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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Haustechnikanlagen in einem elektrischen Stromnetz in dem elektrisch betriebene thermische Haustechnikanlagen mit Strom aus einem Niederspannungsnetz versorgt werden. Der Betrieb der Haustechnikanlagen erfolgt abhängig vom Zustand des Stromnetzes.
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Bekannte Haustechnikanlagen verfügen über eine Regelung zur Ermittlung eines zeitlichen, insbesondere täglichen, wöchentlichen oder auch jährlichen Lastprofils. Weiterhin wird vorzugsweise eine Lernkurve für das Lastprofil erstellt und es können regionale Wetterdaten verarbeitet werden.
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Aus
EP 2 871 749 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Netzes bekannt. Eine Datenverarbeitungsanlage ist dabei einem ersten Teilnetz zugeordnet. Weiterhin ist eine elektrische Verbindungseinrichtung zur elektrischen Verbindung einer elektrischen Einrichtung mit einem externen elektrischen Gerät mit dem Netz vorgesehen. Das Verbindungsgerät enthält einen Speicher für Adressinformationen, die von einer Einheit oder dem elektrischen Gerät gesendet werden. Das Verfahren arbeitet weiterhin in verschiedenen Stufen: Es ist eine Speichereinheit zur Speicherung von Daten vorgesehen. Weiterhin ist eine Aufnahmeeinrichtung für die Adressen vorgesehen. Weiterhin werden mit dem Receiver Zweitadressdaten-Informationen bereitgestellt. Mit den Zweitadressdaten werden die ersten Adressinformationen identifiziert. Somit werden erste Adressdaten und zweite Adressdaten in Form von kombinierten Adressdaten initiiert. Abhängig von vordefinierten Kriterien auf Basis der kombinierten Adressdaten kann eine Aktion erfolgen.
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Aus
EP 2 874 265 A1 ist ein Verfahren und System zum Überwachen und Steuern einer Stromverteilung in einem Energieverteilungsnetz bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Stromlasten und Stromerzeugungen in einem Stromnetz mit Lasten und Erzeugungen von Haustechnikgeräten auszugleichen und das Stromnetz zu stabilisieren, insbesondere um erneuerbare Energien zu nutzen und die Haustechnikgeräte optimal auszulasten und somit deren Wirkungsgrad zu verbessern.
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Gelöst ist die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Aus primärseitigen Istwerten eines Mittelspannungsnetzes und sekundärseitigen Istwerten des Niederspannungsnetzes wird in einer Regelanlage ein Regelleistungswert ermittelt. Verfügbarkeitswerte der Haustechnikanlagen werden an die Regelanlage übermittelt. Die verbraucherseitigen Verfügbarkeitswerte werden in der Regelanlage mit dem Regelleistungswert für den Betrieb der Haustechnikanlagen verrechnet.
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Weiterhin ist vorteilhaft ein Verfahren zum Überwachen und Steuern einer Stromverteilung bei dezentraler Energieeinspeisung in einem Energieverteilungsnetz sowie ein System zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehen. Das Energieverteilungsnetz besteht insbesondere aus mehreren Netzabschnitten, an welche die Netzteilnehmer angeschlossen sind. In einem Netzabschnitt mit zumindest einer Energieerzeugungsvorrichtung werden vorzugsweise zumindest drei Vorrichtungen zum Erfassen von Strommesswerten installiert und dann vorzugsweise an mindestens einer dezentralen Stromeinspeisestelle und an vorzugsweise mindestens zwei Netzabschnittstrennstellen des jeweiligen Netzabschnitts Strommesswerte erfasst. Diese werden an eine zentrale Überwachungseinheit weitergeleitet. Dort wird ein Summenwert der erfassten Strommesswerte für jene Ströme gebildet, welche in den jeweiligen Netzabschnitt hineinfließen, und dieser Summenwert wird mit einem Strombelastungsgrenzwert für den jeweiligen Netzabschnitt verglichen. Basierend auf dem jeweiligen Vergleichsergebnis werden vorzugsweise von der zentralen Überwachungseinheit Steuerbefehle an die jeweiligen Netzteilnehmer im entsprechenden Netzabschnitt gesendet, insbesondere um eine Stromerzeugung und/oder Netzlast zu reduzieren, zu erhöhen, ein- oder abzuschalten. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie das zugehörige System kommen dabei vorteilhaft ohne eine aufwendige und kostenintensive Strommesswerterfassung bei allen oder vielen Netzteilnehmern im Energieverteilungsnetz aus.
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Vorteilhaft werden verbraucherseitige Lasten von thermischen Haustechnikanlagen an die Regelanlage übermittelt und weiterhin werden Ertragsdaten von Stromerzeugern an die Regelanlage übermittelt. Damit wird in der Regelanlage eine erzeugerseitige Einspeiseleistung im Stromnetz zum Abgleich mit den Lasten oder einer Last ermittelt.
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Gemäß einem weiteren Gedanken wird aus primärseitigen Istwerten des Mittelspannungsnetzes und sekundärseitigen Istwerten des Niederspannungsnetzes in der Regelanlage ein Regelleistungswert ermittelt. Weiterhin werden vorteilhaft Verfügbarkeitswerte der Haustechnikanlagen, vorteilhaft von einem Sender der Haustechnikanlage, an die Regelanlage übermittelt. In der Regelanlage werden die verbraucherseitigen Verfügbarkeitswerte mit dem Reglelleistungswert für den Betrieb der Haustechnikanlagen verrechnet.
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Verbraucherseitige Lasten werden vorteilhaft von den thermischen Haustechnikanlagen an die Regelanlage übermittelt. Ertragsdaten werden von Stromerzeugern an die Regelanlage übermittelt, womit in der Regelanlage eine erzeugerseitige Einspeiseleistung im Stromnetz zum Abgleich mit den Lasten oder der Last generiert wird.
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Der Regelleistungswert wird vorteilhaft mit den Verfügbarkeitswerten abgeglichen, wobei der Einsatz der thermischen Haustechnikanlagen oder insbesondere der Stromerzeuger ermittelt wird. Die thermischen Haustechnikanlagen oder die Stromerzeuger werden geschaltet oder die Last verändert, wenn der Regelleistungswert einen vorgegebenen Schaltwert erreicht oder überschreitet.
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Vorteilhaft wird die Leistung der Haustechnikanlagen abhängig vom Regelleistungswert eingestellt, insbesondere werden Inverter gesteuerte Wärmepumpen abhängig vom Regelleistungswert betrieben.
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Der Regelleistungswert stellt insbesondere eine Abweichung des im Stromnetz verfügbaren Stroms von einer Last dar. Zur Stromnetzstabilisierung werden die Haustechnikanlagen oder die Stromerzeuger vorteilhaft davon abhängig beeinflusst.
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Die Leistung der Haustechnikanlagen wird vorteilhaft erhöht, wenn über den Regelleistungswert eine Anforderung besteht, Strom aus dem Stromnetz zu entnehmen oder es wird die Leistung der Haustechnikanlagen abhängig vom Regelleistungswert vorteilhaft reduziert oder vorteilhaft Erzeugungskapazitäten von Stromerzeugern, insbesondere Fotovoltaikanlagen oder Windenergieanlagen werden vorteilhaft hinzugefügt.
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Stromspeicher, wie Akkumulatoren oder Batteriespeicher werden im System vorteilhaft als Energieerzeuger klassifiziert, wenn sie Energie abgeben können und sie werden als Verbraucher klassifiziert, wie eine Wärmepumpe auch. Sind die Stromspeicher nur teilbeladen, so werden sie vorteilhaft mit ihrem Teilladungswert als Energieerzeuger klassifiziert und mit ihrer Ladungskapazität als Stromverbraucher klassifiziert. Je nachdem in welcher Eigenschaft sie dann insbesondere im Niederspannungsnetz benötigt werden, wird der Stromspeicher als Stromerzeuger oder als Stromverbraucher von der Regelanlage geschaltet.
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Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung entsprechen die Verfügbarkeitswerte einem Energiewert, der zu einer Energiemenge mehrerer einzelner Haustechniksysteme gehört. Dabei wird der Energiewert, der negativ oder positiv ist, von den thermischen Haustechniksystemen, insbesondere in einem Zeitintervall bereitgestellt.
