DE102010018861A1 - Lehr- und Servicevorrichtung, enthaltend eine Kleinstenergiehybridstation - Google Patents

Lehr- und Servicevorrichtung, enthaltend eine Kleinstenergiehybridstation Download PDF

Info

Publication number
DE102010018861A1
DE102010018861A1 DE102010018861A DE102010018861A DE102010018861A1 DE 102010018861 A1 DE102010018861 A1 DE 102010018861A1 DE 102010018861 A DE102010018861 A DE 102010018861A DE 102010018861 A DE102010018861 A DE 102010018861A DE 102010018861 A1 DE102010018861 A1 DE 102010018861A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
energy
station
remote control
data processing
processing unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102010018861A
Other languages
English (en)
Inventor
Marlies Fricke
Eckhard Schran
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UMWELTTECHNIKBUERO FRICKE SCHRAN GbR VERTRETUNGSBERECHTIGTER GESELLSCHAFTER ECKHARD SCHRAN
Umwelttechnikbuero Fricke/schran GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Eckhard Schran 07613 Crossen)
Original Assignee
UMWELTTECHNIKBUERO FRICKE SCHRAN GbR VERTRETUNGSBERECHTIGTER GESELLSCHAFTER ECKHARD SCHRAN
Umwelttechnikbuero Fricke/schran GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Eckhard Schran 07613 Crossen)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by UMWELTTECHNIKBUERO FRICKE SCHRAN GbR VERTRETUNGSBERECHTIGTER GESELLSCHAFTER ECKHARD SCHRAN, Umwelttechnikbuero Fricke/schran GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Eckhard Schran 07613 Crossen) filed Critical UMWELTTECHNIKBUERO FRICKE SCHRAN GbR VERTRETUNGSBERECHTIGTER GESELLSCHAFTER ECKHARD SCHRAN
Priority to DE102010018861A priority Critical patent/DE102010018861A1/de
Publication of DE102010018861A1 publication Critical patent/DE102010018861A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04Automatic control; Regulation
    • F03D7/042Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/047Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the controller architecture, e.g. multiple processors or data communications
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/11Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing electrical energy
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B25/00Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B25/02Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes of industrial processes; of machinery
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30Wind power
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lehr- und Servicevorrichtung, enthaltend eine Kleinstenergiehybridstation. Bei einer Kleinstenergiehybridstation handelt es sich um eine Stromversorgungsanlage, wo auf verschiedenem Wege eine gezielte Energieumwandlung unter Nutzung verschiedener zur Verfügung stehender Energieträger realisiert wird. Es wird ein Spiegelbetrieb realisiert. Dieser Betrieb umfasst insbesondere eine Echtzeitdemonstration der in der Energiestation ablaufenden Energieumwandlungen. Weiterhin ist eine Simulation vorgesehen. Dabei werden die Echtzeitdaten nach verschiedenen Kriterien gewichtet und in Beziehung gesetzt. Ebenso können willkürliche Einstellungen bei den Energiedaten vorgenommen und so bestimmte Betriebszustände realisiert werden. Die Vorrichtung dient als Lehr- und Demonstrationsmittel, aber auch als Überwachungs- und Simulationsmittel, bei dem insbesondere für verschiedene Lehrinhalte für Auszubildende konkrete Beispiele zur Veranschaulichung geboten werden. Ebenso ist eine Betriebszustandserfassung im Überwachungs- und Simulationseinsatz möglich, wo neben den Lehr- und Lernzwecken auch Industrieerfordernissen Rechnung getragen wird. Es ist eine Kleinstenergiehybridstation (1) mit einer Steuer- und Energiespeichereinheit (2) und angekoppelten Energiegewinnungseinheiten (3) für verschiedene Energiequellen und/oder Energieträger (3a, 3b, 3c) zur flexiblen Versorgung einer Reihe von elektrischen Energieverbrauchern vorgesehen. Die Lehr- und Servicevorrichtung zeichnet sich durch eine Gesamtheit von im Bereich der Energiegewinnungseinheiten (3), der Steuer- und Energiespeichereinheit (2) und/oder der elektrischen Energieverbraucher angeordne ten Schnittstellen (4) zur Betriebszustandserfassung in Verbindung mit einem internen Stationsserver (5) aus, wobei der Stationsserver über ein Kommunikationsnetz (6) mit mindestens einer externen Datenverarbeitungseinheit (7) zum Abfragen von Daten über erfasste Betriebszustände und/oder zum Beeinflussen von Betriebszuständen aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lehr- und Servicevorrichtung, enthaltend eine Kleinstenergiehybridstation nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Kleinstenergiehybridstationen der bekannten Art sollen einer Energieversorgung eines eng begrenzten Verbraucherkreises, beispielsweise eines Einfamilienhauses oder auch eines öffentlichen Gebäudekomplexes dienen. Darüber hinaus sollen derartige Vorrichtungen für autarke Energieversorgungen von Verbrauchern fernab erreichbarer Energieversorgungsnetze, wie zum Beispiel in Wüsten, Steppen oder sonstigen Wildnissen verwendbar sein.
