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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Energieflusses in einem Energienetzwerk, bei dem zumindest zeitweise eine Energieaufnahme und/oder Energieabgabe wenigstens eines Teilnehmers des Energienetzwerks in Abhängigkeit von wenigstens einer für eine zulässige Abweichung von einer normalen Energieaufnahme und/oder Energieabgabe des wenigstens einen Teilnehmers repräsentativen Energietoleranz von wenigstens einer Leiteinrichtung des Energienetzwerks gesteuert wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen Teilnehmer eines Energienetzwerkes, der zum Verbrauchen und/oder Erzeugen von Energie in dem Energienetzwerk ausgebildet ist und der wenigstens eine für eine zulässige Abweichung von einer normalen Energieaufnahme und/oder Energieabgabe repräsentative Energietoleranz aufweist.
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Die Erfindung betrifft auch eine Leiteinrichtung eines Energienetzwerkes, die zum Steuern eines Energieflusses in dem Energienetzwerk ausgebildet ist und zum zumindest zeitweisen Steuern von der Energieaufnahme und/oder Energieabgabe von wenigstens einem Teilnehmer des Energienetzwerkes in Abhängigkeit von wenigstens einer für eine zulässige Abweichung von einer normalen Energieaufnahme und/oder Energieabgabe repräsentative Energietoleranz ausgebildet ist.
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Derartige Verfahren und Komponenten von Energienetzwerken sind aus dem Stand der Technik bekannt und beispielsweise in der
WO 2012/079645 A1 und der
WO 2012/076039 A1 beschrieben. In den bekannten Energienetzwerken werden als Leiteinrichtung sogenannte Energiemanagementsysteme eingesetzt, welche die Teilnehmer des Energienetzwerks so steuern, dass ein möglichst energieeffizientes Arbeiten des Energienetzwerks ermöglicht wird. Teilnehmer im Energienetzwerk sind dabei alle möglichen Verbraucher, Erzeuger und/oder Energiespeicher, beispielsweise in einem Bahnenergieverbundsystem, das ein Energienetzwerk einer Eisenbahnanlage darstellt. In einem normalen Betrieb des Energienetzwerks weist jeder Teilnehmer eine normale, geplante Energieaufnahme und/oder Energieabgabe auf. Diese Energieaufnahme und/oder Energieabgabe richtet sich typsicherweise auch nach dem aktuellen Zustand des Teilnehmers, dessen Sollwerten und Steuerungsverhalten. Unter Energieaufwand ist beispielsweise ein Energieverbrauch, unter Energieabgabe eine Energielieferung oder -erzeugung zu verstehen. Die Energietoleranz eines Teilnehmers ist eine zulässige Abweichung von dieser normalen Energieaufnahme und/oder Energieabgabe, die für diesen Teilnehmer möglich ist. Die Energietoleranz kann, insbesondere bei einem Verbraucher, sowohl positiv als auch negativ, also Energieeinsparung oder Energieverbrauch, sein.
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Folglich sind Energietoleranzen die Energiemengen eines Teilnehmers, die zur aktiven Steuerung des Energieflusses innerhalb des Energienetzwerks, beispielsweise zum Zwecke der Steigerung der Energieeffizienz, zur Verfügung stehen. Die Energietoleranzen zeigen eine Bandbreite einer möglichen zeitgesteuerten Energieeinsparung oder eines Verbrauchs des jeweiligen Teilnehmers an. So ist eine Lastumverteilung oder Lastoptimierung möglich, die die Leiteinrichtung als das Energiemanagementsystem durchführen kann. Die Teilnehmer sind Stellglieder, die von der Leiteinrichtung gesteuert bzw. beeinflusst werden können.
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Um bei komplexen Energienetzwerken eine optimierte Energieeffizienz zu erreichen, müssen die Energietoleranzen berechnet werden. Diese Berechnung kann zeitaufwendig sein bzw. hohe Rechenleistung erfordern.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern eines Energieflusses in einem Energienetzwerk, einen Teilnehmer und eine Leiteinrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen das energieeffiziente Steuern eines Energienetzwerks vereinfacht wird.
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Erfindungsgemäß löst das eingangs genannte Verfahren diese Aufgabe dadurch, dass die Energietoleranz des wenigstens einen Teilnehmers an die Leiteinrichtung übermittelt wird.
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Der oben genannte Teilnehmer löst diese Aufgabe dadurch, dass der Teilnehmer zum Übermitteln der Energietoleranz ausgebildet ist.
