DE102011105158A1 - Method for managing electric energy for controlling energy contract, involves measuring and transmitting mount of energy as data signals to computer which process energy contract and data signals together - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verwalten elektrischer Energie in einem Stromnetz.The invention relates to a method and a device for managing electrical energy in a power grid.
Die Stromversorgung großer Energieanbieter muss so ausgelegt sein, dass einerseits eine ausreichende Grundlast zur Verfügung gestellt ist und andererseits eine ausreichende Kapazität zur Verfügung stehen muss, wenn Spitzenlasten auftreten. Die Bereitstellung von Spitzenlasten erfolgt unter Berücksichtigung von Erfahrungswerten, Berechnungen und Simulationen, wobei trotz weitgehend verlässlicher Abschätzung der benötigten Energiemengen Differenzmengen anfallen, die entweder als Überschuss zur Verfügung stehen oder als fehlende Kapazität das Netz belasten.The power supply of large energy providers must be designed so that on the one hand a sufficient base load is provided and on the other hand a sufficient capacity must be available when peak loads occur. The provision of peak loads takes into account empirical values, calculations and simulations, whereby, despite largely reliable estimation of the required amounts of energy, differential amounts occur which are either available as excess or burden the network as a lack of capacity.
Energieanbieter nehmen von Stromerzeugern Liefermengen ab, die sich nach Erfahrungswerten und Simulationen bestimmen. Der Energieanbieter liefert dem einzelnen Verbraucher Energie über ein Stromnetz, das vom Netzbetreiber nach der zeitlich auftretenden Belastung gesteuert wird. Wird zu viel Energie eingekauft und von den Verbrauchern eines Energieanbieters nicht abgenommen, ist das Netz nicht optimal ausgelastet; wird vom Verbraucher mehr Energie verbraucht als sein Energielieferant eingekauft hat, muss die fehlende Energie teuer hinzugekauft werden, um den Bedarf zu decken. Immer dann, wenn der tatsächliche Verbrauch der Kunden eines Stromanbieters von der vorgehaltenen Liefermenge abweicht, die der Stromanbieter eingekauft hat, können erhebliche Konventionalstrafen an den Stromerzeuger oder den Netzbetreiber fällig werden.Energy suppliers take delivery quantities from power generators based on experience and simulations. The energy provider supplies the individual consumer with energy via a power grid, which is controlled by the grid operator according to the load occurring over time. If too much energy is purchased and not accepted by the consumers of an energy provider, the network is not optimally utilized; if consumers consume more energy than their energy supplier has purchased, the lack of energy has to be bought in excess to meet demand. Whenever the actual consumption of the customers of an electricity supplier deviates from the supply quantity that the electricity supplier has purchased, significant contractual penalties may be due to the electricity producer or the grid operator.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verwalten elektrischer Energie in einem Stromnetz anzugeben, mit dem einerseits kurzfristig Energiemengen aus dem Stromnetz abgezogen werden können (Senke), und andererseits nach Bedarf in das Stromnetz eingespeist (Quelle) werden können, um das Netz gleichmäßig auszulasten.The invention has for its object to provide a method for managing electrical energy in a power grid, on the one hand short amounts of energy can be withdrawn from the power grid (sink), and on the other hand fed as needed in the power grid (source) can be to the grid evenly load.
