DE102017100639A1 - Speichergeführte Anlagensteuerung für eine Kraftwärmekopplungsanlage - Google Patents

Speichergeführte Anlagensteuerung für eine Kraftwärmekopplungsanlage Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Verbesserung der wärmegeführten Betriebsweise eines Energiesystems mit mindestens- einem Blockheizkraftwerk (BHKW),- einem Zusatzheizkessel (ZKH)- einem nicht steuerbaren Erzeuger (AC oder DC-gekoppelt), insbesondere einer Photovoltaikanlage (PV),- einem elektrischen Energiespeicher (BAT),- einem thermischen Energiespeicher und- einer Anbindung an ein Energienetz mit der Möglichkeit zum Bezug und zur Rückspeisung elektrischer Energie,dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsflexibilität des BHKW genutzt wird, um mit der speichergeführten Betriebsstrategie den elektrischen Autarkiegrad des Energiesystems im Vergleich zum wärmegeführten Betrieb zu verbessern,wobei die Verbesserung des elektrischen Autarkiegrades über die speichergeführte Betriebsweise durch entsprechende Steuerung des Blockheizkraftwerkes erfolgt unddie speichergeführte Betriebsweise die Einspeisung in das elektrische Stromnetz vom BHKW und den nicht steuerbaren Erzeugern im Vergleich zum wärmegeführten Betrieb verringert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine speichergeführte Anlagensteuerung für eine Kraftwärmekopplungsanlage (KWK-Anlage). Ein solches Energiesystem besteht mindestens aus einer KWK-Anlage, einem Zusatzheizkessel, einem thermischen Pufferspeicher, einem elektrischen Speichersystem sowie weiteren nicht steuerbaren Erzeuger(n) wie z.B. einer Photovoltaik-Anlage. Der Begriff „speichergeführte Anlagensteuerung“ bezieht sich auf das elektrische Speichersystem. Im Folgenden werden Blockheizkraftwerke (BHKW) als Untergruppe der KWK-Anlagen behandelt und ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Synonym betrachtet.
  • Ein Energiesystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist in dem Projekt „EKOSTORE“ der Hochschule Landshut am 26.01.2016 von Prof. Dr. Ing. Tim Rödiger öffentlich vorgestellt worden (18. Fachgespräch der Reihe „Energieversorgungssysteme der Zukunft“). Hierbei handelt es sich um ein dezentrales Energiesystem mit hohem elektrischem Autarkiegrad, das in 1 skizziert ist und aus der Systemkombination von Blockheizkraftwerk BHKW und Batteriespeicher BAT besteht. Die Funktionsweise einer speichergeführten Betriebsweise zur Verbesserung des elektrischen Autarkiegrades lässt sich hieraus jedoch nicht ableiten.
  • Nach dem Stand der Technik können BHKW anhand verschiedener Betriebsstrategien gesteuert werden. Je nach Zielgröße des Anlagenbetreibers wurden für Kraftwärmekopplungssysteme verschiedene Betriebsstrategien entwickelt. Die konventionelle wärmegeführte Betriebsstrategie steuert ein BHKW ausschließlich anhand des thermischen Bedarfes des Verbrauchssystems. Ein weiterer Anwendungsfall für eine Betriebsstrategie ist der stromgeführte Betrieb. Hier wird das BHKW über die elektrische Last gesteuert. Dabei muss darauf geachtet werden, dass ausreichende Senken zur Aufnahme der erzeugten Wärme zur Verfügung stehen. Weitere Ertragsmöglichkeiten für KWK-Anlagen ergeben sich durch die Aggregation von dezentralen Anlagen zu sogenannten virtuellen Kraftwerken oder die Ausrichtung des Anlagenbetriebs auf variable Erlöse bei der Netzeinspeisung des KWK-Stroms, vgl. DE 10 2012 023 486 A1 .
  • Nachstehend werden zunächst die wesentlichen Begriffe erläutert, die zum Verständnis der Erfindung erforderlich sind:
    • Definition Energiesystem - Zur Definition eines Energiesystems wird hier die Kombination von einerseits dem elektrischen und thermischen Bedarf von Nutzenergie innerhalb einer Bilanzgrenze und andererseits den sich innerhalb dieser Bilanzgrenze befindlichen Energiewandlungsanlagen zur Deckung der Bedarfe herangezogen.