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Die eingangs genannte Leiteinrichtung löst die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Leiteinrichtung zum Empfangen der Energietoleranz ausgebildet ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass die Energietoleranz nicht wie im Stand der Technik von der Leiteinrichtung selber ermittelt werden muss, sondern an diese übermittelt wird. Diese dezentrale Ausführung spart Rechenleistung auf Seiten der zentralen Leiteinrichtung und reduziert die nötige Bearbeitungszeit der Leiteinrichtung.
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Das Steuern des Teilnehmers bedeutet hier eine Vorgabe der Leiteinrichtung, die nicht immer vom Teilnehmer exakt ausgeführt wird. Beispielsweise kann ein Klimaanlagenkompressor eine bestimmte minimale Einschaltzeit aufweisen. Wenn vor Ende der minimalen Einschaltzeit von der Leiteinrichtung ein Steuerbefehl zur Abschaltung kommt, wird diese vom Teilnehmer ignoriert bis das Ende erreicht ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann durch vorteilhafte Ausgestaltungen weiterentwickelt werden, die im Folgenden beschrieben sind.
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So kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Energietoleranz von dem wenigstens einen Teilnehmer an die Leiteinrichtung übermittelt werden. Der Teilnehmer ist vorteilhafterweise bereits mit der Leiteinrichtung signaltechnisch verbunden und kann somit die Energietoleranz auf einfache Weise übermitteln. Ferner kann die Energietoleranz auch von dem wenigstens einem Teilnehmer ermittelt werden. Dies hat den Vorteil, dass jeder Teilnehmer für seine individuelle Energietoleranz sozusagen der Experte ist und diese am besten berechnen kann. Die nötigen Informationen und Knowhow zum Berechnen der Energietoleranz sind üblicherweise beim Teilnehmer bereits vorhanden, so dass deren Berechnung teilnehmerseitig im Vergleich zu einer zentralen Lösung besonders einfach, zeit- und rechnersparend möglich ist.
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Um die Erfindung für eine servicebasierte oder agentenbasierte IT-Landschaft auszubilden, kann die wenigstens eine Energietoleranz an die Leiteinrichtung signaltechnisch autonom übermittelt werden. Dies bedeutet, dass die Energietoleranz ohne vorherigen Abruf der Leiteinrichtung dieser zur Verfügung gestellt wird. Dies reduziert weiter den Aufwand auf Seiten der Leiteinrichtung und unterstützt sogenannte IT-Marketplace Konzepte. Der Teilnehmer stellt dabei die Energietoleranz zur Verfügung, sobald er diese berechnet hat.
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Um ein permanentes Regeln der Leiteinrichtung zur ermöglichen, kann die wenigstens eine Energietoleranz, insbesondere periodisch, aktualisiert und die aktualisierte Energietoleranz an die Leiteinrichtung übermittelt werden. So wird die übermittelte Energietoleranz auf Seiten der Leiteinrichtung an den aktuellen Status angepasst, der möglicherweise bereits durch Steuerungseingriffe der Leiteinrichtung geändert ist. Die Datenbasis wird auf aktuellem Stand gehalten. Beispielsweise kann eine Energietoleranz von zunächst 5 kWh auf 2 kWh aktualisiert werden, wenn die Leiteinrichtung den Energiebedarf des Teilnehmers in der Zwischenzeit bereits um 3 kWh verändert hat.
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Um sowohl für einen positiven als auch einen negativen Energiebedarf zur Verfügung zu stehen, kann die Energietoleranz mit wenigstens einer zulässigen positiven und/oder negative Abweichung von der normalen Energieaufnahme und/oder Energieabgabe übermittelt werden. So kann die Leiteinrichtung den Teilnehmer sowohl zum Energieeinsparen als auch zum Energieverbrauchen ansteuern und nutzen. Ferner kann die Energietoleranz mit wenigstens einem zeitlichen Verlauf der zulässigen Abweichung übermittelt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Leiteinrichtung einen Energieverlauf auch in die Zukunft planen kann.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann ein Istwert der Energieaufnahme und/oder Energieabgabe erfasst und als normale Energieaufnahme und/oder Energieabgabe der Energietoleranz verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass der Istwert den aktuellen Normalzustand darstellt und somit das Energienetzwerk besonders realistisch abgebildet ist. Dadurch kann das Energienetzwerk besonders genau gesteuert werden.
