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Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Zuteilen von Energiemengen für Prosumer in einem Stromnetz.
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Der fortschreitende Ausbau erneuerbarer Energien führt zu einer zunehmenden Dezentralisierung der Energieerzeugung. Zudem wird ein Prognostizieren einer zu erwartenden zu erzeugenden Energiemenge aufgrund potentiell stärkerer Erzeugungsschwankungen, bei erneuerbaren Energien zum Beispiel wegen Wetterabhängigkeit, zunehmend schwieriger.
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Durch Einführung intelligenter Stromnetze, die neben dem eigentlichen Stromnetz ein Kommunikationsnetz zum Informationsaustausch und zur Steuerung dezentraler Einheiten aufweisen, kann dieser Veränderung Rechnung getragen werden. Hierdurch wird es möglich Energieerzeugung und Energieverbrauch mittels entsprechend intelligenter und an das Kommunikationsnetz angebundener Erzeuger und Verbraucher in gewissen Grenzen zu regeln. Dies geht einher mit einer steigenden Komplexität in der Balancierung von Energieerzeugung und Energieverbrauch in den Stromnetzen. Die Beherrschung dieser Komplexität und die geeignete Balancierung von Energieerzeugung und Energieverbrauch sind Voraussetzung für die Erfüllung der Energieanforderung der Verbraucher im Netz und die Gewährleistung der Netzstabilität.
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Neben den klassischen Energieerzeugern und Energieverbrauchern gibt es auch neuartige Teilnehmer im Stromnetz, die Energie sowohl speichern und als auch abgeben können, wie beispielsweise Elektroautos. Diese klassischen Energieerzeuger, -verbraucher und neuartigen Teilnehmer werden als Prosumer bezeichnet. Die neuartigen Teilnehmer können nachts, wenn zumeist ein Überschuss an Energie vorhanden ist, Energie in ihre Batterien aufnehmen und zu Spitzenzeiten, zum Beispiel am Morgen zwischen 6:00 und 9:00, wieder abgeben.
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Somit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen zum Zuteilen von Energiemengen anzugeben, die zum einen eine Anpassung von Energieverbrauch und Energieerzeugung im Stromnetz und zum anderen die Zuteilung der Energiemengen pro Prosumer in einfacher Art und Weise ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuteilung einer Energiemenge pro Prosumer, mit folgenden Schritten:
Ermitteln einer maximalen Energiemenge und einer minimalen Energiemenge für jeden Prosumer;
Generieren der jeweiligen Energiemenge derart, dass
- a) eine relative Lage der Energiemenge innerhalb eines durch die minimale Energiemenge und die maximale Energiemenge definierten Intervalls des jeweiligen Prosumers derart hergestellt wird, dass die relativen Lagen der Prosumer einen identischen Wert einnehmen,
- b) eine Summe der Energiemengen einen Wert Null ergibt.
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In der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Begriff Prosumer
- – ein Energieerzeuger, der nur Energie in einem Stromnetz bereitstellt,
- – ein Energieverbraucher, der nur Energie aus einem Stromnetz konsumiert, und
- – ein neuartiger Teilnehmer, der sowohl Energie speichern als auch abgeben kann,
verstanden.
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Die vorliegende Erfindung ist vorteilhaft, da an Stelle von Leistungswerten Energiemengen betrachtet werden. Dies ermöglicht eine inhärente Abbildung unter Berücksichtigung von Speicherkapazitäten bei den Prosumern. Speicherkapazitäten sind neben steuerbarer Erzeugern und Verbrauchern verantwortlich dafür, dass die minimal zu beziehenden Energiemengen tatsächlich niedriger ausfallen als die maximalen beziehbaren Energiemengen.
