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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur ständigen Versorgung einer Gruppe von Gebäuden mit Strom.
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Nach dem Stand der Technik sind Gebäude jeweils mit einem Gebäudestromversorgungsnetz ausgestattet. Das Gebäudestromversorgungsnetz ist über eine Versorgungsleitung mit zumindest einer zentralen Stromversorgungseinrichtung verbunden. Bei der zentralen Stromversorgungseinrichtung handelt es sich um ein herkömmliches Kraftwerk, beispielsweise ein Kohlekraftwerk, Wasserkraftwerk, Kernkraftwerk oder dgl.. Die zentrale Stromversorgungseinrichtung kann unabhängig von äußeren Einflüssen so gesteuert werden, dass variable Lasten auf der Verbraucherseite bedient werden.
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Wegen der Verknappung fossiler Energieträger werden neben den zentralen Stromversorgungseinrichtungen in zunehmendem Maße regenerative Energieversorgungsvorrichtungen, beispielsweise Windkraftanlagen, photovoltaische Anlagen, Gezeitenkraftwerke und dgl. zur Erzeugung von Strom verwendet. Die Erzeugung von Strom mittels regenerativer Energieerzeugungsanlagen ist wetterabhängig und damit schwer vorhersehbar. Infolgedessen werden Stromversorgungsnetze heutzutage mit stark schwankenden Strommengen beaufschlagt. Es ergibt sich ein Erzeugerspiel. Es kommt vor, dass wesentlich mehr elektrische Energie in das Stromversorgungsnetz eingespeist wird, als tatsächlich benötigt wird. Das kann zu einer Instabilität des Stromversorgungsnetzes und infolgedessen zu einem Stromausfall führen. Zur Wahrung der Stabilität des Stromversorgungsnetzes sind nach dem Stand der Technik Sicherungseinrichtungen vorgesehen, mit denen bei einer sich abzeichnenden Instabilität regernative Energieversorgungsanlagen automatisch vom Stromversorgungsnetz getrennt werden. Nachteiligerweise können in solchen Fällen die Kapazitäten regenerativer Energieerzeugungsanlagen nicht genutzt werden.
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Zur Stabilisierung von Stromversorgungsnetzen ist es nach dem Stand der Technik auch bekannt, ein Erzeugerspiel, welches insbesondere durch die fluktuierende Einspeisung von regenerativen Energiequellen verursacht wird, durch eine Fernsteuerung von Verbrauchern zu kompensieren. Zu diesem Zweck werden Stromversorgungsnetze mit Informationsübertragungsnetzen kombiniert. Derartige "SmartGrids" sind komplex aufgebaut und infolgedessen störungsanfällig. Durch einen Angriff von Hackern kann ein SmartGrid und damit die Stromversorgung eines damit versorgten Bereichs unterbrochen werden. Abgesehen davon besteht bei einem ferngesteuerten Inbetriebnehmen eines Verbrauchers, beispielsweise einer Waschmaschine oder eines Trockners, die Gefahr, dass versehentlich auf solchen Verbrauchern abgestellte Gegenstände herunterfallen, einen Wärmestau hervorrufen und es in der Folge zu Schäden kommen kann.
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Üblicherweise werden mehrere Gebäude, beispielsweise Gebäude entlang eines Straßenzugs, mit einer einzigen Versorgungsleitung mit Strom versorgt. Falls eine solche Versorgungsleitung altersbedingt bricht oder beispielsweise im Zuge von Bauarbeiten beschädigt wird, fällt in den daran angeschlossenen Gebäuden der Strom aus. Das kann zu erheblichen Schäden, bedingt durch einen Betriebsausfall von Maschinen, Computern, Kühlgeräten oder dgl., führen. Die Reparatur einer Versorgungsleitung ist üblicherweise zeitaufwändig. Währenddessen ist es meist erforderlich, die betroffenen Gebäude mittels Notstromaggregaten mit Strom zu versorgen. Das ist aufwändig und teuer.
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Die
WO 2010/0130615 A offenbart ein Verfahren zum Übertragen elektrischer Energie in einem elektrischen Versorgungsnetz. Das Versorgungsnetz ist als SmartGrid ausgestaltet. Über das SmartGrid wird ein Datenpaket empfangen sowie ein dem Datenpaket zugeordnetes Energiepaket. Aus den in dem Datenpaket enthaltenen Informationen wird ein Empfänger bestimmt. Nachfolgend wird das Datenpaket an den Empfänger zusammen mit dem dem Datenpaket zugeordneten Energiepaket übertragen. Das bekannte Verfahren ermöglicht zwar theoretisch eine Verbesserung der Netzstabilität. In der Praxis ist dazu allerdings ein immenser Steuerungs- und Regelungsaufwand erforderlich.