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Um das gesamte Energienetzwerk besonders gut steuern zu können, kann die Energieaufnahme und/oder Energieabgabe des wenigstens einen Teilnehmers in Abhängigkeit von der Energietoleranz von mehreren Teilnehmern geändert werden. Dabei können die Energietoleranzen aufsummiert werden und somit eine Bilanz des gesamten Energienetzwerks gezogen und dadurch das Energienetzwerk gut gesteuert werden. Aufsummieren bezieht sich hier auf eine ganzheitliche Betrachtung, welche nicht nur durch eine mathematische Summenbildung erfolgen kann.
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Um die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders gut nutzen zu können, kann das Verfahren zum Steuern eines Energieflusses in einem Energienetzwerk einer Eisenbahnanlage angewendet werden. Im Energienetzwerk einer Eisenbahnanlage sind viele Teilnehmer vorhanden, die von der Leiteinrichtung gesteuert werden können und durch die die Energieeffizienz des gesamten Netzwerks gesteigert werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Teilnehmers kann der Teilnehmer zum Ermitteln der Energietoleranz ausgebildet sein. Wie oben bereits geschildert hat dies den Vorteil, dass die Energietoleranz expertenseitig ermittelt und berechnet wird, wodurch Zeit, Aufwand und Rechenleistung eingespart werden kann. Um eine agentenbasierte IT-Landschaft zu realisieren, kann der Teilnehmer die Energietoleranz signaltechnisch autonom übermitteln.
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Ferner kann der Teilnehmer ein Energiespeicher, ein Fahrzeug, insbesondere eine Eisenbahn, ein Heiz-, Kühl- oder Klimagerät oder ein elektrischer Wandler sein. Als elektrischer Wandler wird hier kein elektrischer Messwandler verstanden, sondern ein Wandler von nicht elektrischer Energieform in elektrische Energie und umgekehrt. Beispielsweise sind dies thermische, mechanische oder chemische Speicher sowie Wärmeenergiespeicher oder Träger kinetischer Energie. Mit diesen Teilnehmern lässt sich die erfindungsgemäße Lösung besonders gut umsetzen. Die Teilnehmer können beispielsweise Klimaanlagen, Weichenheizungen, Verbraucherstationen, wie beispielsweise Beleuchtung, Rolltreppen, Aufzüge, Kompressoren und Ventilatoren, ein Verbraucher in Depots, wie z. B. Zugvorheizanlagen oder Glühöfen, die Steuerung von Load Tap Charger an Trafos, durch beispielsweise Veränderung der Leerlaufspannung der Traktionen in Abhängigkeit vom Fahrplan, Onlineoptimierung der Parameter von gesteuerten Gleichrichtern, Inverter und Energiespeicher unter Berücksichtigung von Fahrplan und aktuellen Anlagenzuständen, Messwerten, oder Gebäudeventilations- und Gebäudekühlsysteme, die auch die Ausnutzung der Wärmekapazität von Gebäuden, beispielsweise Tunnelröhren, beinhalten können, sein.
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Um das Energienetzwerk möglichst genau und schnell steuern zu können, kann der Teilnehmer wenigstens eine Messeinrichtung aufweisen, die einen Istwert der Energieaufnahme und/oder Energieabgabe ermittelt, und der Teilnehmer den Istwert als normale Energieaufnahme und/oder Energieabgabe der Energietoleranz verwendet. Der Istwert kann anstatt oder zusätzlich zu einem Sollwert der Energieaufnahme und/oder Energieabgabe erfasst und verwendet werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Energienetzwerk mit wenigstens einem Teilnehmer, der Energie im Energienetzwerk verbraucht und/oder erzeugt und wenigstens eine für eine zulässige Abweichung von einer normalen Energieaufnahme und/oder Energieabgabe repräsentative Energietoleranz aufweist und mit wenigstens einer Leiteinrichtung, die einen Energiefluss in dem Energienetzwerk steuert und zumindest zeitweise die Energieaufnahme und/oder Energieabgabe des Teilnehmers in Abhängigkeit von wenigstens der Energietoleranz steuert, wobei die Leiteinrichtung erfindungsgemäß ausgebildet ist. Ferner kann der Teilnehmer in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Energienetzwerks erfindungsgemäß oder nach einer der oben genannten Ausführungsformen ausgebildet sein.