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Das bedeutet, dass bei einer Energiezuteilung tatsächlich ein Spielraum bei jedem Prosumer vorliegt, der im Rahmen der Zuteilung der Energiemengen an die Prosumer ausgenutzt werden kann. Die Betrachtung von minimalen und maximalen Energiemengen je Prosumer bedingt für jeden Prosumer die Definition eines Energiemengenbandes. Innerhalb dieses Energiemengenbandes muss sich die tatsächlich dem jeweiligen Prosumer zugeteilte Energiemenge bewegen.
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Um eine Anpassung der Energiemengen zwischen Verbrauch und Erzeugung zu gewährleisten muss die Summe der Energiemengen über alle Prosumer nach Zuteilung einen Wert Null ergeben. In diesem Zustand ist das Stromnetz ausbalanciert und es besteht weder Über- noch Unterangebot an Energie.
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Durch das Generieren der jeweiligen Energiemenge derart, dass eine relative Lage der Energiemenge innerhalb eines durch die minimale Energiemenge und die maximale Energiemenge definierten Intervalls des jeweiligen Prosumers für alle Prosumer einen identischen Wert einnimmt, wird gewährleistet, dass jeder Prosumer im Vergleich zu anderen Prosumern gleich behandelt wird. Hierdurch wird zudem erreicht, dass keiner der Prosumer jeweils eine Energiemenge erhält, die entweder seiner maximalen oder minimalen Energiemenge entspricht. Somit stehen für kurzzeitige Schwankungen im Stromnetz Kapazitäten zur Verfügung, die die Prosumer durch Aufnahme bzw. Abgabe von Energie ausgleichen können. Diese Folgerung gilt jedoch nur für Prosumer, deren minimale und maximale Energiemengen ungleich sind.
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In einer ersten Ausführungsvariante des Verfahrens werden folgende Schritte durchgeführt:
Erzeugen einer maximalen Gesamtenergiemenge durch Summieren der maximalen Energiemengen;
Erzeugen einer minimalen Gesamtenergiemenge durch Summieren der minimalen Energiemengen;
Erzeugen einer ersten Energiemenge durch Differenzbildung der maximalen Gesamtenergiemenge und der minimalen Gesamtenergiemenge;
Erzeugen einer jeweiligen zweiten Energiemenge pro Prosumer durch Differenzbildung der jeweiligen maximalen Energiemenge und der jeweiligen minimalen Energiemenge;
Erzeugen eines Energiefaktors pro Prosumer durch Multiplikation der jeweiligen zweiten Energiemenge mit dem Kehrwert der ersten Energiemenge;
Erzeugen der jeweiligen Energiemenge durch Addition der jeweiligen minimalen Energiemenge und dem Produkt aus einem Betrag der minimalen Gesamtenergiemenge und dem jeweiligen Energiefaktor.
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Diese Schritte beschreiben eine erste Ausführungsvariante des Verfahrens unter Berücksichtigung von Intervallen der Prosumer definiert durch die jeweiligen minimalen und maximalen Energiemengen. Diese Schritte sind charakterisiert durch eine einfache und kostengünstige Ausführbarkeit.
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In einer zweiten alternativen Ausführungsvariante werden folgende Schritte durchlaufen:
Erzeugen einer maximalen Gesamtenergiemenge durch Summieren der maximalen Energiemengen;
Erzeugen einer minimalen Gesamtenergiemenge durch Summieren der minimalen Energiemengen;
Erzeugen eines Energieverhältnisses durch Multiplizieren der maximalen Gesamtenergiemenge mit dem Kehrwert der minimalen Gesamtenergiemenge;
Erzeugen eines Zwischenwerts pro Prosumer durch Subtrahieren eines Produkts aus dem Energieverhältnis und der jeweiligen minimalen Energiemenge von der jeweiligen maximalen Energiemenge;
Erzeugen der jeweiligen Energiemenge pro Prosumer durch Multiplikation aus dem jeweiligen Zwischenwert und dem Kehrwert aus einer Subtraktion des Energieverhältnisses von einem Wert Eins.