Die Aufgabe wird nach dem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren gelöst.The object is achieved by the method specified in
Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebene elektrische Energiespeicher kann je nach Bedarf als Quelle, Senke oder auch als Netzstabilisator eingesetzt werden. Liegt z. B. in einem Stromnetz ein Energieüberschuss vor, wird mit einem Energieauftrag an das System veranlasst, dass Energie in den Energiespeicher geladen und somit das Stromnetz belastet wird. Fehlt im Netz Energie, kann kurzfristig z. B. über einen aus dem Energiespeicher phasenrichtig in das Stromnetz elektrische Energie eingespeist werden, um den erhöhten Bedarf zu decken.The operated with the inventive method electrical energy storage can be used as needed as a source, sink or as a network stabilizer. Is z. B. in a power grid before a surplus energy is caused by an energy order to the system that energy is loaded into the energy storage and thus the power grid is charged. If there is no energy in the network, it can be done at short notice. B. on the energy storage in the correct phase in the power grid electrical energy can be fed to meet the increased demand.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es z. B. einem Stromanbieter möglich, das Stromnetz permanent zu überwachen und immer dann einzugreifen, wenn die von ihm berechneten Liefermengen unter- oder überschritten werden. Es kann ein Portal gebildet werden, das nach einem vorgegebenen Regelwerk belastend oder einspeisend in das Stromnetz eingreift und damit die Schwankungsbreite zwischen der im Netz bereitgestellten Energiemenge und der vom Verbraucher abgenommenen Energiemenge reduziert.By the method according to the invention it is z. B. an electricity supplier possible to permanently monitor the power grid and always intervene when the calculated by him delivery quantities are exceeded or exceeded. It can be formed a portal, the loading or intervening in accordance with a predetermined set of rules in the power grid and thus reduces the range of fluctuation between the amount of energy provided in the network and the amount of energy removed by the consumer.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist aber auch ein wirtschaftliches Verwalten von Energie möglich. Ein Benutzer kann z. B. die Energiespeicher durch Verwendung von selbst produzierten Strom aufladen und die eingespeiste Energiemenge erst dann verbrauchen, wenn hierzu Bedarf besteht, z. B. weil die gelieferte Energie teuer ist. Der Benutzer selbst muss hierzu keinen Energiespeicher bereitstellen, sondern kann über ein Portal einen beliebigen der Energiespeicher eines Dritten nutzen, die an das Portal angeschlossen sind. So kann z. B. über Tag durch Solarstrom produzierte Energie als definiertes Energiepaket in einem beliebigen Energiespeicher abgelegt werden und dieses identische Energiepaket vom Benutzer bei Bedarf wieder abgerufen werden, z. B. um es selbst aufzubrauchen oder einem anderen Dritten zur Verfügung zu stellen.But with the method according to the invention is also an economic management of energy possible. A user can, for. B. charge the energy storage by using self-produced electricity and only consume the amount of energy fed when there is a need for such. B. because the energy delivered is expensive. The user himself does not have to provide any energy storage for this, but can use any of the energy storage of a third party, which are connected to the portal via a portal. So z. B. over day produced by solar power energy can be stored as a defined energy package in any energy storage and this identical energy package can be retrieved by the user when needed again, eg. B. to use it yourself or make it available to another third party.
Es ist somit möglich, aufgrund des Verwaltens elektrischer Energie aus einem Stromnetz die elektrische Energie portioniert wie Ware an Börsen einzukaufen oder zu verkaufen, da die dezentralen Energiespeicher jederzeit elektrische Energie aus dem Stromnetz abziehen oder in das Stromnetz einspeisen können. Mit dem Verfahren ist ein portioniertes Verwalten von Energie möglich. Dabei ist ein Energiespeicher ähnlich einer Festplatte in der digitalen Datenverarbeitung partitioniert, wobei die jeweiligen Partitionen eine definierte Energiemenge aufnehmen.It is thus possible, due to the management of electrical energy from a power grid portioned the electrical energy such as goods to stock exchanges or sell, since the decentralized energy storage can always deduct electrical energy from the mains or fed into the grid. The process allows portioned management of energy. In this case, an energy store is partitioned like a hard disk in digital data processing, wherein the respective partitions absorb a defined amount of energy.
