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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verteilen von elektrischer Energie in einem Stromnetz mit einer Mehrzahl von Stromverbrauchern, insbesondere in einem Haushalts- und/oder Gebäudestromnetz, in dem ein oder mehrere Haushalte bzw. Gebäude mit Strom versorgt werden. Die Stromverbraucher stellen z. B. in einem Haushalt betriebene Haushaltsgeräte dar. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Stromnetz, insbesondere ein Haushalts- und/oder Gebäudestromnetz, in dem elektrische Energie mit einem entsprechenden Verfahren verteilt wird.
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Die Erzeugung von elektrischer Energie entwickelt sich in letzter Zeit immer mehr in Richtung dezentraler Energieerzeugung, bei der von einer Vielzahl von kleinen Energieerzeugungseinheiten unter anderem unter Nutzung von regenerativen Energiequellen, wie Windkraft, Solarenergie oder auf Kraft-Wärmekopplung, elektrische Energie erzeugt wird, welche an Energieabnehmer zu verteilen ist. Die von den einzelnen Energieerzeugungseinheiten generierte Energie kann dabei über Energie-Dienste-Plattformen, welche einen Marktplatz zum Handeln mit Energie darstellen, zum Kauf bereitgestellt werden.
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Es sind Lösungen bekannt, bei denen einzelne, mit Intelligenz ausgestattete Stromverbraucher, wie z. B. intelligente Haushaltsgeräte, als Handelspartner auf einer Energie-Dienste-Plattform auftreten, wobei zwischen den Energieerzeugungseinheiten und den Stromverbrauchern basierend auf Angebot und Nachfrage Energiepreise verhandelt werden. Ziel dabei ist es, dass Stromverbrauchsspitzen zu Hauptlastzeiten vermieden werden bzw. dem Auftreten von solchen Spitzen frühzeitig durch Anpassung der Strompreise entgegengewirkt wird. Intelligente Stromverbraucher passen den Zeitpunkt des Energiebezugs an das Markumfeld an und versuchen Strom möglichst nur dann zu erwerben, wenn der Strompreis niedrig ist.
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Die Verwendung von einzelnen Stromverbrauchern als Handelspartner auf einer Energie-Dienste-Plattform weist den Nachteil auf, dass der Energiebezug für ein Stromnetz aufwändig wird, da jeder Stromverbraucher des Stromnetzes einzeln Strompreise aushandelt und bezieht. Ferner müssen für jeden Stromverbraucher separat Sicherheitsmechanismen bei der Kommunikation mit der Energie-Dienste-Plattform bereitgestellt werden. Diese Sicherheitsmechanismen sind erforderlich, da mit dem Erwerb von Energie Bezahlvorgänge verbunden sind, welche Ziel von Angriffen von Dritten sein können.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Verteilung von elektrischer Energie in einem Stromnetz mit einer Mehrzahl von Stromverbrauchern mit weniger Aufwand zu realisieren.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. das Stromnetz gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren geben ein oder mehrere Stromverbraucher, welche elektrische Energie benötigen, virtuelle Preisgebote basierend auf virtuellen Währungseinheiten zum Bezug von elektrischer Energie an ein dem Stromnetz zugeordnetes Kommunikations-Gateway ab, wobei die Höhe der Preisgebote eine Priorität bzw. Dringlichkeit der Bereitstellung von elektrischer Energie für den jeweiligen Stromverbraucher wiedergibt. Ein virtuelles Preisgebot ist dabei ein Preisgebot, welches keinen, auf realer Währung basierenden Zahlvorgang nach sich zieht. Es handelt sich vielmehr um Preisgebote auf nur intern im Stromnetz gültigen Währungseinheiten. Hier und im Folgenden beziehen sich die im Zusammenhang mit Preisen verwendeten Begrifflichkeiten, wie Preisgebot, Höchstpreis, Mindestpreis und dergleichen, immer auf virtuelle Preise in entsprechenden virtuellen Währungseinheiten, sofern nichts anderes dargelegt ist.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Kommunikation mit einer externen Energie-Dienste-Plattform, bei der Energie basierend auf realen Preisen erworben werden kann, nicht über die einzelnen Stromverbraucher separat, sondern über das Kommunikations-Gateway des Stromnetzes. Dieses Gateway kommuniziert mit der externen Energie-Dienste-Plattform, um bei Bedarf eine Energiemenge basierend auf einem realen Preis zu erwerben. „Bei Bedarf” bedeutet dabei, dass das Kommunikations-Gateway in Abhängigkeit von dem Energiebedarf der Stromverbraucher des Stromnetzes Energie erwirbt, wenn das Gateway nicht mehr ausreichend Energie bereitstellen kann. Die einzelnen Stromverbraucher können ihren Energiebedarf dabei z. B. über entsprechende, an das Gateway gerichtete Anforderungen mitteilen. Insbesondere kann die Mitteilung auch basierend auf den oben erwähnten virtuellen Preisgeboten erfolgen, wobei in diesem Fall der reale Preis, zu dem das Gateway bereit ist, Energie zu erwerben, durch die virtuellen Preisgebote bestimmt ist. Das heißt, je höher die virtuellen Preisgebote sind, umso höher ist der reale Höchstpreis, zu dem das Gateway elektrische Energie erwirbt. Gegebenenfalls kann die Dringlichkeit bzw. Priorität, mit der ein Stromverbraucher Energie benötigt, dem Gateway auch in anderer Weise als durch die virtuellen Preisgebote vermittelt werden, z. B. mit separaten Anforderungsnachrichten, welche ein Prioritätsmaß für den Strombezug enthalten.
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Das Kommunikations-Gateway stellt somit eine Schnittstelle zwischen der intern im Stromnetz über virtuelle Preise realisierten Energienachfrage und dem tatsächlichen Strombezug außerhalb des Stromnetzes dar, der über reale Preise gesteuert ist, welche entsprechende Bezahlvorgänge in realen Währungseinheiten nach sich ziehen. Insbesondere wird dabei im Kommunikations-Gateway der Stromerwerb basierend auf den realen Preisen in geeigneter Weise an die Nachfrage der Stromverbraucher im Stromnetz angepasst.
