DE102014217930A1 - Verfahren zum Betrieb einer Energiemanagementeinrichtung, Energiemanagementeinrichtung und Computerprogramm - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Energiemanagementeinrichtung zur Steuerung einer an ein Energieversorgungsnetz angeschlossenen Betriebseinrichtung, wobei die maximal beanspruchte und/oder bereitgestellte Leistung der gesteuerten Betriebseinrichtung wenigstens 3 kW ist, umfassend die Schritte: a. Empfangen eines Informationsdatensatzes, der eine Kopplungsinformation oder einen zeitlichen Verlauf der Kopplungsinformation beschreibt, von einer einem Netzbetreiber eines Energieversorgungsnetzes oder einem Energieversorger zugeordneten Servereinrichtung, wobei die Kopplungsinformation einen Zusammenhang zwischen einer durch die Betriebseinrichtung verursachten Einrichtungslast und einer zu optimierenden Zielgröße während eines Optimierungsintervalls beschreibt, b. Bestimmen eines Lastprofils, das einen prognostizierten zeitlichen Verlauf der Einrichtungslast der Betriebseinrichtung während des Optimierungsintervalls beschreibt, durch Optimieren des Lastprofils bezüglich der Zielgröße durch die Energiemanagementeinrichtung, c. Bereitstellen des Lastprofils an die Servereinrichtung, und d. Steuerung der Betriebseinrichtung durch die Energiemanagementeinrichtung im Optimierungsintervall in Abhängigkeit eines durch das Lastprofil für den momentanen Betriebszeitpunkt vorgegebenen Vorgabewerts für die Einrichtungslast.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Energiemanagementeinrichtung zur Steuerung einer an ein Energieversorgungsnetz angeschlossenen Betriebseinrichtung, wobei die maximal beanspruchte und/oder bereitgestellte Leistung der gesteuerten Betriebseinrichtung wenigstens 3 kW ist. Daneben betrifft die Erfindung eine zugeordnete Energiemanagementeinrichtung sowie ein Computerprogramm.
  • Großgebäude und Industrieanlagen verfügen häufig über Automationssysteme, die einzelne Geräte und Gerätegruppen steuern. Diese Automationssysteme können Energiemanagementeinrichtungen umfassen, die einen Energieverbrauch von gesteuerten und nicht gesteuerten Geräten überwachen können und die gesteuerten Geräte im Fall einer aktiven Energiemanagementeinrichtung derart steuern können, dass eine Energieeffizienz erhöht wird und/oder Lastspitzen begrenzt werden.
  • Betriebseinrichtungen wie Großgebäude und Industrieanlagen verfügen zunehmend auch über energieerzeugende Einrichtungen, wie beispielsweise Fotovoltaikanlagen, Windkraftanlagen oder Ähnliches. Zudem nimmt generell der Anteil an regenerativen Energien in Energieversorgungsnetzen zu und eine Energieerzeugung durch regenerative Energien ist nicht frei steuerbar. Während es in konventionellen Energieversorgungsnetzen üblich ist, eine Energieerzeugung dem benötigten Energieverbrauch anzupassen, ist dies, wenn Betriebseinrichtungen sowohl als Verbraucher als auch als Erzeuger von Energien wirken können und regenerative Energien genutzt werden, nicht in allen Fällen möglich. Zudem führt eine Optimierung der Energieeffizienz einer Vielzahl von einzelnen Betriebseinrichtungen, die an ein Energieversorgungsnetz angeschlossen sind, nicht notwendigerweise zur einer optimalen Energieeffizienz der Gesamtheit der Betriebseinrichtungen.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Energiemanagementeinrichtung anzugeben, durch das eine Energieeffizienz in Energieversorgungsnetzen erhöht werden kann und/oder eine flexiblere Reaktion auf Änderungen der im Energieversorgungsnetz erzeugten Energiemenge möglich ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
    • a. Empfangen eines Informationsdatensatzes, der eine Kopplungsinformation oder einen zeitlichen Verlauf der Kopplungsinformation beschreibt, von einer einem Netzbetreiber des Energieversorgungsnetzes oder einem Energieversorger zugeordneten energiemanagementeinrichtungsexternen Servereinrichtung, wobei die Kopplungsinformation einen Zusammenhang zwischen einer durch die Betriebseinrichtung verursachten Einrichtungslast und einer zu optimierenden Zielgröße während eines Optimierungsintervalls beschreibt,
    • b. Bestimmen eines Lastprofils, das einen prognostizierten zeitlichen Verlauf der Einrichtungslast der Betriebseinrichtung während des Optimierungsintervalls beschreibt, durch Optimieren des Lastprofils bezüglich der Zielgröße durch die Energiemanagementeinrichtung,
    • c. Bereitstellen des Lastprofils an die Servereinrichtung, und
    • d. Steuerung der Betriebseinrichtung durch die Energiemanagementeinrichtung im Optimierungsintervall in Abhängigkeit eines durch das Lastprofil für den momentanen Betriebszeitpunkt vorgegebenen Vorgabewerts für die Einrichtungslast.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass durch die Energiemanagementeinrichtung ein Lastprofil, das den zeitlichen Verlauf der Einrichtungslast während eines zeitlichen Optimierungsintervalls beschreibt, bestimmt wird, wobei diese Bestimmung in Abhängigkeit eines durch eine dem Energieversorgungsnetz oder dem Energieversorger zugeordnete energiemanagementeinrichtungsexterne Servereinrichtung bereitgestellten Informationsdatensatzes erfolgt. Das Energieversorgungsnetz kann insbesondere ein Stromnetz zur Versorgung der Betriebseinrichtung mit elektrischer Energie, jedoch auch ein anderes Energieversorgungsnetz sein, beispielsweise ein Gasnetz oder ein Netz, in dem Energie in Form von Wärme oder Dampf bereitgestellt wird.
  • Das Lastprofil kann eine Abfolge von Lastwerten für die Einrichtungslast darstellen, um einen zeitlichen Verlauf der Einrichtungslast darzustellen. Die Lastwerte können als Einrichtungslast eine jeweils durch die Betriebseinrichtung zu dem Zeitpunkt bzw. in dem Zeitintervall benötigte und/oder bereitgestellte Leistung beschreiben. Die einzelnen Leistungswerte können beispielsweise in kW oder MW angegeben sein. Das Lastprofil kann positive Einrichtungslasten beschreiben, die eine benötigte Leistung beschreiben, und/oder negative Einrichtungslasten, die eine an das Energieversorgungsnetz bereitgestellte Leistung beschreiben. Durch die Vorgabe des Informationsdatensatzes kann das Lastprofil der Betriebseinrichtung einer prognostizierten Betriebssituation im Energieversorgungsnetz angepasst werden. Die Servereinrichtung kann durch einen Betreiber des Energieversorgungsnetzes oder durch einen Energieversorger betrieben werden. Sie kann einem Energiemarkt, einem Aggregator, der einen gemeinsamen Auftritt mehrerer Betriebseinrichtungen auf dem Energiemarkt ermöglicht, und/oder einem virtuellen Kraftwerk, das einen gemeinsamen Auftritt mehrerer Energieanbieter auf einem Energiemarkt ermöglicht, zugeordnet sein. Durch den erfindungsgemäßen Informationsaustausch, also den Empfang des Informationsdatensatzes und das Bereitstellen des Lastprofils an die Servereinrichtung, wird erreicht, dass eine Optimierung der Einrichtungslasten, und somit der Energieerzeugung und des Energieverbrauchs, nicht nur lokal für eine einzelne Betriebseinrichtung erfolgt, sondern auch eine gemeinsame Optimierung der Lasten für ein gesamtes Energieversorgungsnetz oder für zumindest Teile eines Energieversorgungsnetzes ermöglicht wird.
