DE102009051405A1

DE102009051405A1 - Verfahren zum Nutzen von Stromspitzen in der Stromversorgung

Info

Publication number: DE102009051405A1
Application number: DE102009051405A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Gessner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-05-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nutzen von Stromspitzen in der Stromerzeugung, umfassend wenigstens ein Energieversorgungsunternehmen (EVU), welches über ein Leitungsnetz Strom an Endverbraucher liefert, wobei die Menge des gelieferten Stroms über wenigstens einen bei dem Endverbraucher vorhandenen Stromzähler erfasst wird, bei welchem Verfahren das EVU ein Umschaltsignal bzw. Einschaltsignal in das Leitungsnetz sendet, welches beim Endverbraucher durch eine Erkennungsschaltung erkannt nd eines Strompfads verwendet wird, an welchem ein elektrisches Heizelement einer Warmwasseraufbereitungseinrichtung angeschlossen ist, und dass eine Unterbrechung der Stromzufuhr zum Heizelement durch Abgabe eines weiteren Umschaltsignals bzw. Abschaltsignals seitens des EVU in das Leitungsnetz bewirkt wird, welches von der Erkennungsschaltung beim Endverbraucher erkannt wird, welche daraufhin den Strompfad vom Netz trennt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nutzen von Stromspitzen in der Stromversorgung als auch ein elektrisches Versorgungsnetz umfassend ein System zum Nutzen von Stromspitzen. Bedingt durch die stärkere Fokussierung der Stromerzeugung auf umweltfreundlichen Energien kommt es häufiger zu Stromspitzen in der Stromerzeugung, die mit dem aktuellen Strombedarf bei den Endverbrauchern nicht übereinstimmen. Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren und ein System, um derartige Stromspitzen umweltfreundlich für den Endverbraucher zu nutzen.
Die Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein elektrisches Versorgungsnetz gemäß Anspruch 5. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der entsprechenden Unteransprüche. Erfindungsgemäß wird von Seiten der Energieversorgungsunternehmen (EVU) im Falle von Stromspitzen, z. B. im nördlichen Deutschland bei aktuell vorliegenden hohen Windgeschwindigkeiten, ein Umschaltsignal seitens der EVUs an den Endverbraucher abgegeben, welches Umschaltsignal in Stromzählern bei den Endverbrauchern genutzt wird, um ein separates Stromzählwerk zu schalten und damit einen separaten Strompfad einzuschalten, der mit einem elektrischen Heizelement einer Warmwasseraufbereitungseinrichtung in dem Haushalt verbunden ist. Die Stromspitzen werden somit beim Endverbraucher in kostengünstige Wärme überführt. Dieser Service wird vom Endverbraucher sicher genutzt, wenn von den EVUs für diese Stromspitzen besonders vorteilhafte Lieferkonditionen angeboten werden. Durch den separaten Stromzähler können diese günstigen Lieferkonditionen erfasst werden. Für den Endverbraucher ist diese Art des Energiebezugs besonders günstig, weil er hier zu außerordentlich niedrigen Kosten seine Zentralheizung bzw. seine Verbrauchwasseraufbereitung durch quasi überschüssigen elektrischen Strom betreiben lassen kann. Das Heizelement der Warmwasseraufbereitungseinrichtung ist mit einem Temperaturschalter versehen, der die Stromzufuhr bei Überschreitung einer oberen Grenztemperatur abschaltet, so dass keine Überhitzung in der Warmwasseraufbereitungseinrichtung auftritt. Außerdem kann seitens des EVU nach dem Abbau der Stromspitze wiederum ein Umschaltsignal in das Netz abgegeben werden, woraufhin der separate Stromzähler und/oder der Strompfad wieder abgeschaltet wird. Die herkömmliche Stromversorgung des Endverbrauchers mit einem herkömmlichen Stromzähler wird durch die zusätzliche Stromlieferung über den separaten Stromzähler nicht beeinflusst. Es kann aber optional auch vorgesehen sein, dass nach Abgabe des Umschalt- oder Einschaltsignals der gesamte Strombezug des Haushaltes über den separaten Zähler läuft, bis zur Abgabe eines weiteren Umschalt- oder Abschaltsignals vom EVU.