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Erfindungsgemäß wird elektrische Energie, welche von dem Kommunikations-Gateway bei der Energie-Dienste-Plattform erworben wurde, über ein geeignetes Bietverfahren intern zwischen den Stromverbrauchern verteilt. Gemäß diesem Bietverfahren wird die von den jeweiligen Stromverbrauchern benötigte Energiemenge basierend auf den virtuellen Preisgeboten derart zugeteilt, dass Stromverbraucher mit hohen Preisgeboten bei der Zuteilung bevorzugt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Priorität bzw. die Dringlichkeit, mit der ein Stromverbraucher Energie benötigt und welche die Höhe der Preisgebote bestimmt, bei der Stromverteilung geeignet berücksichtigt wird. Das Kommunikations-Gateway kann dabei gegebenenfalls auch die Funktion der tatsächlichen Bereitstellung der Energiemenge für den Stromverbraucher übernehmen. Beispielsweise kann das Kommunikations-Gateway Teil der Stromverteilung in einem Haushalt sein. Ebenso ist es möglich, dass das Kommunikations-Gateway entsprechende Befehle zur tatsächlichen Bereitstellung der Energie an eine Stromverteileinrichtung ausgibt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass die Stromverbraucher eines Stromnetzes nicht mehr einzeln mit einer externen Energie-Dienste-Plattform zum Erwerb von Energie kommunizieren müssen, sondern dass hierzu nur noch ein einzelnes Kommunikations-Gateway verwendet wird. Auf diese Weise ist das Verfahren wesentlich weniger aufwändig als Stromverteilverfahren gemäß dem Stand der Technik. Darüber hinaus muss nur noch ein einzelner Kommunikationspfad, nämlich der Kommunikationspfad zwischen Kommunikations-Gateway und externer Energie-Dienste-Plattform, ausreichend gegen Manipulation geschützt werden, da nur auf diesem Kommunikationspfad reale Preise ausgetauscht und reale Bezahlvorgänge durchgeführt werden. Innerhalb des Stromnetzes kann ein geringerer Schutz gegen Angriffe gewählt werden, da hier nur virtuelle Preise verhandelt werden, welche nicht mit tatsächlichen Bezahlvorgängen verknüpft sind, so dass die Manipulation dieser Kommunikationspfade keinen monetären Schaden nach sich zieht und auch für Dritte von geringem Interesse ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Höhe der von den jeweiligen Stromverbrauchern abgegebenen Preisgebote über eine Preisfindungsfunktion bestimmt, die von einem oder mehreren Parametern abhängt, welche die Priorität der Bereitstellung von elektrischer Energie für den jeweiligen Stromverbraucher bestimmen. In der detaillierten Beschreibung finden sich verschiedene Beispiele, wie eine solche Preisfindungsfunktion ausgestaltet sein kann. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hängt die Preisfindungsfunktion von der aktuell verstrichenen und/oder einer maximal erlaubten Wartezeit für die Zuteilung von Energie an den jeweiligen Stromverbraucher ab und/oder von dem Typ des jeweiligen Stromverbrauchers und/oder einer Programmierung des jeweiligen Stromverbrauchers. Insbesondere wird hierbei durch die Preisfindungsfunktion ein höheres Preisgebot festgelegt, je höher die aktuell verstrichene Wartezeit ist bzw. je niedriger die maximal erlaubte Wartezeit ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass Stromverbraucher nicht übermäßig lange auf eine Stromzuteilung warten.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens läuft das Bietverfahren zur Zuteilung von Energie derart ab, dass die Stromverbraucher nur einmalig Preisgebote abgeben und anschließend die Zuteilung von Energie durch das Kommunikations-Gateway erfolgt. Dabei teilen die Stromverbraucher, welche Energie benötigen, dem Kommunikations-Gateway jeweils ein Preisgebot für die benötigte Energie mit, woraufhin das Kommunikations-Gateway die benötigte Energie einem Stromverbraucher zuteilt, der das höchste Preisgebot abgegeben hat. Unter Umständen können mehrere Stromverbraucher das aktuell höchste Preisgebot abgegeben haben. In diesem Fall kann allen Stromverbrauchern die Energie zugeteilt werden, sofern ausreichend Energie im Kommunikations-Gateway erworben wurde. Ebenso kann beispielsweise derjenige Stromverbraucher die Energie erhalten, der als erster das höchste Preisgebot abgegeben hat. Dabei wird vorzugsweise ein virtueller Mindestpreis von dem Kommunikations-Gateway bestimmt und eine Zuteilung von benötigter Energie erfolgt nur dann, wenn das höchste Preisgebot genauso groß oder größer als der Mindestpreis ist. Ist dies nicht der Fall, kann zu einem späteren Zeitpunkt das Bietverfahren wieder gestartet werden, wobei nunmehr neue Preisgebote von den Stromverbrauchern abgegeben werden können, welche sich von den früheren Preisgeboten unterscheiden können.
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In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens läuft das Bietverfahren nach Art einer klassischen Auktion ab. Dabei legen die Stromverbraucher, welche Energie benötigen, jeweils einen virtuellen Höchstpreis für ein an das Kommunikations-Gateway abgegebenes Preisangebot fest, wobei dieser Höchstpreis beispielsweise wiederum auf der bereits oben beschriebenen Preisfindungsfunktion oder einer davon abgeleiteten Funktion bestimmt sein kann und somit auch die Dringlichkeit widerspiegelt, mit der ein Stromverbraucher Energie benötigt. Die jeweiligen Stromverbraucher geben dabei Preisgebote bis maximal zum Höchstpreis des jeweiligen Stromverbrauchers ab, wobei insbesondere von dem Kommunikations-Gateway ein Startpreis vorgegeben wird, so dass nur diejenigen Stromverbraucher an der Auktion beteiligt sind, deren Höchstpreis größer oder genauso groß wie der Mindestpreis des Kommunikations-Gateways ist. Das Kommunikations-Gateway ermittelt das aktuell höchste Preisgebot und teilt dieses den Stromverbrauchern mit, wobei diejenigen Stromverbraucher, deren festgelegter Höchstpreis über dem aktuell höchsten Preisgebot liegt, ihr Preisgebot derart erhöhen, dass es oberhalb des aktuell höchsten Preisgebots liegt. Dieses Verfahren kann dabei derart ausgestaltet sein, dass das Kommunikations-Gateway kontinuierlich immer bei Abgabe eines neuen Preisgebots durch einen Stromverbraucher dieses Gebot, das dann dem aktuell höchsten Preisgebot entspricht, allen Stromverbrauchern mitteilt. Das Verfahren kann gegebenenfalls auch in Bietrunden ablaufen, wobei die Stromverbraucher in einer Bietrunde jeweils ein Preisgebot abgeben und dann allen Stromverbrauchern das aktuell höchste Preisgebot mitgeteilt wird.