  • Durch die Energiemanagementeinrichtung wird das Lastprofil bezüglich einer Zielgröße optimiert, wobei zumindest eine Kopplungsinformation, die einen Zusammenhang zwischen der Einrichtungslast und der zu optimierenden Zielgröße beschreibt, durch die Servereinrichtung bereitgestellt wird. Die Art der Zielgröße gibt vor, bezüglich welcher Eigenschaft eine Optimierung durchgeführt wird. Beispielsweise kann eine Zielgröße ein prognostizierter CO2-Verbrauch bzw. ein Verbrauch von nicht erneuerbaren Energien sein, der minimiert wird. Alternativ oder ergänzend kann als Zielgröße beispielsweise ein Anteil von erneuerbaren Energien an der Energieerzeugung maximiert werden. Die genannten Zielgrößen sind insbesondere dann nutzbar, wenn ein Betreiber eine Betriebseinrichtung aktiv an der Steigerung der Gesamteffizienz und damit der Umweltfreundlichkeit des Energieversorgungsnetzes und der versorgten Betriebseinrichtungen mitwirken möchte. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass durch einen Energieversorger eine Preisbildung für eine Energieversorgung derart gestaltet wird, dass der Betreiber einer Betriebseinrichtung angeregt wird, die Betriebseinrichtung derart zu betreiben, dass das Energieversorgungsnetz mit den daran angeschlossenen Betriebseinrichtungen insgesamt besonders effizient und damit auch günstig betreibbar ist. Als Zielgröße können daher auch Kosten für eine aus dem Energieversorgungsnetz bezogene Energie bzw. Einkünfte für eine für das Energieversorgungsnetz bereitgestellte Energie ausgewertet werden. Bei Vorgabe einer effizienzorientierten Preisgestaltung und einer Optimierung der Kosten bzw. der Vergütung führt auch dies zu einer Steigerung der Effizienz des Energieversorgungsnetzes mit den daran angeschlossenen Betriebseinrichtungen.
  • Die Bestimmung des Lastprofils kann durch Minimierung bzw. Maximierung einer die Zielgröße bestimmenden Kostenfunktion erfolgen. Insbesondere kann die Zielgröße und somit die Kostenfunktion von mehreren Faktoren abhängen. In diesem Fall können die einzelnen Faktoren als gewichtete Summe berücksichtigt werden, es sind jedoch auch nicht lineare Kopplungen zwischen den Faktoren möglich.
  • Im Rahmen der Bestimmung des Lastprofils können vorgegebene Betriebsparameter und/oder Eigenschaften der Betriebseinrichtung berücksichtigt werden, die benutzerseitig oder durch weitere Einrichtungen vorgegeben werden. Beispielsweise sind beim Betrieb einer Industrieanlage bestimmte Betriebszeiten einzelner Elemente der Industrieanlage erforderlich, um eine vorgegebene Produktionsmenge zu erreichen. Sollen technische Einrichtungen oder Räume klimatisiert werden, ist typischerweise ein vorgegebener Temperaturbereich einzuhalten. Je nach Art der Betriebseinrichtung ergeben sich daher gewisse vorgegebene Randbedingungen, die bei der Optimierung des Lastprofils berücksichtigt werden können. Gleiches gilt für die Steuerung der Betriebseinrichtung, da auch hier die Steuerung stets derart erfolgen soll, dass vorgegebene Anforderungen erfüllt werden. Die Optimierung und/oder Steuerung kann im erfindungsgemäßen Verfahren daher jeweils unter wenigstens einer Randbedingung erfolgen.
  • Bei der Kopplungsinformation kann es sich insbesondere um einen Proportionalitätsfaktor zwischen einer verbrauchten bzw. bereitgestellten Energie, die als insbesondere abschnittsweises Integral über das Lastprofil berechenbar ist, und der Zielgröße handeln. Beispielsweise kann ein CO2-Verbrauch bzw. ein Preis pro KWh als Kopplungsinformation bereitgestellt werden. Es ist dabei insbesondere möglich, nur eine Wirkleistung zu berücksichtigen. Der Zusammenhang zwischen Lastprofil und Zielgröße und somit die Kopplungsinformation kann jedoch auch komplexer sein. Beispielsweise kann ein „gestaffelter“ Proportionalitätsfaktor genutzt werden, wobei für verschiedene bereitgestellte bzw. verbrauchte Energiemengen abschnittsweise verschiedene Proportionalitätsfaktoren vorgesehen sind. Die Kopplungsinformation kann jedoch auch beliebige andere funktionale Zusammenhänge zwischen dem Lastprofilund der Zielgröße spezifizieren bzw. parametrisieren.
  • Das Optimierungsintervall kann insbesondere ein Tag, jedoch auch mehrere Tage, ein halber Tag, sechs Stunden oder Ähnliches sein. Es ist zudem möglich, dass neben dem Lastprofil für das Optimierungsintervall weitere Lastprofile für längere Zeiträume, insbesondere für eine Woche, ein Monat oder ein Jahr berechnet und an die Servereinrichtung bereitgestellt werden. Langfristige Lastprofile ermöglichen einem Betreiber des Energieversorgungsnetzes entsprechende Maßnahmen, beispielsweise das Inbetriebsetzen von Kraftwerken, frühzeitig zu planen, womit die Gesamteffektivität des Energieversorgungsnetzes weiter erhöht werden kann. Zur Berechnung der mittel- und langfristigen Prognosen für Lastprofile können durch die Servereinrichtungen weitere Kopplungsinformationen bereitgestellt werden, es ist jedoch auch möglich, entsprechende mittel- und langfristige Lastprofile ausschließlich aus Betriebsparametern und/oder Eigenschaften der Betriebseinrichtung selbst zu ermitteln und an die Servereinrichtung bereitzustellen.
  • Die Kopplungsinformation kann zeitlich veränderlich sein und sich insbesondere auch während des Optimierungsintervalls ändern. Die Kopplungsinformation kann eine, insbesondere durch die Servereinrichtung, in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Energieversorgungsnetzes prognostizierte Kopplungsinformation sein oder durch einen Benutzer der Servereinrichtung bereitgestellt werden. Sie kann durch eine Auswertung von verschiedenen an einen Betreiber des Energieversorgungsnetzes bereitgestellten Informationen ermittelt werden. Die Informationen des Informationsdatensatzes, insbesondere die Kopplungsinformation, können so gewählt werden, dass im Rahmen der Bestimmung des Lastprofils ein energieversorgerseitig gewünschtes Verhalten der Betriebseinrichtung am Energieversorgungsnetzanschluss begünstigt wird. Werden als Kopplungsinformationen beispielsweise Preisinformationen übermittelt, können niedrige Preise für Zeiten vorgegeben werden, zu denen voraussichtlich der Energieverbrauch geringer ist als die Energieproduktion.
  • Der Informationsdatensatz kann ergänzend einen festen Offset umfassen, der zur Zielgröße addiert wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Optimierung der Zielgröße gleichzeitig mit der Optimierung von weiteren Größen, beispielsweise einer Produktionsmenge in einer Industrieanlage, erfolgt. Variationen der Zielgröße, beispielsweise aufgrund von Änderungen des Lastprofils, werden somit in Abhängigkeit des Offsets unterschiedlich gewichtet. Ein entsprechender Offset kann beispielsweise Grundkosten einer Energieversorgung darstellen.
  • Die Kommunikation zwischen der Servereinrichtung und der Energiemanagementeinrichtung kann insbesondere durch netzwerkaufrufbare Funktionen, die beispielsweise über SOAP implementiert sind, oder durch Netzwerkprotokolle, die Netzteilnehmer als Objekte mit setzbaren bzw. lesbaren Eigenschaften abbilden, beispielsweise BACnet oder OPC UA, erfolgen. Ein Datenaustausch ist insbesondere über das Internet oder ein VPN möglich. Das zugrunde liegende Netzwerk kann vollständig kabelgebunden, vollständig kabellos oder teilweise kabelgebunden und teilweise kabellos sein.
  • Vorteilhaft implementiert die Servereinrichtung auch Möglichkeiten, einmal von der Energiemanagementeinrichtung an die Servereinrichtung bereitgestellte Daten durch die Energiemanagementeinrichtung wieder von der Servereinrichtung abzurufen. Dies ermöglicht eine besonders leichte Datenwiederherstellung auf Seiten der Energiemanagementeinrichtung, beispielsweise nach einem Neustart oder einer Neukonfiguration der Energiemanagementeinrichtung.
  • Die Schritte a) bis c) des erfindungsgemäßen Verfahrens können in einem vorgegebenen Zeitabstand vor dem Optimierungsintervall durchgeführt werden. Insbesondere kann das Lastprofil in einem vorgegebenen Zeitabstand vor dem Optimierungsintervall übermittelt werden, der dem gesamten Optimierungsintervall, zwei Drittel des Optimierungsintervalls, der Hälfte des Optimierungsintervalls oder einem Drittel des Optimierungsintervalls entspricht. Insbesondere kann im erfindungsgemäßen Verfahren nur ein Mindestzeitabstand vorgegeben sein, so dass eine frühere Übertragung des Lastprofils möglich ist.
