zwischen den Kraft-Wärme-Kopplungen WK1, WK2, WK3 und den beiden erzeugten Energiearten Wärme und Strom wird hier über das Neuron N7 abgeldet. Der Kälteverbrauch KV führt bei der Klimaanlage KA über ein Neuron N8 zu einem entsprechenden Strombedarf SBKA allein für die Kälteerzeugung. Der erforderliche gesamte Strombedarf SBG lässt sich über das Neuron N9 ermitteln, welches den bei der Wärmeerzeugung selbst erzeugten Strom SEKWK sowie den darüber hinausgehenden Stromverbrauch SB berücksichtigt; dieser Strombedarf SBG muss jeweils in die Einspeisung E der Infrastruktur eingespeist werden.The associated resource planning is in 4 represented, ie for the energy consumption in 3 the respective self-generation of electricity and heat and the electricity demand from outside. A Neuron N6 converts heat consumption and electricity consumption into cogeneration, where heat is generated, while generating electricity within the infrastructure itself Combined heat and power plants WK1, WK2, WK3 and the two types of energy generated, heat and electricity, are hereby grounded via the Neuron N7. The cooling consumption KV leads in the air conditioner KA via a Neuron N8 to a corresponding power requirement SBKA alone for cooling. The required total power requirement SBG can be determined via the neuron N9, which takes into account the heat SEKWK generated by the heat generation as well as the additional power consumption SB; This power requirement SBG must be fed into the feed E of the infrastructure.

Mit dieser Methode unter Verwendung von Neuronennetzen lassen sich auch Infrastrukturen abbilden, wie die beispielhaft in 5 gezeigte. Dort werden zusätzlich explizit Primärenergieträger wie Gas und Öl berücksichtigt, um z. B. Strom und Wärme innerhalb der Infrastruktur selbst zu erzeugen.With this method using neural networks, infrastructures can also be mapped, as exemplified in 5 shown. There are also explicitly considered primary energy sources such as gas and oil, z. B. to generate electricity and heat within the infrastructure itself.

Claims

Method for determining the demand of the energy to be fed into an existing or predetermined infrastructure from the outside using the energy flows taking into account the utilization levels within the infrastructure, wherein at least one type of energy in the form of an energy source at least partially within the infrastructure can be generated and the energy is otherwise fed from the outside and , in particular in the form of heat, is emitted partly to the outside, characterized in that with software support on a graphical user interface of interconnected neurons (N1-N9) an image of the infrastructure is generated, each neuron (N1-N9) the performance of a Part of the infrastructure with respect to the energy flows describes as a functional relationship between at least one input variable and at least one output variable, in particular based on performance indicators, energy demand characteristics and technical / mathematical function description in which the amount of energy or the flow of energy is both the input and the output of at least one neuron (N1-N9) and at least one neuron (N1-N9) is connected to two other neurons (N1-N9), and that the need for that of energy to be fed in externally is automatically determined by the software on the basis of the structure network of interconnected neurons (N1-N9).

Method for the determination of energy flows of various Types of energy within an existing or given infrastructure, where at least one type of energy is at least partially within the infrastructure should be produced and the time specified amounts of energy in the infrastructure is fed in and partially, especially in the form of heat back out are issued, characterized in that with software support on a graphical user interface from interconnected neurons (N1-N9) a picture of the infrastructure is generated, each neuron (N1-N9) the performance of a part of the infrastructure regarding the energy flows as functional relationship between at least one input variable and at least describes an output variable, in particular on the basis of characteristic numbers, energy requirement characteristics and technical / mathematical functional descriptions, with the amount of energy or the energy flow both input size and output size at least a neuron (N1-N9) is and at least one neuron (N1-N9) with two other neurons (N1-N9) connected, and that the energy flows on the basis of the structural network from interconnected neurons (N1-N9) automatically from the software is detected.

Method according to claim 1 or 2, characterized that for every type of energy, especially electricity as electrical energy and Heat or cold as special forms of heat energy, formed its own structure network of interconnected neurons (N1-N9) where the structural nets are direct at energy type conversions or via neurons (N1-N9) connected to each other.

Method according to Claims 1 to 3, characterized that every neuron (N1-N9) for the refinement of the structural network, in turn, of several with each other connected neurons may be formed.

A method according to claim 1 to 4, characterized in that taken the neurons of a structure network from a neuron library become.