    • Definition Vollzyklen des elektrischen Speichersystems - Ein Vollzyklus des elektrischen Speichersystems in einem definierten Zeitintervall liegt von, wenn das elektrische Speichersystem einmal komplett be- und entladen wurde.
    • Definition des elektrischen Autarkiegrades eines Energiesystems - Zur Definition des elektrischen Autarkiegrades eines Energiesystems wird hier der innerhalb eines definierten Zeitraums vorliegende Anteil der durch die Energieumwandlungsanlagen des Energiesystems bereitgestellten elektrischen Energie an dem elektrischen Bedarf des Energiesystems innerhalb des definierten Zeitraums bezogen.
    • Definition des State of Charge (SOC) eines elektrischen Speichersystems - Der SOC eines elektrischen Speichersystems ist hier als der Anteil des aktuellen Ladungszustandes eines elektrischen Speichersystems an der maximalen Ladungsmenge definiert.
    • Beschreibung der (nicht steuerbaren) AC/DC-gekoppelten Erzeuger - AC/DC-gekoppelte Erzeuger stellen hier ergänzend zum Blockheizkraftwerk weitere Energiewandlungsanlagen mit elektrischem Output dar. Nicht steuerbar bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Leistungsabgabe der Erzeuger auf Umwelteinflüssen wie Wind und Sonne beruht oder aus anderen Gründen nicht beeinflussbar ist. Die Art der Kopplung mit dem elektrischen Speichersystem kann AC- oder DC-seitig erfolgen, ist aber in Bezug zur Betriebsstrategie des BHKW nicht relevant.
    • Beschreibung der wärmegeführten Betriebsstrategie eines Blockheizkraftwerkes - Die wärmegeführte Betriebsstrategie eines Blockheizkraftwerkes richtet sich nach dem Temperaturzustand des thermischen Speichers und ist somit vom thermischen Bedarf des Energiesystems abhängig. Wird an einem bestimmten Temperaturmesspunkt im oberen Bereich des Speichers eine definierte Temperatur unterschritten, startet das Blockheizkraftwerk. Wird an einem bestimmten Temperaturmesspunkt im unteren Bereich des Speichers eine definierte Temperatur überschritten, fährt das Blockheizkraftwerk ab.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine speichergeführte Betriebsstrategie vorzuschlagen, die im Vergleich zur herkömmlichen wärmegeführten Betriebsstrategie eines Blockheizkraftwerkes folgende Vorteile hat:
    1. A) Erhöhung des elektrischen Autarkiegrades des Energiesystems,
    2. B) Vermeidung von Netzeinspeisung durch das Blockheizkraftwerk und die nicht steuerbaren Erzeuger,
    3. C) Sicherung der thermischen Effizienz der KWK-Anlage.
  • Die speichergeführte Anlagensteuerung bietet im Vergleich zur wärmegeführten Anlagensteuerung einen höheren elektrischen Autarkiegrad und vermeidet Netzeinspeisung aus der KWK-Anlage und den nicht steuerbaren Erzeugern. Dadurch werden der Strombezug und die jährliche Laufzeit der KWK-Anlage reduziert, sodass eine verbesserte Wirtschaftlichkeit des Energiesystems im Vergleich zum wärmegeführten Betrieb resultiert.
  • Die Systemkombination von Energiewandlungsanlagen und Speichern bietet ein bisher ungenutztes Potenzial zur Steigerung des elektrischen Autarkiegrades und der Reduktion der Netzeinspeisung aus KWK-Anlage und den nicht steuerbaren Erzeugern. Die vorgeschlagene speichergeführte Anlagensteuerung der KWK-Anlage realisiert einen KWK-Betrieb, der die oben genannten Potenziale erschließt.