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Das soeben beschriebene Verfahren kann auf verschiedene Art und Weise beendet werden. In einer Variante wird das Bietverfahren nach einer vorbestimmten Zeitdauer beendet, wobei diese Zeitdauer gegebenenfalls auch durch eine Anzahl von Bietrunden festgelegt sein kann. Dabei wird einem Stromverbraucher mit dem aktuell höchsten Preisgebot bei Beendigung des Bietverfahrens die benötigte Energiemenge zugeteilt. Ist das Bietverfahren derart ausgestaltet, dass das Kommunikations-Gateway kontinuierlich das aktuell höchste Preisgebot den Stromverbrauchern mitteilt, bleibt am Ende des Verfahrens immer ein Stromverbraucher übrig. Wird das Verfahren basierend auf Bietrunden durchgeführt, können unter Umständen mehrere Stromverbraucher das aktuell höchste Preisgebot abgegeben haben. In diesem Fall kann allen Stromverbrauchern die Energie zugeteilt werden, sofern ausreichend Energie im Kommunikations-Gateway erworben wurde. Ebenso kann beispielsweise derjenige Stromverbraucher die Energie erhalten, der als erster das höchste Preisgebot abgegeben hat.
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Wird das Verfahren im Rahmen von Bietrunden durchgeführt, kann das Bietverfahren auch dann beendet werden, wenn in einer Bietrunde kein oder nur noch ein Preisgebot abgegeben wird, wobei einem Stromverbraucher mit dem aktuell höchsten Preisgebot bei Beendigung des Bietverfahrens die benötigte Energie zugeteilt wird. Sollten mehrere Stromverbraucher das aktuell höchste Preisgebot abgegeben haben, kann die Energie allen Stromverbrauchern mit dem aktuell höchsten Preisgebot zugeteilt werden, sofern ausreichend Energie von dem Kommunikations-Gateway erworben wurde. Gegebenenfalls besteht auch die Möglichkeit, dass demjenigen Stromverbraucher die Energie zugeteilt wird, der als erster das höchste Preisgebot abgegeben hat.
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Das zur Zuteilung von Energie innerhalb des Stromnetzes verwendete Bietverfahren kann auch nach Art einer englischen Auktion ausgestaltet sein. In diesem Fall legen die Stromverbraucher, welche Energie benötigen, jeweils einen virtuellen Höchstpreis für ein an das Kommunikations-Gateway abgegebenes Preisgebot fest, wobei das Kommunikations-Gateway in aufeinander folgenden Bietrunden einen virtuellen Abgabepreis für benötigte Energie schrittweise beginnend mit einem vom Kommunikations-Gateway bestimmten virtuellen Mindestpreis erhöht und bei den jeweiligen Stromverbrauchern anfragt, ob sie ein Preisgebot basierend auf dem erhöhten virtuellen Abgabepreis abgeben, wobei ein Stromverbraucher ein Preisgebot basierend auf dem erhöhten Abgabepreis solange abgibt, wie der erhöhte Abgabepreis kleiner oder genauso groß wie der festgelegte Höchstpreis des Stromverbrauchers ist. Das Bietverfahren wird insbesondere dann beendet, wenn in einer Bietrunde kein oder nur noch ein Preisgebot abgegeben wird, wobei einem Stromverbraucher mit dem aktuell höchsten Preisgebot bei Beendigung des Bietverfahrens die benötigte Energie zugeteilt wird. Sollten mehrere Stromverbraucher mit aktuell höchstem Preisgebot vorliegen, kann die Energie gegebenenfalls an all diese Stromverbraucher verteilt werden. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass die Energie demjenigen Stromverbraucher zugeteilt wird, der als erster das höchste Preisgebot abgegeben hat.
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Das erfindungsgemäße Bietverfahren kann gegebenenfalls auch nach Art einer holländischen Auktion durchgeführt werden. In diesem Fall bestimmen die Verbraucher, welche Energie benötigen, jeweils einen virtuellen Festpreis für die benötigte Energie, wobei dieser Festpreis gegebenenfalls wiederum auf der oben beschriebenen Preisfindungsfunktion bestimmt sein kann oder von dieser abgeleitet sein kann. Das heißt, der Festpreis spiegelt wiederum die Dringlichkeit wieder, mit der Energie von einem Stromverbraucher benötigt wird. Das Kommunikations-Gateway erniedrigt nunmehr in aufeinander folgenden Bietrunden einen virtuellen Abgabepreis für benötigte Energie schrittweise beginnend mit einem vom Kommunikations-Gateway festgelegten virtuellen Startpreis und fragt bei den jeweiligen Stromverbrauchern an, ob sie ein Preisgebot basierend auf dem erniedrigen virtuellen Abgabepreis abgeben möchten, wobei ein Stromverbraucher, dessen Festpreis größer oder genauso groß wie der erniedrigte Abgabepreis ist, ein Preisgebot basierend auf dem erniedrigten Abgabepreis abgibt, wobei demjenigen Stromverbraucher, der als erster ein Preisgebot abgibt, die benötigte Energie zugeteilt wird. Ein oder mehrere oder gegebenenfalls auch alle der im Vorangegangenen beschriebenen Bietverfahren können im erfindungsgemäßen Verfahren implementiert sein, wobei z. B. basierend auf bestimmten Kriterien eines der Bietverfahren zur Energiezuteilung ausgewählt wird.