Selbst wenn man berücksichtigt, dass die Erzeugung von Wärme mit elektrischen Strom prinzipiell unrentabel ist, bietet die Erfindung doch ein Verfahren, überschüssige elektrische Energie sinnvoll zu nutzen womit die somit genutzte Energie in anderen Bereichen eingespart werden kann. Das Verfahren ist somit geeignet den CO₂-Ausstoß eines Landes deutlich zu reduzieren. Dies ist vor dem Hintergrund zu sehen, dass in der Bundesrepublik Deutschland schätzungsweise 20 Millionen Warmwasserspeicher im Privathaushalt mit 100 Liter vorhanden sind, welche einen Temperaturbereich zwischen 45° und 65°C angesteuert werden. Hinzu kommen Warmwasserspeicher in Industrie und Gewerbe die schätzungsweise noch einmal 15% der Wassermenge aus dem privaten Bereichen entsprechen. Das Gesamtvolumen an Wassermenge, die auf diese Weise genutzt werden könnte, dürfte somit im Bereich zwischen 2 und 3 Millionen m³ liegen.
Der Aufwand für die Realisierung der Erfindung in den Einzelhaushalten hält sich in Grenzen. Es muss lediglich ein Stromzähler mit einem einen separaten Strompfad vorgesehen sein, der durch ein Umschaltsignal schaltbar ist. Derartige Verfahren sind prinzipiell für Nachtspeicheröfen schon bekannt, wo das Einschalten des Nachtstromzählers mittels eines Rundsteuersignals erfolgt. Die Umschaltung mittels eines Umschaltsignals, welches von den EVUs abgegeben und von einer Erkennungseinrichtung im Stromzähler oder im Strompfad erkannt wird, hat den Vorteil, dass die Umschaltung zu jeder Tageszeit erfolgen kann.
Das Signal kann ein HF-Signal, beispielsweise mit einer definierten Frequenz sein, das durch entsprechende Filter einer Erkennungseinrichtung in den Stromzählern oder im Strompfad sofort als Umschaltsignal erkannt wird.
Die technische Seite ist bei den EVUs eine Erfassungseinrichtung notwendig, die das Vorliegen einer generierten Stromspitze erfasst, d. h. der generierte Strom ist deutlich höher als der aktuelle Strombedarf. Durch die Erfassungseinrichtung wird dann eine beim EVU vorgesehene Schalteinrichtung zum Generieren eines Umschaltsignals betätigt, welches Umschaltsignal, z. B. ein definiertes HF-Signal in das Leistungsnetz abgibt. Das Umschaltsignal wird beim Endverbraucher durch eine Erkennungsschaltung erkannt und daraufhin verbindet die Erkennungseinrichtung den Stromzähler und den Strompfad mit dem Netz und damit auch mit einem oder mehreren Heizelementen in einer Warmwasseraufbereitungsanlage, z. B. in der Heizung und/oder in der Brauchwasseraufbereitung. Mit dem überschüssigen Strom können nun die elektrischen Heizelemente in Warmwasseraufbereitungseinrichtungen der Endverbraucher direkt angesteuert werden, was einen enormen zusätzlichen Strombedarf verursacht und somit einen effektiven Abbau der Stromspitze beim EVU. Durch den temperaturgesteuerten Schalter der Heizvorrichtung, z. B. des Heizstabes, wird verhindert, dass sich die Wassertemperatur in der Warmwasseraufbereitungseinrichtung über einen vorgegebenen Grenzwert hinaus erhöht.
Vorzugsweise ist in dem Strompfad auch ein vom Endverbraucher betätigbarer Schalter vorgesehen, mit welchem der Endverbraucher diese optionale zusätzliche Stromlieferung durch das EVU nach eigenem Belieben ein- oder ausschalten kann. Auf die Weise kann sich der Endverbraucher sicherstellen, dass nicht das Wasser in der Warmwasseraufbereitungseinrichtung auf eine hohe Temperatur gehalten wird, wenn er dies nicht wünscht. Schließlich handelt es sich bei der Stromlieferung zum Abbau des Spitzenstromes um Stromlieferungen, die vom EVU und nicht vom Endverbraucher initiiert werden. Durch den Schalter wird somit dem Endverbraucher die Möglichkeit gegeben, diese Art der Stromlieferung generell ein- oder auszuschalten. Die EVUs haben die Möglichkeit durch besonders attraktive Preisgestaltung diesen unangefragten Strombezug für den Endverbraucher attraktiv zu machen.