  • Die Schritte a) bis c) können mehrfach zu mehreren zeitlich beabstandeten Zeitpunkten vor dem Optimierungsintervall durchgeführt werden. Der von der Servereinrichtung übertragene Informationsdatensatz kann bei einer wiederholten Durchführung der Schritte a) bis c) insbesondere in Abhängigkeit eines zuvor übermittelten Lastprofils ermittelt werden. Vorteilhaft kommuniziert eine Servereinrichtung mit mehreren Energiemanagementeinrichtungen und ein im Rahmen einer Wiederholung an eine dieser Energiemanagementeinrichtungen übertragener Informationsdatensatz wird in Abhängigkeit der bereitgestellten Lastprofile und/oder weiteren Informationen mehrerer oder aller dieser Energiemanagementeinrichtungen ermittelt. Es wird somit eine iterative Optimierung der Zielgröße in einem Gesamtverbund aus einer Servereinrichtung und einer oder mehreren Energiemanagementeinrichtungen erreicht.
  • Die Betriebseinrichtung kann durch die Energiemanagementeinrichtung im Optimierungsintervall in Abhängigkeit eines die Differenz zwischen dem durch das Lastprofil für den momentanen Betriebszeitpunkt vorgegebenen Vorgabewert für die Einrichtungslast und einem momentanen Ist-Wert der Einrichtungslast angegebenen Differenzwertes gesteuert werden. Beispielsweise kann ein Ist-Wert der Einrichtungslast von Tätigkeiten eines oder mehrerer Bediener einer Betriebseinrichtung abhängen. Einige Verbraucher können beispielsweise manuell an- oder ausgeschaltet werden. Zudem hängt die Einrichtungslast einer Vielzahl von energieumsetzenden Elementen der Betriebseinrichtungen von extern vorgegebenen Faktoren ab. Beispielsweise kann die Einrichtungslast einer Klimaanlage oder einer Fotovoltaikanlage vom Wetter abhängen. Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhaft, wenn die Betriebseinrichtung möglichst so betrieben wird, dass der Differenzwert minimiert wird und sich die Betriebseinrichtung somit netzanschlussseitig so verhält, wie im zuvor ermittelten Lastprofil angegeben.
  • Eine strikte Minimierung des Differenzwertes kann dazu führen, dass eine Betriebseinrichtung ihre Funktion nicht vollständig erfüllen kann und beispielsweise die Produktion einer Industrieanlage sinkt, eine Klimatisierung von Räumen nur unvollständig erfolgen kann oder Ähnliches. Zugleich kann in unterschiedlichen Betriebssituationen des Energieversorgungsnetzes eine Abweichung vom Lastprofil die Effizienz des Energieversorgungsnetzes stark senken und in anderen Betriebssituationen nahezu keinen Einfluss auf die Effizienz des Energieversorgungsnetzes haben. Es ist daher vorteilhaft, wenn der Informationsdatensatz eine Differenzinformation oder einen zeitlichen Verlauf einer Differenzinformation beschreibt, wobei die Differenzinformation einen Zusammenhang zwischen dem Differenzwert und der Zielgröße beschreibt, wobei die Betriebseinrichtung in Abhängigkeit der Zielgröße gesteuert wird. Im Rahmen der Steuerung kann somit berücksichtigt werden, wie stark sich eine Abweichung vom Lastprofil auf eine zu optimierende Zielgröße auswirkt. Beispielsweise kann ermittelt werden, wie stark ein CO2-Ausstoß steigt oder inwieweit ein Anteil an erneuerbarer Energie sinkt, wenn die Einrichtungslast der Betriebseinrichtung vom Lastprofil abweicht. Die Differenzinformation kann auch eine Preisinformation sein, womit durch die Energiemanagementeinrichtung berechenbar ist, welche Kosten eine Abweichung vom Lastprofil hervorruft. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit im Rahmen der Steuerung der Betriebseinrichtung zu berücksichtigen, inwieweit eine Abweichung vom Lastprofil ökonomisch und/oder ökologisch in Abwägung mit den durch die Abweichung vom Lastprofil bereitgestellten Funktionalitäten zweckmäßig ist. Die Differenzinformation kann dabei jede Art von Zusammenhang zwischen der Zielgröße und dem Differenzwert beschreiben, also insbesondere eine Proportionalität oder eine abschnittsweise Proportionalität mit einem gestaffelten Proportionalitätsfaktor.
  • Durch die Energiemanagementeinrichtung kann eine Lastanpassungsanfrage von der Servereinrichtung empfangen werden, wonach durch die Energiemanagementeinrichtung das Lastprofil entsprechend der Lastanpassungsanfrage angepasst wird. Eine Lastanpassungsanfrage kann bereits vor Beginn des Optimierungsintervalls und/oder während des Optimierungsintervalls erfolgen. Lastanpassungsanfragen können beispielsweise dann von der Servereinrichtung gesendet werden, wenn eine im gesamten Energieversorgungsnetz bereitgestellte und/oder verbrauchte Energie stark von einer für den entsprechenden Zeitpunkt prognostizierten verbrauchten und/oder bereitgestellten Energie abweicht, womit Anpassungen erforderlich werden, um die verbrauchte und bereitgestellte Energie auszugleichen. Während es typischerweise möglich ist, ein Ungleichgewicht zwischen verbrauchter und bereitgestellter Energie über externe Energiemärkte auszugleichen, kann es ökonomisch und/oder ökologisch zweckmäßiger sein, durch eine Lastanpassungsanfrage ein Lastprofil einer oder mehrerer angeschlossener Betriebseinrichtungen anzupassen.
  • Es ist möglich, dass durch die Energiemanagementeinrichtung in Abhängigkeit von wenigstens einem die Einrichtungslast der Betriebseinrichtung beeinflussenden Betriebsparameter und/oder wenigstens einer die Einrichtungslast der Betriebseinrichtung beeinflussenden Eigenschaft der Betriebseinrichtung ein einen zeitlichen Verlauf eines Toleranzbereichs der Einrichtungslast im Optimierungsintervall beschreibendes Toleranzprofil ermittelt und an die Servereinrichtung übertragen wird, wonach die Lastanpassungsanfrage derart bestimmt wird, dass das angepasste Lastprofil innerhalb des Toleranzbereichs liegt. Viele Betriebseinrichtungen können in einigen Betriebssituationen ein Lastprofil leicht anpassen, ohne an Funktionalität einzubüßen. So können in Betriebseinrichtungen beispielsweise Batterien vorgesehen sein, die kurzfristig zusätzliche Energie abgeben oder aufnehmen können. Auch Heiz- und Kühlsysteme können in sehr vielen Anwendungsfällen Heiz- und Kühlintervalle aufgrund einer thermischen Trägheit von Systemen zumindest geringfügig zeitlich verschieben, womit Toleranzen für das Lastprofil bereitgestellt werden können. Durch Bereitstellung eines entsprechenden Toleranzprofils durch das Energiemanagementsystem an die Servereinrichtung und eine Nutzung von den jeweiligen Toleranzprofilen angepassten Lastanpassungsanfragen an eines oder mehrere Energiemanagementsysteme kann ein besonders ökologischer und ökonomischer Ausgleich von verbrauchten und bereitgestellten Energie in Energieversorgungsnetzen erreicht werden.
  • Vorteilhaft können dem Energiemanagementsystem Informationen bereitgestellt werden, inwieweit es ökologisch und/oder ökonomisch rentabel ist, entsprechende Toleranzen bereitzustellen. Daher kann der Informationsdatensatz wenigstens eine Toleranzinformation oder einen zeitlichen Verlauf der Toleranzinformation beschreiben, wobei die Toleranzinformation einen Zusammenhang zwischen Anpassungen des Lastprofils aufgrund möglicher Lastanpassungsanfragen und der Zielgröße beschreibt, wobei das Toleranzprofil in Abhängigkeit der Toleranzinformation bestimmt wird. Toleranzinformationen können insbesondere unterschiedliche Zusammenhänge zwischen den Anpassungen und der Zielgröße für unterschiedliche Anpassungsrichtungen des Lastprofils, also hin zu einer größeren durch die Betriebseinrichtung benötigten Leistung bzw. einer geringeren durch die Betriebseinrichtung bereitgestellten Leistung oder umgekehrt, umfassen. Die Toleranzinformation kann insbesondere ein Proportionalitätsfaktor sein, wobei der Proportionalitätsfaktor für unterschiedlich starke Abweichungen unterschiedlich sein kann, so dass eine gestaffelte Proportionalität erreicht wird.