Bevorzugt sind die Daten des Energieauftrags und der Datensatz des Messgerätes fälschungssicher zertifiziert oder signiert. Dadurch ist auch sichergestellt, dass die Energieaufträge und die jeweiligen Daten der Ausführung sicher einander zugeordnet werden können, auch wenn mehrere dezentrale Energiespeicher jeweils mit einem gleichen Stromnetz verbunden werden und deren Spannungswandler und Messgeräte über ein Netzwerk mit einem Rechner, insbesondere einem Portal kommunizieren.The data of the energy order and the data set of the measuring device are preferably certified or signed forgery-proof. This also ensures that the energy orders and the respective data of the execution can be safely assigned to each other, even if several decentralized energy storage are each connected to a same power grid and communicate their voltage transformers and measuring devices via a network with a computer, in particular a portal.
Als Energiespeicher eignet sich insbesondere ein Akkuspeicher aus Akkumodulen, insbesondere solche mit auf Lithium basierenden Zellen, so z. B. Lithium-Ionen-Zellen oder dgl. leistungsfähigen Zellen, wobei die geladene elektrische Energie jeweils auf alle Zellen des Akkuspeichers verteilt und aus diesen abgezogen wird. Ein im Akkuspeicher vorhandenes Batteriemanagementsystem (BMS) stellt dabei ein gleichmäßiges Aufladen bzw. ein gleichmäßiges Entladen der Einzelzellen sicher.As energy storage, in particular, a battery storage of accumulator modules, in particular those with lithium-based cells, such. As lithium-ion cells or the like. Powerful cells, wherein the charged electrical energy respectively distributed to all cells of the battery storage and withdrawn from these. A battery management system (BMS) that is available in the rechargeable battery storage ensures even charging or uniform discharging of the individual cells.
Vorteilhaft ist am Standort des Energiespeichers ein Steuergerät vorgesehen, das als Rechner ausgebildet den Energieauftrag nach einem Regelwerk steuert und ausführt und nach Laden der im Energieauftrag festgelegten Energiemenge den Energieauftrag als ausgeführt dem Rechner zurückmeldet. Dabei kann das Pegelwerk anteilig als lokales Regelwerk im Steuergerät abgelegt werden und als anteiliges zentrales Regelwerk in einem übergeordneten Rechner. Zweckmäßig kann der übergeordnete Rechner mit weiteren, dezentralen Rechnern zu einem Rechenzentrum mit einem einzigen, zentralen Regelwerk zusammengefasst werden.Advantageously, a control unit is provided at the location of the energy store, which controls and executes the energy job according to a set of rules as a computer and, after loading the amount of energy specified in the energy order, reports the energy order as executed to the computer. In this case, the level can be proportionately stored as a local rule in the control unit and as a proportionate central set of rules in a parent computer. Suitably, the higher-level computer can be combined with other, decentralized computers to form a data center with a single, central set of rules.
In besonderer Ausführung der Erfindung kann der Rechner das Stromnetz überwachen und nach einem vorgegebenen Regelwerk selbständig einen Energieauftrag auslösen. Dabei kann die Ausführung des Auftrags an einen vorgegebenen Zeitpunkt und/oder an ein vorgegebenes Zeitfenster gebunden werden.In a particular embodiment of the invention, the computer can monitor the power grid and independently trigger a power order according to a predetermined set of rules. In this case, the execution of the job can be bound to a predetermined time and / or to a predetermined time window.
Nach dem Verfahren stellt der oder stellen die dezentralen Speicher ihre verfügbare Speicherkapazität als Quelle und/oder Senke dem Stromnetz online über den Rechner und ein entsprechendes EDV-Portal als Angebot für zweckmäßig registrierte Kunden zur Verfügung. Kunden können damit dynamisch bei Bedarf überschüssige Energiemengen ”parken” oder früher gespeicherte – insbesondere eigene – Energiemengen (Energiepakete) abrufen. Zweckmäßig ist, dass ein potentieller Nutzer am EDV-Portal registriert und angemeldet worden ist. Vorzugsweise besitzt der Auftraggeber eine zertifizierte Identität. Das individuelle Angebotsverhalten einzelner dezentraler Energiespeicher kann umfangreich und komplex in den Regelwerken konfiguriert und hinterlegt werden. Somit kann beispielsweise festgelegt werden, nach welchen Methoden oder Strategien ein Energiespeicher seine Leistungen zur Verfügung stellt, wie viel Restenergie im Energiespeicher verbleiben soll usw..According to the method provides or provide the decentralized storage their available storage capacity as a source and / or sink the power grid online on the computer and a corresponding computer portal as an offer for purposefully registered customers. Customers can use it to dynamically "park" excess amounts of energy when needed, or retrieve previously stored - especially their own - amounts of energy (energy packages). It is expedient that a potential user has been registered and registered on the computerized portal. The client preferably has a certified identity. The individual offer behavior of individual decentralized energy storage systems can be configured and stored in a comprehensive and complex manner in the regulations. Thus, for example, it can be determined according to which methods or strategies an energy storage device makes its services available, how much residual energy is to remain in the energy store, etc.