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Haustechniksysteme bestehen vorteilhaft aus verschiedenen Komponenten. Als Verbraucher sind elektrische Heizgeräte besonders interessant, da diese unter einer Trägheit von Gebäuden nicht unbedingt zu exakten Zeiten in Betrieb sein müssen. So kann der Betrieb einer Wärmepumpe durchaus vorteilhaft um mehrere Stunden verschoben werden, nach vorne oder nach hinten, um den gewünschten thermischen Komfort im Haus bereitzustellen. Daher sind elektrische Verbraucher der Haustechnikanlagen, insbesondere mit Wärmepumpen, mit einer hohen elektrischen Effizienz, zur Erzeugung von Wärme ausgestattet.
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Weiterhin sind vorteilhaft elektrische Direktheizgeräte oder elektrische Speicherheizgeräte in den Haustechnikanlagen vorgesehen, die in einem Haus auch bekannt sind als „Nachtspeicherheizgeräte“, als elektrische Fußbodenheizungen oder zentrale elektrische Speicherheizungen. Auch elektrische Direktheizgeräte, wie elektrische Konvektoren oder Schnellheizgeräte weisen mit zunehmender Bereitstellung von erneuerbaren Energien ein hohes Potenzial zur Nutzung dieser mit erneuerbaren Energien hergestellten Strommengen dar.
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Insbesondere sind elektrische Direktheizgeräte, Speicherheizgeräte sowie Wärmepumpen ohne Probleme sofort schaltbar, d.h. dass sie unmittelbar zur Netzstabilisierung und insbesondere zur Auslastung von bereitgestellten erneuerbaren Energien verfügbar sind.
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Eine weitere besondere Effizienz bilden elektrische Wärmespeicher in der Haustechnikanlage. Dies sind die schon beschriebenen Wärmespeicherheizgeräte dezentral oder zentral oder auch Fußbodenheizungen, aber auch Warmwasserspeicher und/oder Pufferspeicher, insbesondere bei Wärmepumpenanlagen zur Speicherung von Wärme, die vorteilhaft mit den Elektrowärmepumpen erzeugt wird.
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Daher werden die Elektrowärmepumpen der Haustechnikanlagen vorteilhaft insbesondere dann betrieben, wenn Überschussmengen von erneuerbaren Energien im Netz bereitstehen. Vorteilhaft ist das dann der Fall, wenn ein hohes Angebot an Wind- oder Solarenergie zur Verfügung steht. Im Zeitrahmen dieses guten Angebots von Windstrom oder Fotovoltaikstrom werden die elektrischen Haustechnikgeräte, die insbesondere Wärme erzeugen, vorzugsweise eingeschaltet, oder deren Leistung gesteigert, um zumindest die Speicher des Gebäudes aufzuladen oder aber auch das Gebäude auf einen vorgegebenen Sollwert zu beheizen.
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Der Sollwert kann vorzugsweise ein zweiter Sollwert sein, der dann aktiviert wird, wenn Überschussenergie zu bestimmten Kriterien zur Verfügung steht. Dies kann insbesondere ein günstiger Preis oder ein anderer Parameter des Stroms sein, so dass dann zur Speicherung und Vorsorge die Raumtemperatur im Gebäude auf einen zweiten höheren Soll-Temperaturwert gefahren wird.
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Vorteilhaft kann bei Schwachlastzeiten, also dann, wenn wenig Windenergie oder Fotovoltaikenergie zur Verfügung steht, ein zweiter oder dritter Sollwert als Raumtemperatur vorgesehen sein, der niedriger ist, als der erste Sollwert oder eine erste Raumtemperatur. Die weitere Raumtemperaturvorgabe, als zweite oder dritte Raumtemperatur, bewirkt dann, dass die Wärmepumpe oder auch die elektrischen Heizgeräte, wie Direktheizgeräte, Elektrospeicherheizgeräte oder Elektro-Fußbodenheizung für einen bestimmten Zeitraum mit einer niedrigeren Leistung fahren als beim ersten Sollwert oder auch ausgeschaltet sind.
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Vorteilhaft entspricht der Energiewert einer Leistung über das Zeitintervall und wird als Verfügbarkeitswert der Haustechnikanlagen an die Regelanlage übermittelt, wobei die Übermittlung der Verfügbarkeitswerte insbesondere durch eine Smart Control Unit erfolgt.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Verfahren zum Betrieb von Haustechnikanlagen erfolgt ein Lastmanagement zweier mit einem Umspannwerk verbundenen öffentlichen Stromnetze mit unterschiedlichen Spannungen, wobei sekundärseitige Istwerte der niederen Spannungsebene erfasst werden und primärseitige Istwerte der höheren Spannungsebene erfasst werden. Die primärseitigen und sekundärseitigen Istwerte sind an eine Mess- und Regelanlage übertragbar, in der aus den Istwerten ermittelt wird, ob Lasten betrieben werden können, die an das niedere Spannungsnetz anschließbar sind.
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Die Mess- und Regelanlage ist vorteilhaft mit adressierbaren Aktoren verbindbar und/oder die Mess- und Regelanlage spricht adressiert Aktoren an. Ein Stromfluss wird insbesondere von wenigstens einem mit einem adresseierten Aktor geschalteten Energiewandler geändert, womit der Lastfluss in der niederen Spannungsebene beeinflusst wird.
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Energiewandler in einem sekundärseitigen Stromnetz, in welchem eine niedrigere Spannung herrscht, als in einem primärseitigen Stromnetz, übermitteln gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung ihren aktuellen Lastbedarf an die Mess- und Regelanlage. Die Mess- und Regelanlage übermittelt diesen Lastbedarf vorteilhaft an eine Datenbank, wo eine Lastbedarfspriorität der adressierten Aktoren der Energiewandler ermittelt wird. Die Last der an den adressierten Aktoren hängenden elektrischen Haustechnikanlagen wird dann erhöht, wenn im sekundärseitigen Stromnetz der angebotene oder verfügbare Strom einen vorgegebenen Lastwert überschreitet. Der Lastfluss im sekundärseitigen Stromnetz wird dann erhöht.
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Vorteilhaft werden poolfähige Reglerschnittstellen von Haustechnikanlagen mit einem Server oder Prozessor, insbesondere einem Firmenserver verbunden. Die Verfügbarkeitswerte, zumindest der thermischen Haustechnikanlagen, werden von den Reglerschnittstellen an den Firmenserver übermittelt. Im Firmenserver werden die verbraucherseitigen Verfügbarkeitswerte addiert und als Verfügbarkeitssumme eines Pools von Haustechnikanlagen zur Verfügung gestellt.
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Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung werden vorteilhaft im Server, insbesondere durch eine leitende Funktion des Servers, poolfähige Reglerschnittstellen der Haustechnikanlagen zusammengefasst.
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Eine poolfähige Reglerschnittstelle wird vorteilhaft eine führende poolfähige Reglerschnittstelle, mit der eine Anzahl von poolfähigen Reglerschnittstellen verbunden werden.
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Ein vorteilhafter Erfindungsgedanke besteht bei der Poolbildung in der Zusammenfassung einer Menge oder Anzahl von n Geräten im Pool, insbesondere für einen definierten Zeitraum. Die Poolbildung kann ein hoch dynamischer Prozess sein, aber auch ein gedämpfter Vorgang, so dass sich insbesondere über einen gewissen Zeitverlauf, über Sekunden, Minuten, Stunden, Tage Wochen oder sogar Monate, insbesondere aus Erfahrungswerten immer wieder ergibt, dass bestimmte Haustechnikanlagen eine besondere Verfügbarkeit aufweisen und vorzugsweise auf Basis von Parametern für den Pool herangezogen werden. Somit kann also vorzugsweise bei einer Poolbildung die Heranziehung von vorzugsweisen Haustechnikanlagen von Vorteil sein. Diese Haustechnikanlagen sind vorzugsweise parametrisiert, also mit wenigstens einem Parameter und/oder Parameterwert versehen, der vorteilhaft einen Vorzugswert beinhaltet.