Bei der Warmwasseraufbereitungseinrichtung handelt es sich entweder um eine Heizungsanlage insbesondere eine Zentralheizungsanlage und/oder eine Verbraucherwasseraufbereitungsanlage. Die Warmwasseraufbereitungseinrichtung kann auch sowohl für die Heizungsanlage als auch für die Verbraucherwasseraufbereitung vorgesehen sein, womit verschiedene Heizelemente auch in unterschiedlichen Anlagen angesteuert werden können.
Prinzipiell können alle technischen Merkmale in den unabhängigen Ansprüchen einfach oder mehrfach vorgesehen sein. Der Stromzähler kann z. B. neben einem herkömmlichen Stromzähler als zusätzlicher Stromzäher vorgesehen sein, der nur einschaltet, wenn das Umschaltsignal vom EVU abgegeben wird und ausschaltet, wenn ein zweites Umschaltsignal vom EVU abgegeben wird. Dies kann entweder jedes zweite identische Umschaltsignal sein oder ein anders gebildetes Umschaltsignal, dass speziell als Abschaltsignal ausgebildet ist. Das Vorsehen zweier unterschiedlicher Umschaltsignale, d. h. ein Einschaltsignal zum Einschalten und ein Ausschaltsignal zum Ausschalten des Strompfades birgt eine größere Sicherheit im Betrieb, wenn aus irgendwelchen Gründen die Erkennungseinrichtung beim Endverbraucher einmal ein Umschaltsignal nicht erfassen sollte. Es ist jedoch auch möglich, den Stromzähler und einen herkömmlichen Stromzähler (ohne Ansteuerung durch das Umschaltsignal) in einem Stromzählgerät zu integrieren. Weiterhin kann die Heizvorrichtung in Form beliebiger elektrischer Heizelemente gestaltet sein, insbesondere als elektrische Heizstab oder Heizwendel.
Die Erfindung ermöglicht es prinzipiell auch, in dem Strompfad andere Stromverbraucher beim Endverbraucher anstelle oder zusätzlich zu dem Heizelementen einer Warmwasseraufbereitungseinrichtung zu betreiben.
Die Warmwasseraufbereitungseinrichtung ist vorzugsweise als zweistufiges System ausgebildet, in deren Steuerung für die Aufheizung des Wassers im normalen Betrieb eine erste Grenztemperatur einstellbar ist. Zusätzlich ist in der Steuerung der Warmwasseraufbereitungseinrichtung eine zweite Grenztemperatur einstellbar, welche über der ersten Grenztemperatur liegt. Diese zweite Grenztemperatur wird von der Steuerung nur dann verwendet, wenn das Wasser über den separaten Stromzähler mit dem elektrischen Heizelement erwärmt wird. Auf diese Weise lässt sich das Wasser über den Spitzenstrom noch eine weitere Temperaturdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Grenzwert erwärmen, auch wenn der erste Grenzwert bereits erreicht ist. Bei einem einstufigen System könnte nämlich über eine große Zeitspanne des Tages keine Erwärmung des Wassers durch den Spitzenstrom erfolgen, weil das Wasser regelmäßig auf die Grenztemperatur der Warmwasseraufbereitungseinrichtung aufgewärmt ist, und eine weitere Erwärmung darüber hinaus dort nicht möglich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der schematischen Zeichnung beschrieben. Diese zeigt den schematischen Aufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes mit einem System zum Abbauen von Stromspitzen. Das elektrische Versorgungsnetz 10 umfasst wenigstens ein Energieversorgungsunternehmen 12 und eine Vielzahl von Endverbrauchern 14, die entweder private Endverbraucher oder industrielle bzw. gewerbliche Endverbraucher sein können. Eine Anlage des Energieversorgungsunternehmens 12 ist über eine Stromlieferleitung 16 mit einem öffentlichen Leitungsnetz 18 verbunden, welches wiederum über einen Stromanschluss 20 mit dem internen Stromnetz des Endverbrauchers 14 verbunden ist. Beim Energieversorgungsunternehmen 12 ist eine Erfassungseinrichtung 22 