  • Mit der Erfindung der speichergeführten Betriebsstrategie werden folgende Vorteile realisiert:
    • A1) Erhöhung des elektrischen Autarkiegrades des Energiesystems durch Ausrichtung der BHKW-Steuerung auf den SOC des elektrischen Speichersystems: Im Gegensatz zur wärmegeführten BHKW-Steuerung wird ein BHKW Betriebsintervall gestartet, wenn ein definierter Minimalwert des SOC vom elektrischen Speichersystem unterschritten wurde und keine thermischen Restriktionen vorliegen. Das BHKW Betriebsintervall endet, wenn ein definierter Maximalwert des SOC vom elektrischen Speichersystem überschritten und eine minimale Laufzeit des BHKW erreicht wurde oder der thermische Speicher gefüllt ist. Die Berücksichtigung des thermischen Speichers in der Ein- und Abschaltbedingung ist notwendig, da die thermische Energie nur innerhalb des Energiesystems genutzt werden kann. Durch die Berücksichtigung der minimalen Laufzeit wird eine hohe thermische Effizienz des BHKW gewährleistet, siehe C2). Die Ausrichtung der BHKW-Steuerung auf den SOC des elektrischen Speichersystems erhöht die Anzahl der jährlichen BHKW-Betriebsintervalle sowie die Anzahl der jährlichen Vollzyklen des elektrischen Speichersystems bei ganzjährig hohem elektrischem Autarkiegrad.
    • A2) Erhöhung des elektrischen Autarkiegrades des Energiesystems durch Anpassung des in A1) beschriebenen Minimalwertes vom SOC des elektrischen Speichersystems: Im Allgemeinen kann als SOC-Minimalwert zur Einschaltung des BHKW der kleinstmögliche vom Batteriesystem erlaubte SOC-Wert (globaler SOC-Minimalwert) genutzt werden, um das elektrische Speichersystem bestmöglich auszunutzen. In bestimmten Situationen kann dies aber zu einem nachteiligem Betriebsverhalten führen. Unter den folgenden Voraussetzungen:
      • - der SOC des elektrischen Speichersystems liegt leicht über dem globalem SOC-Minimalwert und das BHKW ist im Standby-Modus
      • - in naher Zukunft liegt eine elektrische Last größer als die elektrische Maximalleistung des BHKW an und es ist keine elektrische Leistung aus nicht steuerbaren Erzeugern verfügbar muss beim BHKW-Start durch Erreichen des globalen SOC-Minimalwertes Leistung aus dem Stromnetz bezogen werden, um die elektrische Last zu decken. Durch Auswertung einer elektrischen Lastprognose des Energiesystems und einer Erzeugungsprognose der nicht steuerbaren Erzeuger kann der SOC-Minimalwert derart erhöht werden, dass der Netzbezug reduziert oder ganz vermieden werden kann.
    • B1) Vermeidung von Netzeinspeisung des Blockheizkraftwerks durch die Ausrichtung der BHKW-Steuerung auf den SOC des elektrischen Speichersystems: Wie unter A1) beschrieben startet ein speichergeführtes BHKW-Betriebsintervall, wenn ein definierter Minimalwert des SOC des elektrischen Speichers unterschritten wurde. Diese Einschaltbedingung ist unabhängig von den Temperaturen im thermischen Speicher. Im Vergleich zur wärmegeführten Betriebsstrategie werden somit Betriebsintervalle unterdrückt, bei denen thermischer Bedarf vorliegt, aber der elektrische Bedarf gedeckt ist. Im wärmegeführten BHKW-Betrieb würde die überschüssige elektrische Leistung des BHKWs und der nicht steuerbaren Erzeuger in das Stromnetz abgegeben werden.
  • Die somit vermiedenen BHKW-Betriebsintervalle verringern die jährliche BHKW-Betriebszeit. Der dadurch nicht durch das BHKW gedeckte thermische Bedarf wird durch den Zusatzheizkessel erbracht. Dadurch wird die thermische Versorgungssicherheit des Energiesystems gewährleistet. Unter der Voraussetzung der Verwendung eines hochwertigen Brennwertgerätes ist die Substitution von BHKW-Wärme durch Wärme aus dem Zusatzheizkessel bei gedecktem elektrischem Bedarf aus Sicht des betrachteten Energiesystems wirtschaftlich sinnvoll. Brennwertkessel weisen höhere thermische Nutzungsgrade im Vergleich zum thermischen Nutzungsgrad vom BHKW auf. Somit ist mit leicht verringertem Brennstoffverbrauch im Vergleich zum wärmegeführten Betrieb zu rechnen.
  • Unter den Annahmen:
    • - die Netzeinspeisung von BHKW Strom ins Stromnetz ist nicht kostendeckend sowie
    • - der Eigenverbrauch des BHKW Stroms ist günstiger als der Strombezug aus dem Stromnetz folgt eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des BHKW Systems. Die geringere jährliche BHKW Laufzeit reduziert die jährlichen Wartungskosten und erhöht die Nutzungsdauer der BHKW-Anlage im wirtschaftlichen Eigenverbrauchs-Betrieb.