  • Bei derartigen Energiestationen sind mehrere Mittel zum Nutzen verschiedener in der Umgebung verfügbarer Energieformen vorgesehen. So kann beispielsweise eine Windanlage nebst Generator, eine solarthermische und eine photovoltaische sowie eine Brennstoffzellenanlage vorhanden sein. Diese Energiegewinnungsanlagen werden mit einer Steuer- und Energiespeichereinheit gekoppelt, die einerseits je nach verfügbarem Energieangebot und in Abhängigkeit von angeschlossenen Verbrauchern die verschiedenen Energiegewinnungsanlagen zu- oder abschaltet und andererseits Energiespeicherungen in Akkumulatoranlagen ausführt. Hierzu sind baulich insbesondere Containeranlagen oder Einhausungen vorgesehen, die die Steuer- und Energiespeicherkomponenten enthalten und die andererseits als Installationsort und Träger für die anzuschließenden Energiegewinnungsanlagen dienen.
  • In letzter Zeit ist das Interesse sowohl von privaten Energieverbrauchern, öffentlichen und kommunalen Einrichtungen, aber auch Lehreinrichtungen an derartigen Anlagen stark gewachsen. Es besteht einerseits Interesse an einer leicht zu bedienenden und wartungsarmen Station für jedermann. Andererseits besteht ein Bedarf, die Wirkungsweise einer derartigen Kleinstenergiehybridstation im Rahmen der Forschung und Lehre zukünftigen Energietechnikern in einfacher und einprägsamer Form zu erläutern.
  • Die derzeit verfügbaren Kleinstenergiehybridstationen setzen jedoch nicht unbeträchtliche technische Vorkenntnisse voraus und sind im Rahmen ihrer Konstruktion nicht dazu geeignet, Lernenden und sonstigen Interessierten ein risikoloses versuchsweises und experimentierendes Betreiben der Vorrichtung zu ermöglichen, um sich mit deren Wirkungsweise eingehend vertraut zu machen.
  • Es besteht somit die Aufgabe, eine an sich bekannte Kleinstenergiehybridstation so fortzubilden, dass diese für jedermann verwendbar ist und im Rahmen eines Forschungs- und Lehrbetriebs kostengünstig und gefahrlos verwendet werden kann.
  • Die Aufgabe wird mit einer Lehr- und Servicevorrichtung, enthaltend eine Kleinstenergiehybridstation mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Die Lehr- und Servicevorrichtung enthält eine Steuer- und Energiespeichereinheit und angekoppelte Energiegewinnungseinheiten für verschiedene Energiequellen und/oder Energieträger zur flexiblen Versorgung einer Reihe von elektrischen Energieverbrauchern.
  • Erfindungsgemäß ist eine Gesamtheit von im Bereich der Energiegewinnungseinheiten, der Steuer- und Energiespeichereinheit und/oder der elektrischen Energieverbraucher angeordneten Schnittstellen zur Betriebszustandserfassung in Verbindung mit einem internen Stationsserver vorgesehen, wobei der Stationsserver über ein Kommunikationsnetz mit mindestens einer externen Datenverarbeitungseinheit zum Abfragen von Daten über erfasste Betriebszustände und/oder zum Beeinflussen von Betriebszuständen verbunden ist.
  • Der erfindungsgemäße Grundgedanke besteht somit darin, eine ansich bekannte Kleinstenergiehybridstation mit Komponenten auszustatten, die der gegebenen Energiestation eine sowohl für Profis als auch für den interessierten Laien und/oder den Lernenden unmittelbar verstehbare Oberfläche zur Bedienung, zur Wartung und zum lernenden Verstehen hinzufügen. Der Benutzer kann über diese Oberfläche unmittelbar den Betrieb der Energiestation verfolgen und entweder tatsächlich oder virtuell beeinflussen.