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In einer weiteren, besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die von den Stromverbrauchern abgegebenen Preisgebote auch über ein virtuelles Konto Einfluss genommen. Dabei ist jedem Stromverbraucher ein virtuelles Konto umfassend einen Betrag an virtuellen Währungseinheiten zugeordnet, wobei bei einer Zuteilung von Energie an einen Stromverbraucher basierend auf dem Preisgebot des Stromverbrauchers dessen virtuelles Konto um die Höhe des Preisgebots verringert wird, wobei Stromverbrauchern nur Preisgebote im Rahmen des Betrags auf ihrem virtuellen Konto abgegeben können. Das heißt, die Höhe eines Preisgebots eines Stromverbrauchers darf nicht die Geldmenge auf dem virtuellen Konto des Stromverbrauchers überschreiten.
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Das virtuelle Konto der jeweiligen Stromverbraucher wird vorzugsweise in Abhängigkeit von einem oder mehreren vorbestimmten Kriterien um einen Betrag aufgeladen. Vorzugsweise erfolgt die Aufladung der Konten unter Kontrolle des Kommunikations-Gateways, welches gegebenenfalls durch Steuerung der Aufladung verschiedene Verhaltensweisen der Stromverbraucher bei der Durchführung der Auktionen aneinander angleichen kann, so dass sichergestellt ist, dass auch jeder Stromverbraucher rechtzeitig eine von ihm benötigte Energiemenge erhält.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Aufladung des virtuellen Kontos eines jeweiligen Stromverbrauchers in vorbestimmten zeitlichen Abständen und/oder in Abhängigkeit von der Energienutzung des jeweiligen Stromverbrauchers. Beispielsweise können Konten von Stromverbrauchern, welche Energie häufiger nutzen bzw. größere Energiemengen benötigen, in kürzeren Abständen bzw. mit größeren Beträgen aufgeladen werden.
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Um Manipulationen der virtuellen Konten durch die jeweiligen Stromverbraucher zu erkennen, verwaltet in einer bevorzugten Ausführungsform das Kommunikations-Gateway eine Kopie des virtuellen Kontos jedes Stromverbrauchers, wobei es Veränderungen auf dem virtuellen Konto eines jeweiligen Stromverbrauchers in der Kopie des virtuellen Kontos übernimmt.
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Neben dem oben beschriebenen Verfahren umfasst die Erfindung ferner ein Stromnetz, insbesondere ein Haushalts- und/oder Gebäudestromnetz, mit einer Mehrzahl von Stromverbrauchern und einem Kommunikations-Gateway, wobei das Stromnetz derart ausgestaltet ist, dass im Betrieb des Netzes das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Stromnetzes, in dem eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert ist;
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2 ein Ablaufdiagramm, welches beispielhaft die Zuteilung von Energie an Stromverbraucher basierend auf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht; und
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3 ein Ablaufdiagramm, welches die Verteilung von virtuellen Geldeinheiten an Stromverbraucher gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergibt.
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1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromnetzes SN, welches drei Stromverbraucher V1, V2 und V3 umfasst, welche mit einem sog. IKT-Gateway (IKT = Informations- und Kommunikations-Technologie) kommunizieren, das mit Bezugszeichen KG bezeichnet ist und einem Kommunikations-Gateway im Sinne der Ansprüche entspricht. Die Kommunikation zwischen dem Gateway KG und den Stromverbrauchern V1 bis V3 ist dabei durch entsprechende Doppelpfeile angedeutet. Das Stromnetz SN stellt in der hier beschriebenen Ausführungsform ein Stromnetz eines Haushalts dar und die Stromverbraucher verfügen über eine Intelligenz derart, dass sie aufgrund bestimmter Parameter feststellen können, dass sie elektrische Energie benötigen, wobei sie diese Energie – im Unterschied zum Stand der Technik – nunmehr nicht direkt von einer externen Energie-Dienste-Plattform anfordern, sondern über das IKT-Gateway KG beziehen. Ein Stromverbraucher kann dabei beispielsweise eine Waschmaschine sein, welche derart programmiert ist, dass sie bis zu einem bestimmten Zeitpunkt einen Waschvorgang ausführen muss. Ein Stromverbraucher kann insbesondere auch ein Kühlschrank sein, der in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, beispielsweise von seiner Innenraumtemperatur, Energie von dem IKT-Gateway KG anfordert. Wie weiter unten noch näher beschrieben wird, ist dabei die Dringlichkeit bzw. Priorität, mit der ein Stromverbraucher entsprechende Energie benötigt, über entsprechende Preisgebote der einzelnen Stromverbraucher basierend auf virtuellen Währungseinheiten festgelegt.
