DE102012108496A1

DE102012108496A1 - Energiewandlervorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen von Regelleistung

Info

Publication number: DE102012108496A1
Application number: DE102012108496.3A
Authority: DE
Inventors: Tobias Assmann; Stefan Seipl; Matthias Schmuderer
Original assignee: ENERSTORAGE GmbH
Current assignee: ENERSTORAGE GmbH
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-04-03
Also published as: WO2014041037A2

Abstract

Erfindungsgemäß ist eine Energiewandlervorrichtung zum Bereitstellen von Regelleistung, mit welcher Energieträger Strom und Gas in Endenergie Strom und Wärme umgewandelt werden vorgesehen. Die Energiewandlervorrichtung umfasst eine Stromheizeinrichtung zum Erwärmen eines Wärmeträgers, eine Kraftwärmekopplungseinrichtung, mit welcher Gas in Strom und Wärme umsetzbar ist, wobei mit der Wärme ein Wärmeträger erwärmt wird, und/oder eine Gasheizeinrichtung zum Erwärmen des Wärmeträgers. Weiterhin ist eine Steuereinrichtung vorgesehen. Die Steuereinrichtung steuert die Zuführung der Energieträger an die Stromheizeinrichtung, die Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder die Gasheizeinrichtung derart, dass automatisch die Intensität des Betriebs der Stromheizeinrichtung, der Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder Gasheizeinrichtung gesteuert wird, um die gewünschte Wärme- und/oder Strommenge bereitzustellen. Die Steuereinrichtung ist derart ausgebildet, dass mit unterschiedlichen Verhältnissen der Energieträger die gewünschte Menge an Wärme und/oder Strom bereitgestellt werden kann, so dass bei Bedarf zumindest der Verbrauch eines Energieträgers erhöht oder verringert werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiewandlervorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Bereitstellen von Regelleistung.
In der DE 10 2008 064 329 A1 ist eine Anordnung zur erweiterten Bereitstellung von Regel- und EEG-Ausgleichsleistung zur Gewährleistung der Systemsicherheit in Elektroenergieverbundsystemen offenbart. Hierbei ist vorgesehen, dass im Rahmen einer Regelzone in lokalen Heißwasser- bzw. Fernnetzen elektrische Dampf- bzw. Heißwassererzeuger zur Bereitstellung von negativer Regelleistung angeordnet sind und mit dem der Regelzone entsprechenden Elektroenergiesystem verbunden sind.
Aus der WO 01/80395 A2 geht ein Verfahren zur Energieerzeugung hervor, bei welchem wenigstens zwei dezentrale Energieerzeuger mit einem Stromnetz verbunden sind und Energie in das Stromnetz einspeisen, wobei ein Wert für die aktuelle Leistung wenigstens eines Energieerzeugers erfasst wird und mit einer Soll-Leistung verglichen wird. Entsprechend dem Ergebnis wird die Leistung der mit dem Stromnetz verbundenen Energieerzeuger angepasst.
In Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) wird gleichzeitig mechanische Energie, die in der Regel unmittelbar in elektrischen Strom umgewandelt wird, und nutzbare Wärme für Heizzwecke (Fernwärme oder Nahwärme) oder für Produktionsprozesse (Prozesswärme) gewonnen. Zumeist stellen KWK-Anlagen Wärme zum Heizen öffentlicher und privater Gebäude bereit oder sie versorgen Betriebe mit Prozesswärme.
Bei KWK-Anlagen ist zwischen strom- und wärmegeführter Auslegung zu unterscheiden. Stromgeführte Anlagen werden derart betrieben, dass eine bestimmte Leistung an elektrischer Energie bereitgestellt wird. Wärmegeführte Anlagen werden derart betrieben, dass eine bestimmte Leistung an thermischer Energie bereitgestellt wird. Der höchste Nutzungsgrad wird mit wärmegeführter Auslegung erzielt, weil dabei die geringsten Energieverluste auftreten. Aus wirtschaftlicher Sicht ist jedoch die stromgeführte Auslegung häufig attraktiver, da mit Strom deutlich höhere Erträge als mit Wärme für den gleichen Betrag an Leistung erzielt werden. Dabei kann die Wärme mittels eines Fernwärmespeichers gespeichert werden. Die erzeugte Wärme wird als warmes Wasser, die sogenannte Fernwärme, oder Wasserdampf über isolierte Rohrleitung zur Gebäudeheizung oder für industrielle Zwecke (Prozesswärme) verwendet.
Kleine bis mittelgroße KWK-Anlagen werden als Blockheizkraftwerke (BHKW) bezeichnet. Diese arbeiten zumeist mittels Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen. Es ist auch möglich zum Betrieb von KWK-Anlagen Dampfturbinen oder Gas- und Dampfturbinen zu nutzen. Blockheizkraftwerke dienen zumeist der Wärmeversorgung eines bestimmten Objekts in der näheren Umgebung, wobei die größeren Heizkraftwerke zur flächigen Fernwärme-Versorgung oder zur Erzeugung von Prozesswärme in der Industrie verwendet werden. Durch die geplante Energiewende erfolgt die Stromerzeugung zunehmend in KWK-Anlagen.
Im Zuge der Energiewende erfolgt die Stromerzeugung auch im immer größeren Maße in Anlagen, die zur Stromerzeugung erneuerbare Energien bzw. regenerative Energien verwenden. Anlagen für erneuerbare Energien (EE-Anlagen) können allerdings kaum zur Stabilisierung von Stromnetzwerken genutzt werden, da diese auf Grund des Betriebes mit Photovoltaik und Windkraft entsprechend des Wind- bzw. Sonnenangebotes fahren und daher ihre Leistung nicht flexibel entfalten können und somit kaum gesicherte Leistung bereitstellen können.
Die Nutzung von erneuerbaren Energien bzw. von regenerativen Energiequellen, wie Windkraft oder Sonnenenergie, macht eine gegenüber konventionell thermischer Energieerzeugung erweiterte Bereitstellung von Regelleistung notwendig.
Derzeit wird die ausfallende Einspeisung von Strom aus Windkraft in Schwachwindphasen oder von Strom aus Photovoltaik- oder Solar-Anlagen meist von thermischen Energieerzeugern ausgeglichen. Dies wird als positive Regelleistung bezeichnet. In Starkwindphasen hingegen ist die Bereitstellung einer negativen Regelleistung erforderlich, da keine dementsprechende Abnahme durch Verbraucher erfolgt.
Hierbei ist es bekannt Pumpenspeicherkraftwerke zu verwenden, um vorhandene Kapazitäten zu erweitern. Bei der Verwendung von Pumpenspeicherkraftwerken sind jedoch Grenzen gesetzt, die durch die verfügbaren Kapazitäten, die begrenzten topographischen Möglichkeiten sowie die Genehmigungsfähigkeit der Erweiterung der vorhandenen Kapazitäten begrenzt sind.
Um die schwankende Energieerzeugung aufgrund von fluktuierender Windkraft auszugleichen sind Druckluftspeicher-Gasturbinen-Kraftwerke bekannt, die gegenüber thermischen Kraftwerken auch negative Regelleistung bereitstellen können. Die Kapazität von Druckluft-Gasturbinen-Kraftwerken kann jedoch in nächster Zeit nicht an die sich wesentlich schneller entwickelnden Kapazitäten der Windkraftanlagen angepasst werden.
Weiterhin ist bekannt bei Nutzung von Windkraft den Bedarf an Regelleistung von Netzstabilisierung, Frequenzhaltung und EEG-Profilstrukturierung durch elektrische Verbindung mit einem weniger sensibel reagierenden System, insbesondere einem Heißwasser- und Fernwärmesystem, bereitzustellen.
In ländlichen Regionen werden mehr und mehr Biogasanlagen errichtet, die größere Mengen von Biogas bereitstellen. Das hierbei erzeugte Biogas übersteigt regelmäßig den Eigenverbrauch der Betreiber und wird bisher in sogenannten Blockheizkraftwerken (BHKW) zur kombinierten Erzeugung von Wärme und Strom verwendet.
Auf der anderen Seite kann das in Biogasanlagen erzeugte Biogas auch in bestehende Gasnetze, wie ein flächendeckendes Erdgas-Netz, eingespeist werden. Hierfür ist es erforderlich, dass in der Nähe der Biogasanlagen entsprechende Leitungen des Gasnetzes verlaufen. Bisher wurde das von einer Biogasanlage erzeugte Biogas in Hochdrucknetzleitungen, den sogenannten Transportleitungen, derartiger Erdgas-Netze eingespeist. Nachteilig hierbei ist, dass die Biogasanlagen möglichst in der Nähe einer schon bestehenden Hochdrucknetzleitung errichtet werden müssten und nicht beliebig im ländlichen Raum, insbesondere in der Nähe der landwirtschaftlichen Betriebe, in denen Biomasse anfällt, gebaut werden können. Dies liegt daran, dass die lokalen örtlichen Gasverteilnetze als sogenannte Mittel- und Niederdruckverteilnetze aufgebaut sind und meist starken Schwankungen in der Gasabnahmemenge unterliegen. Die an einem örtlichen Verteilnetz angeschlossenen Verbraucher sind in der Regel nur einige Hundert und es kann zu starken Schwankungen in der Gasabnahme kommen, insbesondere bei warmen Sommertagen, wenn fast kein Gas aus dem örtlichen Verteilernetz abgenommen bzw. verbraucht wird. Alternativ zur Einspeisung in Erdgas-Transportleitungen ist eine sehr kostenintensive Rückspeisung aus dem Verteilernetz in das Transportnetz möglich.