  • Bei einer ersten Ausführungsform weist die externe Datenverarbeitungseinheit Mittel zum Ausführen eines Spiegelbetriebs für die Kleinstenergiehybridstation auf, wobei die abgefragten Betriebszustände als Eingangsdaten für den Spiegelbetrieb verwendbar sind. Grundgedanke ist es hierbei, zum einen den Betrieb der Kleinstenergiehybridstation detailliert darzustellen, gleichzeitig aber den Betrieb zu spiegeln und somit auf der virtuellen Ebene der Datenverarbeitungseinheit grundsätzlich beliebig abzuändern, ohne jedoch tatsächlich die Kleinstenergiehybridstation zu beeinflussen. Eine derartige Ausführungsform ermöglicht ausgehend von tatsächlichen Betriebsdaten ein experimentelles Betreiben der Energiestation, ohne dass die Gefahr einer ernsthaften und gefährlichen Fehlfunktion auftritt. Diese Ausführungsform ist vor allem für Lehrzwecke sehr vorteilhaft.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform enthält der Spiegelbetrieb ein simuliertes Herauf- und/oder Herabregeln und/oder Kombinieren der an der Kleinstenergiehybridstation angeschlossenen Energiegewinnungseinheiten und/oder Energieverbraucher. Bei einer derartigen Ausgestaltung können beispielsweise virtuell zusätzliche photovoltaische, solarthermische, Windkraft- oder sonstige Anlagen, wie etwa Akkumulatoren, hinzugefügt oder weggelassen werden, um so festzustellen, wie sich dies auf den Betrieb der Energiestation auswirkt, ohne dass die Energiestation als solche dadurch echt beeinflusst wird.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform weist die externe Datenverarbeitungseinheit Mittel zum Ausführen einer Fernsteuerung und/oder Fernbedienung der Kleinstenergiehybridstation auf. Eine derartige Ausgestaltung eignet sich besonders zum Verfolgen und Verwalten einer bereits bestehenden Kleinstenergiehybridstation. Hier können dazu befugte Personen regelmäßig von fern den Betrieb der Energiestation verfolgen und gegebenenfalls eingreifen.
  • Zweckmäßigerweise enthalten die Mittel zum Ausführen der Fernsteuerung und/oder Fernbedienung ein Herauf- und/oder Herabregeln der Energiegewinnungseinheiten und/oder ein Zu- oder Herausschalten eines Verbrauchers. Die so vorgesehenen Mittel entsprechen im wesentlichen den Möglichkeiten des Spiegelbetriebs. Jedoch wirken die in dieser Stelle vorgenommenen Änderungen sich nun unmittelbar auf den Betrieb der Energiestation aus und dienen auszuführenden Wartungsarbeiten.
  • Das Mittel zum Ausführen des Spiegelbetriebs und/oder das Mittel zum Ausführen der Fernsteuerung und/oder Fernbedienung ist bei einer zweckmäßigen Ausführungsform in Form von auf dem Stationsserver und/oder der externen Datenverarbeitungseinheit enthaltenen Softwarekomponenten ausgebildet. In diesem Fall wird damit eine softwareartig erzeugte virtuelle Bedien- und Simulationsplattform geschaffen, auf der durch zugewiesene Nutzerrechte spiegelnde und/oder betriebsbeeinflussende Eingriffe und Veränderungen vorgenommen werden können.
  • Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung enthalten die Softwarekomponenten Mittel zum animierten Darstellen und Bedienen von Komponenten der Kleinstenergiehybridstation. Der Benutzer kann dann virtuell Energiegewinnungskomponenten „hinzustellen und anschließen” oder „entfernen” bzw. deren Betriebsparameter mittels Schaltern herauf- und herunterregeln.
  • Bei einer Ausführungsform enthalten die Softwarekomponenten Mittel zum animierten Darstellen von Betriebszuständen von Komponenten der Kleinstenergiehybridstation. Dabei werden beispielsweise Strom- und Spannungswerte, Drehzahlen, Temperaturen und dergleichen Betriebswerte in Form von Anzeigeelementen angezeigt und können verfolgt werden.
  • Eine Vorrichtung der genannten Art ist für eine Verwendung als ein Lehr- und Demonstrationsmittel vorgesehen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll nachfolgend anhand beispielhafter Ausführungsformen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die 1 bis 5. Es werden für gleiche und gleich wirkende Teile die selben Bezugszeichen verwendet.
  • Es zeigt:
  • 1 eine beispielhafte Kleinstenergiehybridstation in einer Übersichtsdarstellung,
  • 2 ein beispielhaftes Blockschaltbild der Kleinstenergiehybridstation,
  • 3 ein beispielhaftes Blockschaltbild der Kleinstenergiehybridstation in einem Spiegelbetrieb zur Verwendung als ein Lehrmittel,
  • 4 eine beispielhafte Darstellung der Kleinstenergiehybridstation auf einer virtuellen Experimentieroberfläche.
  • 5 eine beispielhafte Darstellung des Spiegelbetriebs der Kleinstenergiehybridstation in Form einer Hardwaresimulation.