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Das IKT-Gateway KG stellt eine Schnittstelle zwischen den internen Stromverbrauchern V1 bis V3 des Stromnetzes SN und einer externen Energie-Dienste-Plattform EP dar, welche einen Energiemarkt repräsentiert, auf dem von Stromerzeugern elektrische Energie zu unterschiedlichen und insbesondere zeitlich schwankenden Konditionen bezogen werden kann, wobei die Energiepreise gegebenenfalls auch verhandelt werden können. Das IKT-Gateway KG, dessen Kommunikation mit der Energie-Dienste-Plattform EP über einen Doppelpfeil angedeutet ist, kann dabei basierend auf realen Währungseinheiten mittels tatsächlicher Bezahlvorgänge Energie auf der Energie-Dienste-Plattform EP einkaufen. Diese Energie wird dann den Stromverbrauchern V1 bis V3 bereitgestellt, wobei die Stromverbraucher diese Energie intern im Stromnetz über einen Auktionsmechanismus basierend auf den bereits oben erwähnten virtuellen Währungseinheiten, welche Preise beispielsweise in einer Anzahl von Tokens wiedergeben, erwerben können. Wenn die Stromverbraucher Energie benötigen, senden sie entsprechende Anforderungen mit Preisgeboten zum Erwerb von elektrischer Energie an das IKT-Gateway. Sofern das IKT-Gateway nicht ausreichend Energie zur Verfügung hat, kauft es dann Energie auf der externen Energie-Dienste-Plattform ein. Das Gateway erhält dabei im Bedarfsfall bzw. regelmäßig Informationen über den aktuellen Strompreis. Diese Informationen können dem Gateway basierend auf einer einfachen Mitteilung übermittelt werden. Ferner kann die Informationsübermittlung Teil von komplexeren Transaktionen sein, im Rahmen derer das IKT-Gateway unter verschiedenen Verkaufsangeboten auf der Energie-Dienste-Plattform den günstigsten Preis ermittelt, um anschließend einen entsprechenden Vertrag zum Strombezug abzuschließen. Im Rahmen des Vertragsschlusses wird dann auch ein entsprechender Bezahlvorgang basierend auf realen Währungseinheiten durchgeführt. Dieser Bezahlvorgang ist in geeigneter Weise kryptographisch verschlüsselt, um hierdurch übertragene Bezahlinformationen gegen unbefugten Zugriff zu schützen.
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Zur Durchführung des weiter unten noch näher beschriebenen Auktionsmechanismus innerhalb des Stromnetzes SN verfügen die einzelnen Stromverbraucher V1 bis V3 über eine begrenzte virtuelle Geldmenge, d. h. über eine begrenzte Menge an virtuellen Währungseinheiten, die sie für den internen Strombezug einsetzen können. Benötigt ein Stromverbraucher elektrische Energie (im Folgenden auch als Strom bezeichnet), so gibt er ein Preisgebot in virtuellen Währungseinheiten für eine gewünschte Menge an Strom ab. Die Höhe des Gebots wird über eine entsprechende Preisfindungsfunktion bestimmt, die spezifisch für jeden Stromverbraucher ist. Die Preisfindungsfunktion spiegelt dabei einen Zusammenhang zwischen der Dringlichkeit, mit der Strom benötigt wird, und dem Preisgebot des Stromverbrauchers wider. Je dringender vom Stromverbraucher Strom benötigt wird, desto höher ist das Preisgebot in virtuellen Währungseinheiten.
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Beispielsweise kann eine Waschmaschine von einem Benutzer derart programmiert sein, dass sie zwingend bis zu einer vorbestimmten Uhrzeit einen Waschvorgang ausführen soll. Das heißt, die Waschmaschine hat einen bestimmten Zeitraum zur Verfügung, um den Waschvorgang zu starten. Die Preisfindungsfunktion hängt dann unter anderem auch von der noch verbleibenden Zeitspanne bis zum spätest möglichen Start des Waschvorgangs gemäß der Programmierung ab. Je länger diese Zeitspanne ist, desto niedriger ist das von der Waschmaschine abgegebene Preisangebot, da der Strombezug noch nicht so dringlich ist. Je näher man zu dem Zeitpunkt kommt, zu dem der Waschvorgang spätestens gestartet werden muss, desto höher fällt das Preisgebot der Waschmaschine aus. Der Zusammenhang zwischen der Zeitspanne bis zum spätest möglichen Start des Waschvorgangs und dem Preisgebot ist gemäß der Preisfindungsfunktion z. B. exponentiell, so dass sichergestellt ist, dass die Waschmaschine auf jeden Fall rechtzeitig Energie über den Auktionsmechanismus erhält, um den Waschvorgang bis zur programmierten Uhrzeit auszuführen.
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Ein weiteres Beispiel eines Stromverbrauchers, der Energie über das IKT-Gateway basierend auf virtuellen Preisgeboten bezieht, ist der oben erwähnte Kühlschrank. Dabei hängt die Preisfindungsfunktion beispielsweise von der Innenraumtemperatur des Kühlschranks bzw. der noch verbleibenden Kühlkapazität des Kühlschranks ab. Je höher die Innentemperatur wird, desto dringlicher ist ein Strombezug und desto höher werden die virtuellen Preisgebote des Kühlschranks. Ebenso werden die Preisgebote umso höher, je geringer die Kühlkapazität des Kühlschranks ist. Der Zusammenhang zwischen Innentemperatur und Preisgebot kann gemäß der Preisfindungsfunktion wiederum exponentiell sein, so dass sichergestellt ist, dass die Innenraumtemperatur nicht zu stark ansteigt und auf jeden Fall rechtzeitig Energie bezogen wird, um den Innenraum wieder abzukühlen. Die Parameter, von denen die Preisfindungsfunktion der einzelnen Stromverbraucher abhängt, können auch beliebig anders ausgestaltet sein, auf jeden Fall führt jedoch eine Veränderung von Parametern, welche die Dringlichkeit des Strombezugs erhöhen, auch zu einer Erhöhung der Preisgebote an das IKT-Gateway KG.