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Die
WO 2012/108987 A2 offenbart eine Vorrichtung zur Versorgung eines Gebäudes mit Strom, bei der im Gebäude eine Batterie aufgenommen ist. Eine Stromversorgungsleitung kann wahlweise entweder mit der Batterie oder unmittelbar mit dem Stromverbraucher im Gebäude verbunden werden. Zum Umschalten von der unmittelbaren Stromversorgung des Verbrauchers zur mittelbaren Stromversorgung über die Batterie ist ein extern steuerbares Kommunikationsmodul vorgesehen.
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Die
EP 2 026 440 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Regelleistung im Energieversorgungsbereich eines Energieversorgers. Zur Frequenzstabilisierung wird vorgeschlagen, dass eine gebäudeseitig vorgesehene Batterie über ein Steuergerät wahlweise an ein Übertragungsnetz angeschlossen oder davon getrennt werden kann. Die von der Batterie bereitgestellte elektrische Energie kann als Regelleistung in das Übertragungsnetz eingespeist werden. Bei der Nachfrage von negativer Regelleistung kann die Batterie mittels des Steuergeräts an das Übertragungsnetz angeschlossen werden.
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Die
WO 2013/016535 A2 offenbart eine unterbrechungsfreie Stromversorgung. Dabei ist ein gebäudeseitig vorgesehener Verbraucher üblicherweise mit einem Stromversorgungsnetz verbunden. Im Gebäude wird weiterhin eine Batterie vorgehalten, welche bei einem Ausfall des Stromnetzes die Versorgung des Verbrauchers mit Strom übernimmt. Zwischen dem Verbraucher und der Batterie ist ein Wechselrichter geschaltet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren angegeben werden, mit dem auf einfache, störunanfällige und kostengünstige Weise ein Stromversorgungsnetz stabil gehalten werden kann. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll auch im Falle einer Störung einer Versorgungsleitung eine Stromversorgung der betreffenden Gebäude möglich sein.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 10.
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Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zur ständigen Versorgung einer Gruppe von Gebäuden mit Strom, mit folgenden Schritten vorgeschlagen:
Einteilen der Gruppe in mehrere Untergruppen, wobei jede Untergruppe mindestens ein Gebäude umfasst,
Bereitstellen einer mit der Gruppe von Gebäuden über Versorgungsleitungen verbundenen zentralen Stromversorgungseinrichtung und einer ersten Schalteinrichtung zum wahlweisen Verbinden des zumindest einen Gebäudes einer der Untergruppen mit der zentralen Stromversorgungseinrichtung,
Bereitstellen in jedem der Gebäude eines ersten Stromspeichers, eines zweiten Stromspeichers und einer zweiten Schalteinrichtung zum wechselweisen Verbinden eines der beiden Stromspeicher mit einem im Gebäude vorgesehenen Gebäudestromversorgungsnetz und des jeweils anderen Stromspeichers mit der Versorgungsleitung,
intermittierendes Verbinden der Gebäude der Untergruppen mit der zentralen Stromversorgungseinrichtung, so dass in dem zumindest einen Gebäude der jeweiligen Untergruppe ausschließlich der jeweils nicht mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbundene Stromspeicher mit der Versorgungsleitung verbunden wird.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "Gebäude" allgemein ein Stromverbraucher verstanden. Bei dem Gebäude kann es sich um ein Einfamilienhaus, eine Wohnanlage, ein Hochhaus, eine Industrieanlage und dgl. handeln.
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Unter einer "Gruppe von Gebäuden" wird beispielsweise eine lokale Anhäufung von Gebäuden, beispielsweise eine Gemeinde, eine Stadt, ein Gewerbe- oder Industriepark oder dgl., verstanden. Bei einer "Untergruppe" handelt es sich beispielsweise um einen Stadtteil, ein Dorf, eine Industrieanlage, ein Gebäude oder dgl..
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Eine "zentrale Stromversorgungseinrichtung" kann eine lastabhängig steuerbare Stromerzeugungseinrichtung, beispielsweise ein herkömmliches Kraftwerk, eine Windturbine, photovoltaische Stromerzeugungseinrichtungen oder dgl. umfassen. Insbesondere regenerative Energiequellen, wie Windturbinen und/oder photovoltaische Stromerzeugungseinrichtungen, erzeugen Strom in Abhängigkeit der Tageszeit und/oder des Wetters. Regenerative Energiequellen speisen elektrische Energie fluktuierend und mitunter nicht vorhersehbar in das Stromversorgungsnetz ein. Sie bewirken hinsichtlich der Strommenge im Stromversorgungsnetz ein "Erzeugerspiel". Die zentrale Stromversorgungseinrichtung umfasst auch ein zumindest bis zur ersten Schalteinrichtung sich erstreckendes Stromversorgungsnetz.