  • Der Informationsdatensatz kann eine Leistungsmaximumsinformation beschreiben, die einen Zusammenhang zwischen der Zielgröße und dem Maximum einer in einem vorgegebenen Zeitintervall, insbesondere dem Optimierungsintervall, durch die Betriebseinrichtung bereitgestellten und/oder beanspruchten Leistung beschreibt, wobei die Bestimmung des Lastprofils und/oder die Steuerung der Betriebseinrichtung in Abhängigkeit der Leistungsmaximumsinformation erfolgt. Hohe Leistungsspitzen durch eine Betriebseinrichtung sind für einen effektiven Betrieb eines Energieversorgungsnetzes mit den damit verbundenen Verbrauchern typischerweise besonders nachteilig. Daher werden von Energieversorgern unter Umständen zusätzliche Kosten, die für Leistungsspitzen festgelegt werden, berechnet. Es ist somit vorteilhaft, wenn im Rahmen des Informationsdatensatzes Informationen bereitgestellt werden, inwieweit Leistungsspitzen im ermittelten Lastprofil bzw. im Rahmen der Steuerung die Optimierung der Zielgröße beeinträchtigen, das heißt insbesondere, inwieweit durch hohe Leistungsspitzen ökonomische und/oder ökologische Nachteile verursacht werden.
  • Der Informationsdatensatz kann eine Blindleistungsinformation oder einen zeitlichen Verlauf der Blindleistungsinformation beschreiben, wobei die Blindleistungsinformation einen Zusammenhang zwischen einer Blindleistung der Betriebseinrichtung und der Zielgröße während des Optimierungsintervalls beschreibt, wobei die Bestimmung des Lastprofils und/oder die Steuerung der Betriebseinrichtung in Abhängigkeit der Blindleistungsinformation erfolgt. Durch Blindleistungen werden Energieversorgungsnetze zusätzlich belastet. Je nach Betriebszustand des Energieversorgungsnetzes kann diese Belastung unterschiedliche Auswirkungen haben. Es ist daher vorteilhaft, die Stärke der Beeinträchtigung des Energieversorgungsnetzes durch Blindleistungen im Rahmen der Bestimmung des Lastprofils und/oder der Steuerung der Betriebseinrichtung zu berücksichtigen.
  • Zumindest während des Optimierungsintervalls können eine Einrichtungslast der Betriebseinrichtung betreffende Erfassungsdaten wiederholt durch die Energiemanagementeinrichtung erfasst und an die Servereinrichtung bereitgestellt werden. Der Servereinrichtung werden somit konkrete Daten über den tatsächlichen Lastgang der Betriebseinrichtung bereitgestellt, die insbesondere zu Abrechnungs- und/oder Optimierungszwecken genutzt werden können.
  • Vor Schritt a) kann durch die Servereinrichtung ein Konfigurationsdatensatz an das Energiemanagementsystem übertragen werden, wonach das Energiemanagementsystem die Bestimmung des Lastprofils und/oder die Bestimmung des Toleranzprofils und/oder die Steuerung der Betriebseinrichtung in Abhängigkeit des Konfigurationsdatensatzes anpasst. Auch Abstände zwischen einer Ermittlung von Erfassungsdaten bzw. einer Bereitstellung dieser Daten können angepasst werden. Der Konfigurationsdatensatz entspricht dem technischen Gegenstück eines „Vertrags“, durch den die technischen Parameter des Datenaustausches zwischen der Energiemanagementeinrichtung und der Servereinrichtung festgelegt werden. Es ist möglich, dass ein entsprechender Konfigurationsdatensatz automatisch oder manuell aus Vorgaben eines Vertrags zwischen einem Betreiber des Energiemanagementsystems bzw. der Betriebseinrichtung und einem Betreiber des Energieversorgungsnetzes abgeleitet wird.
  • Der Konfigurationsdatensatz kann insbesondere Informationen bezüglich eines Gültigkeitszeitraums des Konfigurationsdatensatzes umfassen. Ergänzend oder alternativ kann der Konfigurationsdatensatz wenigstens einen Zeitpunkt der Bereitstellung des Lastprofils bezüglich des Optimierungsintervalls und/oder eine Länge des Optimierungsintervalls vorgeben. Auch ein insbesondere periodisch wiederkehrender Beginn eines Optimierungsintervalls, die Länge eines Intervalls für die Leistungsmaximumbestimmung, Zeitpunkte, zu denen weitere Vorhersageinformationen für mittel- bzw. langfristige Lastprofile durch das Energiemanagement zu übermitteln sind, Messintervalle für Messdaten und/oder Datenformate für durch den Informationsdatensatz übertragene Informationen und/oder die Last- bzw. Toleranzprofile können durch den Konfigurationsdatensatz bestimmt werden.
  • Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung eine Energiemanagementeinrichtung zur Steuerung einer an ein Energieversorgungsnetz angeschlossenen Betriebseinrichtung, wobei die maximale beanspruchte und/oder bereitgestellte Leistung der gesteuerten Betriebseinrichtung wenigstens 3 kW ist, wobei die Energiemanagementeinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Die Energiemanagementeinrichtung kann Mittel zum Empfangen von Informationsdaten, die insbesondere Kosteninformationen umfassen, von einer durch einen Netzbetreiber oder einen Energieversorger betriebenen Servereinrichtung und Mittel zum Senden eines prognostizierten Lastprofils für die Betriebseinrichtung an die Servereinrichtung umfassen. Die Mittel zum Senden und Empfangen können insbesondere gemeinsam in Form eines Kommunikationsmoduls bereitgestellt werden, welches sowohl als eigenständige Vorrichtung (Gateway) in einem eigenen Gehäuse vorgesehen sein kann als auch integriert in beispielsweise eine Recheneinrichtung der Energiemanagementeinrichtung. Das Kommunikationsmodul bildet somit eine Schnittstelle, die eine Kommunikationsmöglichkeit zwischen der Energiemanagementeinrichtung und dem Netzbetreiber/Netzversorger, genauer der dortigen Servereinrichtung, bereitstellt. Hierfür können Hardware- und Softwaremittel seitens des Kommunikationsmoduls vorliegen, die das Kommunikationsmodul zum Empfang des Informationsdatensatzes, zum Bereitstellen bzw. Senden des Lastprofils und ggf. dem weiten beschriebenen Datenaustausch, insbesondere bezüglich des Konfigurationsdatensatzes im Rahmen der Initialisierung, ausbilden. Zusätzlich kann die Energiemanagementeinrichtung Mittel zum Bestimmen eines Lastprofils nach Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens und Mittel zur Steuerung der Betriebseinrichtung nach Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweisen.
  • Die erfindungsgemäße Energiemanagementeinrichtung kann ein Teil eines Automatisierungssystems für die Betriebseinrichtung sein, es ist jedoch auch möglich, dass die Energiemanagementeinrichtung separat von einer Automatisierungseinrichtung ausgebildet ist und mit dieser, beispielsweise über netzwerkaufrufbare Funktionen, kommuniziert. Funktionen für eine Kommunikation zwischen der Servereinrichtung und der Energiemanagementeinrichtung können ein integraler Bestandteil der Energiemanagementeinrichtung sein. Es ist jedoch auch möglich, die Energiemanagementeinrichtung derart auszubilden, dass eine Kommunikation mit der Servereinrichtung durch ein separates Modul bereitgestellt wird, das, beispielsweise über eine Netzwerkverbindung, insbesondere über netzwerkaufrufbare Funktionen, mit weiteren Komponenten der Energiemanagementeinrichtung kommuniziert, die der Bestimmung des Lastprofils und/oder der Steuerung der Betriebseinrichtung dienen. Merkmale, die zum erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden, sind äquivalent auf die erfindungsgemäße Energiemanagementeinrichtung übertragbar.
  • Zudem betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, wobei bei Ausführung des Computerprogramms auf einer Recheneinrichtung die Recheneinrichtung eine erfindungsgemäße Energiemanagementeinrichtung ausbildet. Zum erfindungsgemäßen Verfahren bzw. zur erfindungsgemäßen Energiemanagementeinrichtung erläuterte Merkmale lassen sich mit den dort beschriebenen Vorteilen äquivalent auf das erfindungsgemäße Computerprogramm übertragen.
  • Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung beschreiben die folgenden Ausführungsbeispiele sowie die zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen:
  • 1 schematisch den zeitlichen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
  • 2 schematisch eine erfindungsgemäße Energiemanagementeinrichtung sowie ihre Verbindung zu einer Betriebseinrichtung und einer einem Energieversorgungsnetz zugeordneten Servereinrichtung.
  • 1 zeigt schematisch den zeitlichen Ablauf eines Verfahrens zum Betrieb einer Energiemanagementeinrichtung 1 zur Steuerung einer an ein Energieversorgungsnetz angeschlossenen nicht gezeigten Betriebseinrichtung. Die beanspruchte und/oder bereitgestellte Leistung der gesteuerten Betriebseinrichtung ist wenigstens 3 kW. In 1 ist schematisch ein zeitlicher Ablauf gezeigt, wobei am linken Bildrand zeitlich frühe und am rechten Bildrand zeitlich späte Abläufe dargestellt sind. Schematisch sind zudem die Energiemanagementeinrichtung 1, eine dem Energieversorgungsnetz zugeordnete und insbesondere durch den Betreiber des Energieversorgungsnetzes betriebene Servereinrichtung 2 und eine Zeitleiste 3 dargestellt. Durch die Pfeile 4, 5, 6, 7, 8, 9 sind jeweils Kommunikationsvorgänge zwischen der Energiemanagementeinrichtung 1 und der Servereinrichtung 2 dargestellt. Im Bereich der Energiemanagementeinrichtung 1 und der Servereinrichtung 2 sind jeweils die Zeitbereiche 10, 11, 12 bzw. 13, 14, 15 dargestellt, in denen die Energiemanagementeinrichtung 1 bzw. die Servereinrichtung 2 für das beschriebene Verfahren wesentliche Funktionen durchführen.
  • Das Verfahren beginnt zum Zeitpunkt 16 mit einer durch den Pfeil 4 dargestellten Übertragung eines Konfigurationsdatensatzes von der Servereinrichtung 2 an die Energiemanagementeinrichtung 1. Die Kommunikation zwischen der Energiemanagementeinrichtung 1 und der Servereinrichtung 2 erfolgt während dieses und der im Folgenden beschriebenen Kommunikationsvorgänge jeweils durch einen Aufruf von netzwerkaufrufbaren Funktionen, die beispielsweise über SOAP aufgerufen werden.
  • Die Übertragung eines Konfigurationsdatensatzes von der Servereinrichtung 2 an die Energiemanagementeinrichtung 1 kann dadurch erfolgen, dass die Servereinrichtung 2 eine netzwerkaufrufbare Funktion der Energiemanagementeinrichtung 1 aufruft, um entsprechende Konfigurationsdaten auf die entsprechenden Werte zu setzen. Alternativ könnte die Energiemanagementeinrichtung 1 eine durch die Servereinrichtung 2 implementierte netzwerkaufrufbare Funktion aufrufen, um den Konfigurationsdatensatz von der Servereinrichtung 2 abzurufen. Vorteilhaft sind beide der beschriebenen Funktionen implementiert, wobei das Verfahren normalerweise durch einen Aufruf einer netzwerkaufrufbaren Funktion der Energiemanagementeinrichtung 1 zum Setzen der Konfigurationsdaten gestartet werden kann, bei einem Datenverlust der Energiemanagementeinrichtung, beispielsweise bei einem Neustart, entsprechende Konfigurationsdaten jedoch wieder von der Servereinrichtung 2 abgerufen werden können. Die weiteren durch die Pfeile 5, 7 und 9 dargestellten Datenübertragungen von der Servereinrichtung 2 an die Energiemanagementeinrichtung 1 erfolgen ebenso, so dass für die jeweils übertragenen Daten jeweils die erläuterten Abhol- bzw. Setzfunktionen auf der Servereinrichtung 2 bzw. auf der Energiemanagementeinrichtung 1 implementiert sind. Eine Datenübertragung von der Energiemanagementeinrichtung 1 an die Servereinrichtung 2, wie sie durch die Pfeile 6 und 8 dargestellt ist, erfolgt prinzipiell ebenso, wobei in diesem Fall eine Setzfunktion zum Setzen der Daten auf Seiten der Servereinrichtung 2 implementiert ist und eine Abholfunktion, bei deren Aufruf Daten an die Servereinrichtung 2 bereitgestellt werden, auf der Energiemanagementeinrichtung 1 implementiert ist.
  • Der Konfigurationsdatensatz legt insbesondere die Zeitpunkte und Zeitintervalle fest, die im weiteren Verfahren genutzt werden. Insbesondere bildet der Konfigurationsdatensatz technisch relevante Parameter eines Vertrags zwischen einem Betreiber der Energiemanagementeinrichtung 1 und der zugehörigen Betriebseinrichtung und einem Betreiber des Energieversorgungsnetzes bzw. einem Händler, der über das Energieversorgungsnetz Energie für die Betriebseinrichtung bereitstellt und/oder sie von dieser abnimmt, ab. Durch die Servereinrichtung 2 können die Daten des Konfigurationsdatensatzes insbesondere automatisch aus einem elektronisch vorliegenden Vertragsdatensatz generiert werden.
  • Der Konfigurationsdatensatz umfasst insbesondere einen Anfangs- und Endzeitpunkt des Vertrages und ein Zeitintervall, innerhalb dem jeweils ein Maximum der durch die Betriebseinrichtung beanspruchten Leistung bestimmt werden soll. Durch den Konfigurationsdatensatz kann der Energiemanagementeinrichtung eine eindeutige Identifikation zugeordnet werden, die insbesondere aus einer Vertrags-ID und einer Einrichtungs-ID besteht. Im Rahmen des Konfigurationsdatensatzes können zudem Datenformate und die den übertragenen Zahlenwerten zugeordneten Einheiten festgelegt werden. Die den Zahlenwerten zugeordneten Einheiten können alternativ auch im Rahmen der weiteren durch die Pfeile 5, 6, 7, 8, 9 dargestellten Kommunikationen in separaten Datenfeldern übertragen werden.
  • Weitere Daten des Konfigurationsdatensatzes können eine Länge eines Optimierungsintervalls 17 sowie die relative Lage der Zeitpunkte 18, 19, 20, 21, 22 festlegen, zu denen die durch die Pfeile 5, 6, 7, 8 dargestellten Datenübertragungen zwischen der Energiemanagementeinrichtung 1 und der Servereinrichtung 2 erfolgen, bzw. zu dem das Optimierungsintervall 17 beginnt. Beispielsweise kann der Zeitpunkt 18 bezüglich des Zeitpunkts 22 und der Zeitpunkt 9 bezüglich des Zeitpunkts 18 festgelegt werden usw. Die Lage der Zeitpunkte 18, 19, 20, 21, 22 zueinander wird jeweils durch einen zeitlichen Abstand zu einem der anderen Zeitpunkte festgelegt.
  • Zusätzlich werden mit dem Konfigurationsdatensatz Intervalllängen und Zeitpunkte zur Übertragung eines langfristigen und eines kurzfristigen Lastprofils übermittelt, wobei die jeweiligen Intervalle länger als das Optimierungsintervall sind, beispielsweise ein Monat für ein kurzfristiges Lastprofil und eines oder mehrere Jahre für ein langfristiges Lastprofil. Die Ermittlung und Übertragung der kurz- und langfristigen Lastprofile ist nicht gezeigt. Kurz- und langfristige Lastprofile werden zu den durch den Konfigurationsdatensatz bestimmten Zeitpunkten durch eine statistische Auswertung von im laufenden Betrieb der Betriebseinrichtung gesammelten Betriebsdaten ermittelt und an die Servereinrichtung 2 übertragen.
  • Der Konfigurationsdatensatz beschreibt zudem, in welchen Intervallen eine Einrichtungslast der Betriebseinrichtung betreffende Erfassungsdaten durch die Energiemanagementeinrichtung 1 erfasst und an die Servereinrichtung 2 bereitgestellt werden sollen. Die Erfassung und Bereitstellung der Erfassungsdaten ist in 1 nicht dargestellt und kann laufend im Hintergrund oder auch nur im Optimierungsintervall erfolgen.