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Im Folgenden wird anhand von 2 eine konkrete Ausführungsform eines im Stromnetz SN implementierten Auktionsmechanismus beschrieben, wobei an der Auktion nur die Stromverbraucher V1 und V2 beteiligt sind, da der Stromverbraucher V3 aktuell keine Energie benötigt. In dem Ablaufdiagramm der 2 repräsentiert dabei die linke vertikale Linie den Stromverbraucher V1, der mittlere vertikale Linie den Stromverbraucher V2 und die rechte vertikale Linie das IKT-Gateway KG. Zunächst sendet der Stromverbraucher V1 eine Stromanforderung A1 und der Stromverbraucher V2 eine Stromanforderung A2 an das Gateway KG. Diese Stromanforderung spezifiziert die von dem entsprechenden Stromverbraucher benötigte Energiemenge und beinhaltet auch ein Preisgebot in virtuellen Währungseinheiten, welches die Dringlichkeit widerspiegelt, mit der Strom benötigt wird, wobei dieses Preisgebot z. B. auf der oben beschriebenen Preisfindungsfunktion ermittelt wird. Basierend auf den Stromanforderungen A1 und A2 versucht das IKT-Gateway KG dann Strom auf dem externen Energiemarkt EP einzukaufen, wobei beim Einkauf nunmehr reale Preise gültig sind. Dabei ist der maximale reale Preis, zu dem das IKT-Gateway Strom von der externen Energie-Dienste-Plattform einkauft, durch die virtuellen Preisgebote bestimmt. Es ist hierzu in dem Gateway z. B. eine entsprechende Umrechnungsfunktion implementiert, welche basierend auf der Höhe der Preisgebote der Stromanforderungen A1 und A2 einen Maximalpreis errechnet, zu dem das Gateway Strom von der externen Energie-Dienste-Plattform EP bezieht. Beispielsweise kann ein linearer Zusammenhang zwischen dem höchsten virtuellen Preisgebot gemäß den Anfragen A1 und A2 und dem maximalen Preis in realen Währungseinheiten bestehen, zu dem das IKT-Gateway Strom einkauft. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das IKT-Gateway im Falle von eher geringer Dringlichkeit eines Strombezugs innerhalb des Stromnetzes nicht zu teuer Strom einkauft.
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Sofern das IKT-Gateway Strom auf der externen Energie-Dienste-Plattform erwerben konnte bzw. bereits vorab genügend erworbener Strom zur Verfügung steht, erfolgt die Durchführung einer Auktion innerhalb des Stromnetzes basierend auf Angeboten und Preisen in virtuellen Währungseinheiten. Zur haushaltsinternen Koordinierung und Optimierung des Strombezugs tritt das IKT-Gateway KG somit gegenüber den Stromverbrauchern des Haushalts als Stromanbieter auf, d. h. als Auktionator und Verkäufer. Zunächst werden dabei Auktionskonditionen der über den internen Auktionsmechanismus zur Verfügung gestellten Energiemenge durch das IKT-Gateway festgelegt, wobei diese Konditionen davon abhängen, zu welchem realen Preis Energie von der Energie-Dienste-Plattform EP bezogen wurde. Die Auktionskonditionen umfassen dabei einen Startpreis SP in virtuellen Währungseinheiten, zu denen Energie den Stromverbrauchern V1 und V2 angeboten wird.
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Wie sich aus 2 ergibt, wird der Startpreis SP zunächst sowohl an den Stromverbraucher V1 als auch an den Stromverbraucher V2 übermittelt. Basierend auf der oben beschriebenen Preisfindungsfunktion gibt sowohl der Stromverbraucher V1 ein virtuelles Preisgebot G1 und der Stromverbraucher V2 ein virtuelles Preisgebot G2 ab, zu dem der jeweilige Stromverbraucher bereit ist, Strom einzukaufen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass sich gegebenenfalls Parameter der Stromverbraucher verändert haben, welche den Wert der Preisfindungsfunktion beeinflussen. Somit kann die Höhe der Preisgebote der Stromverbraucher von den Geboten gemäß den ursprünglichen Anforderungen A1 und A2 abweichen.
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Nach Abgabe der Preisgebote G1 und G2 wird das Höchstgebot HG dieser beiden Gebote im Gateway KG ermittelt. Dieses Höchstgebot wird dann wiederum an die jeweiligen Stromverbraucher V1 und V2 übermittelt. Anschließend werden neue Gebote G1' bzw. G2' von den Stromverbrauchern V1 bzw. V2 an das Gateway KG abgegeben, wobei diese Preisgebote gegenüber den ursprünglichen Geboten G1 und G2 erhöht sind. Die Erhöhungsschritte sind dabei in den einzelnen Verbrauchern V1 und V2 festgelegt. Darüber hinaus ist den Verbrauchern V1 und V2 auch ein Höchstgebot hinterlegt, welches wiederum basierend auf einer entsprechenden Preisfindungsfunktion bzw. in Abhängigkeit der oben beschriebenen Preisfindungsfunktion bestimmt ist und die Dringlichkeit des Strombezugs widerspiegelt. Je höher die Dringlichkeit des Strombezugs ist, desto höher ist auch das Höchstgebot. Nur wenn der aktuelle Höchstpreis HG das Maximalgebot des jeweiligen Stromverbrauchers nicht überschreitet, wird von dem jeweiligen Stromverbraucher ein neues Gebot abgegeben. Das Verfahren setzt sich dann analog wie oben beschrieben fort, d. h. es wird wiederum zwischen den neuen Geboten das aktuelle Höchstgebot HG ermittelt und an die Verbraucher V1 und V2 übermittelt, welche wiederum neue Gebote abgeben können. Die Fortsetzung des Verfahrens ist in 2 durch eine Folge von horizontal nebeneinander angeordneten Punkten im Bereich der mittleren vertikalen Linie angedeutet.
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Das Verfahren wird schließlich beendet, wenn ein Stromverbraucher nicht mehr weiter mitbietet, da sein Höchstgebot erreicht ist. In diesem Fall erhält der andere Stromverbraucher den Zuschlag, was ihm durch die Übermittlung einer entsprechenden Nachricht Z mitgeteilt wird. In dem Szenario der 2 geht der Zuschlag dabei an den Stromverbraucher V1. Anschließend wird ein entsprechender Bezahlvorgang in virtueller Währung veranlasst, bei dem eine dem entsprechenden Stromverbraucher bereitgestellte virtuelle Geldmenge um den Preis erniedrigt wird, der in der Auktion ausgehandelt wurde.
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Anschließend erfolgt auch die Übertragung der elektrischen Energie an den Stromverbraucher, wobei diese Energieübertragung über das IKT-Gateway veranlasst wird. Das IKT-Gateway kann dabei z. B. Teil der Stromhauptverteilung im Haushalt sein.