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Diese Schritte beschreiben ein zweites alternatives Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Hierbei erfolgt eine Ermittlung der jeweiligen Energiemengen mit Hilfe des Energieverhältnisses, welches durch Multiplizieren der maximalen Gesamtenergiemenge mit dem Kehrwert der minimalen Gesamtenergiemenge gebildet wird. Auch dieses zweite alternative Ausführungsbeispiel zeichnet sich durch eine einfache Implementierbarkeit und Ausführbarkeit aus.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Zuteilung der Energiemengen jeweils für ein zukünftiges Zeitintervall durchgeführt. Hierdurch wird gewährleistet, dass auf Änderungen im Verhalten des Prosumers und somit einer Optimierung einer Bereitstellung von Energiemengen Rechnung getragen werden kann. Zudem wird dadurch die Stabilität des Gesamtnetzes verbessert, da auf Schwankungen in der Energieerzeugung und dem Energieverbrauch reagiert werden kann.
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In einer Weiterbildung hierzu wird eine Länge des zukünftigen Zeitintervalls äquidistant eingestellt, wodurch eine einfache Anwendbarkeit des Verfahrens für zukünftige Zeitintervalle gewährleistet wird.
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Alternativ hierzu kann die Länge des zukünftigen Zeitintervalls derart eingestellt wird, dass im Falle einer Zunahme einer Differenz zwischen maximaler und minimaler Gesamtenergiemenge eines aktuellen Zeitintervalls und einer Differenz zwischen maximaler und minimaler Gesamtenergiemenge eines zum aktuellen Zeitintervall früheren Zeitintervalls die Länge des zukünftigen Zeitintervalls gegenüber der Länge des aktuellen Zeitintervalls dynamisch angepasst, insbesondere verkürzt, wird.
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Hierdurch wird erreicht, dass bei einem Auseinandertriften von minimaler und maximaler Gesamtenergiemenge, das beispielsweise auf höhere Unsicherheit bei einer Vorhersage des zu erwartenden Energieverbrauchs hinweist, das zukünftige Zeitintervall, für das die Energiemengen der Prosumer festgelegt werden soll, verändert, insbesondere verkürzt, wird. Hierdurch werden eine verbesserte Balancierung der Zuteilung der Energiemengen und somit auch eine verbesserte Stabilität des Stromnetzes erreicht.
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In einer Erweiterung werden folgende Schritte durchgeführt:
- a) Zuordnen einer Kostenfunktion pro Prosumer, wobei die jeweilige Kostenfunktion Kosten für Energiemengenwerte innerhalb der minimalen Energiemenge und der maximalen Energiemenge des jeweiligen Prosumers angibt;
- b) Auswählen eines ersten und zweiten Vertreters aus der Menge der Prosumer derart, dass die Kostenfunktion des ersten Vertreters eine betragsmäßig maximale Steigung und die Kostenfunktion des zweiten Vertreters eine betragsmäßig minimale Steigung aufweisen, wobei sich die maximale und die minimale Steigung jeweils auf eine Steigung der jeweiligen Kostenfunktionen in der zu dem Vertreter zugehörigen Energiemenge bezieht;
- c) Erzeugen von neuen Energiemengen des ersten und zweiten Vertreters derart, dass
– ein Differenzwert der jeweiligen Energiemenge von der jeweiligen neuen Energiemenge des ersten Vertreters identisch zu einem Differenzwert der jeweiligen neuen Energiemenge von der jeweiligen Energiemenge des zweiten Vertreters wird,
– die neuen Energiemengen des ersten und zweiten Vertreters jeweils innerhalb der zu dem ersten und zweiten Vertreter gehörenden minimalen Energiemenge und gehörenden maximalen Energiemenge gewählt wird;
– eine Summe der jeweiligen Kosten der neuen Energiemengen kleiner ist als eine Summe der jeweiligen Kosten der Energiemengen des ersten und zweiten Vertreters.