Für die Einspeisung von Gas, wie z. B. Biogas, in solche örtliche Verteilernetze besteht jedoch das sogenannte Mindest-Strömungsmengen-Kriterium, nach welchem der Volumenstrom von Gas in dem betreffenden Verteilernetz größer sein muss als die eingespeiste Menge an Gas. Dieses Mindest-Strömungsmengen-Kriterium lässt sich in den oben genannten örtlichen Verteilnetzen, die zumeist näher an den Produktionsstätten von Biogas ausgebildet sind, nicht erfüllen. Da dieses Kriterium in Zeiten mit wenig Abnehmern nicht erfüllt ist, ist die Einspeisung von Biogas aus Biogasanlagen in solche örtlichen Verteilnetze nicht möglich.
Die Einspeisung von Biogas erfolgt daher vornehmlich in sogenannte Hochdruck-Netze, wie größere Transportleitungen von Erdgas-Netzen, in welchen ganzjährig ein hoher Volumenstrom und damit eine Erfüllung des genannten Mindest-Strömungsmengen-Kriteriums gewährleistet ist.
Um dennoch Anlagen für Gas aus erneuerbaren Energien, wie z.B. Biogas-, Klärgas-, Windgas- und Grubengasanlagen, im ländlichen Raum, die somit entfernt von Hochdruck-Gasleitungen angeordnet sind, bauen zu können, wurden kostenintensive und entsprechend lange Einspeisungsstichleitungen verlegt, die mit entsprechend hohen Anbindungskosten und Investitionsvolumina verbunden sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die Regelleistung bereitstellen kann und die zumindest einen Wärme- oder Stromabnehmer bedarfsgerecht versorgen kann.
Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgaben die im Patentanspruch 1 und im Patentanspruch 10 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist eine Energiewandlervorrichtung zum Bereitstellen von Regelleistung, mit welcher Energieträger Strom und Gas in Endenergie Strom und Wärme umgewandelt werden, vorgesehen. Die Energiewandlervorrichtung umfasst eine Stromheizeinrichtung zum Erwärmen eines Wärmeträgers, eine Kraftwärmekopplungseinrichtung, mit welcher Gas in Strom und Wärme umsetzbar ist, wobei mit der Wärme ein Wärmeträger erwärmt wird, und/oder eine Gasheizeinrichtung zum Erwärmen des Wärmeträgers. Weiterhin ist eine Steuereinrichtung vorgesehen. Die Steuereinrichtung steuert die Zuführung der Energieträger an die Stromheizeinrichtung, die Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder die Gasheizeinrichtung derart, dass automatisch die Intensität des Betriebs der Stromheizeinrichtung, der Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder Gasheizeinrichtung gesteuert wird, um die gewünschte Wärme- und/oder Strommenge bereitzustellen. Die Steuereinrichtung ist derart ausgebildet, dass mit unterschiedlichen Verhältnissen der Energieträger die gewünschte Menge an Wärme und/oder Strom bereitgestellt werden kann, so dass bei Bedarf an Regelleistung der Verbrauch des entsprechenden Energieträgers erhöht oder verringert werden kann.
Unter dem Begriff Regelleistung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine primäre, sekundäre und tertiäre Regelleistung verstanden, wobei die sekundäre und tertiäre Regelleistung auch eine Ausgleichsenergie bezeichnet und die tertiäre Regelleistung auch eine Minutenreserveleistung bezeichnet.
Der Begriff „Wärme“ umfasst die Wärme in Heißwasser, Dampf und organischen Flüssigkeiten mit einer niedrigen Verdampfungstemperatur.
Durch das Vorsehen einer Steuereinrichtung, die die Zuführung der Energieträger an die Stromheizeinrichtung, die Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder die Gasheizeinrichtung derart steuert, dass automatisch die Intensität des Betriebs der Stromheizeinrichtung, der Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder Gasheizeinrichtung gesteuert wird, um die gewünschte Wärme- und/oder Strommenge bereitzustellen, kann zumindest ein Wärme- oder Stromabnehmer bzw. -Verbraucher bedarfsgerecht bzw. entsprechend der gewünschten Leistung mit Wärme und oder Strom versorgt werden. Die gewünschte Leistung ist die Leistung, die ein Verbraucher zu einem bestimmten Zeitpunkt benötigt.
Ein weiterer Vorteil einer derartigen Steuerung ist, dass die Regelleistung dezentral bereitstellbar ist.
Zudem ist eine zeitnahe Regelung bzw. Echtzeitregelung entsprechend dem akuten Bedarf an Regelleistung möglich. Diese ermöglicht es bei Bedarf ohne zeitliche Verzögerung zu reagieren und positive oder negative Regelleistung bereitzustellen.
Weiterhin ist die Regelleistung stufenlos bereitstellbar.
Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bei der Regelung der Netzfrequenz eines Stromversorgungsnetzes positive und/oder negative Regelleistung bereitstellen. Die Netzfrequenz ist ein Muss für den Versorgungszustand. Eine hohe Netzfrequenz bedeutet, dass mehr elektrische Leistung zur Verfügung steht als notwendig ist und eine niedrige Netzfrequenz bedeutet, dass der Bedarf an elektrischer Leistung größer als die zur Verfügung stehende Leistung ist.
Zudem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bei der Regelung des Druckes eines Gasversorgungsnetzes positive und/oder negative Regeleistung bereitstellen.
Die Steuereinrichtung ist derart ausgebildet, dass mit unterschiedlichen Verhältnissen der Energieträger die gewünschte Menge an Wärme und/oder Strom bereitgestellt werden kann, so dass bei Bedarf zumindest der Verbrauch eines Energieträgers erhöht oder verringert werden kann.
Die erfindungsgemäße Energiewandlervorrichtung kann je nach Bedarf strom- oder wärmegeführt betrieben werden.
Mit der erfindungsgemäßen Energiewandlervorrichtung ist eine spontane automatisierte Anpassung der zugeführten Energieträger an den jeweiligen Angebotszustand möglich, wobei der Gas- und/oder Stromverbrauch entsprechend automatisiert erhöht oder reduziert werden kann, ohne dass sich beim Verbraucher eine Änderung bzgl. der Versorgung mit Strom und Wärme einstellt. Durch die Anpassung des Strom und/oder Gasverbrauchs der Energiewandlervorrichtung kann positive oder negative Regelleistung für das entsprechende Versorgungsnetz bereitgestellt werden.
Beim Betrieb der Energiewandlervorrichtung werden die Energieträger Strom und Gas in einem bestimmten Verhältnis zugeführt, um daraus die gewünschte thermische und/oder elektrische Leistung für den Verbraucher bereitzustellen. Es wird somit Leistung in Form von Strom und Gas zugeführt.
Der Begriff „verfügbare Regelleistung“ bedeutet die Menge an Strom und/oder Gas die pro Zeit durch Änderung des Verhältnisses der zugeführten Energieträger bereitstellbar ist, d.h. die Leistung die als Differenz zum ursprünglichen Verhältnis der Energieträger aus dem entsprechenden Versorgungsnetz zum Betrieb der Energiewandlervorrichtung verwendet werden oder eben nicht verwendet werden kann. Durch das Bereitstellen von positiver oder negativer Regelleistung kann ein Stromversorgungsnetz oder ein Gasversorgungsnetz in vorbestimmten Frequenzbereichen bzw. Druckbereichen gehalten werden. Insbesondere kann mittels der erfindungsgemäßen Energiewandlervorrichtung Regelleistung bereitgestellt werden, wenn diese akut benötigt wird, insbesondere wenn ein hoher Überschuss an Strom und/oder Gas bzw. ein hoher Verbrauch an Strom und/oder Gas eintritt. Somit kann die Energiewandlervorrichtung Regelleistung unverzüglich bereitstellen. Dies ist vor allem dann notwendig, wenn der aktuelle Verbrauch von einer Prognose abweicht, nach der der entsprechende Netzbetrieb die Leistung geplant und bereitgestellt hat.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verschiebung des Nullpunktes bei der Regelung. Hierbei ist vorgesehen im geregelten Nullpunkt Wärme über die Stromheizeinrichtung und über die Kraftwärmekopplungseinrichtung bereitzustellen. An Stelle der KWK-Einrichtung oder zusätzlich zur KWK-Einrichtung kann auch die Gasheizeinrichtung verwendet werden. Als Nullpunkt im Sinne der vorliegenden Erfindung wird der Punkt der Regelung bezeichnet, bei dem keine Regelleistung bereitgestellt wird und das Verhältnis der Energieträger Strom und Gas alleine nach dem Bedarf des jeweiligen Verbrauchers an Strom oder Wärme eingestellt wird. Der Nullpunkt kann auch als Normalbetrieb bezeichnet werden. Üblicherweise wird bei einer KWK-Anlage möglichst viel Energie mit der KWK-Anlage umgesetzt und nicht mit einer Elektroheizeinrichtung, da die KWK-Anlage grundsätzlich effizienter ist. Bei der vorliegenden Erfindung kann es jedoch zweckmäßig sein im Normalbetrieb, d.h. ohne Bereitstellung von Regelleistung, gleichzeitig die KWK-Einrichtung und die Elektroheizeinrichtung zu betreiben. Dieser Betrieb wird als Nullpunktverschiebung bezeichnet, da der geregelte Nullpunkt vom alleinigen Betrieb der KWK-Einrichtung auf einen kombinierten Betrieb der KWK-Einrichtung und der Elektroheizeinrichtung verschoben wird.
Durch diese Nullpunktverschiebung wird die verfügbare Regelleistung und damit die Regelkapazität drastisch erhöht. Wird z.B. zum Regeln eines Stromnetzes eine positive Regelleistung benötigt, so wird die Stromheizeinrichtung reduziert und die Leistung der KWK-Einrichtung erhöht. Hierdurch wird einerseits der Stromverbrauch durch der elektrischen Heizleistung verringert. Zusätzlich wird mit der KWK-Einrichtung mehr Strom erzeugt, der, falls er nicht vor Ort vollständig verbraucht wird, in das Stromnetz eingespeist werden kann.