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Weiterhin ist es von Vorteil, dass sich während des Zeitintervalls, für den der Pool von Haustechnikgeräten mit entsprechenden Verfügbarkeitswerten und einer Summe von Verfügbarkeitswerten zur Verfügung steht oder auch schon ans Netz geschaltet ist, bereits eine neue Poolbildung virtuell oder im Vorgriff erfolgt. D.h. aus aktuellen Daten und/oder aus Prognosedaten über die Verfügbarkeit der Haustechnikanlagen, die im Pool sind und auch derer, die nicht im Pool sind, aber für die Poolbildung verfügbar sind, wird für ein weiteres Zeitintervall, also ein zweites Zeitintervall, welches auf das erste Zeitintervall folgt bereits eine neue Poolbildung durchgeführt. Dabei können die im Pool befindlichen Haustechnikanlagen, die dann nach Ablauf des ersten Zeitintervalls noch nicht geladen oder nicht voll geladen sind und noch eine Verfügbarkeit oder voraussichtlich eine Verfügbarkeit aufweisen, mit in den neuen Pool oder den zweiten Pool genommen werden.
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Vorteilhaft kann das Zeitintervall auch hoch dynamisch ausgelegt sein, oder auch abgebrochen werden. Beim vorzeitigen Beenden, insbesondere aus einer Notsituation heraus, wird vorteilhaft die neue Poolbildung verwendet und dementsprechend die aktuell gerade in der neuen Poolbildung befindlichen Haustechnikgeräte verwendet.
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Die Poolbildung kann vorzugsweise von dem Gerät bzw. von der Haustechnikanlage, insbesondere mit der Smart Control Unit, die den höchsten Verfügbarkeitswert anzeigt, ausgehen. Ausgehend von der Haustechnikanlage mit dem höchsten Verfügbarkeitswert werden weitere Haustechnikanlagen mit weiteren Verfügbarkeitswerten hinzugezogen. Vorzugsweise werden immer die Haustechnikanlagen mit den jeweils höchsten Werten oder der Reihenfolge nach entsprechend der Höhe der Verfügbarkeit entsprechenden Werte in den Pool genommen. Somit kann vorzugsweise eine Poolbildung immer mit den Haustechnikanlagen mit den höchsten Verfügbarkeitswerten entsprechend einer Priorisierung erfolgen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können vorteilhaft auch Noten oder ähnliche Parameter für die Poolbildung herangezogen werden, wobei die niedrigste Note vorteilhaft den jeweils höchsten Wert darstellt, die „eins“ also den höchsten Wert darstellt.
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Vorzugsweise werden aber auch Komfortdaten mit in die Verfügbarkeitswerte einbezogen und nicht nur die reine Kapazität, die für eine Speicherladung oder eine Beheizung eines Hauses vorliegen. Sobald von der Anlage oder von der Smart Control Unit durch Eingabe durch den Benutzer oder durch interne Vorgaben der Smart Control Unit eine bestimmte Vorgabe erfolgt, kann die Smart Control Unit den Verfügbarkeitswert verringern oder sich überhaupt aus dem Pool abmelden, insbesondere und vorteilhaft aber nicht für einen bereits gemeldeten oder registrierten Verfügbarkeitswert für ein bestimmtes Intervall, welches bereits schon in einem Pool vorgesehen ist.
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Des Weiteren wird die Poolbildung oder der Pool solange gebildet, bis eine vorgegebene Verfügbarkeit erreicht ist und der Pool dann geschlossen ist.
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Vorzugsweise kann ein Mindestleistungswert von 100 kW bis 10 MW, insbesondere 5 MW oder auch weniger relevant für eine Poolbildung sein. 5 MW ist heute die Regelleistungsgröße, die als Grenzleistung des Mindestleistungswerts angeboten werden muss. Es ist denkbar, dass dieser Mindestleistungswert in Zukunft geändert wird.
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Um die Verfügbarkeit sicher abzubilden, werden vorteilhaft über den rein erforderlichen Verfügbarkeitswert noch so genannte Reserveverfügbarkeiten hinzugezogen. Dies sind insbesondere 1% bis 10 % der bereits im Pool befindlichen Verfügbarkeitswerte oder Haustechnikanlagen. Somit wird vorzugsweise im Pool eine Reserve zur Verfügung gestellt, so dass beim Ausfall einzelner im Pool befindlicher Haustechnikanlagen aus der Reserve einer Haustechnikanlage geschöpft werden kann und somit wird sichergestellt, dass für den Zeitraum der Verfügbarkeitswert oder auch die schon geschaltete Verfügbarkeit und Leistung mit Sicherheit angeboten bzw. abgerufen werden kann.
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Ein weiteres Kriterium für die Poolbildung, insbesondere abhängig von den Verfügbarkeitswerten, ist die Häufigkeit, mit der die Haustechnikanlagen oder die jeweiligen Haustechnikanlagen im Pool gemeldet werden, insbesondere um einen Ausgleich zwischen den Haustechnikanlagen zu gewährleisten und auch für eine faire Gleichberechtigung ist es von Vorteil, dass die Häufigkeit der Meldungen von Verfügbarkeitswerten oder der Anzahl der Meldungen einer Haustechnikanlage in einem Pool in der Smart Grid Control Unit oder auch der Regelanlage vermerkt wird, und der Verfügbarkeitswert auch abhängig von der Häufigkeit oder bereits erfolgten Häufigkeit der Schaltung der Haustechnikanlage in einem Pool berücksichtigt wird. Somit wird sichergestellt, dass Haustechnikanlagen nicht bevorzugt oder benachteiligt in die Poolbildung mit einbezogen werden.
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Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung kann auch die Häufigkeit der Verfügbarkeit und auch die Integration oder Aufsummierung der Verfügbarkeit und der Poolbildung einer Haustechnikanlage einem oder verschiedenen Pools oder eben auch die dynamischen Pools einen Einfluss auf einen Wert haben, den der Netzbetreiber vorgibt, somit kann eine Haustechnikanlage, die hohe Verfügbarkeit auch über längere Zeitintervalle oder häufigere Zeitintervalle aufweist mit einem günstigeren Strompreis versehen werden.
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Vorteilhaft werden die addierten Verfügbarkeitswerte vom Server bereitgestellt und an den Firmenserver übermittelt, wobei der Firmenserver insbesondere die Verfügbarkeitswerte einer Anzahl von Servern addiert und in einer Verfügbarkeitssumme bereitstellt.
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Insbesondere die Verfügbarkeitswerte werden an einer Strombörse zu einem Angebotswert angeboten. Die Haustechnikanlagen werden vorzugsweise über eine poolfähige Reglerschnittstelle, die sich im Pool befindet, eingeschaltet, wenn für den Angebotswert ein Zulassungssignal erteilt wird, insbesondere an den Pool oder den Server.
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Daten von Stromerzeugern werden vorzugsweise in die Verfügbarkeitswerte einbezogen, sowie insbesondere weitere Verfügbarkeitsdaten von Hausgeräten, wie Waschmaschinen, Trocknern, Herde, Fernseher, einer stationären Speichereinheit und/oder Elektromobilen mit einer Speichereinheit.
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Vorzugsweise werden die in einem Pool zum Einsatz kommenden Geräte von der Smart Control Unit abgemeldet und somit der Mess- und Regelanlage nicht zur Verfügung stehen, insbesondere, wenn eine Verfügbarkeit, insbesondere eine Verfügbarkeitssumme angeboten wird.
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Die Haustechnikgeräte behalten vorzugsweise den Verfügbarkeitswert für ein Zeitintervall, wobei sich ein erstes Haustechnikgerät mit einem ersten Verfügbarkeitswert in einem ersten Suchstatus befindet, wobei es nach einem in einem zweiten Suchstatus befindlichen zweiten Haustechnikgerät mit einer zweiten Verfügbarkeit sucht. Das erste Haustechnikgerat koppelt sich mit dem zweiten Haustechnikgerät zumindest für einen definierten Zeitraum zu einem Pool und die Verfügbarkeiten werden addiert. Weitere Haustechnikgeräte kommen hinzu, bis der Pool geschlossen wird, insbesondere wenn eine vorgegebene Verfügbarkeit erreicht ist. Vorteilhaft erfolgt die Koppelung durch Smart Control Units, die mit den Haustechnikgeräten verbunden sind.
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Die in einem Suchstatus befindlichen Geräte stellen vorzugsweise einen Suchwert bereit, nach dem eine priorisierte Poolbildung stattfindet, insbesondere werden territoriale Standortdaten bereitgestellt und es koppeln sich vorzugsweise zuerst die Geräte mit den nächstliegenden territorialen Standortdaten.