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Unter dem Begriff "Stromversorgungsnetz" wird die Gesamtheit der Versorgungsleitungen zwischen den Gebäuden und der ersten Schalteinrichtung verstanden. Das "Stromversorgungsnetz" kann auch Betriebsmittel, z. B. Transformatoren und dgl., sowie Netzleitungen zwischen der zentralen Stromversorgungsleitung und der ersten Schalteinrichtung umfassen.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Stromversorgung in einem Gebäude durch einen im Gebäude vorgehaltenen ersten oder zweiten Stromspeicher erfolgt. Das Gebäudestromversorgungsnetz ist zur Versorgung mit Strom entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Stromspeicher verbunden. Der nicht mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbundene andere Stromspeicher wird zeitweise mit der zentralen Stromversorgungseinrichtung verbunden und infolgedessen geladen. – Damit wird ein durch das Zuschalten und Abschalten von gebäudeseitigen Verbrauchern bewirktes "Lastspiel" im Stromversorgungsnetz vermieden.
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Das Gebäudestromversorgungsnetz und die daran angeschlossenen Verbraucher sind stets vom Stromversorgungsnetz vollständig getrennt.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden der Zeitpunkt und die Dauer der Verbindung eines Stromspeichers eines Gebäudes mittels einer ersten Schalteinrichtung gesteuert. Damit ist es möglich, zur Stabilisierung des Stromversorgungsnetzes die Anzahl der damit verbundenen Stromspeicher pro Zeiteinheit zu variieren.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist gebäudeseitig eine zweite Schalteinrichtung zum wechselweisen Verbinden eines der beiden Stromspeicher mit einem im Gebäude vorgesehenen Gebäudestromversorgungsnetz und des jeweils anderen Stromspeichers mit der Versorgungsleitung vorgesehen. Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass der über die Versorgungsleitung mit der zentralen Stromversorgungseinrichtung verbundene Stromspeicher galvanisch vollständig getrennt vom Gebäudestromversorgungsnetz ist. Infolgedessen ist auch bei einer Störung der Versorgungsleitung oder einer Unterbrechung derselben eine Stromversorgung des Gebäudes gewährleistet. Vorteilhafterweise kann auch durch einen im Gebäudestromversorgungsnetz verursachten Kurzschluss eine Störung der Versorgungsleitung vermieden werden. Mit der zweiten Schalteinrichtung können überdies die beiden Stromspeicher wechselweise auf die Versorgungsleitung geschaltet und damit geladen werden.
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Erfindungsgemäß werden über das Stromversorgungsnetz lediglich Stromspeicher mit elektrischer Energie versorgt. Im Stromversorgungsnetz müssen Spannung und Frequenz nicht mehr in einem so engen vorgegebenen Bereich konstant gehalten werden, wie es nach dem Stand der Technik wegen der damit verbundenen Verbraucher erforderlich gewesen ist. Im Stromversorgungsnetz sind nach dem Gegenstand der Erfindung Spannungs- und Frequenzschwankungen tolerierbar. Zum Laden eines mit der Versorgungsleitung verbundenen Stromspeichers genügt eine vorgegebene maximale Leistung. Die vorgegebene maximale Leistung kann deutlich unterhalb einer nach dem Stand der Technik notwendigen vorzuhaltenden Spitzenleistung liegen. Infolgedessen können seitens des Stromversorgungsnetzes Betriebsmittel zur Bereitstellung der nach dem Stand der Technik erforderlichen Spitzenlasten eingespart werden. Herkömmliche Versorgungsleitungen können – falls erforderlich – gegen neue Versorgungsleitungen mit einem geringeren Querschnitt ausgetauscht werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Gruppe der Gebäude in Untergruppen eingeteilt. Beispielsweise werden in einer Stadt als Untergruppen drei Stadtteile festgelegt. Die drei Untergruppen werden mittels der ersten Schalteinrichtung nacheinander, beispielsweise für eine Zeitdauer von 8 Stunden, mit der zentralen Stromversorgungseinrichtung verbunden, so dass in den jeweiligen Gebäuden jeweils der eine mit der Versorgungsleitung verbundene Stromspeicher geladen wird.
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Die zweite Schalteinrichtung kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass am Ende des Ladevorgangs automatisch der geladene Stromspeicher mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden wird. In diesem Fall wird gleichzeitig der andere Stromspeicher vom Gebäudestromversorgungsnetz getrennt und mit der Versorgungsleitung verbunden. Damit kann der andere Stromspeicher beim nächsten Ansteuern der betreffenden Untergruppe mittels der ersten Schalteinrichtung geladen werden.