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Wie bereits oben erwähnt, stehen den einzelnen Stromverbrauchern V1 bis V3 virtuelle Geldmengen basierend auf virtuellen Währungseinheiten zur Verfügung, d. h. jeder Stromverbraucher verfügt über ein Geldkonto mit darauf hinterlegten virtuellen Geldbeträgen. Die virtuellen Geldbeträge können den einzelnen Stromverbrauchern auf verschiedene Weise zugewiesen werden. Beispielsweise kann das virtuelle Geldkonto eines Stromverbrauchers in festen zeitlichen Abständen mit einem festen Betrag aufgeladen werden (z. B. täglich). Ebenso kann das virtuelle Geldkonto des Stromverbrauchers abhängig von der Nutzung des Stromverbrauchers aufgeladen werden, z. B. bei einer Waschmaschine bei jedem Waschvorgang bzw. abhängig von dem gewählten Waschprogramm. Der Wert, mit dem ein Konto aufgeladen wird, ist vorzugsweise weiterhin abhängig von den Eigenschaften des Stromverbrauchers, beispielsweise von dem Typ des Stromverbrauchers bzw. der Energieeffizienzklasse des Stromverbrauchers. Dabei werden Stromverbraucher, welche wenig Energie benötigen, vorzugsweise mit einem geringeren Betrag aufgeladen. Das Aufladen der entsprechenden virtuellen Geldkonten kann durch die einzelnen Stromverbraucher selbst vorgenommen werden oder unter der Kontrolle des IKT-Gateways KG durchgeführt werden. Vorzugsweise wird das Aufladen über das IKT-Gateway gesteuert, um hierdurch mittels geeigneter Optimierungsfunktionen ein kooperatives Optimieren der Gesamt-Strombezugskosten zu erreichen. Ist beispielsweise Strom auf der externen Energie-Dienste-Plattform sehr teuer, kann das Geldkonto nicht mehr so oft bzw. mit geringeren Geldbeträgen aufgeladen werden, so dass in Zeiten mit hohen Energiepreisen die Stromverbraucher aufgrund der geringeren, ihnen zur Verfügung stehenden virtuellen Geldmenge veranlasst werden, ihren Energiebezug zu reduzieren. Umgekehrt kann in Zeiten eines billigen Strombezugs der Aufladebetrag der Geldkonten erhöht werden bzw. die Intervalle zum Aufladen verkürzt werden.
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Basierend auf den oben beschriebenen Geldkonten kann ferner der Effekt erreicht werden, dass das Verhalten von originär stark unterschiedlich agierenden Stromverbrauchern aneinander angeglichen wird. Agiert beispielsweise ein Stromverbraucher bei Auktionen sehr aggressiv (d. h. bietet er in der Regel sehr hoch), kann dies dazu führen, dass andere Stromverbraucher, welche unter Umständen dringender Energie benötigen, beim Energiebezug nicht berücksichtigt werden. Solche Ungleichgewichte können dabei vom IKT-Gateway detektiert werden. Als Konsequenz kann das IKT-Gateway den Geldwert auf dem Geldkonto des aggressiven Stromverbrauchers erniedrigen, so dass dieser aufgrund der weniger zu Verfügung stehenden Geldmenge seinen Höchstpreis bei entsprechenden Geboten herabsetzt, wodurch auch andere Stromverbraucher in Auktionen zum Zuge kommen.
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3 zeigt zur Verdeutlichung beispielhaft ein Ablaufdiagramm, welches eine Variante der Zuteilung von virtuellen Geldmengen auf entsprechende Geldkonten der Stromverbraucher V1 und V2 verdeutlicht. Aus Übersichtlichkeitsgründen wurde dabei eine Zuteilung von Geld auf das Konto des Verbrauchers V3 weggelassen, wobei die Zuweisung von Geldmengen auf das Konto dieses Verbrauchers analog ablaufen kann. In der Ausführungsform der 3 entspricht die linke vertikale Linie dem Kommunikations-Gateway KG, die mittlere vertikale Linie dem Stromverbraucher V1 und die rechte vertikale Linie dem Stromverbraucher V2. Die Zuweisung der Geldbeträge erfolgt dabei unter Kontrolle des Gateways KG. Gemäß 3 erfolgt die Zuweisung periodisch, wobei dem Stromverbraucher V1 nach Ablauf einer Zeitperiode P1 entsprechende Geldmengen T1 basierend auf der Anzahl von virtuellen Token (beispielsweise drei Token) zugewiesen wird. Auch dem Stromverbraucher V2 werden periodisch Geldmengen zugewiesen. Die Periode der Geldzuweisung ist dabei mit P2 bezeichnet und kürzer als die Periode P1. Auch die Menge des zugewiesenen Geldbetrags, der für den Stromverbraucher V2 mit T2 bezeichnet ist, kann sich von dem Betrag T1 unterscheiden. Beispielsweise kann nach Ablauf der Periode P2 nur ein Token überweisen werden.
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Die Zuweisung entsprechender Geldeinheiten auf virtuellen Konten muss nicht periodisch erfolgen, sondern sie kann ereignisgesteuert sein. Die Zuweisung der Tokens muss dabei auch nicht explizit durch Übermittlung entsprechender Tokenwerte erfolgen, wie dies in 3 angedeutet ist. Vielmehr besteht auch die Möglichkeit, dass bei Inbetriebnahme eines Stromverbrauchers ein entsprechendes Aufladungsintervall sowie ein entsprechender Tokenwert im Stromverbraucher und auf dem IKT-Gateway konfiguriert werden. Sowohl der Stromverbraucher als auch das Gateway führen dabei ein virtuelles Geldkonto, welches jeweils nach Ablauf der Zeitperiode um den Tokenwert erhöht wird. Ferner wird der Kontostand auf beiden Konten verringert, sobald Strom bei einer Aktion von einem entsprechenden Stromverbraucher gekauft wurde. Durch die Führung eines virtuellen Kontos sowohl auf dem Stromverbraucher und auf dem IKT-Gateway werden Manipulationen des Kontos durch den Stromverbraucher verhindert, denn das IKT-Gateway ist über den Kontostand des Kontos des Stromverbrauchers informiert und erkennt somit sofort, wenn ein Stromverbraucher Strom zu einem virtuellen Geldbetrag erwerben möchte, der den auf seinem Konto vorhandenen Betrag übersteigt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es gegebenenfalls auch möglich, dass das IKT-Gateway regelmäßig, ereignisgesteuert oder auf Anfrage den aktuellen Kontostand eines Stromverbrauchers oder aller Stromverbraucher an die entsprechenden Stromverbraucher versendet, damit diese ihre Konten aktualisieren können.
