DE102009019409A1

DE102009019409A1 - Verfahren und Gerät zur Ermittlung und Optimierung des Verbrauches von Energie, Energieträgern und Rohstoffen sowie Computerprogramm

Info

Publication number: DE102009019409A1
Application number: DE102009019409A
Authority: DE
Inventors: Stephan Lietz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-29
Filing date: 2009-04-29
Publication date: 2010-11-04

Abstract

Zähler für den Energieverbrauch oder den Verbrauch besitzen elektronische Schnittstellen, mit deren Hilfe die aktuellen Zählerwerte, Informationen über den Verlauf des Verbrauchs und ggf. die Information über den Tarif für den Energieträger oder Rohstoff ausgelesen werden können. Diese Informationen können mit weiteren Informationen über den Verbrauch einzelner Geräte oder Gerätegruppen verknüpft und so der optimale Zeitraum für den kostengünstigen Betrieb der Geräte ermittelt werden. Eine entsprechende Enrichtung kann die Verbraucher direkt auf elektronischem Wege steuern oder programmieren und so die Kosten für den Verbrauch der Energie oder des Rohstoffes optimieren. Dazu ist jeweils eine spezifische Programmierung der Einrichtung notwendig, welche Zeit und technisches Wissen voraussetzt.
Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches aus den Informationen zum zeitlichen Verbrauch der Energie oder des Rohstoffes durch Mustererkennung den jeweils aktiven Verbraucher ermittelt. Das erfindungsgemäße Verfahren erstellt aus den erkannten Mustern ein Verbrauchsprofil, welches hinsichtlich verschiedener Parameter wie z. B. Kosten optimiert wird. Das optimierte Profil wird erfindungsgemäß zur Steuerung oder Programmierung der Verbraucher genutzt.
Des Weiteren erkennt die Erfindung Abweichungen des Verbrauches vom Normalprofil und kann je nach eingestelltem Schwellwert eine Meldung über eine Schnittstelle an andere Systeme oder Personen übermitteln.