vorhanden, welche das Vorliegen eines Überangebots an Strom detektiert. In diesem Fall schaltet die Erfassungseinrichtung eine Schalteinrichtung 24 beim Energieversorgungsunternehmen 12 zur Abgabe/Einspeisung eines Umschalt- oder Einschaltsignals über die Stromzuführleitung 16 in das öffentliche Leitungsnetz 18. Das Umschalt- oder Einschaltsignal wird über die Schalteinrichtung 24 einfach in eine Stromleitung 26 stromabwärts eines Kraftwerks eingespeist. Beim dem Umschaltsignal oder Einschaltsignal kann es sich um einbeliebiges Signal, insbesondere ein HF-Signal, handeln, welches auf einfache Weise aus dem allgemeinen Wechselstromsignal des Stromnetzes durch eine beim Endverbraucher 14 vorgesehene Erkennungsvorrichtung herauszufiltern ist. Beim Endverbraucher läuft das Umschalt- oder Einschaltsignal über dem Stromanschluss 20 auf ein Stromzählgerät 28, welches einen ersten Stromzähler 30 für den normalen Strombezug des Endverbraucherhaushalts hat, welcher erste Zähler 30 der Hauptstromleitung 32 des Endverbrauchs verbunden ist. Zusätzlich hat das Stromzählgerät 28 einen separaten Stromzähler 34, welcher über die Erkennungsschaltung 33 mit dem Stromanschluss verbunden ist. Der separate Stromzähler ist mit einem Strompfad 36 verbunden, an dem über einen separaten Schalter 38 und einen herkömmlichen Temperaturschalter 40 ein Heizstab 42 einer Warmwasseraufbereitungseinrichtung angerschlossen ist. Das Umschaltsignal oder Einschaltsignal wird von der Erkennungsschaltung 33 erkannt womit der separate Stromzähler an das Netz angeschlossen wird. Auf diese Weise wird der Heizstab 42 der Warmwasseraufbereitungseinrichtung über den separaten Zähler 34 und den Strompfad 36 mit dem überschüssigen Spitzenstrom des Energieversorgungsunternehmens versorgt und somit das Wasser der Heizung bzw. der Verbrauchwassereinrichtung erwärmt. Die Erwärmung des Wassers wird durch den Temperaturschalter 40 begrenzt, der die Zuleitung zum Heizelement 42 bei Erreichen einer maximalen Wassertemperatur unterbricht. Über den separaten Schalter 38 kann zudem der Strompfad 36 durch den Endverbraucher prinzipiell an- oder abgeschaltet werden. Ist die Stromspitze vorbei, sendet das EVU 12 ein zweites Umschaltsignal oder ein Abschaltsignal, welches bewirkt, dass die Erkennungsschaltung 33 den separaten Stromzähler 34 und damit auch den Strompfad 36 vom Netz trennt.
Prinzipiell ist es auch möglich, das anstatt eines Stromzählgerätes 28 mit zwei Zählern 30, 34 zwei separate Stromzähler 30, 34 vorgesehen sind, wobei der erste Stromzähler 30 immer am Netz angeschlossen ist, und der separate Stromzähler 34 über die Erkennungsschaltung mit dem Netz verbunden ist und nur dann eingeschaltet wird, wenn das Umschalt- oder Einschaltsignal um EVU über das Leitungsnetz 18 übermittelt wird. Die Erkennungsschaltung 33 kann selbstverständlich auch hinter dem separaten Stromzähler 34 und vor dem Heizstab 42 im Strompfad 36 angeordnet sein. Aus Sicherheitsgründen und zum Vorbeugen von Missbrauch ist jedoch die Anordnung stromaufwärts des separaten Stromzählers 34 vorzuziehen.
Prinzipiell ist es unerheblich an welcher Stelle das Energieversorgungsunternehmen das Umschaltsignal bzw. Einschalt- und Ausschaltsignal in das öffentliche Leitungsnetz 18 einspeist. Ebenso ist es unerheblich, ob in einem Haushalt eines Endverbrauchers 14 nur ein separater Stromzähler 34 oder mehrere separate Stromzähler 34 vorgesehen sind. Der separate Stromzähler kann auch für andere Hochstromgeräte als eine Heizvorrichtung verwendet werden. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der beiliegenden Ansprüche variiert werden.