  • Die durch den Pfeil 4 dargestellte Übertragung des Konfigurationsdatensatzes muss nur einmalig zu einer Initialisierung der Kommunikation zwischen der Servereinrichtung 2 und der Energiemanagementeinrichtung 1 erfolgen. Die im Folgenden erläuterten Verfahrensschritte können nach einer anfänglichen Konfiguration der Energiemanagementeinrichtung 1 durch Empfang des Konfigurationsdatensatzes beliebig oft wiederholt werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 1 der vorbereitende Datenaustausch vor dem Optimierungsintervall 17 zu den Zeitpunkten 18, 19, 20, 21 und das Optimierungsintervall 17 zwischen den Zeitpunkten 22 und 23 separat dargestellt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass bereits während des Optimierungsintervalls 17 eine entsprechende vorbereitende Kommunikation für ein darauf folgendes nächstes Optimierungsintervall erfolgen würde, das sich insbesondere unmittelbar an das Optimierungsintervall 17 anschließt, also zum Zeitpunkt 23 beginnt.
  • Die weitere Erläuterung des Verfahrens geht davon aus, dass als Zielgröße, die im Verfahren zum Betrieb der Energiemanagementeinrichtung 1 optimiert werden soll, ein CO2-Ausstoß minimiert werden soll. Soll für den Betreiber der Energiemanagementeinrichtung bzw. der Betriebseinrichtung ein ökonomischer Anreiz geschaffen werden, daran mitzuwirken, die Gesamteffizienz eines Energieversorgungsnetzes zu erhöhen, wäre es in einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens auch möglich, als Zielgröße Energiekosten zu minimieren, wobei die Vorgabe des im Folgenden erläuterten Informationsdatensatzes durch die Servereinrichtung insbesondere derart erfolgt, dass eine Minimierung der Kosten für verbrauchte Energie bzw. eine Maximierung der Vergütung für bereitgestellte Energie durch die Energiemanagementeinrichtung voraussichtlich zu einer Steigerung der Energieeffizienz des Energieversorgungsnetzes führt, wodurch beispielsweise indirekt auch ein CO2-Ausstoß gesenkt und/oder eine Nutzung von regenerativen Energien gefördert werden kann.
  • Im Zeitintervall 10 wird durch die Servereinrichtung 2 ein Informationsdatensatz ermittelt, der zum Zeitpunkt 18 an das Energiemanagementsystem 1 übermittelt werden soll. Der Informationsdatensatz beschreibt den zeitlichen Verlauf einer Kopplungsinformation, die einen Zusammenhang zwischen einem Lastprofil der Betriebseinrichtung und der zu optimierenden Zielgröße beschreibt. Die Kopplungsinformation kann insbesondere einen Zusammenhang zwischen einem durch das Lastprofil beschriebenen Energieverbrauch bzw. einer durch das Lastprofil beschriebenen Energieerzeugung und der Zielgröße beschreiben. Dies kann beispielsweise ein CO2-Ausstoß pro erbrachter MWh bzw. eine CO2-Einsparung pro erzeugter MWh sein.
  • Der Informationsdatensatz beschreibt zusätzlich einen zeitlichen Verlauf einer Differenzinformation, die den Zusammenhang zwischen einem Differenzwert, der die Differenz zwischen einem durch das Lastprofil für einen momentanen Betriebszeitpunkt im Optimierungsintervall vorgegebenen Vorgabewert für die Einrichtungslast und einem momentanen Ist-Wert der Einrichtungslast beschreibt, und der Zielgröße beschreibt.
  • Ergänzend beschreibt der Informationsdatensatz den zeitlichen Verlauf einer Toleranzinformation, die einen Zusammenhang zwischen Anpassungen des Lastprofils nach oben und nach unten aufgrund möglicher Lastanpassungsfragen und der Zielgröße beschreibt. Unter einer Anpassung des Lastprofils nach oben ist eine Erhöhung der benötigten Leistung bzw. eine Reduzierung einer Leistungsbereitstellung zu verstehen und unter einer Anpassung des Lastprofils nach unten das Gegenteil.
  • Zudem beschreibt der Informationsdatensatz den zeitlichen Verlauf einer Blindleistungsinformation, die den Zusammenhang zwischen einer Blindleistung der Betriebseinrichtung im Optimierungsintervall und der Zielgröße beschreibt. Hohe Blindleistungen der Betriebseinrichtung können die erreichbare Effizienz im Energieversorgungsnetz reduzieren und somit den CO2-Ausstoß erhöhen. Zudem führen sie zu zusätzlichen Kosten für einen Energieversorger.
  • Zudem umfasst der Informationsdatensatz zwei Leistungsmaximumsinformationen, die jeweils einen Zusammenhang zwischen einem Maximum einer in einem vorgegebenen Zeitintervall durch die Betriebseinrichtung beanspruchten Leistung und der Zielgröße beschreiben. Das vorgegebene Zeitintervall ist für eine dieser beiden Leistungsmaximumsinformationen das durch den Konfigurationsdatensatz definierte Zeitintervall und für die andere der Leistungsmaximumsinformationen das Optimierungsintervall 17.
  • Zusätzlich beschreibt der Informationsdatensatz einen Offset für die Zielgröße, der insbesondere dann relevant wird, wenn die Zielgröße in Abhängigkeit weitere Randbedingungen oder im Rahmen einer Multifaktoroptimierung optimiert wird.
  • Die durch den Informationsdatensatz beschriebenen Informationen werden durch die Servereinrichtung 2 aus statistischen Informationen vorangehender Betriebszyklen und einer Modellbildung des Energieversorgungsnetzes mit den durch das Energieversorgungsnetz versorgten Betriebseinrichtungen sowie durch eine Prognose von im Energieversorgungsnetz auftretende Lasten beeinflussenden Faktoren bestimmt.
  • Im Zeitintervall 13 wird durch die Energiemanagementeinrichtung 1 einerseits ein Lastprofil berechnet, das einen prognostizierten zeitlichen Verlauf der Einrichtungslast der Betriebseinrichtung während des Optimierungsintervalls 17 beschreibt und andererseits ein Toleranzprofil, das einen Toleranzbereich der Einrichtungslast im Optimierungsintervall beschreibt, der auf eine Lastanpassungsfrage durch die Servereinrichtung 2 hin genutzt werden kann, um das Lastprofil anzupassen. Das Toleranzprofil beschreibt für jeden Zeitpunkt separate Abweichungsmöglichkeiten vom Lastprofil nach oben und nach unten.
  • Die Bestimmung des Lastprofils erfolgt durch Minimieren der Zielgröße unter wenigstens einer Randbedingung. Bei einer Nutzung des CO2-Ausstoßes als Zielgröße wird somit der CO2-Ausstoß minimiert, bei einer Nutzung eines Preises als Zielgröße der Preis. Die Zielgröße hängt vom zu bestimmenden Lastprofil sowie von den mit dem Informationsdatensatz übertragenen Informationen, nämlich insbesondere der Kopplungsinformation, den Leistungsmaximumsinformationen, der Blindleistungsinformation sowie dem Offset für die Zielgröße ab. Dabei sind die Kopplungsinformationen und die Blindleistungsinformation insbesondere zeitabhängige Gewichtungsfaktoren für die Berechnung der Zielgröße aus dem Lastprofil bzw. aus einer aus dem Lastprofil berechneten Energiebereitstellung bzw. einem aus dem Lastprofil berechneten Energieverbrauch. Das Toleranzprofil wird zusätzlich in Abhängigkeit der Toleranzinformation ermittelt. Die Randbedingung beschreibt insbesondere Anforderungen an den Betrieb der Betriebseinrichtung, beispielsweise ein Temperaturintervall, in dem ein klimatisierter Raum zu halten ist oder eine minimale Produktionsmenge einer Industrieanlage.
  • Alternativ könnte das Lastprofil auch im Rahmen einer Mehrfaktoroptimierung bestimmt werden, wobei neben der Zielgröße eine weitere Größe optimiert wird. Beispielsweise kann die Zielgröße minimiert werden, während eine Größe, die die Produktion einer Industrieanlage beschreibt, maximiert wird. Eine Mehrfaktoroptimierung kann mit der Nutzung von Randbedingungen kombiniert werden.