Description

Stand der Technik
Die effiziente Nutzung der natürlichen Ressourcen ist in den letzten Jahren verstärkt ins Bewusstsein der Bevölkerung gerückt. Dazu haben u. a. die öffentliche Debatte über den Klimawandel und die stark gestiegenen Energiepreise beigetragen. Neben dem Wunsch nach Schutz der Umwelt spielte für die Politik sowohl die Unabhängigkeit von fremden Rohstoffen als auch die Öffnung der Märkte für die Energieversorgung eine große Rolle bei der Ausarbeitung einer Reihe von Gesetzesinitiativen für den Energiemarkt. Unter anderem wurde von der Europäischen Union die Energieeffizienzrichtlinie 2006/32/EG erlassen und in den Mitgliedsstaaten in nationales Recht umgesetzt. Diese und andere rechtliche Vorgaben werden dafür sorgen, dass innerhalb der nächsten Jahre großflächig intelligente Zähler für Strom, Wasser und Gas an den Schnittstellen zwischen Endkunden und Energieversorger bzw. Netzbetreiber eingebaut werden. Die intelligenten Zähler („Smart Meter”) verfügen über eine Datenschnittstelle, über die sie mit dem Versorgungsunternehmen kommunizieren können. Diese Kommunikation kann bidirektional erfolgen, so dass einerseits Informationen über den Verbrauch des Energieträgers oder Rohstoffes zum Versorgungsunternehmen übermittelt werden und andererseits Informationen über die aktuellen Tarife für den Energieträger oder Rohstoff als auch eine Vorschau über den künftigen Verlauf der Tarife den Zählern, und damit den Endkunden, zur Verfügung stehen. Über ein geeignetes Interface, beispielsweise ein Display, kann der Endkunde diese Information abrufen.
Es wird erwartet, dass die Tarife für Medien wie beispielsweise elektrischen Strom sich sehr dynamisch in Abhängigkeit der jeweiligen Auslastung der Anbieter verändern werden. Dadurch und durch die intelligenten Zähler können beispielsweise Energieversorgungsunternehmen in Spitzenzeiten den Tarif erhöhen, die durch die Lastspitzen auftretenden Mehrkosten decken und gleichzeitig den Endkunden durch Information über günstigere Tarifzeiten dazu motivieren, unnötige Verbraucher in Spitzenzeiten nicht zu betreiben.
Die intelligenten Zähler können über mehrere Schnittstellen zur Datenkommunikation verfügen. So sind Geräte bekannt, die einerseits mit dem Versorgungsunternehmen über ein Power Line Modem, ein Mobilfunk-Modem, ein Telefonmodem oder über kommerzielle Funksysteme wie TETRA kommunizieren und andererseits über eine Schnittstelle wie den M-Bus, RS232, RS485 oder Infrarotschnittstellen an Geräte vor Ort liefern können. Im einfachsten Fall sind Informationen über den aktuellen Zählerstand abrufbar. Zukünftig werden auch die oben erwähnten Tarifinformationen über diese Schnittstellen anderen elektronischen Geräten vor Ort zur Verfügung stehen.
Es sind ebenfalls Geräte und Systeme für die Steuerung von Geräten in Gebäuden bekannt. So ist beispielsweise jedes größere Bürogebäude mit einem elektronischen Managementsystem ausgestattet, welches es erlaubt, Geräte wie Klima-, Belüftungs- oder Beleuchtungsanlage manuell zu steuern. Anlagen zur automatischen Steuerung sind ebenfalls bekannt. Diese nutzen beispielsweise weitere externe Sensoren für Umgebungsparameter wie Temperatur, Wind und Licht zur Steuerung der Gebäudetechnik. Des Weiteren sind Geräte und Anlagen bekannt, welche Geräte indirekt, z. B. über das Schalten der Stromversorgung in den Steckdosen steuern. Dazu enthält die entsprechende Steckdose einen steuerbaren Schalter, welcher mit dem Managementsystem kommunizieren kann und von ihm gesteuert wird.
Die Kommunikation von intelligentem Zähler mit dem Gebäudemanagementsystem oder auch direkt mit den Verbrauchern ist ein wichtiger Schritt zur effektiven Nutzung der Medien. Hier sind verschiedene Lösungen denkbar oder bekannt, welche drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationstechnologien wie IEEE802.3, IEEE802.14, Ethernet oder Installationsbusse nutzen. Durch diese Verknüpfung zwischen Gebäudemanagementsystem und Energie- oder Rohstoffversorgungsnetz wird ein effektives Steuern der Endgeräte möglich, welches jedoch entweder durch den Energieversorger durchgeführt wird oder eine manuelle Programmierung des Systems notwendig macht. Diese manuelle Programmierung ist aufwendig und von vielen Endverbrauchern nicht durchführbar, da entweder die technischen Kenntnisse oder die notwendige Zeit fehlen.
Die Erfindung behebt dieses Problem durch automatische Erkennung von Mustern im Energieverbrauch, Erstellung eines Verbrauchsprofils, dessen Optimierung und automatische Steuerung der Verbraucher in Abhängigkeit der Entgelttarif und ggf. weiterer Informationen.
Die Erfindung macht sich dabei die Eigenschaft von Geräten zunutze, Energie oder andere Medien nach bestimmten Mustern zu verbrauchen. So schalten beispielsweise viele Kaffeemaschinen nach dem Brühen des Kaffees in den Warmhaltemodus für die Kanne. Dadurch ergibt sich ein wie in 1 gezeigter Verlauf des Verbrauchs elektrischer Energie. Ebenso hinterlassen Waschmaschinen, Heizungen, Herde und weitere Verbraucher spezifische Verbrauchsmuster. Die Erfindung ist außerdem in der Lage, weitere Muster zu erfassen und auszuwerten. Beispielsweise gibt es spezifische Muster im Energieverbrauch eines Haushaltes, die über geeignete Algorithmen auf den Tagesablauf der Bewohner schließen lässt. So kann davon ausgegangen werden, dass die erste Person im Haushalt morgens aufgestanden ist, wenn der Wasserverbrauch und der Stromverbrauch morgens erstmalig ansteigen. Die Erfindung kann diese Informationen zur Entscheidung über die Steuerung von Geräten nutzen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein entsprechendes Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 17 sowie ein Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs 18 vorgeschlagen. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Das Verfahren dient bevorzugt der Einsparung des Verbrauchs von Energie und Rohstoffen in Gebäuden und Anlagen. In einer vorteilhaften Ausführung können Verbraucher von Energie und Rohstoffen so gesteuert bzw. programmiert werden, dass sie die für den Betrieb notwendige Energie und andere Rohstoffe zu Zeitpunkten verbrauchen, in denen die Erzeugung dieser Energie bzw. die Bereitstellung der Rohstoffe besonders umweltschonend oder ökonomisch möglich ist. Dadurch kann der Betreiber einer Anlage oder von Geräten sowohl Kosten für Energie und Rohstoffe sparen als auch die Belastung für die Natur minimieren.