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Im Pool befindet sich vorzugsweise eine Anzahl von Haustechnikgeräten und es ist eine Anzahl aller in einem Territorium befindlichen poolfähigen Haustechnikgeräte umfasst oder es werden mehrere Pools mit einer zulässigen Anzahl von Haustechnikgeräten gebildet. Die mehreren Pools umfassen vorzugsweise die Anzahl der Haustechnikgeräte des Territoriums.
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Nach Ablauf des Zeitintervalls lösen sich die Pools vorzugsweise zumindest teilweise auf und eine neue Poolbildung kann für ein neues Zeitintervall in einer neuen Konstellation stattfinden. Die Suche der Haustechnikgeräte für den neuen Pool in einer neuen Konstellation, kann insbesondere schon im laufenden definierten Zeitraum erfolgen, in dem der Pool eine zugesicherte Verfügbarkeit bereitstellt.
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In einem vorteilhaften elektrischen Stromnetz, in dem elektrische Haustechnikanlagen betrieben werden, befindet sich ein Niederspannungsnetz, welches über wenigstens ein Umspannwerk mit einem Mittelspannungsnetz gekoppelt ist. Das Mittelspannungsnetz ist mit einer primärseitigen Messvorrichtung verbunden ist, mit dem primärseitige Werte erfasst werden. Eine sekundärseitige Messvorrichtung ist mit dem Niederspannungsnetz verbunden, mit der sekundärseitige Werte erfasst werden. Die primärseitigen Messvorrichtungen sowie die sekundärseitigen Messvorrichtungen sind vorzugsweise mit einer Regelanlage zur Übertragung der Werte verbunden und die Regelanlage weist vorzugsweise eine Schnittstelle zur Datenleitung zwischen den Haustechnikanlagen oder einer Smart Control Unit und der Regelanlage auf.
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Gemäß einem Gedanken der Erfindung weist wenigstens eine Haustechnikanlage die Messvorrichtungen und/oder die Regelanlage und/oder einen Datenleitungsanschluss auf, womit Daten vorzugsweise durch das elektrische Stromnetz geleitet werden. Die Daten werden vorzugsweise bidirektional zwischen der Regelanlage und der wenigstens einen Haustechnikanlage oder der Smart Control Unit ausgetauscht.
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Die Haustechnikanlagen oder die Smart Control Units sind an die Regelanlage insbesondere zum Austausch verbraucherseitiger Lasten angeschlossen, wobei vorteilhaft ebenfalls Stromerzeuger mit der Regelanlage verbunden sind, um insbesondere Ertragsdaten an die Regelanlage zu übermitteln. In der Regelanlage wird vorzugsweise eine erzeugerseitige Einspeiseleistung im Stromnetz zum Abgleich mit den Lasten ermittelt.
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Vorteilhaft ist eine Vielzahl von Haustechnikanlagen oder Smart Control Units durch eine Datenleitung mit der Regelanlage verbunden, insbesondere über das Stromnetz oder eine andere Datenfernübertragungseinrichtung.
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Eine Festlegung eines Restriktionsbereichs für eine Flexibilität der Laufzeiten ohne Einschränkung der Komforttemperatur für Warmwasser und Heizung ist vorzugsweise vorgesehen.
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Ein Restriktionsbereich ist vorteilhaft ein Zeitintervall, in dem ein elektrisches Heizgerät einsatzbereit ist. Vorzugsweise ist die Einsatzbereitschaft in einem Restriktionsbereich ohne Komforteinbuße möglich. In anderen vorzugsweise vorgesehenen Restriktionsbereichen ist eine Einsatzbereitschaft mit einer modifizierten Last des Heizgerätes möglich.
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Auch ist ein Gedanke der Erfindung, die Verfügbarkeit während Urlaubszeiten oder bei Abwesenheit zu implementieren. Vorteilhaft ist auch eine Vorrangschaltung für eigenproduzierten Fotovoltaik-/KraftWärmeKopplungs-Strom in der Wärmepumpenregelung vorgesehen, und/oder eine thermische Solarnutzung.
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Die Haustechnikanlagen beinhalten vorzugsweise die Smart Control Unit.
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Gemäß einem Gedanken der Erfindung ist eine Steuerungszentrale als „Smart Control Unit“ für die Fotovoltaikanlage, die Wärmepumpe, eine Solarthermieanlage, elektrische Heizanlage/Heizgerät und/oder eine KraftWärmeKopplungs- Anlage vorgesehen. Damit wird eine Vorrangregelung zur Eigennutzung von Fotovoltaikstrom, KWK-Strom oder Solarthermie vorzugsweise in der folgenden Priorität durchgeführt:
- • Primär: Beheizung/Kühlen des Gebäudes
- • Sekundär: Beleuchtung/Elektrotechnikgeräte
- • Tertiär: Einspeisen in das öffentliche Netz
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Hinzu kommt vorteilhaft ein Lastmanagement des Gebäudes, das insbesondere von der Smart Control Unit aufgenommen und/oder durchgeführt wird, vorzugsweise auch bezogen auf einen Bilanzkreis. Der Bilanzkreis ist ein Teil des Stromnetzes, in dem eine finanzielle Bilanzierung des Stromflusses oder des Stromverbrauchs stattfindet. In diesem Bilanzkreis werden vorzugsweise Daten zu einem oder mehreren der folgenden Punkte verarbeitet, vorzugsweise oder zumindest teilweise auch in der folgenden Reihenfolge:
- • Regionales Wetterdaten Update, insbesondere für die sich in einem Bilanzkreis befindenden Gebäude.
- • Ermittlung Lastmanagement für Fotovoltaik, Solarthermie.
- • Weiterleiten der Wetterdaten auf einen Hausgerät- oder Wärmepumpen-Regler.
- • Der Hausgerät- oder Wärmepumpen- Regler lässt Wetterdaten in das Lastprofil des elektrischen Haustechnikgerätes, insbesondere einer Wärmepumpe einfließen, legt vorteilhaft den Restriktionsbereich des Haustechnikgerätes oder der Wärmepumpe fest und übermittelt diese Information über den Restriktionsbereich der Smart Control Unit.
- • Die Smart Control Unit verrechnet diese Information über den Restriktionsbereich mit dem ins Gebäude eingespeisten Fotovoltaik-/KraftWärmeKopplungs-Strom sowie der Solarthermie und ermittelt die im Restriktionsbereich der Wärmepumpe noch zur Verfügung stehende Lastabnahme, die als Regelenergie oder Demand Side Management (DSM) bereitgestellt werden kann.
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Ein DSM ist vorzugsweise ein Lastausgleich, bei dem die Haustechnikgeräte und/oder Stromerzeuger gezielt angesteuert werden. Für vorgesehene Zeiten werden Haustechnikgeräte gezielt eingeschaltet oder abgeschaltet oder in der Leistung geregelt. Weiterhin werden stromerzeugende Anlagen ans Netz genommen oder auch deren Leistung vorgegeben/geregelt, so dass ein Ausgleich der angebotenen Strommenge mit dem verbrauchten oder benötigten Strom erfolgt, insbesondere in einem Bilanzkreis oder in einem Stromnetz.
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Eine zur Verfügung stehende Lastabnahme der Hausgeräte oder der Wärmepumpen wird vorteilhaft von einem Bilanzkreisverantwortlichen bzw. in einer Nieder- oder Mittelspannungsschaltanlage, im Weiteren als Regelanlage bezeichnet, zur Verfügung gestellt. Dies erfolgt vorteilhaft mit wenigstens einer Lastabnehmer-spezifischen IP-Adresse, die mit der Smart Control Unit der Hausgeräte oder Wärmepumpen verbunden ist.
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Die Smart Control Unit hat vorteilhaft einen implementierten Smart Meter, der vorteilhaft bei Regelenergiebedarf oder DSM-variable/vergünstigte Preise verrechnen kann.
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Eine Mittelspannungs (MS)- Schaltanlage wie z. B. eine Schaltanlage in Umspannwerken, schaltet von Mittelspannung auf Niederspannung. In einem Verteilnetz oder Bilanzkreis sind Haustechnikgeräte, insbesondere Wärmepumpen angeschlossen.