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Durch diese Erweiterung wird eine Kostenreduzierung bei der Zuteilung von Energiemengen der betrachteten Prosumer erreicht. Hierbei wird die zugeteilte Energiemenge eines Prosumers reduziert, der bei einer Erhöhung einer Energiemenge eine hohe Kostenzunahme verzeichnet. Um den Energieverbrauch gegenüber der Energieerzeugung im Stromnetz ausgeglichen zu halten, das heißt die Summe der Energiemengen über alle Prosumer ist Null, wird die reduzierte Energiemenge einem anderen Prosumer zur Verfügung gestellt, wobei die Zunahme der Energiemenge für den anderen Prosumer eine geringere Kostenzunahme verursacht. Hiermit findet zwar eine lokale Verschiebung der zugewiesenen Energiemengen statt, jedoch bleibt der Energiemengenverbrauch versus der Energiemengenerzeugung ausbalanciert. Zudem wird eine Reduktion der Kosten im gesamten Stromnetz ermöglicht.
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Diese Erweiterung kann dadurch ergänzt werden, dass die Energiemengen der durch den ersten und zweiten Vertreter repräsentierten Prosumer durch die neuen Energiemengen (E1W, E2W) ersetzt und die Schritte vorangegangenen Erweiterung wiederholt werden. Hierdurch lässt sich eine Kostenoptimierung bei der Zuteilung von Energiemengen in heuristischer Art und Weise gewährleisten.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Zuteilung einer Energiemenge pro Prosumer, mit folgenden Einheiten:
Erste Einheit zum Ermitteln einer maximalen Energiemenge und einer minimalen Energiemenge für jeden Prosumer;
Zweite Einheit zum Generieren der jeweiligen Energiemenge derart, dass
eine relative Lage der Energiemenge innerhalb eines durch die minimale Energiemenge und die maximale Energiemenge definierten Intervalls des jeweiligen Prosumers derart herstellbar ist, dass die relativen Lagen der Prosumer einen identischen Wert einnehmen,
eine Summe der Energiemengen der Energiemengen einen Wert Null ergibt.
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Hierdurch lässt die das Verfahren gemäß den zuvor beschriebenen Vorteilen implementieren und ausführen. Ferner können weitere Einheiten Erweiterungen der Erfindung realisieren und ausführen.
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Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 Ablaufdiagramm und Aufbau einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens in einer ersten Variante;
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2 Übersicht verschiedener Energiemengen für ein Ausführungsbeispiel;
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3 Ablaufdiagramm und Aufbau einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens in einer zweiten Variante;
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4 Kostenfunktionen zur Darstellung von Kosten pro jeweiligen Energiemengenwert;
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5 Ablaufdiagramm und Aufbau einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens in einer dritten Variante;
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Durchführung des Verfahrens zum Zuteilen von Energiemengen.
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In einem ersten Schritt S1 wird beispielsweise durch eine zentrale Einheit von den Prosumern P1, ..., P5 ihre jeweiligen minimalen Energiemengen EN1, ..., EN5 und ihre maximalen Energiemengen EX1, ..., EX5 abgefragt, siehe Pfeil PFL. In 2 sind die jeweiligen minimalen und maximalen Energiemengen pro Prosumer in einem Beispiel zu sehen.
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Im Allgemeinen definiert die maximale Energiemenge diejenige Energiemenge, die ein Prosumer in einem Zeitintervall maximal verbrauchen oder minimal erzeugen kann. Analog dazu definiert die minimale Energiemenge diejenige Energiemenge, die ein Prosumer in einem Zeitintervall minimal verbrauchen oder maximal erzeugen kann. In 2 stehen negative Energiemengenwerte für Bereitstellung von Energiemengen und positive Energiemengenwerte für Verbrauch von Energiemengen. Im Allgemeinen können negative Werte auch für Verbrauch zusammen mit positiven Werten für Erzeugung verwendet werden.