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Die Summe der zu ladenden Stromspeicher einer Untergruppe bildet insgesamt einen erheblichen und variierbaren Stromspeicher, mit dem in vorteilhafter Weise die Stabilität des Stromversorgungsnetzes sichergestellt werden kann.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Gebäude der Untergruppen wechselweise mit der zentralen Stromversorgungseinrichtung verbunden. D. h. zumindest eine der Untergruppen ist zum Laden der darin enthaltenen Stromspeicher mit der zentralen Stromversorgungseinrichtung verbunden. Es kann aber auch sein, dass mehrere Untergruppen gleichzeitig mit der zentralen Stromversorgungseinrichtung verbunden sind. Durch das wechselweise Verbinden der zentralen Stromversorgungseinrichtung mit den Untergruppen können relativ kurze Ladezeiten von beispielsweise 8 Stunden realisiert werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung umfasst die zentrale Stromversorgungseinrichtung zumindest ein konventionelles Kraftwerk und zumindest eine regenerative EnergiequelleDas Kraftwerk wird zweckmäßigerweise mit seinem optimalen Wirkungsgrad betrieben. Durch regenerative Energiequellen, beispielsweise Windkraftwerke oder photovoltaische Stromerzeugungseinrichtung, erzeugte Erzeugerspitzen können beispielsweise durch Zuschalten zumindest einer weiteren Untergruppe an die zentrale Stromversorgungseinrichtung genutzt werden.
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Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Anzahl der Untergruppen oder der in den Untergruppen enthaltenen Gebäude dynamisch in Abhängigkeit einer aktuell im Stromversorgungsnetz bereitstehenden Strommenge geändert. D. h. die Einteilung der Gruppe in mehrere Untergruppen lässt sich beispielsweise nach einem vorgegebenen Algorithmus in Abhängigkeit der aktuell bereitstehenden Strommenge dynamisch ändern. Eine Einteilung der Untergruppen kann insbesondere so gewählt werden, dass ein Erzeugerspiel im Stromversorgungsnetz ausgeglichen ist. Damit kann die Stabilität des Stromversorgungsnetzes jederzeit gewährleistet werden.
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Zum Einteilen der Untergruppen wird zweckmäßigerweise eine Restladung der zu ladenden Stromspeicher bei einer vorgegebenen Menge an Gebäuden gemessen. Zum Einteilen der Untergruppen kann die Menge an Gebäuden iterativ vergrößert werden. Dieser Vorgang kann so lange durchgeführt werden, bis eine geeignete Größe für eine Untergruppe gefunden worden ist, damit ein Erzeugerspiel im Stromversorgungsnetz ausgeglichen ist.
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Mittels der zweiten Schalteinrichtung wird vorteilhafterweise derjenige Stromspeicher mit der Versorgungsleitung verbunden, welcher gegenüber dem anderen Stromspeicher eine geringere Ladung aufweist. Dazu kann die zweite Schalteinrichtung eine Messeinrichtung zum Messen des Ladungszustands der Stromspeicher umfassen. Die Information über den Ladungszustand der Stromspeicher kann zu Steuerungszwecken auch an die erste Schalteinrichtung übermittelt werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Schalteinrichtung insbesondere nach Art einer Steuerung ausgebildet. D. h. mit der ersten Schalteinrichtung erfolgt insbesondere das Einteilen der Untergruppen sowie die Vorgabe der jeweiligen Verbindungsdauer der Untergruppen mit der zentralen Stromversorgungseinrichtung. Zu diesem Zweck können mittels der ersten Schalteinrichtung Steuersignale erzeugt werden, mit denen spezifisch die zweiten Schalteinrichtungen einer bestimmten Untergruppe angesteuert werden, um diese mit der Versorgungsleitung zu verbinden oder davon zu trennen. Die zweiten Schalteinrichtungen können mittels der ersten Schalteinrichtung zentral derart gesteuert werden, dass entweder ausschließlich einer der beiden Stromspeicher mit der Versorgungsleitung verbunden wird oder dass beide Stromspeicher von der Versorgungsleitung getrennt werden. Bei der Herstellung einer Verbindung einer der beiden Stromspeicher mit der Versorgungsleitung wird mit der zweiten Schalteinrichtung sichergestellt, dass dieser Stromspeicher nicht gleichzeitig mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden ist. Mit der zweiten Schalteinrichtung wird gewährleistet, dass der mit der Versorgungsleitung zu verbindende oder verbundene Stromspeicher stets galvanisch vollständig vom anderen Stromspeicher und vom damit verbundenen Gebäudestromversorgungsnetz getrennt ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine gebäudeseitige Stromversorgungsvorrichtung mittels der zweiten Schalteinrichtung ausschließlich mit dem Stromspeicher verbunden, welcher von der Versorgungsleitung getrennt ist. Bei der gebäudeseitigen Stromversorgungsvorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine photovoltaische Stromerzeugungseinrichtung. Der damit erzeugte Strom wird in Abkehr vom Stand der Technik nicht in das Stromversorgungsnetz eingespeist. Er wird ausschließlich dazu verwendet, denjenigen Stromspeicher mit Strom zu laden, welcher von der Versorgungsleitung getrennt ist. Auch das trägt dazu bei, ein Erzeugerspiel im Stromversorgungsnetz möglichst gering zu halten.