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Vorzugsweise leitet die Smart Control Unit (SCU) die Lastausgleichsdaten an die Regelanlage, vorteilhaft im 1/4 Stundentakt und insbesondere für jeweils 24 h. So gibt die SCU an, wie viel Regelleistung die Haustechnikgeräte zur Verfügung stellen können bzw. wie hoch die für das DSM zur Verfügung stehende Lastaufnahme ist und zu welchen Zeiträumen sie diese Lastaufnahme zur Verfügung stellen können, wobei dies für die stromerzeugenden Geräte ebenfalls gilt, die dann in Zeiträumen vorgesehene Lasten einspeisen.
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Die Daten, die an die Regelanlage, insbesondere an die MS-Schaltanlage, gesendet werden, werden vorzugsweise weiter an den Bilanzkreisverantwortlichen geleitet und dort auf Datenbanken abgespeichert.
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Der Bilanzkreisverantwortliche ermittelt über die einspeisende Kraftwerksleistung/ einspeisenden erneuerbaren Energien und die Lastabnahme der Verbraucher in seinem Gebiet, die Abweichung seiner Prognose.
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Bei einer Lastabweichung, bzw. bei einem Bedarf an negativer Regelenergie werden die Daten in einem Datenbanksystem abgeglichen und es erhalten vorteilhaft die im Bilanzkreis zu diesem Zeitpunkt zur Verfügung stehenden Haustechnikgeräte, wie Wärmepumpen über die jeweiligen Mittelspannungsschaltanlagen ein Signal zur Lastabnahme, um somit den Stromfluss im Bilanzkreis auszugleichen.
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Des Weiteren werden die von der Regelanlage zur Verfügung gestellten Daten vorteilhaft an den sich im Bilanzkreis befindlichen Verteilnetzbetreiber geleitet und dort auf Datenbanken abgespeichert. Der Verteilnetzbetreiber ermittelt gemäß einem Gedanken der Erfindung über die einspeisende Kraftwerksleistung und oder die einspeisenden erneuerbaren Energien und die Lastabnahme der Verbraucher in seinem Gebiet, die Abweichung von seiner Prognose.
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Vorteilhaft wird bei einer positiven Abweichung, was einem Bedarf an negativer Regelenergie oder erforderlicher Lastabnahme entspricht, im Bilanzkreis zu einem Zeitpunkt abgeglichen, welche Haustechnikgeräte oder Wärmepumpen zur Lastabnahme bereitstehen. Vorteilhaft wird in der jeweiligen Mittelspannungsschaltanlage ein Signal zur Lastabnahme an die SCU übermittelt, um somit die Netzstabilität zu gewährleisten. Dies gilt auch bei einer negativen Abweichung, bei der dann Stromerzeuger aktiviert werden.
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Bei Bedarf, d.h. zum Beispiel bei einer Fehlkommunikation der Regelanlagen, wird im Stromnetz auf einen Prozess zugegriffen, wobei das System überwacht wird. Dabei ist vorzugsweise ein Ampelkonzept vorgesehen:
- • Rote Phase (Netzphase): unmittelbare Gefährdung der Netzstabilität und Versorgungssicherheit.
- • Grüne Phase (Marktphase): ein Markt, der durch ungezielte Flexibilisierung zur Optimierung des Energiesystems beiträgt.
- • Gelbe Phase: (intelligentes Zusammenwirken von Netz und Markt): ein Markt, an dem Netzbetreiber in Abhängigkeit von ihrer Netzsituation lokale und zeitlich eingeschränkte Flexibilität nachfragen.
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Um kurzfristige Schaltzyklen, die zum Verschleiß der Wärmepumpen-Aggregate führen können zu verhindern, ermittelt die Regelung oder die Datenbank eine Haustechnik- oder Wärmepumpenverfügbarkeit vorzugsweise in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Zeit sowie der Lastabnahme und schaltet die Haustechnikgeräte oder Wärmepumpen in einer Rangfolge; vorteilhaft zuerst die, die größte Abnahmebereitschaft zeigen.
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Die Regelanlage kann vorteilhaft individuell jedes Haustechnikgerät oder jede Wärmepumpe über die zugeordnete IP Adresse ansprechen oder einen Pool von Wärmepumpen, bzw. die Smart Control Unit ansprechen, die dann das Haustechnikgerät oder die Wärmepumpe aktiviert.
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Insbesondere spricht die Regelanlage wenigstens eine SCU an, die dann auf die Haustechnikgeräte oder Wärmepumpen zugreift. Zur Anwendung kommt vorteilhaft ein TCP/IP Adressierschema (Transmission control protocol/ Internet protocol), welches vorteilhaft vom Verteilungsnetz- sowie dem Übertragungsnetzbetreiber genutzt wird. Vorteilhaft wird speziell ein eigenes WAN (Weitberichtskommunikations-Netz), Lichtwellenleiter, Breitband, Erdleiter oder die Stromleitungen des Stromnetzes verwendet, welche mit der Regelanlage und/oder der SCU verbunden oder verbindbar sind.
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In den Umspannwerken werden funktionale Aufgaben durchgeführt, wie:
- • Spannungsregelung
- • Blindleistungsreglung bzw. Anpassung der Leistungsfaktoren cos p
- • Steuerung von Leistungsflüssen durch eine Transformatorquerregelung oder leistungselektronische Anlagen
- • Umformung von Ultrahoch-, Höchst-, Hochspannung, um DC- (direct Current) Gleichstromübertragung in den entsprechenden Spannungsebenen zu betreiben,
- • Verbindung von zwei nicht synchronen Übertragungsnetzen über DC Kupplungen
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Vorzugsweise wird ein SCADA (supervisory control and data acquisition) eingesetzt und nach einem weiteren Gedanken der Erfindung HOE- Funktionen (Höhere Entscheidungen und Optimierung).
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Zu den SCADA- Funktionen zählen:
- • Alarmierung und Meldungsverarbeitung
- • Mess- und Zählverarbeitung,
- • Steuerung und Schalthandlungen, Transformatorstufung, Reglereinstellungen u. a.
- • Überwachung von Netztopologie und Befehlsumsetzung
- • Anwenderfunktionen und Bedienfunktionen
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Zu HOE- Funktionen zählen:
- • Prognoseberechnung
- • Laststeuerung
- • Bezugsoptimierung
- • Zustandssimulation
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Die sich auf einer Verteilnetzebene befindlichen Datenbanken kumulieren vorteilhaft die zur Regelenergie oder DSM zur Verfügung stehende Leistung und subtrahieren die in der Regelzone eingesetzte Regelleistung. Mit dem DSM erfolgt ein aktives Zugreifen auf Geräte im Netz. Die Daten der Differenzlast (+/-) werden via TCP/IP Adressierschema vorteilhaft an eine hierarchisch übergeordnete Datenbank einer Leitwarte des Hochspannungsnetzes geschickt. Vorteilhaft wird auf einer Datenbank eines Hochspannungs (HS)- Netzes ein Vergleich zwischen den Mittelspannungsnetzen gezogen und entsprechend des Bedarfs und der Einsatzdauer auf die Mittelspannungnetze verteilt.
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Vorteilhaft weist ein Gesamtstromnetz, wenigstens zwei Stromnetze mit unterschiedlichen Spannungen auf, die mit einem Trafo verbindbar sind, wobei eine niedere Spannungsebene mit einer sekundärseitigen Wicklung des Trafos verbindbar und eine höhere Spannungsebene mit einer primärseitigen Wicklung des Trafos verbindbar ist. Eine sekundärseitige Messvorrichtung ist weiterhin vorteilhaft mit der niederen Spannungsebene des Stromnetzes verbunden, womit sekundärseitige Messdaten der niederen Spannungsebene erfasst werden. Eine primärseitige Messvorrichtung ist vorteilhaft mit der höheren Spanungsebene verbunden, womit primärseitige Messdaten der höheren Spannungsebene erfasst werden. Die primärseitige und sekundärseitige Messvorrichtung ist mit einem Regler verbindbar, wobei der Regler mit Aktoren verbindbar ist. Die Aktoren weisen Adressen auf, die der Regler adressiert anspricht, womit der Stromfluss eines vom adressierten Aktor geschalteten Energiewandler geändert wird, womit der Lastfluss in der niederen Spannungsebne beeinflusst ist. Über eine Schnittstelle werden Daten vorzugsweise zur einer Smart Control Unit übermittelt und es erfolgt insbesondere oder beispielsweise eine Adaption des Wettereinflusses auf das Lastprofil einer Heizanlage.