  • Bei der nachfolgend beschriebenen Kleinstenergiehybridstation handelt es sich um eine Stromversorgungsanlage, wo auf verschiedenem Wege eine gezielte Energieumwandlung unter Nutzung verschiedener zur Verfügung stehender Energieträger realisiert wird. Durch die nachfolgend beschriebene Vorrichtung wird ein Spiegelbetrieb realisiert. Dieser Betrieb umfasst insbesondere eine Echtzeitdemonstration der in der Energiestation ablaufenden Energieumwandlungen. Weiterhin ist eine Simulation vorgesehen. Dabei werden die Echtzeitdaten nach verschiedenen Kriterien gewichtet und in Beziehung gesetzt. Ebenso können willkürliche Einstellungen bei den Energiedaten vorgenommen und so bestimmte Betriebszustände realisiert werden. Die Vorrichtung dient als Lehr- und Demonstrationsmittel, aber auch als Überwachungs- und Simulationsmittel, bei dem insbesondere für verschiedene Lehrinhalte für Auszubildende konkrete Beispiele zur Veranschaulichung geboten werden. Ebenso ist eine Betriebszustandserfassung im Überwachungs- und Simulationseinsatz möglich, wo neben den Lehr- und Lernzwecken auch Industrieerfordernissen Rechnung getragen wird.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Kleinstenergiehybridstation 1. Diese besteht aus einem an einem prinzipiell beliebigen Ort aufstellbaren Container. Der Container enthält eine Steuer- und Energiespeichereinheit 2, insbesondere einen Akkumulator mit den dazu notwendigen Komponenten, insbesondere Wechselrichter und Laderegler. An dem Container sind eine Reihe von Energiegewinnungseinheiten 3 befestigt. In dem hier gezeigten Beispiel sind dies eine Windenergieanlage 3a, ein solarthermischer Kollektor 3b und eine im Inneren des Containers angeordnete Brennstoffzelle 3c. Des Weiteren kann die Kleinstenergiehybridstation ein Notstromaggregat, insbesondere einen Dieselmotor mit Generator enthalten oder auch an ein Stromnetz angeschlossen sein, um bei einem vorübergehenden Energieabfall von dort elektrische Energie zu entnehmen.
  • Die Energiegewinnungseinheiten, d. h. die Windenergieanlage und der solarthermische Kollektor sowie die Brennstoffzelle, weisen jeweils den für solche Einrichtungen typischen Aufbau auf. Dies betrifft insbesondere die für solche Anlagen typischen Überwachungssensoren, wie zum Beispiel Windmesser, Drehzahlmesser, Spannungsmesser, Strahlungsmesser, Temperaturfühler und dergleichen Messsensoren mehr. Ebenso können die in der Energiestation integrierten Notstromaggregate und Akkumulatoren entsprechende Messeinrichtungen aufweisen.
  • Die an den verschiedenen Komponenten angeordneten Mess- und Überwachungseinrichtungen weisen jeweils eine Schnittstelle 4 zum Übertragen der dort ermittelten Betriebsdaten an einen internen Stationsrechner 5 auf. Die Schnittstellen können sowohl drahtgebunden als auch drahtlos mit dem Stationsrechner verbunden sein. Der Stationsrechner sammelt die über diese Schnittstellen einlaufenden Betriebsdaten und speichert diese. Die Schnittstellen 4 und der Stationsrechner 5 bilden dabei ein in der Energiestation angeordnetes und mit den Komponenten der Kleinstenergiehybridstation verknüpftes Überwachungs- und Bedienmodul.
  • Das Überwachungs- und Bedienmodul ist über ein Kommunikationsnetz 6, beispielsweise das Internet oder ein lokales Netz und einem darauf ablaufenden Kommunikationsprotokoll mit einer Reihe von externen Datenverarbeitungseinheiten 7, insbesondere einer Reihe von entfernt lokalisierten Personal Computern, verbunden. Das System aus dem Stationsrechner und den externen Personal Computern bildet damit ein Client-Server-System, über das die Betriebsdaten der Kleinstenergiehybridstation an jedem der externen Personal Computer abgerufen, angezeigt und weiterverarbeitet werden können.