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Im erfindungsgemäßen Energienetzwerk können die Teilnehmer – neben anderen Werten – insbesondere die Istwerte der Energieverbräuche des jeweiligen Teilnehmers erfassen, in Echtzeit oder als Vorhersage. Die Istwerte können dabei auch gemittelte Istwerte, Spitzen- oder Effektivwerte sein. Die so erfassten Energieverbräuche werden von dem Teilnehmer für die verschiedenen oben beschriebenen Hauptfunktionen verwendet. Der Teilnehmer kann dabei auch Funktionen beinhalten, die die aktuelle Situation einer Auslastung des Teilnehmers beschreibt. Der Teilnehmer erkennt seine aktuelle Auslastung und die Grenzen, beispielsweise die Betriebsgrenzen, so kann der Teilnehmer auch seine Energietoleranz, also seine betrieblichen Toleranzbänder berechnen. Diese Energietoleranz kann letztendlich aufzeigen, welche Energiemengen durch den entsprechenden Teilnehmer gestellt, verbraucht oder gespeichert werden können. Diese Energietoleranz kann auch den zeitlichen Verlauf der Energiemengen berücksichtigen. Beispielsweise die Berücksichtigung von Lade-/Entladezeiten von Speichern für die Bildung bzw. den Abbau einer berechneten Energiemenge. Die Berechnung kann statisch und/oder dynamisch erfolgen. Statisch beispielsweise bei Normalbetrieb einer Klimaanlage oder bei gleichbleibendem Energiespeicher. Dynamisch beispielsweise bei Einflussnahme auf die Klimaanlage oder Beeinflussung der Zuggeschwindigkeit als Teilnehmer im Energienetzwerk.
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Diese so ermittelten Energietoleranzen, inklusive Energiemengen und zeitlicher Verlauf der Energiemengen, können für weitere Berechnungen und Funktionen der Leiteinrichtung herangezogen werden. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise der dezentralen Berechnung der Toleranzen durch die Teilnehmer ist keine genaue Kenntnis der Teilnehmer auf Seiten der Leiteinrichtung notwendig. Die genaue Kenntnis liegt bei den Teilnehmern und kann beispielsweise die Bauart, die Betriebsmöglichkeiten, den Betriebszustand oder den Wartungszustand beinhalten. Daher sind letztlich durch die Erfindung keine aufwendige Datenbeschaffung in der Entwicklungsphase von Projekten und aufwendige Datenschnittstellen sowie Parametrierungsmöglichkeiten notwendig. Dadurch verringert sich die Komplexität und der Aufwand des Energiemanagementsystems.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die Energietoleranzen übertragen. Im Gegensatz dazu übertragen Systeme im Stand der Technik lediglich Istwerte und die Energietoleranzen müssen zentral in der Leiteinrichtung berechnet werden. Die erfindungsgemäße Lösung kann vorteilhafterweise dezentral ausgebildet werden.
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Vorteil der Übertragung der Energietoleranzen ist, dass die Teilnehmer selbst ausrechnen, was innerhalb ihrer spezifischen Grenzen bezüglich des Energiemanagements, inklusive beispielsweise Erzeugung, Verbrauch und Speicherung, möglich wäre. Somit werden die Energietoleranzen, die man auch als Energiebandbreite bezeichnet, dort berechnet, wo typischerweise das Wissen dazu vorhanden ist. Die genaue Kenntnis von beispielsweise Bauart, Betriebsmöglichkeiten, Betriebszustand oder dem Wartungszustand muss nicht zwischen den Teilnehmern und der Leiteinrichtung kommuniziert werden. So wird die Komplexität der Leiteinrichtung verringert.
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Im Folgenden sind weitere wesentliche Vorteile der Erfindung beschrieben:
Nicht nur die Istdaten bzw. die historischen Daten werden an die Leiteinrichtung übertragen, sondern die bereits im Teilnehmer gebildeten Energietoleranzen. Somit ist die Datenmenge verringert. Eine dezentrale Ermittlung der Energietoleranzen ist erfindungsgemäß realisierbar. Somit ist keine zentrale Verwaltung der Teilnehmer bzw. deren Parameter notwendig. Dadurch ergibt sich eine einfachere Schnittstellenklärung, einfachere Datenanbindung und verringerte Komplexität der Parametrierung von Teilnehmern. Insgesamt führt dies zu geringeren Kosten des Energienetzwerks. Die zentrale Leiteinrichtung wird entlastet. Nötige Vorhersagen, beispielsweise wie lange ein Gerät ein- oder ausgeschaltet werden kann, werden dezentral durch die Teilnehmer erbracht. In Summe erlaubt die erfindungsgemäße Lösung eine allgemein schnellere Funktionalität bzw. geringere Anforderung an die Software- und Hardware-Architektur, bei gleicher funktionaler Leistungsfähigkeit. Auf Basis der Erfindung kann ein neuer Standard zur energetischen Kopplung und Steuerung von Teilnehmern verschiedener Hersteller und Systeme definiert werden.