    • B2) Vermeidung von Netzeinspeisung durch die nicht steuerbaren Erzeuger durch die Ausrichtung der BHKW-Steuerung auf den SOC des elektrischen Speichersystems: Da der wärmegeführte BHKW Betrieb nur auf den thermischen Bedarf des Energiesystems ausgerichtet ist, kommt es häufig zu gleichzeitiger elektrischer Leistungsbereitstellung der beiden Systeme. Unter der Voraussetzung, dass die Summe aus beiden Leistungen größer als die elektrische Last des Energiesystems und der elektrische Speicher gefüllt ist, muss die überschüssige elektrische Leistung in das Stromnetz abgegeben werden. Die Ausrichtung des BHKW Betriebs auf den SOC des elektrischen Speichers reduziert die Netzeinspeisung der nicht steuerbaren Erzeuger, da das gleichzeitige BHKW Betriebsintervall bei Erreichen des definierten Maximalwerts des SOC vom elektrischen Speichersystem abgebrochen wird.
    • B3) Vermeidung von Netzeinspeisung durch die nicht steuerbaren Erzeuger durch Anpassung des in A1) beschriebenen Maximalwertes vom SOC des elektrischen Speichersystems: Im Allgemeinen kann als SOC-Maximalwert zur Ausschaltung des BHKW der größtmögliche vom Batteriesystem erlaubte SOC-Wert (globaler SOC-Maximalwert) genutzt werden, um das elektrische Speichersystem bestmöglich auszunutzen. In bestimmten Situationen kann dies aber zu einem nachteiligen Betriebsverhalten führen. Unter den folgenden Voraussetzungen:
      • - der SOC des elektrischen Speichersystems liegt leicht unter dem globalen SOC-Maximalwert und das BHKW ist im Nennbetrieb-Modus
      • - in naher Zukunft liegt eine elektrische Leistungsbereitstellung der nicht steuerbaren Erzeuger größer als die elektrische Last des Energiesystems an stoppt das BHKW-Betriebsintervall beim Erreichen des globalen SOC-Maximalwertes, und die Residualerzeugung der nicht steuerbaren Erzeuger wird in das Stromnetz abgegeben. Durch Auswertung einer elektrischen Lastprognose des Energiesystems und einer Erzeugungsprognose der nicht steuerbaren Erzeuger kann der SOC-Maximalwert derart verringert werden, dass die Netzeinspeisung der nicht steuerbaren Erzeuger reduziert oder ganz vermieden werden kann.
    • C1) Sicherung der thermischen Effizienz der KWK-Anlage durch Beschränkung der Rücklauftemperatur vom thermischen Speichersystem zum BHKW: Die in A1) beschriebene Abfahrbedingung „der thermische Speicher ist gefüllt“ wird über den Vergleich der Rücklauftemperatur vom thermischen Speicher zum BHKW mit einem definierten Maximalwert umgesetzt. Der Maximalwert wird derart gesetzt, dass die thermische Effizienz des BHKW auf einem hohen Niveau liegt.
    • C2) Sicherung der thermischen Effizienz der KWK-Anlage durch Nutzung einer Mindestbetriebsdauer des BHKW: Die Ausschaltbedingung des BHKW in A1) sieht die Einhaltung einer Mindestbetriebsdauer des BHKW vor. Dadurch werden Betriebsintervalle kleiner als die Mindestbetriebsdauer unterdrückt. Aufgrund von thermischen Restriktionen können dennoch kürzere Betriebsintervalle auftreten. Durch die Definition einer Mindestbetriebsdauer werden die Anzahl der Anfahrvorgänge limitiert und somit thermische Anfahrverluste reduziert.