Andererseits wird bei Bedarf von negativer Regelleistung die elektrische Heizleistung der Stromheizeinrichtung erhöht und die Leistung der KWK-Einrichtung reduziert. Hierdurch kann der Stromverbrauch schlagartig erhöht werden, da mehr Strom zum Heizen sowie Strom benötigt wird, der den zuvor durch die KWK-Einrichtung erzeugten Strom, ersetzt.
Ein derartiger Betrieb kann insbesondere in einem Energiesystem mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien vorteilhaft eingesetzt werden.
Mit der Kombination Stromheizeinrichtung, KWK-Einrichtung und/oder Gasheizeinrichtung und Steuereinrichtung kann zwischen den beiden Extremzuständen, der alleinigen Bereitstellung von Strom und Wärme für den Verbraucher mittels Strom oder mittels Gas umgeschaltet bzw. beliebig variiert werden. Der Verbraucher ist vorzugsweise ein Haushalt mit einem Bedarf weniger als 200 kW, ein Industriekunde mit einem Verbrauch von 200 kW bis 20 MW oder auch ein Fernwärmenetz mit einem Verbrauch größer 20 MW oder ein Speicher. Mit der erfindungsgemäßen Energiewandlervorrichtung können Haushalte oder Industriekunden mit Strom und Wärme versorgt werden, die einen bestimmten Bedarf an Strom und Wärme besitzen, der auch zeitlich variieren kann.
Die Kombination KWK-Einrichtung, Gasheizeinrichtung und Steuereinrichtung macht insbesondere beim stromgeführten Betrieb Sinn, bei dem die KWK-Einrichtung derart betrieben wird, dass die gewünschte Strommenge bereitgestellt wird, wobei evtl. fehlende Wärme mit der Gasheizeinrichtung erzeugt wird.
Die Steuereinrichtung kann zum selbsttätigen Ansteuern zwischen dem Betrieb der Kraftwärmekopplungseinrichtung und der Stromheizeinrichtung und/oder der Gasheizeinrichtung eine Druckmesseinrichtung aufweisen, um den Druck in einem Gasversorgungsnetz zu messen und/oder eine Frequenzmesseinrichtung aufweisen, um die Netzfrequenz in einem Stromversorgungsnetz zu messen, wobei diese Messdaten als Regelgrößen zur selbsttätigen Regelung der Energiewandlervorrichtung durch die Steuereinrichtung dienen.
Die Energiewandlervorrichtung kann auch direkt mit einer EE-Anlage zum Bereitstellen von Strom (Photovoltaikanlage, Windkraftanlage, usw.) und/oder EE-Anlage zum Bereitstellen von Gas (Biogasanlage) verbunden sein. Der Begriff direkt verbunden bedeutet, dass die EE-Anlagen nicht mit einem Versorgungsnetz sondern nur direkt, bspw. über einen entsprechenden Zuführleitungsabschnitt, mit der Energiewandlervorrichtung verbunden ist. Hierbei kann die Energiewandlervorrichtung eine Druckmesseinrichtung, um den Druck in einem Gasspeicher bzw. in einem Gaszuführleitungsabschnitt zu messen und/oder eine Frequenzmesseinrichtung, um die Frequenz in einer Stromzuführleitung zu messen, aufweisen. Diese Messdaten können dann als Regelgrößen zur selbsttätigen Regelung der Energiewandlervorrichtung durch die Steuereinrichtung dienen.
Weiterhin kann die Steuereinrichtung zum zeitgesteuerten Ansteuern zwischen dem Betrieb der Stromheizeinrichtung, der Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder der Gasheizeinrichtung ausgebildet sein.
Die Steuereinrichtung kann auch eine Datenschnittstelle zum Empfangen von Steuerinformationen aufweisen, die zum automatischen Ansteuern zwischen dem Betrieb der Stromheizeinrichtung und der Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder Gasheizeinrichtung dient. Die Datenschnittstelle kann zum Empfangen von Messdaten, insbesondere vom Druck in einem Gasversorgungsnetz und/oder von der Netzfrequenz in einem Stromversorgungsnetz ausgebildet sein, wobei diese Messdaten als Steuergrößen für die Steuereinrichtung dienen. Eine derartige Vorrichtung kann somit mit einer Frequenzmesseinrichtung und/oder einer Druckmesseinrichtung versehen sein, die die Stromfrequenz im Stromversorgungsnetz und/oder den Druck im Gasversorgungsnetz eigenständig misst.
Die Schnittstelle kann als Datenschnittstelle ausgebildet sein. Über diese Datenschnittstelle können Messdaten, wie z.B. des Gasdrucks und/oder der Netzfrequenz vom Versorgungsnetz zugeführt werden, so dass die lokale Steuereinrichtung die Zuführung der Energieträger automatisch steuert. Alternativ können anstelle von Messdaten Steuerdaten übermittelt werden, die den jeweiligen Verbrauch oder Betrieb der Energiewandlervorrichtung vorgeben, um wie viel Gas oder wie viel Strom der Verbrauch zu erhöhen oder zu verringern ist. Die Datenübermittlung kann über ein WAN, wie z.B. dem Internet, erfolgen. Über diese Schnittstelle können alternativ oder zusätzlich zu den Messdaten oder Steuerdaten auch Wetterdaten, insbesondere Windstärken, Außentemperaturen, Sonneneinstrahlung und Wetterprognosedaten übermittelt werden.
Die Schnittstelle kann mit einem Stromversorgungsnetz oder mit einem Gasversorgungsnetz oder mit beiden verbindbar sein. Das bedeutet, dass die Schnittstelle derart ausgebildet ist, dass sie zumindest mit einer Leitwarte eines Stromnetzes oder eines Gasnetzes oder beiden verbindbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Energieversorgungsnetzsystem zum Versorgen von Verbrauchern mit Endenergie Strom und/oder Wärme vor. Dieses Energieversorgungsnetzsystem umfasst eine Leitsteuereinrichtung welche mit zumindest einer Energiewandlervorrichtung derart verbunden ist, dass die Leitsteuereinrichtung bei Bedarf den Verbrauch eines entsprechenden Energieträgers Strom oder Gas an der Energiewandlervorrichtung erhöhen oder absenken kann, um positive oder negative Regelleistung bereitzustellen.
Hierbei können mehrere erfindungsgemäße Energiewandlervorrichtung miteinander verschaltet sein. Die Verschaltung mehrerer Anlagen wird im Folgenden als Pooling bezeichnet. Durch Pooling kann eine höhere Regelkapazität bereitgestellt werden. Diese mehreren miteinander verschalteten Energiewandlervorrichtungen werden vorteilhafterweise von einer zentralen Leitsteuerungseinrichtung angesteuert, wobei die lokalen Steuereinrichtungen lediglich die Regelung anhand des von der zentralen Steuereinrichtung abgegebenen Steuerbefehle ausführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der erfindungsgemäßen Energiewandlervorrichtung ist diese über einen Wärmekreislauf bzw. einen Dampfkreislauf mit einer Wärmeabnahmeeinrichtung bzw. einer Dampfabnahmeeinrichtung verbunden, um die durch die Energiewandlervorrichtung bereitgestellte Wärme und/oder den bereitgestellten Dampf abzuführen und/oder zu speichern.
Insbesondere kann die Dampfabnahmeeinrichtung eine Dampfturbine sein, die aus dem bereitgestellten durch die Energiewandlervorrichtung bereitgestellten Dampf Strom erzeugen kann. Der bereitgestellte Dampf kann auch in einem entsprechenden Dampfspeicher gespeichert werden, bevor er der Dampfturbine zugeführt wird. Durch Vorsehen der Dampfturbine bildet die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Energiespeicher aus. Als Abnahmeneinrichtung kann auch ein Organic Rankine Cycle (ORC) vorgesehen sein. Der ORC ist ein Verfahren zum Betrieb von Dampfturbinen mit einem anderen Arbeitsmittel als Wasserdampf. Als Arbeitsmittel werden organische Flüssigkeiten mit einer niedrigen Verdampfungstemperatur verwendet.
Weiterhin kann die Energiewandlervorrichtung einen einzigen Kessel aufweisen, der sowohl mit einer Elektroheizung als auch mit einer Gasheizung versehen ist. Dies spart Platz und Kosten und ermöglicht dennoch eine äußerst flexible Regelung.
Mit der erfindungsgemäßen Energiewandlervorrichtung lassen sich unter anderem die folgenden Vorteile erzielen:

– Flexibilisierung der Stromerzeugung
– Frequenzstabilisierung in Stromnetzen
– Entlastung des Stromversorgungsnetzes
– Lastmanagement im Stromversorgungsnetz
– Lastmanagement in Gasnetzen auch für Ergasnetze alleine
– Entlastung des Gasversorgungsnetzes
– nahezu beliebige Nullpunktverschiebung
– Speicherkapazität für thermische Energie und Gas

Diese Vorteile werden nachfolgend zur Veranschaulichung anhand einiger kurzer Beispiele erläutert. Die Vorteile werden später anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens noch detaillierter beschrieben.
Die Steuereinrichtung der Energiewandlervorrichtung steuert den Bezug von Gas und Strom und somit die Auslastung von Stromheizeinrichtung, Gasheizeinrichtung und Kraftwärmekopplungseinrichtung. Auf diese Weise ist eine flexible Zusammenstellung der Energieträger möglich. Zudem kann dadurch gezielt eine Versorgungsart (Strom, Gas) und insbesondere das entsprechende Versorgungsnetz entlastet oder belastet werden. Der Bedarf des Verbrauchers an thermischer Energie ist zu jedem Zeitpunkt gedeckt.