- 1 zeigt einen Netzplan mit Niederspannungsnetzen
- 2 zeigt einen Netzplan mit zwei Niederspannungsnetzen
- 3 zeigt ein Niederspannungsnetz verbunden mit Mittelspan-nungsnetz
- 4 zeigt ein Umspannwerk
- 5 zeigt Gebäude mit SCU
- 6 zeigt ein Mittelspannungsnetz mit einem Hochspannungsnetz
- 7 zeigt eine Hochspannungsschaltanlage
- 8 zeigt ein Hochspannungsnetz mit einem Höchstspan-nungsnetz
- 9 zeigt eine Höchstspanungsschaltanlage
- 10 zeigt eine Schaltanlage eines europäischen Verbundnetzes
- 11 zeigt eine Schaltanlage
- 12 zeigt ein Diagramm „Leistungsmanagement und Einsatz-potential“
- 13 zeigt ein Diagramm „Leistungsmanagement auf Verteilnetz-ebene“
- 14 zeigt ein Diagramm „Verteilung einer zur regelnden Last“
- 15 zeigt eine Last in hierarchisch übergeordneten Netzen
- 16 zeigt eine Zentrale
- 17 zeigt einen Trafo mit Zentrale
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend näher erläutert.
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1 zeigt ein elektrisches Stromnetz 100, mit einem Niederspannungsnetz 200, einem Mittelspannungsnetzbereich 400, 400.1 und einem Hochspannungsnetz 600. Im Mittelspannungsnetzbereich 400, 400.1 des gezeigten Ausführungsbeispiels gemäß 1 ist ein erstes Ringnetz 231, ein zweites Ringnetz 232, ein drittes Ringnetz 233 und ein viertes Ringnetz 234 angeordnet. Die Ringnetze 231 und 234 sind mit einer ersten Netzkopplung 241 verbunden. Das erste Ringnetz 231 ist weiterhin über eine zweite Netzkopplung 242 dem zweiten Ringnetz 232 verbunden. Das zweite Ringnetz 232 ist über eine dritte Netzkopplung 243 mit dem dritten Ringnetz 233 verbunden. Das dritte Ringnetz 233 ist über eine vierte Netzkopplung 244 mit dem vierten Ringnetz 234 verbunden. Die Anordnung der Netzkopplungen 241, 242, 243 und 244 der Ringnetze 231, 232, 233, 234 ist von Vorteil, da bei Ausfall einer Netzkopplung 241, 242, 243, 244 eine Stromversorgung über die anderen Ringnetze 231, 232, 233, 234 und die entsprechenden Netzkopplungen 241, 242, 243, 244 erfolgen kann. Das erste Ringnetz 231 ist weiterhin über eine Schaltanlage 300.1 mit dem sekundärseitigem Mittelspannungsnetz 400 verbunden. Im sekundärseitigem Mittelspannungsnetz 400 ist weiterhin ein industrieller Stromverbraucher 140 sowie ein Energieerzeuger 120 in das Mittelspannungsnetz 400 eingebunden.
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Das zweite Ringnetz 232 weist eine Schaltanlage 300.2.1 und eine Schaltanlage 300.2.2 auf. Das zweite Ringnetz 232 ist mittels des Schaltanlage 300.2.1 mit dem sekundärseitigem Mittelspannungsnetz 400 verbunden. Zur Leistungssteigerung ist das zweite Ringnetz 232 weiterhin mit der Schaltanlage 300.2.2 und dem sekundärseitigem Mittelspannungsnetz 400 verbunden.
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Das dritte Ringnetz 233 ist mit einer Schaltanlage 300.3 mit dem sekundärseitigem Mittelspannungsnetz 400 verbunden.
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Das vierte Ringnetz 234 ist mit einer Schaltanlage 300.4 mit dem Mittelspannungsnetzbereich 400.1 verbunden. Weiterhin ist das Niederspannungsnetz 200 über eine Schaltanlage 300.5 mit dem Mittelspannungsnetzbereich 400.1 verbunden.
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Somit stehen verschiedene Schaltanlagen 300.1 bis 300.5 zur Verfügung, um ein Ringnetz 231, 232, 233, 234 mit dem Mittelspannungsnetz 400 oder dem Mittelspannungsnetzbereich 400.1 zu verbinden.
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Der Mittelspannungsnetzbereich 400.1 ist über ein Hochspannungsumspannwerk 500.1, 500.2 mit dem Hochspannungsnetz 600 verbunden.
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Weiterhin sind verschiedene Regeldatenleitungen 111, 112 vorgesehen, mit denen insbesondere Daten aus den Ringnetzen 231, 232, 233, 234, dem Niederspannungsnetz 200, und den Schaltanlagen 300.1, 300.2.1, 300.2.2, 300.3, 300.4, 300.5 ausgetauscht werden. Dieser Austausch erfolgt über die zweite Datenleitung 112, über Funk oder auch über Powerline mit einem Netzbetreiber. Vorteilhaft erfolgt eine Datenübermittlung über zumindest eine erste Datenleitung 111 auch zu einem Bilanzkreis 710. Auch die zweite Datenleitung 112 kann in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel mit dem Bilanzkreis 710 verbunden sein. Über die zweite Datenleitung 112 werden insbesondere Daten und Regelparameter sowie Soll- und Istwerte zur Regelung, insbesondere über eine Schnittstelle 711 ausgetauscht. Weiterhin ist vorteilhaft im Ausführungsbeispiel die erste Datenleitung 111 vorgesehen, mit der Daten zwischen den Schaltanlagen 300.1, 300.2.1, 300.2.2, 300.3, 300.4, 300.5, 500.1, 500.2 sowie den Ringnetzen 231, 232, 233, 234, dem Mittelspannungsnetz 400, 400.1 und dem Hochspannungsnetz 600 ausgetauscht werden.
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Die Schaltanlagen 300, 300.1, 300.2.1, 300.2.2, 300.3, 300.4, 300.5, 500.1, 500.2 sind im Ausführungsbeispiel mit einer Mess- und Regelanlage 310 und einem Trafo 301 ausgestattet. Die Mess- und Regelanlage 310 ist vorteilhaft ein Computer mit einem Regler 321, insbesondere mit einer Schnittstelle und einer Datenbank 322.
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2 zeigt ein elektrisches Stromnetz 100 etwas detaillierter. Es ist ein Niederspannungsnetzbereich 200.1 und ein Niederspannungsnetzbereich 200.4 gezeigt. Der Niederspannungsnetzbereich 200.1 ist mittels einer Schaltanlage 300.1 mit einem Mittelspannungsnetzbereich 400.1 verbunden. Eine primärseitige Messvorrichtung 410 und eine sekundärseitige Messvorrichtung 210 sind vorgesehen. Diese sind im Ausführungsbeispiel vorteilhaft Mess- und Regelanlagen 310 zugeordnet.
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Das Mittelspannungsnetzbereich 400.1 ist weiterhin über das Hochspannungsumspannwerk 500.1 mit einem Hochspannungsnetz 600 verbunden. Das Hochspannungsumspannwerk 500.1 hat eine Hochspannungs-Mess- und Regeleinheit 610.1.
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Im Niederspannungsnetzbereich 200.4, welches über eine Schaltanlage 300.4 mit einem Mittelspannungsnetzbereich 400.2 verbunden ist, sind verschiedene Gebäude mit einem Datenempfänger 225 und einer Smart Control Unit 221 gezeigt. In einer Schaltanlage 300.4 ist eine Mess- und Regelanlage 310 angeordnet, in der eine sekundärseitige Messvorrichtung 210 und eine primärseitige Messvorrichtung 410 vorgesehen sind. Im Hochspannungsumspannwerk 500.2 ist eine Hochspannungs-Mess- und Regeleinheit 610.2 vorgesehen. Weiterhin sind sekundärseitige Hochspannungs-Messvorrichtungen 522.1, 522.2 vorgesehen. Netzdaten werden in einer Datenverarbeitungseinheit 521.1, 521.2 verarbeitet. Haustechnikdaten, insbesondere Verfügbarkeitswerte 224.1, 224.4 werden in einem Computer verarbeitet.