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Wie bereits oben dargelegt, wird die Höhe entsprechender virtueller Preisgebote von Stromverbrauchern basierend auf einer Preisfindungsfunktion bestimmt, welche von Parametern abhängt, die die Dringlichkeit eines Strombezugs bestimmen. Neben den bereits oben beschriebenen Parameterbeispielen kann die Preisfindungsfunktion z. B. auch von der aktuellen Wartezeit abhängigen, welche nach dem Aussenden einer Stromanforderung ohne erfolgte Stromzuteilung vergangen ist, und/oder einer maximal akzeptablen Wartezeit und/oder der verfügbaren Anzahl an Tokens auf dem Geldkonto. Je länger die aktuelle Wartezeit ist, desto höher ist das Preisgebot des entsprechenden Stromverbrauchers. Umgekehrt sind die Preisgebote umso geringer, je länger die maximal akzeptable Wartezeit ist. Ferner nimmt die Höhe der Preisgebote ab, wenn die Anzahl an verfügbaren Tokens geringer ist.
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Die im Vorangegangenen, anhand von 2 beschriebene Auktion kann auch in geeigneter Weise abgewandelt sein. Insbesondere kann auch ein vereinfachtes Bietverfahren eingesetzt werden, bei dem alle Stromverbraucher, welche Energie benötigen, nur einmalig ein Preisgebot abgeben und anschließend der Auktionator in der Form des IKT-Gateways passende Gebote zusammenführt. Das heißt, dasjenige Preisgebot, welches das Höchstgebot ist und über einem entsprechenden Mindestpreis des IKT-Gateways liegt, erhält den Zuschlag.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Auktionsmechanismus eine sog. „englische” Auktion gewählt. Dabei wird die Erhöhung der Gebote durch den Auktionator, d. h. das IKT-Gateway, bestimmt, welches nach einer Erhöhung des Gebots bei den entsprechenden Stromverbrauchern anfragt, ob sie bereit sind, die Energiemenge zu dem vom IKT-Gateway bestimmten erhöhten Gebot zu kaufen. Dieses Verfahren der Gebotserhöhung wird dann solange durchgeführt, bis alle Stromverbraucher, welche noch an der Auktion beteiligt sind, einer Erhöhung des Gebots nicht mehr zustimmen. An diese Stromverbraucher wird dann die gewünschte Energiemenge vergeben. Sollte die Energiemenge nicht für diese Stromverbraucher ausreichen, werden beispielsweise mittels Zufall oder weiterer Kriterien aus den verbleibenden Stromverbrauchern ein oder mehrere Kandidaten ausgewählt, welche den Strom erhalten. Zum Beispiel kann derjenige Stromverbraucher den Strom erhalten, der als erster das aktuelle Höchstgebot abgegeben hat.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht der Auktionsmechanismus auf einer holländischen Auktion. Dabei wird eine Energiemenge in Bietrunden derart versteigert, dass schrittweise von Bietrunde zu Bietrunde der Preis für die angebotene Strommenge durch das IKT-Gateway herabgesetzt wird, bis schließlich einer der Stromverbraucher als erstes ein Gebot abgibt. Dieser Stromverbraucher erhält dann auch den Zuschlag für die Energiemenge zu dem durch das IKT-Gateway angebotenen Preis.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf. Durch die Verwendung eines Auktionsmechanismus, mit dem intern Energiemengen an Stromverbraucher eines Stromnetzes verteilt werden, kann eine einfache Koordinierung von verschiedenen Stromverbrauchern zur Minimierung der Energieverbrauchskosten erreicht werden. Mit dem Auktionsmechanismus können verschiedene, ganz unterschiedliche Stromanforderungsstrategien implementiert werden. Der Auktionsmechanismus ist dabei für zukünftige Stromanforderungsstrategien offen. Durch die Verwendung einer virtuellen Währung im Rahmen der internen Auktion koppeln die einzelnen Stromverbraucher nicht mehr an eine konkrete Implementierung einer Energie-Dienste-Plattform. Somit können die Stromverbraucher in einer Vielzahl von Szenarien eingesetzt werden.
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Die Verwendung des IKT-Gateways als Auktionator und Verkäufer ermöglicht einen besseren Schutz vor Angriffen, da lediglich das IKT-Gateway und nicht alle Stromverbraucher im Stromnetz mit Instanzen außerhalb des Stromnetzes kommunizieren müssen. Dadurch wird die Verwaltung von Sicherheitsmechanismen vereinfacht. Ein Benutzer kann auf einem IKT-Gateway gegebenenfalls auch seine Energiespar-Ziele einfach festlegen, welche dann durch den Auktionsmechanismus entsprechend umgesetzt werden. In erfindungsgemäßen Verfahrens müssen die Sicherheitsmechanismen zum Manipulationsschutz des innerhalb des Stromnetzes ablaufenden Auktionsverfahrens wesentlich geringeren Sicherheitsanforderungen genügen als bei einem direkten Auktions- bzw. Energiebezugsverfahren gegenüber externen Energieanbietern. Dies liegt daran, dass die Auktion lediglich auf virtuellen Währungen beruht, welche keinen tatsächlichen Zahlungsvorgang nach sich ziehen. Auf diese Weise kann das Strombezugsverfahren wesentlich weniger aufwändig realisiert werden. Gegebenenfalls besteht ferner die Möglichkeit, dass innerhalb des Stromnetzes ein anderes Verfahren zum Strombezug als außerhalb des Stromnetzes verwendet wird. Außerdem kann der interne Strombezug anders verändert werden als der externe Strombezug. Das IKT-Gateway erfüllt dabei die Funktion eines Proxys und setzt das externe Strombezugsverfahren in ein anderes, separiertes Stromnetz-internes Strombezugsverfahren um.