Es besteht Wärmebedarf und das Gasnetz soll entlastet werden. Der Wärmebedarf wird von dem Gaskessel und/oder der Kraftwärmekopplungseinrichtung gedeckt. Bei Gasknappheit im Gasversorgungsnetz werden Gaskessel und/oder Kraftwärmekopplungseinrichtung gedrosselt. Der Elektroheizkessel wird eingeschaltet und übernimmt die Wärmeversorgung. Dies führt zu einer Entlastung des Gasnetzes.
Es besteht Wärmebedarf und das Stromnetz soll entlastet werden. Der Wärmebedarf wird vom Elektroheizkessel und vom Gaskessel und/oder Kraftwärmekopplungseinrichtung gedeckt. Bei Überlastung des Stromversorgungsnetzes wird der Elektroheizkessel gedrosselt oder abgeschaltet und der Gaskessel und/oder die Kraftwärmekopplungseinrichtung übernimmt die Wärmeversorgung. Dies führt zu einer Entlastung des Stromversorgungsnetzes.
Durch eine flexible Mischung aus Gas und Strombezug kann das System somit zur Stabilisierung Netzfrequenz verwendet werden.
Der Elektroheizkessel, der Gaskessel und die Kraftwärmekopplungseinrichtung erwärmen einen Wärmeträger, der üblicherweise Wasser ist. An Stelle von Wasser können auch andere Wärmeträger verwendet werden, wie z.B. Öl oder organische Fluide.
Im folgenden wird kurz erläutert, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter Normalfrequenz, Unterfrequenz, Überfrequenz, positiver Regelleistung, negativer Regelleistung und der Nullpunktverschiebung verstanden wird.
Die Normalfrequenz ist die Soll-Netzfrequenz eines Stromversorgungsnetzes. Dies beträgt 50 Hz +/– 200 mHz (gemäß UCTE operations handbook).
Bei einer Unterfrequenz ist das Stromversorgungsnetz unterversorgt, die Netzfrequenz sinkt ab.
Tritt nun eine Unterfrequenz ein, bspw. aufgrund eines erhöhten Stromverbrauchs im Stromversorgungsnetz, dann erhöht das Energiewandlervorrichtung den Gas- und reduziert den Strombezug. Die Stromerzeugung steigt in Folge einer erhöhten Auslastung der Kraftwärmekopplungseinrichtung an, es wird positive Regelenergie zur Verfügung gestellt. Dadurch wird die Netzfrequenz stabilisiert. Demgemäß erfolgt die Bereitstellung thermischer Energie bei Netzunterfrequenz über die Kraftwärmekopplungseinrichtung.
Bei einer Überfrequenz ist das Stromversorgungsnetz überladen, die Netzfrequenz steigt an.
Tritt nun eine Überfrequenz ein, bspw. aufgrund einer erhöhten Stromerzeugung durch Photovoltaikanlagen oder Windkraftanlagen, dann reduziert das Energiewandlervorrichtung den Gas- und erhöht den Strombezug. Die Stromerzeugung sinkt mit verringerter Auslastung der Kraftwärmekopplungseinrichtung und die Bereitstellung thermischer Energie bei Netzüberfrequenz erfolgt über den Elektroheizkessel. Es wird negative Regelleistung zur Verfügung gestellt. Dadurch wird die Netzfrequenz stabilisiert. Somit kann durch Reduzierung des Strombezugs negative Regelleistung bereitgestellt werden, um die Netzfrequenz zu stabilisieren, bspw. bei einem plötzlichen Ausfall eines Verbrauchers.
Bei prognostizierten Gasnetzschwankungen wird der Bezug des Systems zum Lastmanagement zunächst in eine Ausgangslage gebracht. Aus der Ausgangslage kann das Gasnetz flexibel geregelt werden
Bei einem Gasüberangebot, d.h. sollten Erzeuger wie Biogasanlagen o.ä. mehr Gas erzeugen als von den Verbrauchern abgenommen wird, wird der Gasbezug des Systems erhöht. (Beispiel: laue Sommernacht, kaum Heizbedarf). Dies erfolgt dadurch, dass die benötigte Wärmeenergie über die Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder den Gaskessel mittels Gas erfolgt.
Bei einem Gasengpass, d.h. sollten Verbraucher mehr Gas beziehen als von Erzeugern wie Biogasanlagen o.ä. bereitgestellt werden kann, wird der Strombezug des Systems erhöht. (Beispiel: Kälteeinbruch, Heizbedarf steigt) Dies erfolgt dadurch, dass die benötigte Wärmeenergie über den Elektroheizkessel mittels Strom erfolgt.
Eine bisher notwendige Einspeisung des überschüssigen Gases in das Hochdruck-Netz ist nicht notwendig.
Gas und Strombezug werden so gewählt, um das Gasnetz bestmöglich zu entlasten und trotzdem eine Versorgung mit thermischer Energie zu gewährleisten.
In einem normalen Energiesystem kann ein Verbraucher über die Energiewandlervorrichtung mit Strom und Wärme versorgt werden. Unter einem normalen Energiesystem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Energiesystem verstanden, in dem es weder eine extreme Über- noch Unterdeckung gibt.
Rasch verfügbare Regelleistung wird beim zunehmenden Ausbau von Kapazitäten der Elektroenergieerzeugung mit erneuerbaren Energien, wie insbesondere der Windkraftnutzung, benötigt.
Bei der Einspeisung von aus Windkraft erzeugter Energie muss die Netzregelung auch solche spezifischen Extremfälle beherrschen, wie einmal den Verbrauch von erzeugter Überschussenergie in Starkwindphasen und zum anderem die abrupte Abschaltung der Energieerzeugung aus Windkraft durch Sicherheitsabschaltung der Anlagen beim Erreichen deren Leistungsgrenzen.
Die Nutzung von in Heißwassersystemen oder Fernwärmesystemen angeordneter elektrischer Dampf- bzw. Heißwassererzeuger als innerhalb einer Regelzone definierter Stromverbraucher, gestattet es, in Phasen der überschießenden Erzeugung von Energie aus Windkraft diese im Rahmen der jeweiligen Regelzone und im Umfang der erforderlichen Netzregelung sinnvoll zur elektrischen Erzeugung von Wärme einzusetzen. Beim Ausfall des von Windkraftanlagen erzeugten Stromüberschusses, z.B. innerhalb einer Starkwindphase, durch eine Sicherheitsabschaltung, können die mit dem Wärmekreislauf verbundenen elektrischen Dampf- bzw. Heißwassererzeuger im Umfang der erforderlichen Netzregelung auch rasch abgeschaltet werden.
Die Verwendung von in Dampf- bzw. Heißwassersystem befindlichen definierten elektrischen Dampf- bzw. Heißwassererzeugern ist darüber hinaus auch im Rahmen einer Regelzone im Umfang des jeweiligen Energieangebotes zur gewöhnlichen Bereitstellung von erneuerbarer Energie zwecks Erzeugung von Dampf- bzw. Heißwasser geeignet.
Mit der erfindungsgemäßen Energiewandlervorrichtung ist sowohl rasch verfügbare als auch rasch abschaltbare negative Regelleistung durch Verwertung von erzeugten Stromüberschuss in Starkwindphasen mittels elektrischer Dampf- bzw. Heißwassererzeuger in Heißwasser- und Fernwärmesystemen als Stromverbraucher bereitstellbar.
Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Bereitstellen von Regelleistung, bei dem Energieträger Strom und Gas in Endenergie Strom und Wärme umgewandelt werden, und mittels einer Steuereinrichtung die Zufuhr der Energieträger an eine Stromheizeinrichtung und eine Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder eine Gasheizeinrichtung einer Energiewandlereinrichtung derart ansteuert, dass automatisch die Intensität des Betriebs der Stromheizeinrichtung, der Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder der Gasheizeinrichtung gesteuert wird, um die gewünschte Wärme- und/oder Strommenge bereitzustellen, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass mit unterschiedlichen Verhältnissen der Energieträger die gewünschte Menge an Wärme und/oder Strom bereitgestellt wird, so dass bei Bedarf von Regelleistung zumindest der Verbrauch eines Energieträgers erhöht oder verringert werden kann.
Gemäß diesem Verfahren kann der Wärmebedarf in etwa zu. 70 % bis 30 % von der Elektroheizeinrichtung und zu 30 % bis 70 % von der Gasheizeinrichtung und/oder Kraftwärmekopplungseinrichtung gedeckt werden, wobei bei Bedarf von positiver oder negativer Regelleistung im Stromversorgungsnetzes entsprechend die Elektroheizeinrichtung, die Gasheizeinrichtung und/oder die Kraftwärmekopplungseinrichtung die Wärmeversorgung übernimmt.
Der Wärmebedarf kann zu 95 % bis 5 %, bzw. zu 90 % bis 10 %, bzw. zu 80 % bis 20 %, bzw. zu 70 % bis 30 %, bzw. zu 60 % bis 40 % und insbesondere zu 50 % von der Elektroheizeinrichtung und entsprechend zu 5 % bis 95 %, bzw. zu 10 % bis 90 %, bzw. zu 20 % bis 80 %, bzw. zu 30 % bis 70 %, bzw. zu 40 % bis 60 % und insbesondere zu 50 % von der Gasheizeinrichtung und/oder Kraftwärmekopplungseinrichtung gedeckt werden.
Die Steuereinrichtung kann zwischen dem Betrieb der Kraftwärmekopplungseinrichtung und der Stromheizeinrichtung und/oder der Gasheizeinrichtung selbstätig ansteuern, wobei zur selbsttätigen Ansteuerung der Druck in einem Gasversorgungsnetz gemessen und/oder die Netzfrequenz in einem Stromversorgungsnetz gemessen, wird, wobei diese Messdaten als Regelgrößen zur selbsttätigen Regelung der Energiewandlervorrichtung durch die Steuereinrichtung dienen.