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Die erste und/oder zweite Schalteinrichtung kann mechanische, elektromechanische oder elektronische Schalter umfassen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erstes Stromversorgungsnetz,
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2 ein zweites Stromversorgungsnetz und
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3 eine schematische Darstellung der ersten und der zweiten Schalteinrichtung.
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Bei dem in 1 gezeigten ersten Stromversorgungsnetz umfasst eine zentrale Stromversorgungseinrichtung ein herkömmliches Kraftwerk 1 gebildet. Es kann sich dabei beispielsweise um ein mit Gas, Wasser oder einem fossilen Energieträger betriebenes Kraftwerk handeln. Die zentrale Stromversorgungseinrichtung umfasst ferner eine regenerative Stromerzeugungsvorrichtung 2. Es kann sich dabei um eine oder mehrere Windkraftanlagen, photovoltaische Energieerzeugungsanlagen, Biogasanlagen oder dgl. handeln.
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Mit dem Bezugszeichen S1 ist allgemein eine erste Schalteinrichtung bezeichnet. Die erste Schalteinrichtung S1 ist zwischen einer Netzleitung N und Versorgungsleitungen V1, V2, V3 geschaltet. Die Netzleitung N verbindet die zentrale Stromversorgungseinrichtung 1 sowie die regenerative Stromerzeugungsvorrichtung 2. Die Versorgungsleitungen V1, V2, V3 verbinden allgemein mit dem Bezugszeichen G bezeichnete Gebäude mit der ersten Schalteinrichtung S1.
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Die erste Schalteinrichtung S1 ist so ausgebildet, dass damit wahlweise entweder eine erste Versorgungsleitung V1, eine zweite Versorgungsleitung V2 oder eine dritte Versorgungsleitung V3 mit der Netzleitung N verbunden werden kann.
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Sämtliche Gebäude G bilden eine Gruppe GR. Die Gruppe GR ist in mehrere Untergruppen, hier eine erste Untergruppe UG1, eine zweite Untergruppe UG2 und eine dritte Untergruppe UG3 unterteilt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Untergruppen UG1, UG2, UG3 fest vorgegeben. D. h. der ersten Untergruppe sind die Gebäude G1.1, G1.2, G1.3 usw. zugeordnet. Die erste Untergruppe UG1 weist in diesem Fall eine vorgegebene Anzahl an Gebäuden G auf. Dasselbe gilt für die zweite Untergruppe UG 2 sowie die dritte Untergruppe UG3.
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In jedem der Gebäude G ist eine zweite Schalteinrichtung S2 vorgesehen. Ferner sind in jedem der Gebäude G eine erster Stromspeicher 3 sowie ein zweiter Stromspeicher 4 und ein Gebäudestromversorgungsnetz 5 vorgesehen. Bei den Stromspeichern 3, 4 handelt es sich beispielsweise um Batterien, vorzugsweise um Lithium-Ionen-Batterien, Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien, Blei-Batterien, eine Elektrolyseeinrichtung mit Gasspeicher bzw. Wasserstoffspeicher und einer Brennstoffzelle oder Gasturbine zur Rückverstromung, z. B. Carbazol, oder dgl.. Die Batterien weisen zweckmäßigerweise ein gasdichtes Gehäuse auf. Jeder Stromspeicher hat vorzugsweise eine Kapazität von zumindest 2 kWh, vorzugsweise zumindest 4 kWh, insbesondere bevorzugt zumindest 6 kWh.
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Das Gebäudestromversorgungsnetz 5 kann ein Gleichstromnetz, ein einphasiges Wechselstromnetz sowie ein Drehstromnetz umfassen.
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Die Funktion des ersten Stromversorgungsnetzes ist wie folgt:
In der Netzleitung N herrscht bedingt durch die regenerative Stromerzeugungsvorrichtung 2 ein Erzeugerspiel.
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Mit der ersten Schalteinrichtung S1 werden aufeinanderfolgend die Untergruppen UG1, UG2, UG3 mit der Netzleitung N verbunden, und zwar derart, dass jederzeit zumindest eine der Untergruppen UG1, UG2, UG3 mit der Netzleitung N verbunden ist. Beispielsweise kann jede der Untergruppen UG1, UG2, UG3 jeweils 8 Stunden mit der Netzleitung N verbunden sein. Mit der ersten Schalteinrichtung S1 ist es aber auch möglich, die Verbindungsdauer der Untergruppen UG1, UG2, UG3 mit der Netzleitung N zu variieren, um ein Erzeugerspiel auszugleichen. So können bei einer hohen Strommenge in der Netzleitung N die Schaltzyklen der ersten Schalteinrichtung S1 verkürzt werden, so dass eine größere Anzahl an weitgehend entladenen Stromspeichern pro Zeiteinheit an die Netzleitung N angeschlossen ist.