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In einem zweiten Schritt S2 werden die jeweiligen Energiemengen E1, ..., E5 derart generiert, dass zum einen eine relative Lage R1, ..., R5 der Energiemenge innerhalb eines durch die minimale Energiemenge und die maximale Energiemenge definierten Intervalls des jeweiligen Prosumers für alle Prosumer einen identischen Wert einnimmt und zum anderen eine Summe der Energiemengen einen Wert 0 ergibt. Spezielle Ausführungsformen des zweiten Schritts S2 werden nachfolgend anhand von zwei Ausführungsvarianten dargstellt.
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Nach Bereitstellen der jeweiligen Energiemengen wird das Zustandsdiagramm im Zustand END beendet.
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Im Folgenden wird das Verfahren anhand eines ersten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei wird insbesondere auf Verarbeitungsschritte S21, S22, die in 1 Teilschritte des zweiten Schritts S2 sind, eingegangen. 3 zeigt diese Verarbeitungsschritte.
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2 zeigt zunächst die minimalen Energiemengen und maximalen Energiemengen pro Prosumer. Die Energiemengen werden beispielsweise in Kilowattstunde (kWh) angegeben. Positive Werte entsprechen beispielsweise einem Energieverbrauch, negative Werte einem Bereitstellen von Energie, das heißt einer Energieerzeugung.
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Beispielsweise gibt der fünfte Prosumer P5 mit i = 5 als minimale Energiemenge EN5 = 10 und als maximale Energiemenge EX5 = 20 an. Der fünfte Prosumer ist ein reiner Energieverbraucher.
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Der zweite Prosumer P2 ist ein reiner Energieerzeuger, der Energiemengen im Intervall EN5 = –80 bis EX5 = –70 bereitstellen kann.
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Es wird besonders auf den ersten Prosumer P1 hingewiesen, der als minimale Energiemenge EN1 = –10 und eine maximale Energiemenge EX5 = 10 angibt. Das bedeutet, dass der erste Prosumer sowohl die Möglichkeit hat Energie abzugeben, als auch Energie zu konsumieren. Dieser Prosumer ist beispielsweise ein Elektroauto, welches über seine Batterie Energie speichert beziehungsweise abgeben kann.
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Die maximale Gesamtenergiemenge EXG berechnet sich durch Summation der jeweiligen maximalen Energiemengen EXi zu
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Im Beispiel gemäß 2 ist EXG = 80.
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Die minimale Gesamtenergiemenge ENG wird durch Summation der minimalen Energiemengen berechnet als
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Für das Beispiel gemäß 2 ist ENG = –20.
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Die Bildung der minimalen und maximalen Energiemengen wird durch den Teilschritt S21 durchgeführt. Weitere Schritte des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels können durch den Teilschritt S22 absolviert werden.
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Eine erste Energiemenge ED1 wird durch Differenzbildung der maximalen Gesamtenergiemenge EXG und der minimalen Gesamtenergiemenge ENG, das heißt durch ED1 = EXG – ENG = 100, gebildet.
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Folgend wird für jeden Prosumer eine zweite Energiemenge ED21, ..., ED25 durch Differenzbildung der jeweiligen maximalen Energiemenge EX1, ..., EX5 und der jeweiligen minimalen Energiemenge EN1, ..., EN5 erzeugt, beispielsweise ED21 = EX1 – EN1. In 2 sind die jeweiligen zweiten Energiemengen für das Rechenbeispiel eingetragen.
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Ferner wird pro Prosumer ein Energiefaktor EF1, ... EF5 durch Multiplikation der jeweiligen zweiten Energiemenge ED2i mit dem Kehrwert der ersten Energiemengen ED1 gebildet. Beispielsweise für den dritten Prosumer P3 bedeutet dies EF3 = ED23/ED1 = 40/100 = 0,40. Eine weitere Zeile in 2 gibt die Werte für den jeweiligen Energiefaktor wieder.