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Unter Einhaltung des Komfortbedarfs wird der Restriktionsbereich (Zeitintervall) festgelegt, der zusammen mit einer zur Verfügung stehenden Leistungsaufnahme oder einer zur Verfügung stehenden Leistungseinspeisung an die erste Regelanlage 310, die sich vorteilhaft in einem Umspannwerk 300 befindet, geschickt. Das Umspannwerk 300 gemäß 4 ist durch ein Mittelspannungsnetzbereich 400.1, 400.2 mit einer primärseitigen Messvorrichtung 410 verbunden, mit dem primärseitige Werte 411 erfasst werden, eine sekundärseitige Messvorrichtung 210 ist mit dem Niederspannungsnetzbereich 200.1 verbunden, mit der sekundärseitige Werte 211 erfasst werden.
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Die primärseitige Messvorrichtung 410 sowie die sekundärseitigen Messvorrichtung 210 ist mit der Regelanlage 310 zur Übertragung der Werte 211, 411 verbunden und die Mess- und Regelanlage 310 weist einen Regler 321, insbesondere mit einer Schnittstelle zur Datenleitung zwischen den Haustechnikanlagen 220 bzw. der SCU 221 und der Regelanlage 310 auf.
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In einer Datenbank werden die primär- und sekundärseitigen Messwerte 211, 411 mit den Daten der SCU 221 abgeglichen. Die Datenbank ermittelt eine Haustechnik- oder Wärmepumpenverfügbarkeit in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Zeit sowie der Lastabnahme und schaltet die Haustechnikgeräte oder Wärmepumpe in einer Rangfolge; zuerst die, die größte Abnahmebereitschaft zeigt.
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2 zeigt ein elektrisches Stromnetz 100 in dem elektrisch betriebene Haustechnikgeräte 220 in ein Niederspannungsnetzbereich 200.1, 200.4, welches über wenigstens eine Schaltanlage 300.1, 300.4 mit einem Mittelspannungsnetzbereich 400.1, 400.2 gekoppelt ist, eingebunden sind.
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Der Mittelspannungsnetzbereich 400.1 ist mit einer primärseitigen Messvorrichtung 410 verbunden, mit dem primärseitige Werte 411 erfasst werden. Eine sekundärseitige Messvorrichtung 210 ist mit dem Niederspannungsnetz 200 verbunden, mit der sekundärseitige Werte 211 erfasst werden. Die primärseitige Messvorrichtung 410 sowie die sekundärseitige Messvorrichtung 210 sind mit einer Regelanlage 310 zur Übertragung der Werte 211 verbunden. Die Haustechnikgeräte sind mit einer Smart Control Unit (SCU) 221 verbunden, hinzu kommt vorteilhaft ein Lastmanagement des Gebäudes, das von der Smart Control Unit 221 aufgenommen und/oder durchgeführt wird. In einer Datenbank 322 werden die primär- und sekundärseitigen Messwerte 211, 411 mit den Daten der SCU 221 abgeglichen.
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Die Daten 311, die an die Regelanlage 310, insbesondere der MS- Schaltanlage, gesendet werden, werden vorzugsweise weiter an den Bilanzkreisverantwortlichen geleitet und dort auf Datenbanken abgespeichert. Des Weiteren werden die von der Regelanlage 310 zur Verfügung gestellten Daten 311 vorteilhaft an den sich im Bilanzkreis 710 befindlichen Verteilnetzbetreiber geleitet und dort auf Datenbanken 322 abgespeichert. Durch die redundante Ausführung der Regelanlagen 310 bzw. Schaltanlagen 300.1, 300.2.1, 300.2.2, 300.3, 300.4, 300.5, 500.1, 500.2, können bei Ausfall einer Regelanlage 310, die dort gesammelten Daten von der nächstgelegenen benachbarten Regelanlage 310 übernommen werden.
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In 3 ist einen Bilanzkreis bzw. ein Niederspannungsnetzbereich 200.1 bestehend aus Gebäuden mit Haustechnikgeräten 220 und/oder Energieerzeugern 120, insbesondere einem Wärmeerzeuger, wie einer Wärmepumpe oder KWK-Anlage, einer Solaranlage, wie einer FotovoltaikAnlage oder thermischen Solaranlage gezeigt. Diese Haustechnikgeräte 220 und/oder Energieerzeuger 120 sind mit einer Smart Control Unit (SCU) 221 verbunden. Hinzu kommt vorteilhaft ein Lastmanagement des Gebäudes, das von der Smart Control Unit (SCU) 221 aufgenommen und/oder durchgeführt wird. Die SCU 221 verrechnet die Verbräuche, insbesondere der Haustechnikgeräte 220, mit den erzeugten Lasten, wie der Solaranlagen 120 eines Gebäudes zu einem bestimmten Zeitpunkt sowie die prognostizierten Lasten für die jeweilige nachfolgende Zeit, insbesondere einer viertel Stunde und für die nachfolgenden 24 Stunden. Regionale Wetterdaten-Updates, insbesondere für die sich in einem Niederspannungsnetzbereich 200.1 befindenden Gebäude, fließen vorteilhaft in die verrechneten Lasten mit ein.
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Demnach ist eine Steuerungszentrale als „Smart Control Unit“ 221 für die Haustechnikgeräte 220 und Energieerzeuger 120, insbesondere eine Fotovoltaikanlage, eine Wärmepumpe, eine Solarthermieanlage und/oder eine KWK-Anlage vorgesehen. Hinzu kommt vorteilhaft ein Lastmanagement des Gebäudes, das von der Smart Control Unit 221 aufgenommen und/oder durchgeführt wird, vorzugsweise auch bezogen auf einen Bilanzkreis 710. Der Bilanzkreis 710 ist ein Teil des Stromnetzes 100, in dem eine finanzielle Bilanzierung des Stromflusses oder des Stromverbrauchs stattfindet. Unter Einhaltung des Komfortbedarfs wird der Restriktionsbereich festgelegt, der zusammen mit der zur Verfügung stehenden Leistungsaufnahme oder der zur Verfügung stehenden Leistungseinspeisung an die erste Regelanlage 310, die sich vorteilhaft in einem Umspannwerk 300 befindet, geschickt. Das Umspannwerk 300 ist durch ein sekundärseitiges Mittelspannungsnetz 400 mit einer primärseitigen Messvorrichtung 410 verbunden, mit dem primärseitige Werte 411 erfasst werden. Eine sekundärseitige Messvorrichtung 210 ist mit dem Niederspannungsnetz 200 verbunden, mit der sekundärseitige Werte 211 erfasst werden.
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Die primärseitige Messvorrichtung 410 sowie die sekundärseitige Messvorrichtung 210 sind mit der Regelanlage 310 zur Übertragung der Werte 211,411 verbunden und die Regelanlage 310 weist einen Regler 321, insbesondere mit einer Schnittstelle zur Datenleitung zwischen den Haustechnikanlagen 220 bzw. der SCU 221 und der Regelanlage 310 auf.
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In einer Datenbank 322 werden die primär- und sekundärseitigen Messwerte 211, 411 mit den Daten der SCU 221 abgeglichen. Daraufhin schaltet die Regelanlage 310 in Abhängigkeit des Restriktionsbereichs und der entsprechend zur Verfügung stehenden Zeit sowie der Lastabnahme die Haustechnikgeräte 220 und/oder Energieerzeuger 120 in einer Rangfolge; zuerst die, die größte Abnahmebereitschaft zeigen. Durch die redundante Ausführung der Regelanlagen 310 bzw. Schaltanlagen 300.1, 300.2.1, 300.2.2, 300.3, 300.4, 300.5, 500.1, 500.2 können bei Ausfall einer Regelanlage 310, die dort gesammelten Daten von der nächstgelegen benachbarten Regelanlage 310 übernommen werden.
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5 zeigt ein Gebäude 202 mit einer SCU 221, einem Haustechnikgerät 220, insbesondere einer Wärmepumpe, einem Energieerzeuger 120, insbesondere einer Fotovoltaikanlage und einer Wetterstation 230.
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6 zeigt eine Hochspanungsschaltanlage 500 mit einem sekundärseitigen Mittelspannungsnetz 400 und einem primärseitigen Hochspannungsnetz 600. Am Hochspannungsnetz 600 sind Energieerzeuger 120, vorzugsweise Windkraftanlagen, über eine Übergabestation 130 an das Hochspannungsnetz 600 angeschlossen.