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In jedem der Gebäude G ist eine zweite Schalteinrichtung S2 vorgesehen. Mit der zweiten Schalteinrichtung S2 wird jeweils ein Stromspeicher 3, 4 mit der jeweiligen Versorgungsleitung V verbunden. Der andere Stromspeicher 3, 4 ist in diesem Fall zwangsläufig von der Versorgungsleitung V getrennt. Der andere Stromspeicher 3, 4 wird mittels der zweiten Schalteinrichtung S2 mit dem Gebäudestromversorgungsnetz 5 verbunden. Die zweite Schalteinrichtung S2 ist so ausgestaltet, dass das Gebäudestromversorgungsnetz 5 nicht mit demjenigen Stromspeicher 3, 4 verbunden sein kann, welcher mit der jeweiligen Versorgungsleitung V verbunden ist. Mit der zweiten Schalteinrichtung S2 wird jederzeit eine vollständige galvanische Trennung des Gebäudestromversorgungsnetzes 5 und des damit verbundenen Stromspeichers 3, 4 von der Versorgungsleitung V gewährleistet. Infolgedessen bleibt ein aus den Versorgungsleitungen V gebildetes Stromversorgungsnetz stets unbeeinflusst von etwaigen technischen Störungen im Bereich des Gebäudestromversorgungsnetzes 5. Andererseits wird durch die mit der jeweiligen Versorgungsleitung V verbundenen Stromspeicher 3, 4 eine erhebliche Kapazität zur Verfügung gestellt, mit der ein Erzeugerspiel in der Netzleitung N ausgeglichen bzw. genutzt werden kann.
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Bei der ersten Schalteinrichtung S1 kann es sich in einem einfachen Fall um eine einfache Zeitsteuerung mit fest vorgegebenen Schaltzeiten handeln. So können die Versorgungsleitungen V jeweils 8 Stunden mit Netzleitung N verbunden werden. Die erste Schalteinrichtung S1 kann aber auch so ausgestaltet sein, dass damit die Schaltzeiten in Abhängigkeit eines Erzeugerspiels variiert werden können. Es kann auch sein, dass mit der ersten Schalteinrichtung S1 zwei oder mehrere Untergruppen gleichzeitig mit der Netzleitung N verbunden werden, um das Erzeugerspiel auszugleichen.
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Das in 1 gezeigte erste Stromversorgungsnetz ist einfach, robust und störunanfällig.
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2 zeigt ein zweites Stromversorgungsnetz. Beim zweiten Stromversorgungsnetz ist die erste Schalteinrichtung S1 nach Art einer Steuerung ausgebildet, mit der die zweiten Schalteinrichtungen S2 mittels eines Signals gesteuert werden. Die erste Schalteinrichtung S1 kann beispielsweise einen Rundsteuersender umfassen, mit dem mehrere unterschiedliche Signale gesendet werden können. Beispielsweise ist ein erstes Signal spezifisch zum Schalten der zweiten Schalteinrichtungen S2 der ersten Untergruppe UG1, ein zweites Signal spezifisch zum Schalten der zweiten Schalteinrichtungen S2 der zweiten Untergruppe UG2 usw..
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Jede der gebäudeseitig vorgesehenen zweiten Schalteinrichtungen S2 umfasst in diesem Fall einen ersten Schalter S2.1, welcher in Abhängigkeit des von der ersten Schalteinrichtung S1 gesendeten Signals geöffnet oder geschlossen werden kann. Zu diesem Zweck kann der erste Schalter S2.1 beispielsweise mit einem Rundsteuerempfänger verbunden sein. Eine Schaltanordnung S2.2 der zweiten Schalteinrichtung S2 umfasst in der Regel mehrere Schalter, deren Schaltzustände derart zwangsgekoppelt sind, dass jeweils derjenige Stromspeicher 3, 4, welcher mit der jeweiligen Versorgungsleitung V verbunden ist, nicht gleichzeitig mit dem Gebäudestromversorgungsnetz 5 verbunden sein kann. Die Schaltungsanordnung S2.2 kann eine Messeinrichtung umfassen, mit der ein Ladezustand der Stromspeicher 3, 4 gemessen wird. In Abhängigkeit des gemessenen Ladezustands kann mit der Schaltanordnung S2.2 derjenige Stromspeicher 3, 4 ausgewählt werden, welcher mit der Versorgungsleitung V zu verbinden ist. Der andere Stromspeicher 3, 4 wird automatisch ausschließlich mit dem Gebäudestromversorgungsnetz 5 verbunden.