Die Steuereinrichtung kann auch derart ausgebildet sein, dass der Betrieb der Stromheizeinrichtung und der Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder der Gasheizeinrichtung zeitgesteuert angesteuert wird.
Die Steuereinrichtung kann eine Datenschnittstelle zum Empfangen von Steuerinformationen aufweisen, die automatisch zwischen dem Betrieb der Stromheizeinrichtung und der Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder Gasheizeinrichtung schaltet.
Die Datenschnittstelle kann Messdaten, insbesondere vom Druck in einem Gasnetzversorgungsnetz und/oder von der Netzfrequenz in einem Stromversorgungsnetz empfangen, wobei diese Messdaten als Steuergrößen für die Steuereinrichtung dienen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Energiewandlervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Energiewandlervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Energiewandlervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Energiewandlervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
5 ein Ausführungsbeispiels der Energiewandlervorrichtung in einem beispielhaften Betriebspunkt,
6 ein Ausführungsbeispiels der Energiewandlervorrichtung in einem beispielhaften Betriebspunkt,
7 ein Ausführungsbeispiels der Energiewandlervorrichtung in einem beispielhaften Betriebspunkt,
8 ein Ausführungsbeispiels der Energiewandlervorrichtung in einem beispielhaften Betriebspunkt,
9 ein Ausführungsbeispiels der Energiewandlervorrichtung in einem beispielhaften Betriebspunkt,
10 ein Ausführungsbeispiels der Energiewandlervorrichtung in einem beispielhaften Betriebspunkt,
11 ein Ausführungsbeispiels der Energiewandlervorrichtung in einem beispielhaften Betriebspunkt,
12 ein Ausführungsbeispiels der Energiewandlervorrichtung in einem beispielhaften Betriebspunkt, und
13 eine schematische Darstellung eines ersten und eines zweiten Regelkreislaufes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Im Folgenden wird anhand von 1 eine erfindungsgemäße Energiewandlervorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die Energiewandlervorrichtung 1 umfasst eine Elektroheizeinrichtung 2, bspw. einen Elektroheizkessel 2, und eine Gasheizeinrichtung, z.B. einen Gaskessel 3. Statt der zwei Kessel 2, 3 kann auch ein einziger Elektro-/Gaskessel 50 vorgesehen sein, der sowohl mit einer Elektroheizung bzw. einer Elektrodenheizung als auch mit einer Gasheizung versehen ist.
Weiterhin weist die Energiewandlervorrichtung 1 eine Kraftwärmekopplungseinrichtung 4 (KWK-Einrichtung) auf.
Zudem ist eine Steuereinrichtung 5 vorgesehen, die die Bauteile der Energiewandlervorrichtung 1 steuerungs- und regelungstechnisch miteinander verbindet.
Die Steuereinrichtung 5 ist über einen Stromzuführleitungsabschnitt 6 mit einem Stromversorgungsnetz 7 verbunden. Die Steuereinrichtung 5 weist eine Netzfrequenzmesseinrichtung 8 auf, um die im Stromversorgungsnetz 7 auftretende Netzfrequenz zu ermitteln.
Weiterhin ist die Steuereinrichtung 5 über einen Gaszuführleitungsabschnitt 9 mit einem Gasversorgungsnetz 10 verbunden. Die Steuereinrichtung 5 weist eine Druckmesseinrichtung 11 zum Bestimmen des Druckes im Gasversorgungsnetz 10 auf.
Die Steuereinrichtung 5 ist über einen Gasleitungsabschnitt 18 sowohl mit dem Gaskessel 3 als auch mit der Kraftwärmekopplungseinrichtung 4 verbunden. Der Gaskessel 3 ist mit einer Wasserzuführleitung 19 und mit einer Wärmeabführleitung 20 versehen. Über die Wasserzuführleitung 19 und die Wärmeabführleitung 20 ist der Gaskessel an einem Wärmekreislauf 21 angeschlossen. Der Wärmekreislauf wird nachfolgend noch detailliert beschrieben.
Der Elektroheizkessel 2 ist über einen Stromleitungsabschnitt 22 mit der Steuereinrichtung 5 verbunden. Der Elektroheizkessel 2 weist ebenfalls eine entsprechende Wasserzuführleitung 19 und eine Wärmeabführleitung 20 auf. Über die Wasserzuführleitung 19 und die Wärmeabführleitung 20 ist der Elektroheizkessel 2 mit dem Wärmekreislauf 21 verbunden.
An den Wärmekreislauf 21 ist ein Verbraucher 25 angeschlossen.
Optional kann an den Wärmekreislauf 21 eine Fernwärmeleitung 23 und/oder ein Wärmespeicher 24 angeschlossen sein, die wiederum über entsprechende Leitungen mit zumindest einem Verbraucher 25 verbunden sind.
Mittels des Wärmespeichers 24 kann die durch die Energiewandlervorrichtung bereitgestellte Wärme gespeichert werden.
Durch das Vorsehen einer Wärmeabnahmeeinrichtung gewinnen sowohl die Gas- als auch die Stromheizeinrichtung an Bedeutung, da dann ein Überschuss an Gas (Überdruck im Versorgungsnetz) und Strom (hohe Stromfrequenz im Versorgungsnetz) verbraucht werden kann und die daraus resultierende Wärmeenergie speicherbar ist.
Weiterhin kann gemäß allen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, dass die Energiewandlervorrichtung 1 über einen Stromleitungsabschnitt 32 und den Stromzuführleitungsabschnitt 6 mit einer lokalen EE-Anlage 30, z.B. einer Photovoltaikanlage, einer Windkraftanlage usw., zum Bereitstellen von Strom aus regenerativen Energien verbunden ist.
Weiterhin kann gemäß allen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, dass die Energiewandlervorrichtung 1 über einen Gasleitungsabschnitt 33 und den Gaszuführleitungsabschnitt 9 mit einer lokalen EE-Anlage 31, z.B. einer Biogasanlage und/oder einem Biogasspeicher 34 usw., zum Bereitstellen von Gas aus regenerativen Energien verbunden ist.
Der Begriff direkt verbunden bedeutet, dass die EE-Anlagen nicht mit einem Versorgungsnetz sondern nur direkt, bspw. über einen entsprechenden Zuführleitungsabschnitt, mit der Energiewandlervorrichtung verbunden sind. Hierbei kann die Energiewandlervorrichtung eine Druckmesseinrichtung, um den Druck in einem Gasspeicher bzw. in einem Gaszuführleitungsabschnitt zu messen und/oder eine Frequenzmesseinrichtung, um die Frequenz in einer Stromzuführleitung zu messen, aufweisen. Diese Messdaten können dann als Regelgrößen zur selbsttätigen Regelung der Energiewandlervorrichtung durch die Steuereinrichtung dienen.
Sofern nichts anderes beschrieben ist weisen die weiteren Ausführungsbeispiele die gleichen Merkmale wie das erste Ausführungsbeispiel auf.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Energiewandlervorrichtung, das im wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, ist eine Dampfturbine 26 vorgesehen, die über einen Dampfkreislauf 27 entsprechend mit der Elektroheizeinrichtung 2, der Gasheizeinrichtung 3 und der KWK-Einrichtung 4 verbunden ist (2). In den Dampfreislauf 27 kann ein Dampfspeicher 28 integriert sein. Die Dampfturbine und der Dampfkreislauf kann auch gemäß einem ORC ausgebildet sein.
Über eine Stromleitung 32 wird die von der Dampfturbine 26 bereitgestellte elektrische Leistung zu einem Verbraucher 25 abgeführt.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 5 der Energiewandlervorrichtung 1 mit einer Leitwarte-Strom 12 eines Stromnetzbetreibers über eine Schnittstelle 13, beispielsweise eine Datenverbindung, verbunden (3). Die Leitwarte-Strom 12 kann mittels einer Fernbedienung 14 über die Schnittstelle 13 die Steuereinrichtung 5 direkt ansteuern.
Eine Leitwarte-Gas 15 eines Gasnetzbetreibers ist ebenfalls über eine Schnittstelle 16, die beispielsweise als Datenverbindung ausgebildet ist, mit der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 5 verbunden. Mittels einer Fernbedienung 17 der Leitwarte ist die Steuereinrichtung 5 direkt vom Gasnetzbetreiber ansteuerbar.
Die Energiewandlervorrichtung kann mit der Leitwarte-Strom 12 eines Stromnetzbetreibers und/oder der Leitwarte-Gas 15 eines Gasnetzbetreibers verbunden sein.
Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, das im wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht, weist die Energiewandlervorrichtung 1 eine Dampfturbine 26, mit Dampfkreislauf 27 und Dampfspeicher 28 auf.
In Folgenden wird die Steuereinrichtung der vorstehenden Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Die Steuereinrichtung kann zum selbsttätigen Ansteuern zwischen dem Betrieb der Kraftwärmekopplungseinrichtung und der Stromheizeinrichtung und/oder der Gasheizeinrichtung eine Druckmesseinrichtung aufweisen, um den Druck in einem Gasversorgungsnetz zu messen und/oder eine Frequenzmesseinrichtung aufweisen, um die Netzfrequenz in einem Stromversorgungsnetz zu messen, wobei diese Messdaten als Regelgrößen zur selbsttätigen Regelung der Energiewandlervorrichtung durch die Steuereinrichtung dienen.
Weiterhin kann die Steuereinrichtung zum zeitgesteuerten Ansteuern zwischen dem Betrieb der Stromheizeinrichtung, der Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder der Gasheizeinrichtung ausgebildet sein.