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Energietoleranzen verschiedenster Teilnehmer werden beispielsweise in kWh oder kJ angegeben.
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In der oben beschriebenen besonderen Ausführungsform bei beispielsweise entsprechendem Einsatz von M2M(Machine-two-Machine)-Kommunikation können sich Teilnehmer automatisch bei der Leiteinrichtung anmelden. Dadurch entfällt die Programmierung der Kommunikation der Leiteinrichtung. Dabei werden die Energietoleranz als auch die Steuerungssignale autonom übermittelt.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche Komponenten werden dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energienetzwerks;
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2 eine schematische Darstellung einer Energietoleranz eines Teilnehmers in dem erfindungsgemäßen Energienetzwerk in 1;
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3 eine schematische Darstellung einer Energietoleranz einer Heizung;
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4 eine schematische Darstellung einer Energietoleranz für eine Fahrplanabweichung eines Fahrzeugs;
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5 eine schematische Darstellung einer Energietoleranz eines Energiespeichers;
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6 eine schematische Darstellung einer Energietoleranz einer Gebäude- oder Tunnelkühlung;
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7 eine schematische Darstellung eines Energienetzwerkes aus dem Stand der Technik.
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Zunächst wird das erfindungsgemäße Energienetzwerk anhand der beispielhaften Ausführungsform der 1 und 2 beschrieben.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energienetzwerks 1, das mehrere Teilnehmer 2 und eine Leiteinrichtung 3 umfasst.
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Jeder Teilnehmer 2 weist bei der beispielhaften Ausführungsform in 1 eine Recheneinrichtung 4, eine Kommunikationseinrichtung 5 und eine Steuerungseinheit 6 auf.
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Das Energienetzwerk 1 in 1 ist beispielsweise das Energienetzwerk in einen Bahnenergieverbundsystem einer Eisenbahnanlage. Selbstverständlich sind auch Anwendungen in anderen Bereichen, wie z.B. Minenanlagen, Krananlagen, Smart Grid Systeme, möglich. Jeder Teilnehmer 2 ist beispielsweise ein Energieerzeuger, Energieverbraucher oder ein Energiespeicher. Beispiele für die Teilnehmer in einem Bahnenergieverbundsystem sind das Zugsystem selbst mit Antrieben und Hilfsbetrieben, Heizungen, Fahrplanabweichungen der Züge, Energiespeicher, Gebäude- oder Tunnelkühlungen, oder andere Verbraucher bzw. Energieerzeuger.
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Die Recheneinrichtung 4 jedes Teilnehmers 2 ist unter anderem zur Berechnung einer Energietoleranz 7 des jeweiligen Teilnehmers ausgebildet.
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2 zeigt die Energietoleranz 7 eines beispielhaften Teilnehmers 2. Die Energietoleranz 7 weist einen mittleren Normalwert En, einen positiven oberen Grenzwert der Energietoleranz E+ und einen negativen unteren Grenzwert der Energietoleranz E– auf. Die Energietoleranz 7 ist die zulässige Energiemenge eines Teilnehmers 2, mit der er vom Normalwert En abweichen kann. Die Energiemenge kann dabei positiv als auch negativ sein, um dadurch die Möglichkeit zur zeitrichtigen/zeitweisen Energieeinsparung bzw. zum Energieverbrauch oder auch zur Energiespeicherung/Energieabgabe zu geben. Die Werte für die positiven bzw. negativen Grenzwerte E+, E– werden durch den Teilnehmer 2 oder durch dessen Hersteller oder Betreiber festgelegt. Typischerweise handelt es sich dabei um Toleranzen von Betriebsparametern, beispielsweise SollTemperaturen, Sollfahrplanabweichungen oder Sollladezustände, die zu keinen zu großen und damit unerlaubten oder unerwünschten Nachteilen im Betrieb führen – also toleriert werden können. Als Normalwert En eines Teilnehmers 2 kann als Berechnungsbasis neben einem Sollwert auch ein Istwert des Energieverbrauchs verwendet werden. Insbesondere dann, wenn die Steuerung des Teilnehmers eine Abweichung vom Sollwert zulässt. Die Energietoleranz 7.1 in 2 ist beispielsweise dargestellt für den Teilnehmer 2.1. Die Energietoleranzen der übrigen Teilnehmer 2 weisen entsprechend ebenfalls einen positiven Grenzwert E+, einen negativen Grenzwert E– und einen Normalwert En auf. Die Recheneinrichtung 4 jedes Teilnehmers 2 ist zur Ermittlung der jeweiligen Energietoleranz 7 ausgebildet.