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Die Funktion des zweiten Stromversorgungsnetzes ist wie folgt:
Mit der ersten Schalteinrichtung S1 werden durch Senden eines, beispielsweise für die erste Untergruppe UG1 spezifischen ersten Steuersignals gleichzeitig ausschließlich die ersten Schalter S2.1 der ersten Untergruppe UG1 geschlossen, so dass die Gebäude G1.1, G1.2 usw. der ersten Untergruppe UG1 mit der ersten Versorgungsleitung V1 und damit mit der Netzleitung N verbunden sind. Die übrigen Untergruppen UG2 usw. sind währenddessen von der Netzleitung N getrennt, indem deren ersten Schalter S2.1 geöffnet sind. Zu einem späteren Zeitpunkt kann mittels der ersten Schalteinrichtung S1 ein weiteres Signal gesendet werden. Damit wird bewirkt, dass die ersten Schalter S2.1 der ersten Untergruppe UG1 geöffnet werden. Zum Verbinden der Gebäude G2.1, G2.2 der zweiten Untergruppe UG2 kann in ähnlicher Weise wie bei der ersten Untergruppe UG1 ein für die zweite Untergruppe UG2 spezifisches Signal zum Schließen der ersten Schalter S2.1 der zweiten Untergruppe UG2 gesendet werden, usw..
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Obwohl es in 2 nicht gezeigt ist, kann es auch sein, dass die zweiten Schalteinrichtungen mit der ersten Schalteinrichtung 1 zum Datenaustausch verbunden sein können. Beispielsweise ist es möglich, dass ein mit den zweiten Schalteinrichtungen S2 gemessener Ladezustand als Information an die erste Schalteinrichtung S1 übermittelt wird. In Abhängigkeit dieser Informationen kann nach einem vorgegebenen Algorithmus mittels der ersten Schalteinrichtung S1 eine Einteilung der Untergruppen UG und/oder eine Dauer der Verbindung zwischen der Untergruppen UG und der Netzleitung N variiert werden. Beispielsweise können diejenigen Gebäude G dynamisch zu einer Untergruppe zusammengefasst werden, deren Stromspeicher nahezu entladen sind. Diese Untergruppe kann sodann mit der Netzleitung N durch Erzeugung entsprechend geeigneter Schaltsignale verbunden werden. Es muss in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass eine Untergruppe UG1 lediglich ein Gebäude G umfassen kann. Es muss auch verstanden werden, dass gleichzeitig mehrere Untergruppen UG mit der Netzleitung N verbunden werden können. Infolgedessen ist es durch eine geeignete Kombination von Untergruppen UG bzw. Einteilung von Untergruppen UG möglich, vordringlich solche Stromspeicher mit der Netzleitung N zu verbinden, welche weitgehend entladen sind.
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3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer ersten S1 und einer zweiten Schalteinrichtung S2.
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Die erste Schalteinrichtung S1 umfasst beispielsweise einen Rundsteuersender, mit dem spezifische Signale zum Steuern von zweiten Schalteinrichtungen S2 über die Versorgungsleitung V gesendet werden können.
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In einem Gebäude G ist eine zweite Schalteinrichtung S2 vorgesehen. Die zweite Schalteinrichtung S2 umfasst den ersten Schalter S2.1, welcher mit einem (hier nicht gezeigten) Rundsteuerempfänger versehen sein kann. Damit ist es möglich, in Abhängigkeit des von der ersten Schalteinrichtung S1 gesendeten spezifischen Rundsteuersignals den ersten Schalter S2.1 zu öffnen und zu schließen. Dem ersten Schalter S2.1 ist ein Gleichrichter 6 nachgeschaltet, mit dem die über die Versorgungsleitung V gelieferte Wechselspannung in eine Gleichspannung umgewandelt wird. Ein Gleichspannungsausgang des ersten Gleichrichters 6 ist über einen zweiten Schalter 7 mit dem ersten Stromspeicher 3 verbindbar. Ferner ist der Gleichspannungsausgang des Gleichrichters 6 über einen dritten Schalter 8 mit dem zweiten Stromspeicher 4 verbindbar.
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Der erste Stromspeicher 3 ist über einen vierten Schalter 9 mit einem Gleichspannungseingang eines Wechselrichters 10 verbindbar. Der zweite Stromspeicher 4 ist über einen fünften Schalter 11 mit einem Gleichspannungseingang des Wechselrichters 10 verbindbar. Der zweite 7, dritte 8, vierte 9 und fünfte Schalter 11 sind über Steuerleitungen 12 mit einer Steuerung 13 verbunden.