  • Zur Bestimmung eines Toleranzintervalls wird eine Mehrfaktoroptimierung durchgeführt. Die Toleranzinformation beschreibt ökologische und/oder ökonomische Vorteile, die bei einer Inanspruchnahme des Toleranzbereichs im Rahmen einer Lastanpassung erreicht werden. Beispielsweise kann die Toleranzinformation eine CO2-Einsparung oder eine Preiseinsparung bei einer Lastanpassung durch die Servereinrichtung beschreiben. Als weiterer Faktor wird zumindest ein Betriebsergebnis der Betriebseinrichtung ausgewertet. Beispielsweise kann eine gewichtete Summe des Produkts aus der Toleranzinformation und der im Toleranzprofil beschriebenen Abweichung und einer Produktionsmenge einer Industrieanlage minimiert bzw. maximiert werden.
  • Zur Bestimmung des Lastprofils und des Toleranzprofils können zusätzlich Prognoseinformationen genutzt werden, die beispielsweise durch eine statistische Auswertung vorangehender Betriebsintervalle der Betriebseinrichtung bestimmt werden können. Das ermittelte Lastprofil und das ermittelte Toleranzprofil werden, wie durch Pfeil 6 gezeigt, an die Servereinrichtung 2 übertragen.
  • Im Zeitintervall 11 wertet die Servereinrichtung 2 das übertragene Lastprofil der Energiemanagementeinrichtung 1 aus. Auch weitere nicht gezeigte Energiemanagementeinrichtungen können Lastprofile und Toleranzprofile berechnen und an die Servereinrichtung 2 bereitstellen. In Abhängigkeit dieser Daten sowie weiterer Informationen, die eine Prognose von in dem Energieversorgungsnetz bereitstehenden Leistungen bzw. Energien erlauben, wird durch die Servereinrichtung 2 überprüft, ob zuvor durch den Informationsdatensatz übertragene Informationen anzupassen sind, da sich Prognosen über die bereitgestellten bzw. benötigten Leistungen bzw. Energien im Energieversorgungsnetz aufgrund der empfangenen Informationen verändert haben. Ist dies der Fall, so wird der Informationsdatensatz angepasst und, wie durch Pfeil 7 dargestellt, an die Energiemanagementeinrichtung 1 übertragen, worauf diese im Zeitintervall 14, wie zum Zeitintervall 13 beschrieben, ein aktualisiertes Lastprofil und/oder ein aktualisiertes Toleranzprofil berechnet und zum Zeitpunkt 21 an die Servereinrichtung 2 bereitstellt.
  • Im Optimierungsintervall 17 erfolgt eine Steuerung der Betriebseinrichtung durch die Energiemanagementeinrichtung 1 in Abhängigkeit des zuvor an die Servereinrichtung 2 übermittelten Lastprofils sowie der Differenzinformation. In typischen Anwendungsfällen weicht die tatsächliche Einrichtungslast einer Betriebseinrichtung häufig von einer prognostizierten und als Lastprofil übertragenen Einrichtungslast ab. Beispielsweise kann die Leistung einer Fotovoltaik- oder einer Windkraftanlage in Abhängigkeit des Wetters variieren und/oder einzelne Elemente der Betriebseinrichtung können eine Einrichtungslast aufweisen, der von einer manuellen Bedienung abhängig ist. Ist ein Differenzwert, der die Abweichung zwischen dem durch das Lastprofil für den momentanen Betriebszeitpunkt vorgegebenen Vorgabewert für die Einrichtungslast und einem momentanen Ist-Wert der Einrichtungslast vorgibt, von Null verschieden, soll die Betriebseinrichtung typischerweise derart gesteuert werden, dass der Differenzwert minimiert wird. Eine strikte Minimierung des Differenzwertes ist häufig jedoch nicht zweckmäßig, da eine entsprechende Anpassung der Einrichtungslast schädlich für ein Betriebsergebnis der Betriebseinrichtung sein kann. Beispielsweise kann eine Produktion einer Industrieanlage reduziert werden oder bestimmte Komfortmerkmale eines Gebäudes können nicht mehr zur Verfügung gestellt werden.
  • Daher ist es vorteilhaft, zur Steuerung der Betriebseinrichtung eine Mehrfaktoroptimierung zu nutzen. Als einer der Optimierungsfaktoren wird wiederum die bereits erläuterte Zielgröße optimiert, die einen CO2-Verbrauch oder Energiekosten darstellen kann. Als weiterer Optimierungsfaktor wird wenigstens ein Betriebsparameter der Betriebseinrichtung, also beispielsweise eine Produktionsmenge oder eine Abweichung von einer vorgegebenen Temperatur berücksichtigt. Ergänzend können Randbedingungen vorgegeben werden. Der Betrieb der Betriebseinrichtung erfolgt somit derart, dass zwischen einer Optimierung der Zielgröße und Betriebsanforderungen für die Betriebseinrichtung abgewogen wird.
  • Zumindest während des Betriebsintervalls werden durch die Energiemanagementeinrichtung 1 die Einrichtungslast der Betriebseinrichtung betreffende Erfassungsdaten wiederholt an die Energiemanagementeinrichtung 1 übertragen. Eine entsprechende Übertragung erfolgt zudem von weiteren nicht gezeigten Energiemanagementeinrichtungen. Zudem kann die Servereinrichtung 2 Prognosen für Parameter auswerten, die eine Einrichtungslast im Energieversorgungsnetz beeinflussen, wie zum Zeitintervall 10 erläutert. Alternativ oder ergänzend kann die Energiemanagementeinrichtung 1 auswerten, unter welchen Bedingungen Energie auf Strommärkten zukauf- bzw. verkaufbar ist.
  • Durch Auswertung dieser Informationen, insbesondere durch einen Optimierungsalgorithmus, kann durch die Servereinrichtung 2 in einigen Betriebssituationen ermittelt werden, dass eine Anpassung der im Energieversorgungsnetz bereitgestellten bzw. benötigten Leistungen zweckmäßig ist. Wird beispielsweise ein Teil der im Energieversorgungsnetz bereitgestellten Energie durch Fotovoltaikanlagen bereitgestellt und während der ursprünglichen Ermittlungen des Informationsdatensatzes in den Zeitintervallen 10 bzw. 11 wurde durch Prognosedaten indiziert, dass aufgrund einer starken Sonneneinstrahlung eine hohe Energiebereitstellung durch die Fotovoltaikanlagen zu erwarten ist, wird jedoch während des Zeitintervalls 12 eine entsprechende Prognose aktualisiert und ist nun zu erwarten, dass die Energiebereitstellung durch die Fotovoltaikanlage wesentlich geringer ausfällt, wird im Energieversorgungsnetz voraussichtlich nicht genügend Energie bereitgestellt.
  • Abhängig von einer momentanen Kosten- und Versorgungslage auf einem Energiemarkt kann dieser Mangel an bereitgestellter Energie ausgeglichen werden, indem Energie von einem Energiemarkt zugekauft wird. Häufig ist dies jedoch ökologisch und/oder ökonomisch nicht zweckmäßig, so dass es vorteilhaft sein kann, stattdessen das Lastprofil der durch die Energiemanagementeinrichtung 1 gesteuerten Betriebseinrichtung anzupassen.
  • Hierzu wird das von der Energiemanagementeinrichtung 1 an die Servereinrichtung 2 bereitgestellte Toleranzprofil ausgewertet, das beschreibt, inwieweit eine Anpassung des Lastprofils der Betriebseinrichtung möglich ist. Zeigt das Toleranzprofil für einen relevanten Zeitraum an, dass eine Anpassung des Lastprofils zur Absenkung der durch die Betriebseinrichtung benötigten Leistung möglich ist, sendet die Servereinrichtung zum Zeitpunkt 24, wie mit dem Pfeil 9 gezeigt, eine Lastanpassungsanfrage an die Energiemanagementeinrichtung 1, die entsprechend der Lastanpassungsanfrage das Lastprofil anpasst und den weiteren Betrieb der Betriebseinrichtung im Optimierungsintervall 17 gemäß des angepassten Lastprofils durchführt.
  • Durch eine entsprechende Lastanpassungsfrage kann das Lastprofil derart angepasst werden, dass ein Energieverbrauch durch die Betriebseinrichtung gesenkt wird und somit eine geringere zur Verfügung stehende Energie, beispielsweise aufgrund der genannten geringer als erwartet ausfallenden Sonneneinstrahlung an einer Fotovoltaikanlage, ausgeglichen wird.