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7 zeigt eine Hochspannungsschaltanlage 500 mit einer sekundärseitigen Messvorrichtung 510 und einer primärseitigen Messvorrichtung 410 und einer Regelanlage 310
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8 zeigt eine Höchstspanungsumspannwerk 700 mit einem sekundärseitigen Hochspannungsnetz 600 und einem primärseitigen Höchstspannungsnetz 800, am primärseitigen Höchstspannungsnetz 800 sind Energieerzeuger 120, vorzugsweise ein Windkraftpart über eine Übergabestation 130 an das Höchstspannungsnetz 800 angeschlossen.
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9 zeigt eine Höchstspanungsumspannwerk 700 mit einer Leitwarte, die für einen Bilanzkreis zuständig ist. Das Höchstspannungsumspannwerk 700 verbindet ein Hochspannungsnetz 600 mit einem Höchstspannungsnetz 800.
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10 zeigt eine Schaltanlage eines europäischen Verbundnetzes 900 mit einem sekundärseitigen Höchstspannungsnetz 800 und einem primärseitigen europäischen Verbundnetz 1000. Am europäischen Verbundnetz 1000 sind Energieerzeuger 120, vorzugsweise ein Windkraftpark oder Solar-Kraftwerke über eine Übergabestation 130 an ein europäisches Verbundnetz 1000 angeschlossen.
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11 zeigt eine Schaltanlage 900 des europäischen Verbundnetzes 1000 mit einem sekundärseitigen Höchstspannungsnetz 800 und einer Regelanlage 310.
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12 zeigt ein Diagramm, welches das Einsatzpotential der zur Verfügung stehenden Haustechnikgeräte 220, insbesondere Wärmepumpen, oder Energieerzeugern 120, aufführt. Die Regelanlage 310 oder die Datenbank 322 der Schaltanlagen 300.1, 300.2.1, 300.2.2, 300.3, 300.4, 300.5, zum Mittelspannungsnetz ermittelt eine Haustechnik- oder Wärmepumpenverfügbarkeit in Abhängigkeit zu der zur Verfügung stehenden Zeit sowie der Lastabnahme und schaltet die Haustechnikgeräte 220, wie z.B. Wärmepumpen in einer Rangfolge; zuerst die, die größte Abnahmebereitschaft zeigt. Es werden daher zuerst die Anlagen angesprochen, die am meisten Leistung aufnehmen oder abgeben können. Dies sind im Diagramm gemäß 12 die Wärmepumpen WP1, diese werden als erste Wärmepumpen freigeschaltet oder eingeschaltet, da sie den höchsten Leistungsbedarf haben, wie er auf der Y-Achse 1 abgebildet ist. Auf der X-Achse 2 ist die Anwendungsdauer der eingesetzten Haustechnikgeräte 220 oder Energieerzeuger 120 aufgeführt, auf der Y-Achse 1 die aufgenommene oder abgegebene Leistung für das DSM. Bei modulierenden Haustechnikgeräten 220 können auch mehr Geräte in Teillast geschaltet werden, um eine bessere Auslastung des zur Verfügung stehenden Pools 201 für das DSM zu ermöglichen. Vorteilhaft werden nach den WP1 die Wärmepumpen WP2, dann vorteilhaft WP3, dann vorteilhaft WP4, dann vorteilhaft WP5, dann vorteilhaft WP6 und dann vorteilhaft WP7 geschaltet.
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Auf gleiche Weise funktioniert gemäß 13 die Verteilung der zur regelnden Last in hierarchisch übergeordneten Netzen. Die sich auf einem Mittelspannungsnetzbereich 400.1, 400.2 befindenden Datenbanken 322 kumulieren vorteilhaft die zur DSM zur Verfügung stehende Leistung und subtrahieren die in der Regelzone eingesetzte Regelleistung. Die Daten der Differenzlast (+/-) werden via TCP/IP Adressierschema vorteilhaft an eine hierarchisch übergeordnete Datenbank 322 einer Leitwarte des Höchstspannungsumspannwerks 700 eines Netzbetreibers des Hochspannungsnetzes 600 geschickt. Vorteilhaft wird auf einer Datenbank 322 eines Hochspannungsnetzes 600 ein Vergleich zwischen den Mittelspannungsnetzbereichen 400.1, 400.2 gezogen und entsprechend des Bedarfs und der Einsatzdauer auf die Mittelspannungsnetzbereiche 400.1, 400.2 verteilt. In dem Diagramm ist auf der X-Achse 2 die Anwendungsdauer der eingesetzten Haustechnikgeräte 220, in diesem Beispiel Wärmepumpen, der untergeordneten Netzebenen aufgeführt, auf der Y-Achse 1 ist die aufgenommene oder abgegebene Leistung für das DSM der untergeordneten Netzebene aufgeführt. Dies sind im Diagramm gemäß 13 die Wärmepumpen des Bereichs WPMS1, diese werden als erste Haustechnikgeräte 220 freigeschaltet oder eingeschaltet, da sie einen höchsten Leistungsbedarf haben, wie er auf der Y-Achse 1 abgebildet ist; dann folgen vorteilhaft WPMS2, vorteilhaft WPMS3, vorteilhaft WPMS4, vorteilhaft WPMS5, Vorteilhaft WPMS6 und vorteilhaft WPMS7.
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14 zeigt die Verteilung der zur regelnden Last in hierarchisch übergeordneten Netzen. Die sich auf einem Übertragungsnetz befindlichen Datenbanken 322 kumulieren vorteilhaft die zur DMS zur Verfügung stehende Leistung und subtrahieren die in der Regelzone eingesetzte Regelleistung. Die Daten der Differenzlast (+/-) werden via TCP/IP Adressierschema vorteilhaft an eine hierarchisch übergeordnete Datenbank 322 einer Leitwarte des Höchstspannungsumspannwerks 700 eines Netzbetreibers des Höchstspannungsnetzes eines europäischen Verbundnetzes 1000 geschickt. Vorteilhaft wird auf einer Datenbank 322 eines Höchstspannungsnetzes eines europäischen Verbundnetzes 1000 ein Vergleich zwischen den Hochspannungsnetzen 800 gezogen und entsprechend des Bedarfs und der Einsatzdauer auf die Höchstspannungsnetze 800 verteilt. In dem Diagramm ist auf der X-Achse 2 Anwendungsdauer der eingesetzten Haustechnikgeräte 220, in diesem Beispiel Wärmepumpen, der untergeordneten Netzebenen aufgeführt. Auf der Y-Achse 1 ist die aufgenommene oder abgegebene Leistung für das DSM der untergeordneten Netzebene aufgeführt. Hier werden vorteilhaft die Wärmepumpen der Gruppe WPHS 1 zuerst geschaltet, dann folgen vorteilhaft weitere Gruppen WPHS2 bis WPHS7, die vorteilhaft unterrangig zur Gruppe WPHS1 geschaltet werden.
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15 zeigt die Verteilung der zur regelnden Last in hierarchisch übergeordneten Netzen. Vorteilhaft wird auf einer Datenbank eines EU-Verbundnetzes 1000 ein Vergleich zwischen EU-Höchstspannungsnetzen gezogen und entsprechend des Bedarfs und der Einsatzdauer von regelbaren Lasten auf die Höchstspannungsnetze verteilt. In dem Diagramm ist auf der X-Achse 2 die Anwendungsdauer der eingesetzten Lasten der untergeordneten Netzebenen aufgeführt, auf der Y-Achse 1 ist die aufgenommene oder abgegebene Leistung für das Lastmanagement der Übertragungsnetze aufgeführt. Die Zonen 2 bis 4 werden vorteilhaft unterrangig zur Zone 1 geschaltet oder behandelt.
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Eine Mess- und Regelanlage 310 ist in 16 gezeigt. Die Regelanlage 310 weist einen Regler 321 und eine Datenbank auf, die miteinander verknüpft sind.
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17 zeigt ein Umspannwerk 300 mit einen Trafo 301 sowie einer Mess- und Regelanlage 310. Die Mess- und Regelanlage 310 des Umspannwerks 300 weist einen Regler 321 und eine Datenbank auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2871749 A1 [0003]
- EP 2874265 A1 [0004]