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Der Wechselrichter 10 kann einen Gleichspannungsausgang A1, einen einphasigen Wechselspannungsausgang A2 sowie einen Drehstromausgang A3 aufweisen. Das Gebäudestromversorgungsnetz 5 kann mehrere Teilnetze umfassen, welche an die Ausgänge A1, A2, A3 angeschlossen werden. Insbesondere ist es mit der Erfindung einfach und kostengünstig möglich, ein Gleichspannungsteilnetz bereitzustellen.
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Mit dem Bezugszeichen 14 ist eine gebäudeseitige Photovoltaik-Einrichtung bezeichnet. Die Photovoltaik-Einrichtung 14 ist mit einem sechsten Schalter 15 mit dem ersten Stromspeicher 3 und über eine siebten Schalter 16 mit dem zweiten Stromspeicher 4 verbindbar. Auch der sechste 15 und der siebte Schalter 16 sind mit der Steuerung 13 über Steuerleitungen 12 verbunden.
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Mit der Steuerung
13 wird eine Stellung der Schalter
7,
8,
9,
11,
15,
16 zwangsgekoppelt, so dass die in der nachfolgenden Tabelle gezeigten beiden Schaltzustände schaltbar sind: Tabelle:
| Schalter Nr. | Schaltzustand 1 | Schaltzustand 2 |
| 7 | geschlossen | offen |
| 8 | offen | geschlossen |
| 9 | offen | geschlossen |
| 11 | geschlossen | offen |
| 15 | offen | geschlossen |
| 16 | geschlossen | offen |
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Sowohl der Schaltzustand 1 als auch der Schaltzustand 2 ist so, dass die Versorgungsleitung V jeweils nur mit einem der beiden Stromspeicher 3, 4 verbunden sein kann. Ferner sind die beiden Schaltzustände so, dass der jeweils mit der Versorgungsleitung V verbundene Stromspeicher 3, 4 nicht mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden sein kann. Die Schaltzustände sind ferner so, dass die Photovoltaik-Einrichtung 14 ausschließlich mit demjenigen Stromspeicher 3, 4 verbunden ist, welcher nur mit der Versorgungsleitung V verbunden ist.
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Mit der vorgeschlagenen Schaltanordnung wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass eine gebäudeseitige Photovoltaik-Einrichtung 14 ausschließlich zum Laden desjenigen Stromspeichers 3, 4 verwendet wird, welcher nicht mit der Versorgungsleitung V verbunden ist. Es kann damit ein Erzeugerspiel in der Versorgungsleitung V ausgeglichen und ein durch Verbraucher bedingtes Lastspiel vermieden werden.
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Obwohl es in 3 nicht gezeigt ist, kann eine Wahl des Schaltzustands 1 oder 2 mittels der zweiten Schalteinrichtung S2 beispielsweise in Abhängigkeit des Ergebnisses einer mit einer Messeinrichtung durchgeführten Messung erzeugt werden, mit welcher ein Ladezustand der Stromspeicher 3, 4 ermittelt wird. Der Schaltzustand 1 oder 2 wird so gewählt, dass derjenige Stromspeicher 3, 4 mit der geringeren Ladung zur Verbindung mit der Versorgungsleitung V geschaltet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- zentrale Stromversorgungseinrichtung
- 2
- regenerative Stromerzeugungsvorrichtung
- 3
- erster Stromspeicher
- 4
- zweiter Stromspeicher
- 5
- Gebäudestromversorgungsnetz
- 6
- Gleichrichter
- 7
- zweiter Schalter
- 8
- dritter Schalter
- 9
- vierter Schalter
- 10
- Wechselrichter
- 11
- fünfter Schalter
- 12
- Steuerleitung
- 13
- Steuerung
- 14
- Photovoltaik-Einrichtung
- 15
- sechster Schalter
- 16
- siebter Schalter
- A1
- Gleichspannungsausgang
- A2
- Wechselspannungsausgang
- A2
- Drehstromausgang
- G, G1.1, G1.2, K
- Gebäude
- GR
- Gruppe
- N
- Netzleitung
- S1
- erste Schalteinrichtung
- S2
- zweite Schalteinrichtung
- S2.1
- erster Schalter
- S2.2
- Schaltanordnung
- UG
- Untergruppe
- UG1
- erste Untergruppe
- UG2
- zweite Untergruppe
- UG3
- dritte Untergruppe
- V
- Versorgungsleitung
- V1
- erste Versorgungsleitung
- V2
- zweite Versorgungsleitung
- V3
- dritte Versorgungsleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/0130615 A [0006]
- WO 2012/108987 A2 [0007]
- EP 2026440 A2 [0008]
- WO 2013/016535 A2 [0009]