Die Steuereinrichtung kann auch eine Datenschnittstelle zum Empfangen von Steuerinformationen aufweisen, die zum automatischen Ansteuern zwischen dem Betrieb der Kraftwärmekopplungseinrichtung und Stromheizeinrichtung und/oder Gasheizeinrichtung dient. Die Datenschnittstelle kann zum Empfangen von Messdaten, insbesondere vom Druck in einem Gasversorgungsnetz und/oder von der Netzfrequenz in einem Stromversorgungsnetz ausgebildet sein, wobei diese Messdaten als Steuergrößen für die Steuereinrichtung dienen. Eine derartige Vorrichtung kann somit mit einer Frequenzmesseinrichtung und/oder einer Druckmesseinrichtung versehen sein, die die Stromfrequenz im Stromversorgungsnetz und/oder den Druck im Gasversorgungsnetz eigenständig misst.
Die Schnittstelle kann als Datenschnittstelle ausgebildet sein. Über diese Datenschnittstelle können Messdaten, wie z.B. des Gasdrucks und/oder der Netzfrequenz vom Versorgungsnetznetz zugeführt werden, so dass die lokale Steuereinrichtung die Zuführung der Energieträger automatisch steuert. Alternativ können anstelle von Messdaten Steuerdaten übermittelt werden, die den jeweiligen Verbrauch oder Betrieb der Energiewandlervorrichtung vorgeben, um wie viel Gas oder wie viel Strom der Verbrauch zu erhöhen oder zu verringern ist. Die Datenübermittlung kann über ein WAN, wie z.B. dem Internet, erfolgen.
Die Schnittstelle kann mit einem Stromversorgungsnetz oder mit einem Gasversorgungsnetz oder mit beiden verbindbar sein. Das bedeutet, dass die Schnittstelle derart ausgebildet ist, dass sie zumindest mit einer Leitwarte eines Stromnetzes oder eines Gasnetzes oder beiden verbindbar ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sieht die vorliegende Erfindung ein Energieversorgungsnetzsystem zum Versorgen von Verbrauchern mit Endenergie Strom und/oder Wärme vor. Dieses Energieversorgungsnetzsystem umfasst eine Leitsteuereinrichtung welche mit zumindest einer Energiewandlervorrichtung derart verbunden ist, dass die Leitsteuereinrichtung bei Bedarf den Verbrauch eines entsprechenden Energieträgers Strom oder Gas an der Energiewandlervorrichtung erhöhen oder absenken kann, um positive oder negative Regelleistung bereitzustellen
Hierbei können mehrere erfindungsgemäße Energiewandlervorrichtung miteinander verschaltet. Die Verschaltung mehrerer Anlagen wird im Folgenden als Pooling bezeichnet. Durch Pooling kann eine höhere Regelkapazität bereitgestellt werden. Diese mehreren miteinander verschalteten Energiewandlervorrichtungen werden vorteilhafterweise von einer zentralen Leitsteuerungseinrichtung angesteuert, wobei die lokalen Steuereinrichtungen lediglich die Regelung anhand des von der zentralen Steuereinrichtung abgegebenen Steuerbefehls ausführen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Energiewandlervorrichtung 1 derart ausgebildet, dass in ein bestehendes System aus Gaskessel 3 und/oder Kraftwärmekopplungseinrichtung 4 ein Elektroheizkessel 2 mit einer entsprechenden Steuer-/Regelungseinrichtung 5 integriert wird, um positive und negative Regelleistung im Sinne der vorliegenden Erfindung bereitzustellen.
Bestehende Vorrichtungen zu ergänzen bringt einen erheblichen Kostenvorteil mit sich, da die Anlagekosten aufgrund der geringeren Anzahl an Bauteilen beziehungsweise Komponenten erheblich reduziert sind.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Elektroenergieverbundeinrichtung anhand verschiedener Betriebszustände beschrieben. In den Figuren steht „N“ für den Normalfall und „A“ für auf Abruf.
Gemäß einem ersten Betriebszustand ist sowohl die prognostizierte Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien als auch die prognostizierte Gaserzeugung aus erneuerbaren Energien kleiner als die Menge, die im jeweiligen Netz von Verbrauchern abgenommen wird (5). Daher wird der Strom- und Wärmebedarf eines Industriekunden vollständig durch die KWK-Einrichtung gedeckt, um möglichst wenig relativ teuren Strom aus dem Stromnetz zu beziehen. D.h. der KWK-Einrichtung 4 werden z.B. 30 MW Gas zugeführt, die in 10 MW Strom und 20 MW Wärme umgewandelt werden.
Während des laufenden Betriebes kann nun die Situation eintreten, dass z.B. aufgrund einer zu niedrigen Windprognose die Stromfrequenz im Netz ansteigt, das bedeutet, die Erzeugung übersteigt die Nachfrage. Beispielsweise produziert eine Windkraftanlage oder eine Photovoltaikanlage mehr Strom wie erwartet, beziehungsweise als vom Netz abgenommen werden kann. In diesem Fall kann die Kraft-Wärme-Kopplungseinrichtung der Energiewandlervorrichtung vom Netzbetreiber ausgeschaltet werden und der Elektroheizkessel eingeschaltet werden, so dass die benötigte Wärmeenergie aus günstigem Strom im Elektroheizkessel bereitgestellt wird. D.h. dem Elektroheizkessel 2 werden z.B. 20 MW Strom zugeführt, die in 20 MW Wärme umgewandelt werden. Die zusätzlich benötigten 10 MW Strom können direkt dem Stromversorgungsnetz entnommen werden.
Entsprechend kann es im laufenden Betrieb dazu kommen, dass der Gasdruck im Gasversorgungsnetz ansteigt, beispielsweise, wenn ein großer Verbraucher überraschend abschaltet oder aber auch, wenn in Sommermonaten nachts wenig Gas verbraucht wird, sodass die Produktion an Biogas die Nachfrage übersteigt (6). In diesem Fall ist es nicht mehr möglich aufgrund des Mindest-Strömungsmengen-Kriteriums die erzeugte Gasmenge in das Gasversorgungsnetz einzuspeisen. Nun kann der Netzbetreiber den Gaskessel der Energiewandlervorrichtung über die Fernbedienung anschalten, um einen Wärmespeicher aufzufüllen. Auf diese Weise wird mehr Gas aus dem Gasversorgungsnetz entnommen, um den Überdruck abzubauen. D.h. der KWK-Einrichtung 4 werden z.B. 30 MW Gas zugeführt, die in 10 MW Strom und 20 MW Wärme umgewandelt werden. Zusätlich können dem Gasheizkessel 3 20 MW Gas zugeführt werden, die in 20 MW Wärme umgewandelt werden und in einem Wärmespeicher gespeichert werden.
Gemäß einem zweiten Betriebszustand der erfindungsgemäßen Energiewandlervorrichtung wird ein deutlicher Stromüberschuss im Netz erwartet (7). Ein derartiger Stromüberschuss kann beispielsweise durch einen Sturm hervorgerufen werden, sodass bspw. Windkraftanlagen mehr Strom produzieren oder auch in der Nacht, wenn der Stromverbrauch im Allgemeinen niedriger ist. Gemäß diesem Betriebszustand ist vorgesehen, dass der Netzbetreiber über eine Fernbedienung die Energiewandlervorrichtung derart ansteuert, dass der Strombedarf eines Industriekunden direkt aus dem Netz gedeckt wird und die benötigte Wärmeenergie über den Elektroheizkessel bereit gestellt wird. Auf diese Weise wird die Gasabnahme reduziert und aufgrund des geringeren Strompreises auf kostengünstige Art und Weise Strom und Wärme bereitgestellt. D.h. dem Elektroheizkessel 2 werden z.B. 20 MW Strom zugeführt, die in 20 MW Wärme umgewandelt werden. Die zusätzlich benötigten 10 MW Strom können direkt dem Stromversorgungsnetz entnommen werden.
Nun kann der Fall eintreten, dass z.B. nicht die erwartete Menge an Strom aus Windenergie in das Netz eingespeist wird, da die Windprognose falsch oder schlichtweg zu hoch ausgefallen ist. Dadurch sinkt die Stromfrequenz im Netz, da die Nachfrage die Erzeugung übersteigt. Gemäß diesem Betriebszustand kann der Netzbetreiber die benötigte positive Regelleistung, das heißt, die elektrische Energie bereitstellen, indem über die Fernbedienung die Kraft-Wärme-Kopplungseinrichtung der Energiewandlervorrichtung angeschaltet wird und der Elektroheizkessel abgeschaltet wird. D.h. der KWK-Einrichtung 4 werden z.B. 30 MW Gas zugeführt, die in 10 MW Strom und 20 MW Wärme umgewandelt werden.
Weiterhin kann es gemäß diesem Betriebszustand dazu kommen, dass der Gasdruck im Gasversorgungsnetz ansteigt, dies bedeutet, dass die Erzeugung wieder die Nachfrage übersteigt, z.B. da ein Großverbraucher überraschend abgeschaltet hat (8). Somit wäre es nicht mehr möglich Gas aus einer Biogasanlage ins Gasversorgungsnetz einzuspeisen. In diesem Fall kann ein Netzbetreiber über die Fernbedienung die Energiewandlervorrichtung derart ansteuern, beziehungsweise die negative Regelleistung in Form von Gasverbrauch bereitstellen, indem der Gaskessel der Energiewandlervorrichtung eingeschaltet wird und einen entsprechenden Wärmespeicher auffüllt. D.h. der KWK-Einrichtung 4 werden z.B. 30 MW Gas zugeführt, die in 10 MW Strom und 20 MW Wärme umgewandelt werden. Zusätzlich können dem Gasheizkessel 3 20 MW Gas zugeführt werden, die in 20 MW Wärme umgewandelt werden und in einem Wärmespeicher gespeichert werden.