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In einem weiteren Verarbeitungsschritt werden nun die jeweiligen Energiemengen E1, ..., E5 durch Addition der jeweiligen minimalen Energiemenge und dem Produkt aus einem Betrag der minimalen Gesamtenergiemenge und dem jeweiligen Energiefaktor gebildet. Also lautet die Berechnungsformel für diesen Schritt: Ei = ENi + |ENG|·EFi = ENi – ENG·EFi
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Das Auflösen des Betrags ergibt sich dadurch, dass die minimale Gesamtenergiemenge immer negativ oder Null ist, da ansonsten kein Gleichgewicht zwischen Energieverbrauch und Energieerzeugung möglich ist.
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Die Summe der ermittelten Energiewerte E1, ..., E5 ergibt Null. Somit sind das Angebot und die Nachfrage nach Energiemengen ausgeglichen.
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In einem alternativen zweiten Ausführungsbeispiel hierzu werden folgende Teilschritte durchlaufen, siehe 3:
Erzeugen eines Energieverhältnisses EV durch Multiplizieren der maximalen Gesamtenergiemenge EXG mit dem Kehrwert der minimalen Energiemenge ENG, das heißt EV = EXG / ENG.
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In vorliegenden Beispiel ist EV = 80/(–20) = –4.
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Erzeugen von Zwischenwerten Z1, ..., Z5 pro Prosumer durch Subtrahieren eines Produkts aus dem Energieverhältnis EV und der jeweiligen minimalen Energiemenge von der jeweiligen maximalen Energiemenge pro Prosumer, das heißt Zi = EXi – EV·ENi = EXi – EXG·ENi / ENG beispielsweise für den zweiten Prosumer
Z2 = –70 – (80·(–80))/(–20) = –70 – 640/20 = –390.
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Ferner wird die jeweilige Energiemenge pro Prosumer durch Multiplikation aus dem jeweiligen Zwischenwert und dem Kehrwert aus Subtraktion des Energieverhältnisses EV von einem Wert 1 gebildet. Das bedeutet, Ei = Zi / (1 – EV) beispielsweise für den zweiten Prosumer E2 = –390/(1 – (–4)) = –78.
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Schließlich können die erzeugten Energiemengen E1, ..., E5 an die Prosumer zurückgemeldet werden, damit diese in einem kommenden Zeitintervall die zu konsumierenden oder zu bereitstellenden Energiemengen zur Verfügung haben.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens kann eine Länge eines zukünftigen Zeitintervalls TN eingestellt werden, siehe dritter Schritt S3 in 3. Dabei kann die Länge des zukünftigen Zeitintervalls äquidistant sein. Alternativ dazu kann im Falle einer Zunahme einer Differenz zwischen maximaler und minimaler Gesamtenergie eines aktuellen Zeitintervalls TN gegenüber einer Differenz zwischen maximaler und minimaler Gesamtenergiemenge eines zum aktuellen Zeitintervall früheren Zeitintervalls TN – 1 die Länge des zukünftigen Zeitintervalls dynamisch angepasst, wie bspw. verkürzt, werden.
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Die folgende Darstellung zeigt eine minimale und maximale Gesamtenergiemenge ENG, EXG in kWh für das frühere, aktuelle und zukünftige Zeitintervall, die jeweiligen Differenz aus EXG – ENG und die Länge des jeweiligen Zeitintervalls in ms (Millisekunden):
| | ENG | EXG | Differenz | Länge |
| TN – 1 | –20 | 100 | 120 | |
| TN | –40 | 100 | 140 | 55 |
| TN1 | | | | 50 |
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In diesem Beispiel nimmt die Differenz zu, so dass das zukünftige Zeitintervall auf 50 ms – anstelle von aktuell 55 ms – verkürzt wird.
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Durch diese Adaptivität des Zeitintervalls wird erreicht, dass die Zuteilung der jeweiligen Energiemengen der Prosumer an aktuelle Gegebenheiten im Stromnetz angepasst werden kann. Insbesondere bei einer Abnahme einer Differenz zwischen maximaler und minimaler Gesamtenergiemenge zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitintervallen ergibt sich der Schluss eines instabileren Stromnetzes mit geringerer Flexibilität bei den einzelnen Prosumern bzgl. ihrer Möglichkeit Energie abzugeben bzw. aufzunehmen. Hierbei kann die Verwendung eines kürzeren zukünftigen Zeitintervalls eine Stabilisierung des Stromnetzes bewirken.