Die Erfindung nutzt Informationen über den gemeinsamen Verbrauch von Energie, Energieträgern oder Rohstoffen durch mehrere gleichzeitig angeschlossene Verbraucher, um aus dem zeitlichen Verlauf des Verbrauchs auf den Einsatz einzelner Geräte oder Anlagen zu schließen.
Eine schematische Darstellung des Verfahrens zeigt 2. Als eine Eingangsgröße erhält die Erfindung Informationen über den aktuellen Verbrauch von Energie oder Rohstoff (201). Diese wird in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung über eine elektrische Verbindung, drahtgebunden oder drahtlos, von einer Zählvorrichtung geliefert. Diese Zählvorrichtung kann beispielsweise ein Zähler für verbrauchte elektrische Energie, für Gas oder Wasser sein. Zähler für weitere Energieträger oder Rohstoffe oder Kombinationen von Zählern sind ebenfalls möglich.
Aus den Informationen, beispielsweise dem zeitlichen Verlauf, über den Verbrauch (201) sowie aus ggf. notwendigen und zur Verfügung stehenden Zusatzinformationen (208) werden in der Mustererkennung (202) Muster im Verbrauch erkannt und diese in einem Musterpool (207) abgelegt. Bereits vorhandene Muster aus dem Musterpool können zur Erkennung mit herangezogen werden. Teil der Zusatzinformationen (208) kann beispielsweise die zur Verbrauchsinformation gehörende Tages- oder Jahreszeit sein. Mithilfe dieser Informationen ist es beispielsweise möglich, ähnliche oder gleiche Verbrauchsmuster zu unterscheiden. So kann während des Plausibilisierens der Mustererkennung beispielsweise bei gleichen Mustern zwischen Verbrauchern unterschieden werden, die nur im Winter oder bei niedrigen Temperaturen betrieben werden oder solchen Verbrauchern, die nur bei Regen oder in der Nacht aktiv sind. Die Mustererkennung kann erkannte Verbrauchsverläufe in Metadaten überführen und diese für die Erstellung der Verbrauchsprofile (203) bereitstellen. Dieses Verbrauchsprofil (203) stellt eine Zusammenstellung von einzelnen Verbrauchsmustern dar. Das Verbrauchsprofil kann eine zeitliche und/oder örtliche Zusammenstellung der Muster sein. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind diese Profile mit weiteren Informationen (210) angereichert. So kann u. a. der jeweilige Preis der verbrauchten Energie oder des Rohstoffes mit erfasst und gespeichert werden. Es sind Verknüpfungen mit weiteren nützlichen Zusatzinformationen möglich. Die Verbrauchsprofile werden in einer nächsten Stufe (204) einer Optimierung unterzogen. Dabei werden Zusatzinformationen (211) genutzt. Diese Zusatzinformationen können beispielsweise Informationen über die Tarife der Energieträger und/oder Rohstoffe sein. Die Optimierung der Profile erfolgt in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung so, dass die Verbräuche einzelner Geräte und/oder Anlagen in ein jeweiliges zeitliches oder andersgeartetes Minimum hinsichtlich Kosten oder anderer Parameter fallen. Die Informationen über die notwendigen Optimierungsschritte zum Erreichen des optimalen Zielzustandes aus der Optimierungsstufe (204) können nun weiteren internen oder externen Verarbeitungsstufen und/oder Geräten und/oder Anlagen zur Verfügung gestellt werden. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden die Optimierungsinformationen aus 204 genutzt, um Geräte und/oder Anlagen direkt so zu steuern, dass diese mit optimalen Parametern laufen (205). Dazu kann beispielsweise die Anlage/das Gerät direkt über eine geeignete Datenverbindung und/oder über Steuersignale umprogrammiert werden. Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung steuert die Stromversorgung für die Geräte/Anlagen so, dass diese nur in optimalen Zeiträumen mit Energie versorgt werden. In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden die Informationen zur Optimierung den Nutzer/Betreiber in grafischer oder anderer Weise (206) zur Verfügung gestellt. Dieser kann dann auf manuelle oder andere Weise die zur Optimierung notwendigen Schritte unternehmen oder einleiten. Dabei kann die Bereitstellung und/oder grafische Anzeige der Informationen erfindungsgemäß innerhalb des Gerätes zur Implementierung des Verfahrens oder auch außerhalb, z. B. über einen angeschlossenen PC realisiert werden. Die Optimierungsinformationen können in einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung über eine geeignete Schnittstelle (212), beispielsweise eine elektronische Datenschnittstelle, anderen Systemen zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt werden.
3 zeigt beispielhaft ein erfindungsgemäßes Gerät zur vorteilhaften Umsetzung des oben beschriebenen Verfahrens. Die Zähler für elektrische Energie (310), Gas (302) und Wasser (303) sind über geeignete elektrische Verbindungen mit den Schnittstellen (307) des Gerätes (306) verbunden. Die vorteilhafte Umsetzung der Erfindung beinhaltet die Erkennung von Verbrauchsmustern, die Erzeugung eines Verbrauchsprofils und dessen Optimierung (309). Die Informationen zur Optimierung werden über eine Benutzerschnittstelle (310) dem Nutzer zur Verfügung gestellt und weiterhin genutzt, um verschiedene Verbraucher (304, 305) über die Schnittstellen (307) oder Steuerausgänge (308) zu steuern und/oder zu programmieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die Optimierung (204) zusätzlich oder exklusiv für die Detektion von Abweichungen zum normalen jeweiligen Profil genutzt. Die Erfindung lässt es beispielsweise zu, ein Verbrauchsprofil für ein Wohnhaus oder eine Wohnung zu erstellen. Sollten sich in den gemessenen Werten, ggf. bereinigt um externe Einflussfaktoren wie Außentemperatur, Jahreszeit etc., Abweichungen zu einem Sollwert ergeben, kann die Erfindung diese Information weiterverarbeiten oder weitergeben. Eine sinnvolle Anwendung dieser Ausführung ist beispielsweise die Überwachung von Wohnungen älterer Menschen. Stellt die Erfindung fest, dass es dort Abweichungen zum Normalverbrauch gibt, kann eine entsprechende Meldung an einen Pflegedienst übermittelt werden. Dieser kann dann vor Ort nachprüfen, ob eine Notlage vorliegt und ein Mensch ggf. Hilfe benötigt.
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 Nicht-Patentliteratur