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Die Kommunikationseinrichtung 5 jedes Teilnehmers 2 ist zur Übermittlung der Energietoleranz 7 und möglicherweise anderer Daten an die Leiteinrichtung 3 ausgebildet. Weiterhin ist die Kommunikationseinrichtung 5 auch zum Empfang von Steuerungssignalen 8 von der Leiteinrichtung 3 ausgebildet.
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Die Steuerungseinheit 6 jedes Teilnehmers 2 ist zur Steuerung des jeweiligen Teilnehmers ausgebildet. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 6 einer Heizeinrichtung die Heizleistung reduzieren.
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Ferner umfasst jeder Teilnehmer 2 der beispielhaften Ausführungsform in 1 eine Messeinrichtung 9, die einen aktuellen Istwert 10 der Energieaufnahme oder Energieabgabe des Teilnehmers 2 ermittelt.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Energienetzwerks 100 aus dem Stand der Technik. Bei diesem werden von den Teilnehmern 102 die Istwerte 110 an die Leiteinrichtung 103 übermittelt. Die Leiteinrichtung 103 aus dem Stand der Technik weist eine Vorhersage- und Simulationseinrichtung 111, eine Bedarfs-/Verfügbarkeitsplanungseinrichtung 112 und eine Steuerungseinheit 113 auf. Bevor die Steuerungseinheit 113 der Leiteinrichtung 103 aus dem Stand der Technik Steuerungssignale 8 an die Teilnehmer 102 übermitteln kann, müssen die Vorhersage- und Simulationseinrichtung 111 und die Bedarfs-/Verfügbarkeitsplanungseinrichtung 112 die Energietoleranzen 7 in der Leiteinrichtung 103 berechnen.
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Im erfindungsgemäßen Energienetzwerk 1 in 1 werden die Energietoleranzen 7 von der Recheneinrichtung 4 jedes Teilnehmers 2 ermittelt und von jedem Teilnehmer 2 an die Steuerungseinheit 13 der erfindungsgemäßen Leiteinrichtung 3 übermittelt. Somit entfällt bei der erfindungsgemäßen Leiteinrichtung 3 die Berechnung der Energietoleranzen 7. Dadurch benötigt die erfindungsgemäße Leiteinrichtung 3 für die einzelnen Teilnehmer keine Vorhersage- und Simulationseinrichtung und auch keine Bedarfs-/Verfügbarkeitsplanungseinrichtung. Dadurch ist der Rechenaufwand auf Seiten der Leiteinrichtung 3 gegenüber dem Stand der Technik erheblich reduziert. Wie auch in 2 dargestellt, werden bei dem erfindungsgemäßen Energienetzwerk 1 alle Energietoleranzen 7 der Teilnehmer 2 an die Leiteinrichtung 3 übermittelt. Diese dezentrale Berechnung der Energietoleranzen 7 entlastet die Leiteinrichtung 3.
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Vorteilhafterweise übermittelt jeder Teilnehmer 2 die Energietoleranzen 7 autonom an die Steuereinheit 13 der Leiteinrichtung 3. Autonom bedeutet in diesem Fall, dass jeder Teilnehmer 2 als ein Agent in dem Energienetzwerk 1 fungiert, der die Energietoleranzen 7 ohne weitere Aufforderung durch die Leiteinrichtung 3 an diese übermittelt. Das erfindungsgemäße Energienetzwerk 1 entspricht damit einer servicebasierten bzw. agentenbasierten IT-Landschaft und unterstützt IT Marketplace Konzepte.