  • Die so gebildete Architektur kann auf verschiedene Weise genutzt werden. Eine erste Nutzung ist durch einen Spiegelbetrieb und eine damit verknüpfte Betriebssimulation der Kleinstenergiehybridstation gegeben. Hierzu weist mindestens einer der externen Clients eine Spiegel- und Simulationssoftware 8 auf. Diese führt auf der Grundlage der realen, aus der Kleinstenergiehybridstation ausgelesenen Daten und des in der Energiestation real vorhandenen und in der Simulation gespeicherten Schaltplans eine Berechnung der zu erwartenden Ausgangsgrößen der Kleinstenergiehybridstation aus. Ein Benutzer kann dabei durch den Zugriff auf die Simulationssoftware Betriebszustände der Kleinstenergiehybridstation simulieren, beispielsweise die Windenergieanlage, den solarthermischen Kollektor und/oder die Brennstoffzelle, virtuell aus der Verschaltung der Kleinstenergiehybridstation entfernen und dadurch virtuell die Auswirkung eines solchen Schritts auf die Energieleistung der Energiestation studieren ohne den Betrieb der Kleinstenergiehybridstation selbst zu beeinflussen.
  • Bei einer weiteren externen Datenverarbeitungseinheit ist eine Fernabfrage oder eine Fernsteuerung der Kleinstenergiehybridstation möglich. Die auf einem so ausgebildeten Client enthaltenen Softwarekomponenten ermöglichen einen unmittelbaren Zugriff auf den Stationsserver und über diesen wiederum einen Zugriff auf die in der Energiestation angeordnete Steuereinheit. Damit kann die Kleinstenergiehybridstation von außen in einem Überwachungsbetrieb gewartet werden.
  • Schließlich ist natürlich auch eine reine informative Anzeige des Betriebs der Kleinstenergiehybridstation für Informationszwecke möglich, die über das Internet erfolgt und den Betrieb der Energiestation auf einer allgemein zugänglichen Webseite anzeigt. Interessierte Nutzer können dabei zwar weder virtuell noch tatsächlich auf die Betriebszustände der Energiestation zugreifen, aber beispielsweise Betriebsprotokolle abrufen, sich über die Wirkungsweise der Anlage informieren und den zeitlichen Verlauf des Anlagenbetriebs zum Teil in Echtzeit verfolgen.
  • 2 zeigt ein beispielhaftes Blockschaltbild der Kleinstenergiehybridstation. Grundsätzlich lassen sich die Komponenten der Energiestation in Komponenten 3 für eine Energiegewinnung, Komponenten 9 für eine Energiespeicherung, eine Energieumwandlung und eine Steuerung und in Komponenten 10 für eine Energieverwertung und Datenverarbeitung unterscheiden.
  • Bei dem hier gezeigten Blockschaltbild sind als Komponenten der Energieerzeugung die Windanlage 3a mit vertikalen und horizontal ausgerichteten Windflügeln, die Solaranlage 3b mit photovoltaischen und solarthermischen Spiegelanlagen, die Brennstoffzelle 3c und eine Notstromkomponente 3d mit einem Dieselaggregat und einem Netzanschluss vorgesehen.
  • Als Komponenten der Energiespeicherung, Steuerung und Umwandlung enthält das hier gezeigte Blockschaltbild eine Wetterstation 11, insbesondere einen Windmesser und einen Lichtmesser und eine Erfassungseinheit 12 für Havariedaten. Sowohl die von den Energieerzeugungskomponenten als auch die von den Überwachungskomponenten erzeugten Signale laufen in der Steuereinheit im Steuercontainer 13 der Kleinstenergiehybridstation zusammen. Diese verteilt die erzeugte Energie an eine Reihe von an die Energiestation angeschlossenen Verbraucher 14, wie beispielsweise eine Ladestation für ein Elektroauto, ein Hausnetz, autarke Objekte und Stromversorgungen für sonstige elektrische Aggregate.
  • Die von der Überwachungseinrichtung gesammelten Betriebsdaten werden bei dem hier gezeigten Beispiel an einen Datenserver 15 für Werbe- und Informationszwecke und einen Datenserver 16 für Überwachungszwecke und Fernabfragen übertragen. Der Datenserver für Informationszwecke stellt hierbei die Daten für die Simulation 17 und den Spiegelbetrieb, für die Information auf einer Webseite 18 oder Abfrageprogramme 19 für weitere Interessenten bereit.
  • Der Datenserver 16 für die Überwachung überträgt über das Internet die dort gespeicherten Daten an Sicherheitseinrichtungen 20, an einen Service- und Wartungsdienst 21 oder an Module und Einrichtungen 22 für eine durch den Betreiber der Energiestation ausgeführte Überwachung der Energiestation.