Claims

Verfahren zum Nutzen von Stromspitzen in der Stromerzeugung, umfassend wenigstens ein Energieversorgungsunternehmen (EVU), welches über ein Leitungsnetz Strom an Endverbraucher liefert, wobei die Menge des gelieferten Stroms über wenigstens einen bei dem Endverbraucher vorhandenen Stromzähler erfasst wird, bei welchem Verfahren das EVU ein Umschaltsignal bzw. Einschaltsignal in das Leitungsnetz sendet, welches beim Endverbraucher durch eine Erkennungsschaltung erkannt und zur Aktivierung eines ein separates Stromzählers und eines Strompfad verwendet wird, an welchem ein elektrisches Heizelement einer Warmwasseraufbereitungseinrichtung angeschlossen ist, und dass eine Unterbrechung der Stromzufuhr zum Heizelement durch Abgabe eines weiteren Umschaltsignal bzw. Abschaltsignals seitens des EVU in das Leitungsnetz bewirkt wird, welches von der Erkennungsschaltung beim Endverbraucher erkannt wird, welche daraufhin den Strompfad vom Netz trennt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromlieferung durch den Endverbraucher mittels eines in dem Strompfad vorgesehenen Sperrschalters unterbunden werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassererwärmung durch das Heizelement mittels eines Temperaturschalters im Strompfad begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmwasseraufbereitungseinrichtung Teil eines warmwasserbasierten Heizungssystems und/oder einer Brauchwasseraufbereitungseinrichtung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das EVU zum Einschalten des separaten Stromzählers ein Einschaltsignal und zum Abschalten ein sich davon unterscheidendes Abschaltsignal in das Leitungsnetz einspeist.
Elektrisches Versorgungsnetz (10) umfassend ein System zum Nutzen von Stromspitzen in der Stromerzeugung bei Energieversorgungsunternehmen (EVU) (12), mit folgenden Komponenten: einer beim EVU vorgesehenen Erfassungseinrichtung (22) zur Erfassung von Überkapazitäten in der Stromerzeugung, eine beim EVU vorgesehenen Schalteinrichtung (24) zum Einspeisen wenigstens eines Einschalt/Abschalt/Umschaltsignals zur Abgabe in ein öffentliches Leitungsnetz (18), welche Schalteinrichtung in Abhängigkeit von einem Signal der Erfassungseinrichtung oder manuell betätigbar ist, eine beim Endverbraucher vorgesehene Erkennungsschaltung (33) zum Erfassen des vom EVU mittels des über das Leitungsnetz übertragenen Einschalt/Abschalt/Umschaltsignals, ein beim Endverbraucher vorgesehener separater Stromzähler (34), der mit der Erkennungsschaltung (33) in Reihe geschaltet ist, und ein an dem separaten Stromzähler (34) angeschlossener Strompfad (36), an welchem ein Heizelement (42) einer Warmwasseraufbereitungseinrichtung angeschlossen ist.
Versorgungsnetz nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen temperaturgesteuerten Schalter (40) für das Heizelement (42), der das Heizelement (42) in Abhängigkeit von der Wassertemperatur vom Strompfad trennt bzw. mit dem Strompfad verbindet.
Versorgungsnetz nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der separate Stromzähler (34) zusammen mit einem herkömmlichen Stromzähler (30) für den normalen Strombezug in einem Stromzählgerät (28) integriert ist.
Versorgungsnetz nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmwasseraufbereitungseinrichtung eine Steuerung aufweist, in welcher für die Aufheizung des Wassers im normalen Betrieb eine erste Grenztemperatur einstellbar ist, und in welcher Steuerung für die Aufheizung des Wassers mittels des elektrischen Heizelements über den separaten Stromzähler eine zweite Grenztemperatur einstellbar ist, welche über der ersten Grenztemperatur liegt.
Versorgungsnetz nach einem der Anspruche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromzähler (34) und die Erkennungsschaltung (33) in einem Stromzählgerät (28) integriert sind.