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Im Folgenden werden anhand der 3 bis 6 verschiedene Energietoleranzen 7 von typischen Teilnehmern 2 eines Bahnenergieverbundsystems einer Eisenbahnanlage beschrieben.
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3 zeigt schematisch die Energietoleranz 7 einer Heizeinrichtung 14, beispielsweise einer Weichenheizung, Zugvorheizanlage oder eines Glühofens. Der Normalwert der Energietoleranz En entspricht bei der Heizeinrichtung 14 einem Temperatursollwert, beispielsweise einer vorgegebenen Innenraumtemperatur eines Fahrzeugs. Der positive Grenzwert der Energietoleranz E+ entspricht einer maximal erlaubten Temperatur und der negative Grenzwert der Energietoleranz E– entspricht einer minimal erlaubten Temperatur. Die Energietoleranz 7 in 3 umfasst auch einen zeitlichen Verlauf der Energie der Heizeinrichtung 14, wie in den Diagrammen in 3 dargestellt.
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Im oberen Diagramm ist der zeitliche Verlauf der Energietoleranz 7 ab einer Aktivierung 15 der Heizeinrichtung 14 dargestellt. Die Heizeinrichtung 14 kann ab der Aktivierung 15 die dargestellte Energiemenge ΣE als Verbraucher aufnehmen. Diese Energiemenge ΣE ist also von der Leiteinrichtung 3 als positive Energietoleranz für die Heizeinrichtung 14 einplanbar und somit abrufbar. Im unteren Diagramm in 3 ist entsprechend der Verlauf bei einer Deaktivierung 16 der Heizeinrichtung 14 dargestellt, bei der die Energiemenge –ΣE geliefert beziehungsweise eingespart werden kann.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Energietoleranz 7 für eine Fahrplanabweichung 17 eines Schienenfahrzeugs. Über die Fahrplanabweichung 17, die über eine Beeinflussung der Zuggeschwindigkeit eingestellt werden kann, kann ebenfalls Energie eingespart oder verbraucht werden. In dem Diagramm in 4 ist der Verlauf der Energietoleranz 7 ab einem Stellbefehl 18 dargestellt. t+ stellt einen überpünktlichen Zug dar, der gegenüber dem Fahrplan früher ankommt. t0 bedeutet eine Ankunft des Zugs gemäß Fahrplan. Entsprechend bedeutet t– einen verspäteten Zug gegenüber dem Fahrplan, dessen Verspätung noch akzeptabel ist. Je nach positiver oder negativer Fahrplanabweichung ergibt sich eine positive Energietoleranz oder eine negative Energietoleranz. Das Speichermedium ist bei der in 4 dargestellten Fahrplanabweichung kinetische bzw. potentielle Energie.
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5 stellt schematisch die Energietoleranz 7 eines Energiespeichers 19 dar. Wie in dem Diagramm in 4 dargestellt, kann der Energiespeicher 19 eine maximal erlaubte Ladung Q+ oder eine minimal erlaubte Ladung Q– erreichen. Ein Ladungssollwert ist mit Q0 bezeichnet. Mit einem Ladebefehl 20 bzw. einem Entladebefehl 21 kann Energie verbraucht oder geliefert werden. Das Speichermedium bei einem Energiespeicher 19 kann je nach Speichertyp beispielsweise magnetische, elektrische, chemische oder rotatorische Energie sein.
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6 zeigt eine schematische Darstellung einer Energietoleranz 7 für eine Gebäude- oder Tunnelkühlung 22. Wie bei der Darstellung in 3 ist auch in 6 das Speichermedium die Wärmekapazität. Tmin bedeutet im Diagramm in 6 eine minimal erlaubte Temperatur, T0 eine Solltemperatur und Tmax eine maximal erlaubte Temperatur. Die vier im Diagramm in 6 dargestellten Abschnitte 23.1 bis 23.4 bedeuten eine nächtliche Abkühlung des Tunnels auf ein Minimum (23.1), eine Reduktion der Kühlleistung in Stoßzeiten (23.2), eine erhöhte Kühlleistung bei Schwachlast (23.3) und eine reduzierte Kühlleistung (23.4). Daraus ergeben sich eine positive Energietoleranz +ΣE, bei der die Energiemenge von der Gebäude- oder Tunnelkühlung 22 verbraucht wird bzw. –ΣE, eine negative Energietoleranz, die eine einsparbare oder lieferbare Energiemenge darstellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012/079645 A1 [0004]
- WO 2012/076039 A1 [0004]