  • 2 zeigt schematisch eine Energiemanagementeinrichtung 28 zur Steuerung einer an ein nicht gezeigtes Energieversorgungsnetz angeschlossenen Betriebseinrichtung 25. Die Betriebseinrichtung 25 dient dem Betrieb eines Gebäudes 34. Die Betriebseinrichtung 25 umfasst mehrere Verbraucher 26 sowie eine Fotovoltaikanlage 35, die durch eine Automatisierungseinrichtung 27 gesteuert werden. Um eine Effizienz des gesamten Energieversorgungsnetzes mit der daran angeschlossenen Betriebseinrichtung 25 zu steigern, soll das Verhalten der Betriebseinrichtung 25 am Netzanschluss, also deren Einrichtungslast, mit einer dem Energieversorgungsnetz zugeordneten Einrichtung, nämlich der Servereinrichtung 31, koordiniert werden.
  • Die Servereinrichtung 31 kommuniziert zudem mit weiteren Betriebseinrichtungen 33 und erfasst deren Einrichtungslast, so dass über die Servereinrichtung 31 die jeweilige Einrichtungslast der Betriebseinrichtungen 33 und der Betriebseinrichtung 25 zu einem gewissen Grad koordiniert werden können. Die Servereinrichtung 31 kommuniziert zudem mit einer einem Energiemarkt zugeordneten Einrichtung 32, um die benötigten bzw. bereitgestellten Leistungen im Energieversorgungsnetz an Bedingungen auf dem Energiemarkt anzupassen und, insbesondere in Abhängigkeit eines Energiepreises, einen Zukauf bzw. einen Verkauf von Energie anzupassen.
  • Zur Koordination des Netzanschlussverhaltens der Betriebseinrichtung 25 umfasst das Gebäude 34 die Energiemanagementeinrichtung 28, die über ein in die Energiemanagementeinrichtung 28 integriertes Kommunikationsmodul 29 über ein Netzwerk 30, beispielsweise das Internet oder ein VPN, mit der Servereinrichtung 31 wie zu 1 erläutert kommuniziert. Die Kommunikation zwischen der Energiemanagementeinrichtung 28 und der Automatisierungseinrichtung 27 bzw. der Servereinrichtung 31 erfolgt jeweils durch netzaufrufbare Funktionen.
  • In alternativen Ausführungsbeispielen wäre es möglich, das Energiemanagementsystem 28 in die Automatisierungseinrichtung 27 zu integrieren und/oder das Kommunikationsmodul 29 separat von der Energiemanagementeinrichtung 28 auszubilden, wobei in diesem Fall eine Kommunikation zwischen dem Kommunikationsmodul 29 und der Energiemanagementeinrichtung 28 ebenfalls über netzaufrufbare Funktionen erfolgen kann.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Energiemanagementeinrichtung zur Steuerung einer an ein Energieversorgungsnetz angeschlossenen Betriebseinrichtung, wobei die maximal beanspruchte und/oder bereitgestellte Leistung der gesteuerten Betriebseinrichtung wenigstens 3 kW ist, umfassend die Schritte: a. Empfangen eines Informationsdatensatzes, der eine Kopplungsinformation oder einen zeitlichen Verlauf der Kopplungsinformation beschreibt, von einer einem Netzbetreiber eines Energieversorgungsnetzes oder einem Energieversorger zugeordneten Servereinrichtung, wobei die Kopplungsinformation einen Zusammenhang zwischen einer durch die Betriebseinrichtung verursachten Einrichtungslast und einer zu optimierenden Zielgröße während eines Optimierungsintervalls beschreibt, b. Bestimmen eines Lastprofils, das einen prognostizierten zeitlichen Verlauf der Einrichtungslast der Betriebseinrichtung während des Optimierungsintervalls beschreibt, durch Optimieren des Lastprofils bezüglich der Zielgröße durch die Energiemanagementeinrichtung, c. Bereitstellen des Lastprofils an die Servereinrichtung, und d. Steuerung der Betriebseinrichtung durch die Energiemanagementeinrichtung im Optimierungsintervall in Abhängigkeit eines durch das Lastprofil für den momentanen Betriebszeitpunkt vorgegebenen Vorgabewerts für die Einrichtungslast.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis c) in einem vorgegebenen Zeitabstand vor dem Optimierungsintervall durchgeführt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis c) mehrfach zu mehreren zeitlich beabstandeten Zeitpunkten vor dem Optimierungsintervall durchgeführt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebseinrichtung durch die Energiemanagementeinrichtung im Optimierungsintervall in Abhängigkeit eines die Differenz zwischen dem durch das Lastprofil für den momentanen Betriebszeitpunkt vorgegebenen Vorgabewert für die Einrichtungslast und einem momentanen Ist-Wert der Einrichtungslast angebenden Differenzwertes gesteuert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsdatensatz eine Differenzinformation oder einen zeitlichen Verlauf einer Differenzinformation beschreibt, wobei die Differenzinformation einen Zusammenhang zwischen dem Differenzwert und der Zielgröße beschreibt, wobei die Betriebseinrichtung in Abhängigkeit der Zielgröße gesteuert wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Energiemanagementeinrichtung eine Lastanpassungsanfrage von der Servereinrichtung empfangen wird, wonach durch die Energiemanagementeinrichtung das Lastprofil entsprechend der Lastanpassungsanfrage angepasst wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Energiemanagementsystem in Abhängigkeit von wenigstens einem die Einrichtungslast der Betriebseinrichtung beeinflussenden Betriebsparameter und/oder wenigstens einer die Einrichtungslast der Betriebseinrichtung beeinflussenden Eigenschaft der Betriebseinrichtung ein einen zeitlichen Verlauf eines Toleranzbereichs der Einrichtungslast im Optimierungsintervall beschreibendes Toleranzprofil ermittelt und an die Servereinrichtung übertragen wird, wonach die Lastanpassungsanfrage derart bestimmt wird, dass das angepasste Lastprofil innerhalb des Toleranzbereichs liegt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsdatensatz wenigstens eine Toleranzinformation oder einen zeitlichen Verlauf der Toleranzinformation beschreibt, wobei die Toleranzinformation einen Zusammenhang zwischen Anpassungen des Lastprofils aufgrund möglicher Lastanpassungsanfragen und der Zielgröße beschreibt, wobei das Toleranzprofil in Abhängigkeit der Toleranzinformation bestimmt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsdatensatz eine Leistungsmaximumsinformation beschreibt, die einen Zusammenhang zwischen der Zielgröße und dem Maximum einer in einem vorgegebenen Zeitintervall, insbesondere dem Optimierungsintervall, durch die Betriebseinrichtung bereitgestellten und/oder beanspruchten Leistung beschreibt, wobei die Bestimmung des Lastprofils und/oder die Steuerung der Betriebseinrichtung in Abhängigkeit der Leistungsmaximumsinformation erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsdatensatz eine Blindleistungsinformation oder einen zeitlichen Verlauf der Blindleistungsinformation beschreibt, wobei die Blindleistungsinformation einen Zusammenhang zwischen einer Blindleistung der Betriebseinrichtung und der Zielgröße während des Optimierungsintervalls beschreibt, wobei die Bestimmung des Lastprofils und/oder die Steuerung der Betriebseinrichtung in Abhängigkeit der Blindleistungsinformation erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während des Optimierungsintervalls eine Einrichtungslast der Betriebseinrichtung betreffende Erfassungsdaten wiederholt durch die Energiemanagementeinrichtung erfasst und an die Servereinrichtung bereitgestellt werden.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt a) durch die Servereinrichtung ein Konfigurationsdatensatz an die Energiemanagementeinrichtung übertragen wird, wonach das Energiemanagementsystem die Bestimmung des Lastprofils und/oder die Bestimmung des Toleranzprofils und/oder die Steuerung der Betriebseinrichtung in Abhängigkeit des Konfigurationsdatensatzes anpasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Konfigurationsdatensatz wenigstens ein Zeitpunkt der Bereitstellung des Lastprofils bezüglich des Optimierungsintervalls und/oder eine Länge des Optimierungsintervalls vorgegeben wird.
  14. Energiemanagementeinrichtung zur Steuerung einer an ein Energieversorgungsnetz angeschlossenen Betriebseinrichtung (25), wobei die maximal beanspruchte und/oder bereitgestellte Leistung der gesteuerten Betriebseinrichtung (25) wenigstens 3 kW ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
  15. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausführung des Computerprogramms auf einer Recheneinrichtung die Recheneinrichtung eine Energiemanagementeinrichtung (1, 28) gemäß Anspruch 13 ausbildet.
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