  • 3 zeigt eine beispielhafte Konfiguration für ein Lehrmittel. Bei dem hier gezeigten Beispiel ist die Kleinstenergiehybridstation wieder als der Energiehybridcontainer 13 ausgebildet. Dieser enthält in diesem Beispiel einen Batteriemonitor 23 und einen Batteriesatz 24, einen Wechselrichter 25 und Laderegler 26 und Feldbussteuerungen 27. Bei dem hier gezeigten Beispiel ist eine Photovoltaikanlage 3b angeschlossen. Weiterhin verfügt die Anlage über ein Notstrom-Dieselaggregat und eine Fremdeinspeisung, die mit 16 A abgesichert ist. An die Energiestation sind mehrere Verbraucher angeschlossen.
  • Die innerhalb der Anlage ermittelten Daten 28 werden über die Feldbussteuerung als Daten über die eingehende und ausgehende Energie wie beschrieben an den mit dem Internet verbundenen Datenserver 15 übertragen. Die dort bereitstehenden Daten werden nun an eine Datenverarbeitungsanlage 7 übertragen, die in einer Lehreinrichtung, beispielsweise einer Schule, lokalisiert ist. Diese enthält zum einen das Softwaremittel 8 zum Anzeigen 18 der Daten und zur virtuellen Simulation 17 der Kleinstenergiehybridstation auf einer virtuellen Experimentieroberfläche.
  • Weiterhin sind Mittel für eine Hardwaresimulation 29 vorgesehen. Die von dem Datenserver der Kleinstenergiehybridstation gelieferten Betriebsdaten werden hierzu von dem Personal Computer an eine Reihe von Speicherelementen übertragen, die in einer anschaulichen Weise auf einem Schaltplan positioniert und miteinander verschaltet werden können. Dabei nimmt jedes Speicherelement eine virtuelle Stellvertreterfunktion entweder für die Photovoltaikanlage, das Batterieaggregat, die Notstromversorgung oder die Fremdeinspeisung der Anlage oder für eine weitere Komponente ein. Diese können nun auf der Schalttafel zu einer virtuellen Kleinstenergiehybridstation frei kombiniert werden, die den Betrieb der realen Energiestation spiegelt und abbildet.
  • 4 zeigt eine beispielhafte virtuelle Experimentieroberfläche 30 der Kleinstenergiehybridstation. Das hier beispielhaft gezeigte Experimentierfeld enthält eine Reihe von Symbolen 31, 32 und 33 für eine Windanlage, eine solarthermische Anlage mit einem Spiegel und eine Brennstoffzelle. Weiterhin ist eine schematische Darstellung 34 des Hybridcontainers und der darin enthaltenen Steuereinheiten 35 und Akkumulatoren 36 gezeigt. Eine Reihe von Messpunkten 37 sind hervorgehoben und können durch die Bewegung eines Mauszeigers 38 abgefragt werden. Weiterhin sind die aktuellen Energieleistungen der Komponenten der Energiestation in Form von Anzeigefeldern 39 angezeigt. Der Nutzer erhält dadurch einen schnellen Überblick über den Betriebszustand der Anlage. Durch das Setzen von Verbindungslinien 40 oder das virtuelle Ein/Aus-Schalten 41 von Komponenten kann der Benutzer nun Teile der Anlage ausgliedern oder in die Anlage einschalten und so den Betrieb der Anlage auf dem Experimentierfeld beliebig verändern.
  • 5 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung zum Ausführen einer Hardwaresimulation der Kleinstenergiehybridstation. Die Hardwaresimulation beinhaltet ein Steckbrett 42 mit einer Reihe von elektrischen Kontakten 43. Das Steckbrett ist an den Personal Computer anschließbar, kann aber auch autark betrieben werden. Die Komponenten der Kleinstenergiehybridstation sind durch eine Reihe von Steckelementen 44 symbolisiert. Diese enthalten logische Schaltungen, mit denen sich der Betrieb eines Wechselrichters, eines Akkumulators, einer Brennstoffzelle und dergleichen weitere Elemente simulieren lässt. Die logischen Schaltungen können Speicherelemente enthalten, die die jeweils an der realen Kleinstenergiehybridstation ermittelten Betriebszustände aktuell abspeichern und logisch wiedergeben.
  • Die auf das Steckbrett eingesetzten hardwaresimulierten Komponenten können nun in beliebiger Weise durch Drahtverbindungen 45 verschaltet werden. Das gesamte Steckbrett wird dabei mit einer ungefährlichen Spannung betrieben, die einzelnen Steckelemente simulieren dabei aber dabei die realen Komponenten der Kleinstenergiehybridstation. Der Benutzer des Steckbrettes, insbesondere ein Schüler ein Auszubildender auf dem Gebiet der Energietechnik, kann nun den realen Betrieb der Kleinstenergiehybridstation anhand neu hinzugefügter, variabel verschalteter oder auch entfernter Steckelemente verändern und so auf ungefährliche Weise verschiedene Schaltungen für die Kleinstenergiehybridstation gefahrlos experimentell erfassen und ausprobieren.