Gemäß einem dritten Betriebszustand liegt die Situation vor, dass ein deutlicher Gasüberschuss im Netz erwartet wird (9). Dies ist beispielsweise der Fall, wenn in einer warmen Sommernacht in einem Verteilnetz mit Bioerdgas-Einspeisung wenig Gas verbraucht wird. Hierbei kann mittels der erfindungsgemäßen Energiewandlervorrichtung der Strom- und Wärmebedarf des Industriekunden vollständig durch die Kraft-Wärme-Kopplungseinrichtung der Energieverbundvorrichtung abgedeckt werden, um möglichst wenig teueren Strom aus dem Stromversorgungsnetz beziehen zu müssen. Parallel dazu kann der Gaskessel mit Gas aus dem Gasversorgungsnetz betrieben werden, um den Wärmespeicher aufzufüllen, um somit den Gasbezug zu maximieren und auf diese Weise erneut eine negative Regelleistung in Form von Gasverbrauch bereitzustellen. D.h. der KWK-Einrichtung 4 werden z.B. 30 MW Gas zugeführt, die in 10 MW Strom und 20 MW Wärme umgewandelt werden. Zusätzlich können dem Gasheizkessel 3 20 MW Gas zugeführt werden, die in 20 MW Wärme umgewandelt werden und in einem Wärmespeicher gespeichert werden.
Gemäß diesem Betriebszustand kann jetzt die Situation eintreten, dass die Stromfrequenz im Netz steigt, d.h., die Erzeugung übersteigt die Nachfrage. Dieser Fall kann beispielsweise wieder aufgrund einer zu niedrigen Windprognose eintreten. In diesem Fall wird die Energiewandlervorrichtung über die Fernbedienung vom Netzbetreiber derart angesteuert, dass die Kraft-Wärme-Kopplungseinrichtung abgeschaltet wird und der Elektroheizkessel angeschaltet wird, um mittels des günstigen Stroms den Elektroheizkessel zu betreiben. Auf diese Weise wird die benötigte negative Regelleistung in Form von Stromverbrauch bereitgestellt und der Wärmespeicher aufgefüllt. D.h. dem Stromheizkessel 3 werden 20 MW Gas zugeführt, die in 20 MW Wärme umgewandelt werden und die in einem Wärmespeicher gespeichert werden.
Gemäß diesem Betriebszustand kann die Situation eintreten, dass der Gasdruck im Netz sinkt, d. h., die Produktion ist kleiner als die Nachfrage (10). Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Gaserzeugung aus erneuerbaren Energien überraschend ausfällt (wenig Wind, wenig Sonne). Gemäß diesem Betriebszustand kann der Netzbetreiber die erfindungsgemäße Energiewandlervorrichtung derart ansteuern, dass der Gaskessel abgeschaltet wird und somit aufgrund des wenig geringeren Gasverbrauchs die benötigte positive Regelleistung bereitgestellt wird.
Gemäß einem vierten Betriebszustand wird die erfindungsgemäße Energiewandlervorrichtung in einem Energiesystem mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien eingesetzt (11). Hierbei ist vorgesehen, den Wärmebedarf des Industriekunden zur einen Hälfte aus der Kraft-Wärme-Kopplungseinrichtung und zur anderen Hälfte aus dem Elektroheizkessel zu decken und den Strombedarf zur einen Hälfte aus der Kraft-Wärme-Kopplungseinrichtung und zur anderen Hälfte durch Bezug aus dem Stromversorgungsnetz zu decken, um eine maximale Flexibilität der Energiewandlervorrichtung sicherzustellen. D.h. der KWK-Einrichtung 4 werden z.B. 15 MW Gas zugeführt, die in 5 MW Strom und 10 MW Wärme umgewandelt werden. Dem Elektroheizkessel werden z.B. 10 MW Strom zugeführt, die in 10 MW Wärme umgewandelt werden. Die restlichen 5 MW Strom werden durch das Stromversorgungsnetz bereitgestellt.
Durch diese Flexibilität kann die Energiewandlervorrichtung die Stromfrequenz im Netz stabilisieren, da sowohl positive als auch negative Regelleistung angeboten werden kann. Dies erfolgt gemäß dem bereits mehrfach erläuterten Prinzip dass, wenn die Stromfrequenz im Netz ansteigt, wird entsprechend die Kraft-Wärme-Kopplungseinrichtung ausgeschaltet und der Elektroheizkessel eingeschaltet, so dass dieser die Bereitstellung von Wärmeenergie vollständig übernimmt. Sollte die Stromfrequenz im Stromversorgungsnetz sinken, wird die Kraft-Wärme-Kopplungseinrichtung eingeschaltet, um elektrische Energie und Wärme bereitzustellen, der Gaskessel wird ebenfalls eingeschaltet, um Wärmeenergie bereitzustellen und entsprechend wird der Elektroheizkessel ausgeschaltet.
Auch hierbei ist es möglich, mittels der erfindungsgemäßen Energiewandlervorrichtung eine negative Regelleistung für das Gasversorgungsnetz bereitzustellen (12). Wenn der Gasdruck im Netz steigt, d. h., die Erzeugung übersteigt die Nachfrage, wenn beispielsweise ein Großverbraucher überraschend kein Gas mehr aus dem Gasversorgungsnetz bezieht, dann wird der Gaskessel angeschaltet, um den Wärmespeicher aufzufüllen. Auf diese Weise wird wieder negative Regelleistung bereitgestellt. D.h. dem Stromheizkessel 3 werden 20 MW Gas zugeführt, die in 20 MW Wärme umgewandelt werden und die in einem Wärmespeicher gespeichert werden.
Das Grundprinzip der oben erläuterten Ausführungsformen wird anhand der 13 zusammenfassend erläutert:
Die Energiewandlervorrichtung 1 ist mit dem Stromversorgungsnetz 7 und/oder mit dem Gasversorgungsnetz 10 verbunden. Über diese Verbindungen werden der Energiewandlervorrichtung 1 die Energieträger Strom und/oder Wärmein einem bestimmten Verhältnis zugeführt.
Die Energiewandlervorrichtung 1 gibt dann die aus dem Strom und/oder dem Gas erzeugte Endenergie in Form von Wärme und/oder Strom an den Verbraucher 25 ab.
Über die Steuereinrichtung 5 wird die Bereitstellung an elektrischer und/oder thermischer Leistung an den Verbraucher geregelt. Diese Regelung umfasst einen ersten Regelkreis 35. Im ersten Regelkreis 35 wird der vom Verbraucher 25 gewünschte Bedarf an Strom und/oder Wärme (= Sollgröße) durch die Zufuhr von Strom und/oder Gas (= Stellgröße) eingestellt, wobei mit einem Sensor der tatsächlich bereitgestellte Strom und/oder die tatsächlich bereitgestellte Wärme (= Istgröße) gemessen wird. An Stelle der Erfassung der Istgröße mittels eines Sensors ist es auch möglich, die tatsächlich zugeführte Menge an Strom und Gas zu bestimmen und hieraus die erzeugte Wärme bzw. den erzeugten Strom zu berechnen. Der Unterschied zwischen der Istgröße und der Sollgröße wird ausgeregelt.
Zusätzlich ist ein zweiter Regelkreis 36 vorgesehen, mit dem ein gewünschter Versorgungszustand des Netzes 7, 10, das heißt eine gewünschte Netzfrequenz bei Stromnetzen und/oder ein gewünschter Druck bei Gasnetzen (= Sollgröße) durch die Variation der Zufuhr von Strom und/oder Gas (= Stellgröße) eingestellt wird, wobei mit einem Sensor der tatsächliche Versorgungszustand gemessen wird (= Istgröße; gemessene Netzfrequenz beziehungsweise gemessener Druck) und der Unterschied zwischen der Istgröße und der Sollgröße ausgeregelt wird.
Die Besonderheit dieser beiden Regelkreise liegt darin, dass die Stellgrößen beider Regelkreisen miteinander gekoppelt sind. Der erste Regelkreis 35 gibt vor, wie viel Leistung insgesamt der Energiewandlervorrichtung 1 zuzuführen ist. Da die Stellgröße des ersten Regelkreises zwei Komponenten, nämlich den Strom und das Gas umfasst, kann das Verhältnis von Strom und Gas verändert werden, ohne dass dies die Regelung des ersten Regelkreises 35 beeinträchtigt. Dieser Freiheitsgrad in der Stellgröße des ersten Regelkreises wird zur Regelung des zweiten Regelkreises genutzt. Denn durch Verändern des Verhältnisses der Zuführung von Strom und Gas kann die Netzfrequenz und/oder der Druck in einem Gasnetz positiv im Sinne des zweiten Regelkreises beeinflusst werden.
Ein weiterer Freiheitsgrad ergibt sich im ersten Regelkreis, wenn die Sollgröße alleine der Strom (stromgeführte Regelung) oder alleine die Wärme (wärmegeführte Regelung) ist. Dann ist jeweils die andere Größe an der Ausgangsseite der Energiewandlervorrichtung 1 nicht exakt festgelegt und zumindest in einem gewissen Bereich variabel. Dies kann den Freiheitsgrad bei der Zuführung von Strom oder Gas auf der Eingangsseite der Energiewandlervorrichtung 1 vergrößern. Eine temporäre Erweiterung des Freiheitsgrades der Variierung der Stellgrößen kann auch durch das Vorsehen eines Energie- bzw. Wärmespeichers an der Ausgangsseite der Energiewandlervorrichtung 1, also dem ersten Regelkreis 35, bewirkt werden.
Da Netzbetreiber von Stromnetzen und/oder Gasnetzen aufgrund von Prognosen den Versorgungszustand entsprechend planen und anpassen entspricht im Normalzustand der Sollwert dem Istwert des zweiten Regelkreises, ohne dass Regelleistung durch die Energiewandlervorrichtung 1 bereitgestellt werden muss. Im Normalzustand bzw. im Normalbetrieb nimmt der zweite Regelkreis keinen Einfluss auf die Stellgrößen, das heißt auf die per Strom und Gas der Energiewandlervorrichtung 1 zugeführte Leistung. Dieser Normalbetrieb wird oben als Nullpunkt der Regelung bezeichnet. Dieser Nullpunkt beinhaltet ein bestimmtes Verhältnis von zugeführter Leistung per Strom und Gas, um am Ausgang der Energiewandlervorrichtung 1 eine bestimmten Menge an Wärme oder Strom zur Verfügung zu stellen.