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Mit Hilfe von 4 wird eine Erweiterung des Verfahrens unter Verwendung von Kostenfunktionen FC1, ..., FC5 dargestellt. Diese Erweiterung ist auch in 5 zu sehen, die diese Erweiterung gegenüber 3 im vierten Schritt S4 aufzeigt. Eine Kostenfunktion FCi, beispielsweise FC1 für den Prosumer P1, gibt Kosten C an, zum Beispiel in Euro, die bei Bereitstellung oder Konsumieren von Energiemengen entstehen. Da die einzelnen Prosumer Energiemengenbänder mit maximaler und minimaler Energiemenge vorgeben, kann zur Ermittlung der Energiemengen für ein zukünftiges Zeitintervall auch die Kostenfunktion berücksichtigt werden.
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4 zeigt in Teilfigur (A) eine Kostenfunktion für den Prosumer P1, die von (–10; 100) bis (0; 50) linear abnimmt und dann von (0; 50) bis (20; 45) weiter linear fällt. In dieser Beschreibung repräsentiert die erste Zahl des jeweiligen Zahlenpaares EX, also einen Energiemengenwert, und die zweite Zahl des jeweiligen Zahlenpaares C, also die Kosten bei einem bestimmten Energiemengenwert. Der erste Prosumer P1 hat die Besonderheit, dass er sowohl Energiemengen abgeben als auch aufnehmen kann. Jedoch sind die Kosten bei Abgabe der Energiemengen sehr hoch, weil beispielsweise beim Speichern von Energiemengen mehr Energie aufgewendet werden muss, als später abgegeben werden kann. So ist eine Steigung der Kosten C zwischen den Energiemengenwerten –10 < EX < 0 betragsmäßig größer als im Bereich der Energiemengenwerte 0 < EX < 20. Gemäß dem Ausführungsbeispiel, siehe 2, wurde als Energiemenge dem ersten Prosumer E1 = –4 zugewiesen. Dies ergibt die Kosten C = 70.
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In Teilfigur (B) der 4 ist eine Kostenfunktion für den zweiten Prosumer P2 abgebildet. Der Prosumer P2 ist ein reiner Energieerzeuger, der Energiemengen im Energiemengenband von –80 bis –70 abgibt. Innerhalb dieses Bandes ist seine Kostenfunktion FC2 linear abnehmend und verläuft von (–80; 10) bis (–70; 5). Durch Anwenden des Ausführungsbeispiels gemäß 2 wurde bisher dem Prosumer P2 eine Energiemenge von E3 = –78 zugewiesen. Diese entspricht Kosten von C = 9.
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Aus allen Prosumern wird derjenige ausgewählt, dessen Kostenfunktion in der dazugehörigen Energiemenge betragsmäßig die größte Steigung aufweist. Dies ist der Fall für den ersten Prosumer, sodass dieser im Folgenden als erster Vertreter V1 bezeichnet wird. Zudem wird aus allen Prosumern derjenige ausgewählt, dessen Kostenfunktion in der dazugehörigen Energiemenge betragsmäßig die kleinste Steigung aufweist. Dies ist der Fall für den zweiten Prosumer, sodass dieser im Folgenden als zweiter Vertreter V2 bezeichnet wird.