Angeboten werden können definierte Energiemengen bzw. Speicherkapazitäten (beispielsweise in KWh) oder aber auch dezidierte Leistungsverläufe über eine festlegbare Zeitachse (jeweils für Bezug oder Einspeisung). Es kann definiert werden, zu welchen Zeitpunkten oder aufgrund welcher Trigger-Ereignisse die jeweiligen Energieaufträge ausgeführt und abgefahren werden (zum Beispiel zeitabhängig, kostenabhängig, manueller Trigger, Online-Signal, Entscheidungsbäumen etc.). Ebenfalls können Fristen festgelegt werden, innerhalb derer Energieaufträge abgearbeitet werden sollen. Energieaufträge und Leistungen können nach vorab vereinbarten Preisen oder auf Basis von Online-Auktionen vergeben werden. Ein Speicher kann optional von vielen verschiedenen Kunden benutzt werden. Ein potentieller Kunde muss am Portal vorab registriert worden sein und über ein eindeutiges Kundenzertifikat verfügen, also eine zertifikatsbasierte Identität besitzen. Gemeinsam mit einer Zählerzertifikat des jeweiligen Speichers können dann einzelne Energieaufträge exakt zugeordnet und abgerechnet werden.Can be offered defined amounts of energy or storage capacities (for example, in kWh) or even dedicated performance curves over a definable time axis (each for reference or feed). It can be defined at what times or based on which trigger events the respective energy orders are executed and traversed (for example, time-dependent, cost-dependent, manual trigger, online signal, decision trees, etc.). Likewise, deadlines can be specified within which energy orders are to be processed. Energy orders and services can be awarded at pre-agreed prices or on the basis of online auctions. A memory can optionally be used by many different customers. A potential customer must have been registered in advance on the portal and have a clear customer certificate, ie possess a certificate-based identity. Together with a meter certificate of the respective store, individual energy orders can then be exactly allocated and billed.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst einen Energiespeicher, der als Akkuspeicher ausgebildet und über einen Spannungswandler mit dem Stromnetz verbunden ist. Ein Messgerät dient der Erfassung der zwischen dem Stromnetz und dem Akkuspeicher transportierten elektrischen Energie, wobei das Messgerät und der Spannungswandler mit einem Steuergerät verbunden sind. Dieses Steuergerät kann vor Ort nahe dem Akkuspeicher vorgesehen sein und ist insbesondere ein Rechner, der über ein Netzwerk mit einem übergeordneten Rechner in Verbindung steht. Es kann ausreichend sein, das Steuergerät als Router auszubilden, der über das Netzwerk mit einem Rechner verbunden ist.An apparatus for carrying out the method comprises an energy store, which is designed as a battery store and connected via a voltage converter to the power grid. A meter is used to detect the transported between the power grid and the battery storage electrical energy, the meter and the voltage converter are connected to a controller. This control unit may be provided locally near the battery storage and is in particular a computer which is connected via a network with a higher-level computer in connection. It may be sufficient to design the controller as a router that is connected to a computer via the network.