Tritt ein Zustand der Unter- oder Überversorgung im Netzwerk ein, dann führt die Regelung des zweiten Regelkreises 36 zu einer Abweichung des Nullpunktes, das heißt, dass das Verhältnis von zugeführtem Strom und Gas verändert wird.
Der zweite Regelkreis kann auch doppelt ausgeführt sein, so dass gleichzeitig das Gasnetz und das Stromnetz geregelt werden. Bei einer solchen Ausführung ist es zweckmäßig, wenn man einen dieser beiden Regelkreise eine Priorität zuordnet, so dass bei einer gleichzeitigen Anforderung von Regelleistung zu keinem undefinierten Zustand kommt.
Bei den oben erläuterten Ausführungsbeispielen wird die Netzfrequenz als Größe, die zur Beschreibung des Versorgungszustandes des Stromnetzes verwendet wird. Dies ist die übliche Größe, die in der Praxis verwendet wird, um zu detektieren, ob ein Überversorgungs- oder ein Unterversorgungszustand im Stromnetz besteht. Grundsätzlich sind auch andere Messgrößen zur Feststellung des Versorgungszustandes in einem Stromnetz möglich. Diese können gleichermaßen an Stelle der Netzfrequenz verwendet werden. Insbesondere können solche Messgrößen auch Netzspannungen und Phasenverschiebungen und hieraus kombinierte Messgrößen sein.
Bezugszeichenliste

1: Energiewandlervorrichtung
2: Elektroheizeinrichtung
3: Gasheizeinrichtung
4: Kraft-Wärme-Kopplungseinrichtung
5: Steuereinrichtung
6: Stromzuführleitungsabschnitt
7: Stromversorgungsnetz
8: Netzfrequenzmesseinrichtung
9: Gaszuführleitungsabschnitt
10: Gasversorgungsnetz
11: Druckmesseinrichtung
12: Leitwarte Strom
13: Schnittstelle
14: Fernbedienung
15: Leitwarte Gas
16: Schnittstelle
17: Fernbedienung
18: Gasleitungsabschnitt
19: Wasserzuführleitung
20: Wärmeabfuhrleitung
21: Wärmekreislauf
22: Stromleitungsabschnitt
23: Fernwärmeleitung
24: Wärmespeicher
25: Verbraucher
26: Dampfturbine
27: Dampfkreislauf
28: Dampfspeicher
29: Stromleitung
30: EE-Anlage
31: EE-Anlage
32: Stromleitungsabschnitt
33: Gasleitungsabschnitt
34: Gasspeicher
35: erster Regelkreisllauf
36: zweiter Regelkreislauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008064329 A1 [0002]
WO 01/80395 A2 [0003]

Claims

Energiewandlervorrichtung zum Bereitstellen von Regelleistung, mit welcher Energieträger Strom und Gas in Endenergie Strom und Wärme gewandelt werden, umfassend – eine Stromheizeinrichtung zum Erwärmen eines Wärmeträgers – eine Kraftwärmekopplungseinrichtung, mit welcher Gas in Strom und Wärme um setzbar ist, wobei mit der Wärme der Wärmeträger erwärmt wird, und/oder eine Gasheizeinrichtung zum Erwärmen des Wärmeträgers, – eine Steuereinrichtung zum Steuern der Zuführung der Energieträger an die Kraftwärmekopplungseinrichtung, die Gasheizeinrichtung und/oder die Stromheizeinrichtung derart, dass automatisch die Intensität des Betriebs der Stromheizeinrichtung, der Kraftwärmekopplungseinrichtung und und/oder Gasheizeinrichtung gesteuert wird, um die gewünschte Wärme- und/oder Strommenge bereitzustellen, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass mit unterschiedlichen Verhältnissen der Energieträger die gewünschte Menge an Wärme und/oder Strom bereitgestellt werden kann, so dass bei Bedarf von Regelleistung zumindest der Verbrauch eines Energieträgers erhöht oder verringert werden kann.
Energiewandlervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiewandlervorrichtung eine Gasheizeinrichtung und eine Stromheizeinrichtung umfasst.
Energiewandlervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zum selbsttätigen Ansteuern zwischen dem Betrieb der Stromheizeinrichtung und der Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder der Gasheizeinrichtung eine Druckmesseinrichtung aufweist, um den Druck in einem Gasversorgungsnetz oder einem Gasspeicher zu messen und/oder eine Frequenzmesseinrichtung aufweist, um die Frequenz in einem Stromversorgungsnetz oder einer Stromzuführleitung zu messen, wobei diese Messdaten als Regelgrößen zur selbsttätigen Regelung der Energiewandlervorrichtung durch die Steuereinrichtung dienen.
Energiewandlervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zum zeitgesteuerten Ansteuern zwischen dem Betrieb der Stromheizeinrichtung und der Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder der Gasheizeinrichtung ausgebildet ist.
Energiewandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eine Datenschnittstelle zum Empfangen von Steuerinformationen aufweist, die zum automatischen Ansteuern zwischen dem Betrieb der Stromheizeinrichtung und der Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder Gasheizeinrichtung dienen.
Energiewandlervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenschnittstelle zum Empfangen von Messdaten, insbesondere vom Druck in einem Gasversorgungsnetz und/oder einem Gasspeicher und/oder von der Frequenz in einem Stromversorgungsnetz und/oder einer Stromzuführleitung ausgebildet ist, wobei diese Messdaten als Regelgrößen für die Steuereinrichtung dienen.
Energiewandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiewandlervorrichtung einen einzigen Kessel aufweist, der sowohl mit einer Elektroheizung als auch mit einer Gasheizung versehen ist.
Energiewandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiewandlervorrichtung über einen Wärmekreislauf mit einer Wärmeabnahmeinrichtung verbunden ist, um die durch die Energiewandlervorrichtung bereitgestellte Wärme abzuführen und/oder zu speichern, wobei die Wärmeabnahmeinrichtung ein Verbraucher und/oder ein Wärmespeicher und/oder eine Dampfturbine oder ein ORC ist, die aus dem bereitgestellten Dampf Strom erzeugen kann.
Energieversorgungsnetzsystem zum Versorgen von Verbrauchern mit Endenergie Strom und/oder Wärme, mit einer Leitsteuereinrichtung welche mit zumindest einer Energiewandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 derart verbunden ist, dass die Leitsteuereinrichtung bei Bedarf den Verbrauch eines entsprechenden Energieträgers Strom oder Gas an der Energiewandlervorrichtung erhöhen oder absenken kann, um positive oder negative Regelleistung bereitzustellen.
Energieversorgungsnetzsystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Energiewandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 miteinander verschaltet sind.
Verfahren zum Bereitstellen von Regelleistung, bei dem Energieträger Strom und Gas in Endenergie Strom und Wärme umgewandelt werden, und mittels einer Steuereinrichtung die Zufuhr der Energieträger an eine Stromheizeinrichtung und eine Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder eine Gasheizeinrichtung einer Energiewandlereinrichtung derart ansteuert, dass automatisch die Intensität des Betriebs der Stromheizeinrichtung, der Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder der Gasheizeinrichtung gesteuert wird, um die gewünschte Wärme- und/oder Strommenge bereitzustellen, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass mit unterschiedlichen Verhältnissen der Energieträger die gewünschte Menge an Wärme und/oder Strom bereitgestellt wird, so dass bei Bedarf von Regelleistung zumindest der Verbrauch eines Energieträgers erhöht oder verringert werden kann.
Verfahren gemäß Anspruch 11. dadurch gekennzeichnet, dass Wärmebedarf in etwa zu. 70 % bis 30 % von der Elektroheizeinrichtung und zu 30 % bis 70 % von der Gasheizeinrichtung und/oder Kraftwärmekopplungseinrichtung gedeckt wird, wobei bei Bedarf von positiver oder negativer Regelleistung im Stromversorgungsnetzes entsprechend die Elektroheizeinrichtung, die Gasheizeinrichtung und/oder die Kraftwärmekopplungseinrichtung die Wärmeversorgung übernimmt.
Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zwischen dem Betrieb der Kraftwärmekopplungseinrichtung und der Stromheizeinrichtung und/oder der Gasheizeinrichtung selbstätig ansteuert, wobei zur selbsttätigen Ansteuerung der Druck in einem Gasversorgungsnetz und/oder einem Gasspeicher gemessen und/oder die Frequenz in einem Stromversorgungsnetz und/oder einer Stromzuführleitung gemessen, wird, wobei diese Messdaten als Regelgrößen zur selbsttätigen Regelung der Energiewandlervorrichtung durch die Steuereinrichtung dienen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zwischen dem Betrieb der Stromheizeinrichtung und der Kraftwärmekopplungseinrichtung und/oder der Gasheizeinrichtung zeitgesteuert ansteuert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eine Datenschnittstelle zum Empfangen von Steuerinformationen aufweist, die automatisch zwischen dem Betrieb der Kraftwärmekopplungseinrichtung und Stromheizeinrichtung und/oder Gasheizeinrichtung ansteuert, wobei die Datenschnittstelle Messdaten, insbesondere vom Druck in einem Gasversorgungsnetz und/oder einem Gasspeicher und/oder von der Frequenz in einem Stromversorgungsnetz und/oder einer Stromzuführleitung empfängt, wobei diese Messdaten als Steuergrößen für die Steuereinrichtung dienen.