- Energieeffizienzrichtlinie 2006/32/EG [0001]

Claims

Verfahren zur Ermittlung des Verbrauchs von Energieträgern und/oder Rohstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren spezifische Verbrauchsmuster erkennt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Muster in einem Musterpool gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Muster aus dem Musterpool zur Unterstützung der Erkennung neuer Muster hinzugezogen werden.
Verfahren nach den einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung der Muster Informationen aus Zähleinrichtungen für die Energieträger und/oder Rohstoffe genutzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen mehrerer unterschiedlicher Zähleinrichtungen zur Erkennung der Muster genutzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben den Informationen der Zähleinrichtung weitere Informationen anderer Quellen für die Mustererkennung genutzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den erkannten Mustern ein spezifisches Verbrauchsprofil erstellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrauchsprofil mit weiteren Daten angereichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile einer Optimierung bezüglich vorgegebener und/oder einstellbarer und/oder dynamischer Parameter unterzogen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass weitere Informationen für die Optimierung genutzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um Informationen zu den Tarifen der Energieträger und/oder Rohstoffe handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen zur Optimierung zur Steuerung und/oder Programmierung von Geräten und/oder Anlagen genutzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen zur Optimierung über ein grafisches Interface dem Nutzer zur Verfügung gestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen zur Optimierung über eine Datenschnittstelle weiteren Systemen zur Verfügung gestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abweichungen im Verbrauch von Energie und/oder Rohstoff ab einem bestimmten, festen, dynamischen oder einstellbaren Schwellwert detektiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Information über die Über- oder Unterschreitung des Schwellwertes über eine elektronische Datenschnittstelle an Personen oder Systeme übermittelt wird.
Computerprogramm mit Programm-Code Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 16 durchzuführen.
Gerät zur Ermittlung des Verbrauchs von Energieträgern und/oder Rohstoffen, gekennzeichnet durch die bestimmungsgemäße Umsetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.