  • Die Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Im Rahmen fachmännischen Handelns sind weitere Ausführungsformen möglich.
  • Diese ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Kleinstenergiehybridstation
    2
    Steuer- und Energiespeichereinheit
    3
    Energiegewinnungseinheiten
    3a
    Windenergieanlage
    3b
    solarthermischer Kollektor
    3c
    Brennstoffzelle
    4
    Schnittstelle Betriebsdaten
    5
    Stationsrechner, Stationsserver
    6
    Kommunikationsnetz, Internet
    7
    externe Datenverarbeitungseinheiten, PC
    8
    Spiegel- und Simulationssoftware
    9
    Komponenten Energiespeicherung
    10
    Komponenten Energieverwertung, Datenverarbeitung
    11
    Wetterstation
    12
    Erfassung Havariedaten
    13
    Steuercontainer
    14
    Verbraucher
    15
    Datenserver Information
    16
    Datenserver Überwachung
    17
    Simulation und Spiegelbetrieb
    18
    Webseite
    19
    Abfrageprogramme
    20
    Sicherheitseinrichtungen
    21
    Service, Wartung
    22
    Überwachungsmodule
    23
    Batteriemonitor
    24
    Batteriesatz
    25
    Wechselrichter
    26
    Laderegler
    27
    Feldbussteuerung
    28
    Daten
    29
    Hardwaresimulation
    30
    virtuelle Experimentieroberfläche
    31
    Symbol Windenergieanlage
    32
    Symbol solarthermische Anlage
    33
    Symbol Brennstoffzelle
    34
    Symbol Hybridcontainer
    35
    Symbol Steuereinheit
    36
    Symbol Akkumulator
    37
    Messpunkt, virtuell
    38
    Mauszeiger
    39
    Anzeigefeld
    40
    Verbindungslinie
    41
    Ein/Aus-Taster virtuell
    42
    Steckbrett
    43
    elektrische Kontakte
    44
    Steckelement
    45
    Drahtverbindung

Claims (10)

  1. Lehr- und Servicevorrichtung, enthaltend eine Kleinstenergiehybridstation (1) mit einer Steuer- und Energiespeichereinheit (2) und angekoppelten Energiegewinnungseinheiten (3) für verschiedene Energiequellen und/oder Energieträger (3a, 3b, 3c) zur flexiblen Versorgung einer Reihe von elektrischen Energieverbrauchern, gekennzeichnet durch eine Gesamtheit von im Bereich der Energiegewinnungseinheiten (3), der Steuer- und Energiespeichereinheit (2) und/oder der elektrischen Energieverbraucher angeordneten Schnittstellen (4) zur Betriebszustandserfassung in Verbindung mit einem internen Stationsserver (5), wobei der Stationsserver über ein Kommunikationsnetz (6) mit mindestens einer externen Datenverarbeitungseinheit (7) zum Abfragen von Daten über erfasste Betriebszustände und/oder zum Beeinflussen von Betriebszuständen verbunden ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Datenverarbeitungseinheit (7) Mittel zum Ausführen eines Spiegelbetriebs (8) für die Kleinstenergiehybridstation aufweist, wobei die abgefragten Betriebszustände als Eingangsdaten für den Spiegelbetrieb verwendbar sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegelbetrieb (8) ein simuliertes Herauf- und/oder Herabregeln und/oder Kombinieren der an der Kleinstenergiehybridstation angeschlossenen Steuer- und Energiespeichereinheit (2) und/oder der Energiegewinnungseinheiten (3) und/oder Energieverbraucher enthält.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Datenverarbeitungseinheit (7) Mittel zum Ausführen einer Fernsteuerung und/oder Fernbedienung der Kleinstenergiehybridstation aufweist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Ausführen der Fernsteuerung und/oder Fernbedienung ein Herauf- und/oder Herabregeln der Energiegewinnungseinheiten und/oder ein Zu- oder Herausschalten eines Verbrauchers enthalten.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Ausführen des Spiegelbetriebs und/oder das Mittel zum Ausführen der Fernsteuerung und/oder Fernbedienung in Form von auf dem Stationsserver (5) und/oder der externen Datenverarbeitungseinheit (7) enthaltenen Softwarekomponenten ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Softwarekomponenten Mittel zum animierten Darstellen und Bedienen von Komponenten der Kleinstenergiehybridstation enthalten.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Softwarekomponenten Mittel zum animierten Darstellen von Betriebszuständen von Komponenten der Kleinstenergiehybridstation enthalten.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Ausführen des Spiegelbetriebs und/oder das Mittel zum Ausführen der Fernsteuerung und/oder Fernbedienung in Form einer Vorrichtung zur Hardwaresimulation ausgebildet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verwendung als ein Lehr- und Demonstrationsmittel.