Vorteilhaft ist der Energiespeicher, der Spannungswandler und das Messgerät als Baueinheit zusammengefasst, wobei die Baueinheit an einem beliebigen Standort – vorteilhaft dreiphasig – an das Stromnetz und – über eine Datenleitung – an ein Netzwerk angeschlossen ist. Die Baueinheit kann in einem Container zusammengefasst sein, der an einem beliebigen Standort aufgestellt werden kann.Advantageously, the energy storage, the voltage converter and the measuring device is combined as a unit, the unit at any location - preferably three-phase - to the mains and - is connected via a data line - to a network. The assembly can be grouped in a container that can be placed at any location.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:Further features of the invention will become apparent from the other claims, the description and the drawings, are shown in the embodiments of the invention. Show it:
In
Der Energiespeicher
Die – an einem beliebigen Standort vorgehaltene – Baueinheit
Im Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass der dargestellte Energiespeicher
Stellt ein Energielieferant fest, dass kurzfristig ein erhöhter Energiebedarf über seiner prognostizierten Liefermenge besteht, so kann er diesen durch Zukauf der im Akkuspeicher
In besonderer Ausbildung der Erfindung kann der zentrale Rechner
Ein erfindungsgemäßer Energiespeicher kann neben der reinen Speicherfunktion insbesondere auch als netzstabilisierende Komponente eingesetzt werden. Im Energiespeicher können Rückspeiseenergien aus dem Verbrauchsnetz (zum Beispiel von Motoren, die im Generatorbetrieb arbeiten) gespeichert und anschließend wieder zur Verfügung gestellt werden. Leistungsspitzen können über den Speicher ”abgefangen” werden, und somit kann die Netzseite hinsichtlich des Lastganges homogenisiert werden. Damit können Blindleistungen kompensiert werden, die dann nicht mehr auf der Netzseite zu Belastungen führen. Als weitere Netzstabilisierung kann ein optionaler USV-Betrieb (unterbrechungsfreie Stromversorgung) realisiert werden. Über definierbare Parameter in den Regelwerken kann der Zustand eines Netzausfalls frühzeitig erkannt werden. Das Versorgungsnetz kann dann abgeschaltet und auf Akkuversorgung umgeschaltet werden. In diesem Fall übernimmt die Leistungselektronik des Energiespeichers die Frequenzregelung des Netzes. Die Wiederankopplung an das Energienetz erfolgt synchronisiert, so dass ein möglichst phasengleiches Umschalten auf Netzbetrieb gewährleistet ist.An inventive energy storage can be used in addition to the pure memory function in particular as a network stabilizing component. In the energy storage regenerative energy from the power grid (for example, engines that operate in generator mode) stored and then made available again. Power peaks can be "intercepted" via the memory, and thus the network side can be homogenized with regard to the load profile. This can be used to compensate for reactive power, which then no longer causes strain on the network side. As additional network stabilization, an optional UPS operation (uninterruptible power supply) can be realized. By means of definable parameters in the regulations, the state of a power failure can be detected early. The supply network can then be switched off and switched to battery power. In this case, the power electronics of the energy storage takes over the frequency control of the network. The reconnection to the power grid is synchronized, so that as close as possible in phase switching to mains operation is guaranteed.
Die Baueinheit
In Weiterbildung der Erfindung können die Energieaufträge in Abhängigkeit von vorgegebenen Regelwerken automatisch ausgelöst werden. Die Regelwerke können in einem zentralen Rechner ebenso abgearbeitet werden wie in den einzelnen Steuergeräten
Alle zwischen der Baueinheit
Der Energiespeicher
Anstelle des Steuergerätes
In
Der angewählte Akkuspeicher
In einer Portaldatenbank des Zentralrechners
Es ist auch möglich, einen einzelnen zertifizierten und signierten Energieauftrag mit mehreren Energiepaketen zu kumulieren. Wird z. B. ein signierter Auftrag
Neben der intelligenten Auftragskennzeichnung des dezentrale Energiespeichers
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2011
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