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Als nächstes werden neue Energiemengen E1W und E2W für den ersten und zweiten Vertreter V1, V2 bestimmt. Beispielsweise betragen die neue Energiemenge E1W = –2 für den ersten Vertreters V1 und die neue Energiemenge E2W = –80 für den zweiten Vertreters V2. Bei der Festlegung der neuen Energiemengen sind folgende Bedingungen gleichzeitig zu erfüllen:
- a) Ein erster Differenzwert, gebildet durch Subtraktion der Energiemenge E1 von der neuen Energiemenge E1W, jeweils bezogen auf den ersten Vertreter, muss zu einem zweiten Differenzwert, gebildet durch Subtraktion der neuen Energiemenge E2W von der Energiemenge E2, jeweils bezogen auf den zweiten Vertreter, identisch sein. Im obigen Beispiel ist
E1W – E1 = –2 – (-4) = 2 und E2 – E2W = –78 – (-80) = 2.
- b) Die neuen Energiemengen E1W, E2W müssen jeweils innerhalb der Energiemengenbänder, definiert durch die minimale und maximale Energiemengen der jeweiligen Vertreter liegen. Innerhalb bedeutet auch, dass die neuen Energiemengen auch die minimale oder maximale Energiemenge sein können. Für die neuen Energiemengen gemäß dem vorliegenden Beispiel ist dies erfüllt.
E1W: –10 <= –2 <= 20
E2W: –80 <= –80 <= –70.
(das Symbol „<=” bedeutet kleiner gleich)
- c) Eine Summe der jeweiligen Kosten der neuen Energiemengen kleiner ist als eine Summe der jeweiligen Kosten der Energiemengen der ersten und zweiten Vertreter.
Summe der Kosten der neuen Energiemengen:
FC1(–2) + FC2(–80) = 60 + 10 = 70
Summe der Kosten der Energiemengen (bisherige Kosten):
FC1(–4) + FC2(–78) = 70 + 8 = 78
Somit ist diese Bedingung erfüllt.
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In einer Erweiterung hierzu werden die Energiemengen durch die neuen Energiemengen der jeweiligen Prosumer ersetzt. Ferner werden die Schritte des Auswählens der Vertreter und die Berechnung neuer Energiemengen für weitere Prosumer iterativ wiederholt, bis entweder eine Verbesserung unter einer vorgebbaren Kosteneinsparung bleibt, oder bis keine zwei Prosumer gefunden werden, die die Bedingungen erfüllen. In 5 ist diese Erweiterung durch einen gestrichelten Pfeil um den vierten Schritt S4 zu sehen.
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Das vorgestellte Verfahren und die dazugehörigen Erweiterungen können durch eine Vorrichtung DEV ausgeführt werden, wobei eine erste Einheit M1 den ersten Schritt S1, eine zweite Einheit M2 den zweiten Schritt S2, eine dritte Einheit M3 den dritten Schritt S3, eine vierte Einheit M4 den vierten Schritt S4 implementieren und ausführen kann. Die zweite Einheit M2 ist überdies derart ausgebildet, dass die spezifischen Verfahrensschritte S21, S22 beider alternativen Ausführungsvarianten implementier- und ausführbar sind. Die Einheiten M1, M4 können in Software, Hardware oder im Kombination aus Soft- und Hardware realisiert werden. Beispielsweise führt ein Prozessor die als Programmcode in einem an den Prozessor angegliederten Speicher abgelegten Schritte S1 bis S4 aus. Ferner verfügt der Prozessor über eine Ein- und Ausgabeschnittstelle mit der die minimalen und maximalen Energiemengen von den Prosumern abgefragt und die ermittelten Energiemengen E1, ..., E5 den Prosumern für ein zukünftiges Zeitintervall zur Verfügung gestellt werden können. Ferner können Zwischenergebnisse der einzelnen Verarbeitungsschritte, wie beispielsweise die minimale und maximale Gesamtenergiemenge oder die Kostenfunktionen FC1, ..., FC5, im Speicher zusätzlich abgelegt werden. Des Weiteren können die Einheiten M1 bis M4 auch durch eine feste Verdrahtung von elektronischen Bauteilen mit einem Speichermodul realisiert werden.
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Die Erweiterungen können beliebig im Rahmen der Verfahren oder der Vorrichtungen kombiniert werden.