DE102010018861A 2010-04-30 2010-04-30 Lehr- und Servicevorrichtung, enthaltend eine Kleinstenergiehybridstation Withdrawn DE102010018861A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010018861A DE102010018861A1 (de) 2010-04-30 2010-04-30 Lehr- und Servicevorrichtung, enthaltend eine Kleinstenergiehybridstation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010018861A DE102010018861A1 (de) 2010-04-30 2010-04-30 Lehr- und Servicevorrichtung, enthaltend eine Kleinstenergiehybridstation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102010018861A1 true DE102010018861A1 (de) 2011-11-03

Family

ID=44786392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102010018861A Withdrawn DE102010018861A1 (de) 2010-04-30 2010-04-30 Lehr- und Servicevorrichtung, enthaltend eine Kleinstenergiehybridstation

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102010018861A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102900617A (zh) * 2012-09-11 2013-01-30 李彦材 自动循环风力智能发电系统
CN103410673A (zh) * 2013-08-28 2013-11-27 苏州萤火虫贸易有限公司 窗式风力发电装置
CN115796027A (zh) * 2022-11-26 2023-03-14 宝钢工程技术集团有限公司 一种运用虚拟现实技术提高冷轧机组更换轴承效率的方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102900617A (zh) * 2012-09-11 2013-01-30 李彦材 自动循环风力智能发电系统
CN102900617B (zh) * 2012-09-11 2015-02-11 李彦材 自动循环风力智能发电系统
CN103410673A (zh) * 2013-08-28 2013-11-27 苏州萤火虫贸易有限公司 窗式风力发电装置
CN115796027A (zh) * 2022-11-26 2023-03-14 宝钢工程技术集团有限公司 一种运用虚拟现实技术提高冷轧机组更换轴承效率的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nižetić et al. Smart technologies for promotion of energy efficiency, utilization of sustainable resources and waste management
Nkoloma et al. SM 2: Solar monitoring system in Malawi
Dang et al. Smart grid-oriented graphical user interface design and data processing algorithm proposal based on labview
DE102010018861A1 (de) Lehr- und Servicevorrichtung, enthaltend eine Kleinstenergiehybridstation
Axaopoulos et al. Engineering education using a remote laboratory through the Internet
Izquierdo-Monge et al. Conversion of a network section with loads, storage systems and renewable generation sources into a smart microgrid
Guo et al. Engaging renewable energy education using a web-based interactive microgrid virtual laboratory
EP3072018A1 (de) Verfahren, system und computerprogramm-produkt zur analyse von produktionstechnischen und/oder verfahrenstechnischen prozessen und/oder prozessschritten in einer anlage
Tyagi et al. Advance monitoring of electrical and environmental parameters of PV system: a review
Yan et al. Monitoring and fault diagnosis system of wind–solar hybrid power station based on ZigBee and BP neural network
DE102009049931B4 (de) Diagnose- und Wartungseinrichtung für eine Schaltanlage sowie demgemäße Schaltanlage
Alcayde et al. SCADA System for online electrical engineering education
Bhagwan et al. A comparative analysis of the application of Fourth Industrial Revolution technologies in the energy sector: A case study of South Africa, Germany and China
Karbhari et al. Digital control system for solar power plant using IoT
Han et al. Application of artificial intelligence technology in power grid enterprises based on enterprise architecture method
Tan et al. PMSG-Based Black-Start Technology and Its Field Tests
Alcayde et al. SCADA System for Online Electrical Engineering Education. Inventions 2022, 7, 115
Bauer et al. Distance learning module for solar electricity with programing of MPPT
Sierra et al. Telemetry System And Monitoring Of A Microgrid On A University Campus.
Rachmat et al. EMS-SCADA Design of AC Usage on a Building
Moorthy et al. Smart Grid Using Power Internet of Things Architecture
Kuzle Department of energy and power systems–80 years of success in science, teaching and cooperation with industry
Kumara et al. Developments of A Remote Online Wind Laboratory Experimental Setup for Repository MOOCs
Mora-López et al. Integration of statistical and machine learning models for short-term forecasting of the atmospheric clearness index
Friman ACADEMY PROJECT-FROM THEORETICAL STUDIES TO PRACTICAL EXPERIENCE

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative
R120 Application withdrawn or ip right abandoned
R120 Application withdrawn or ip right abandoned

Effective date: 20140807