  • Gemäß der Erfindung ist eine Implementierung der Anlagensteuerung („speicherorientierte Anlagensteuerung“) für ein dezentrales Hybrid-Eigenversorgungssystem mit einer in 1 skizzierten Systemkombination von Batteriespeicher, Photovoltaik und Blockheizkraftwerk vorgesehen. Der obere, zum öffentlichen Netz führende Zweig beinhaltet neben dem Batteriespeicher BAT auch nicht steuerbare Erzeuger wie z. B. eine Photovoltaikanlage PV und dient zur Stromversorgung von Verbrauchern, symbolisiert durch eine Glühlampe in einem Gebäude, während der untere Zweig die thermische Versorgung mit Wärmespeicher und einem Zusatzheizkessel ZHK darstellt. Für eine derartige Systemkombination im Ein- und Mehrfamilienhaus-Bereich existiert derzeit keine Steuerung mit Fokus auf den elektrischen Autarkiegrad des Systems und der Vermeidung von Netzeinspeisung. Die speichergeführte Anlagensteuerung nutzt die Steuerbarkeit und die Betriebsflexibilität durch thermische und elektrische Energiespeicher eines Blockheizkraftwerkes (BHKW) aus, um die Betriebsphasen des BHKWs den Zielstellungen anzupassen.
  • Mit der Erfindung wurde erkannt, dass durch den Einsatz thermischer und elektrischer Speicher in der wärmegeführten Betriebsstrategie eine große Betriebsflexibilität existiert, die dazu ausgenutzt werden kann, um die oben genannten Zielstellungen zu erreichen.
  • Zu den regelungstechnischen Herausforderungen, die mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden, gehören:
    • - Die Integration der nicht steuerbaren (volatilen, AC oder DC gekoppelten) Erzeuger, die ergänzend zum Blockheizkraftwerk weitere Energiewandlungsanlagen mit elektrischem Output darstellen. Volatil bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Leistungsabgabe der Erzeuger auf Umwelteinflüssen wie Wind und Sonne beruht. Die Art der Koppelung mit dem elektrischen Speichersystem kann AC- oder DC-seitig erfolgen, ist aber in Bezug zur Betriebsstrategie des BHKW nicht relevant.
    • - Die Entscheidung, wann und in welchem Umfang der elektrische Speicher geleert oder gefüllt wird.
    • - Die Berücksichtigung des elektrischen Verbrauchs und der Leistungsbereitstellung durch die nicht steuerbaren Erzeuger über eine geeignete elektrische Lastprognose sowie eine geeignete elektrische Erzeugungsprognose der nicht steuerbaren Erzeuger.
  • Die Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik dadurch, dass
    1. a) die „speichergeführte Betriebsstrategie“ den elektrischen Autarkiegrad im Vergleich zum „wärmegeführten Betrieb“ unter gleichzeitiger Sicherstellung der thermischen Versorgungssicherheit erhöht,
    2. b) die „speichergeführte Betriebsstrategie“ die Netzeinspeisung aus BHKW und nicht steuerbaren Erzeugern im Vergleich zum „wärmegeführten Betrieb“ verringert,
    3. c) die „speichergeführte Betriebsstrategie“ durch Berücksichtigung einer Mindestbetriebsdauer des BHKW und die Einhaltung einer Mindesttemperatur für den Rücklauf vom thermischen Speicher zum BHKW eine hohe thermische Effizienz gewährleistet.
  • 2 zeigt anhand eines Anlagenschemas die nach der Erfindung vorgesehene Messstellenanordnung mit den elektrischen und hydraulischen Verbindungen zwischen BHKW, elektrischem Speicher und thermischem Pufferspeicher sowie die analoge oder digitale Informationsübertragung, wodurch die Merkmale der speichergeführten Betriebsweise realisiert werden:
    1. 1) Die speichergeführte Betriebsstrategie vermeidet die Netzeinspeisung von der im Energiesystem bereitgestellte Leistung von BHKW und weiteren AC-DC-gekoppelten Erzeugern durch Vergleich des gemessenen SOC-Wertes des elektrischen Speichersystems mit definierten Maximal- und Minimalwerten des SOC.
    2. 2) Die speichergeführte Betriebsstrategie nutzt die Messung der Temperatur T3 im thermischen Speicher, um die Notwendigkeit eines Betriebsabbruches aufgrund von thermischen Restriktionen auszuwerten. Der Temperaturwert T3 wird mit einem definierten Maximalwert verglichen. Bei Überschreitung gilt der thermische Speicher als gefüllt. Der Maximalwert wird derart gewählt, dass eine hohe thermische Effizienz des BHKW gewährleistet ist.
    3. 3) Die speichergeführte Betriebsstrategie nutzt die gemessene Betriebsdauer t_BHKW _Betrieb des BHKW für den Vergleich mit einem definierten Minimalwert, um die mit dem Startvorgang eines BHKWs verbundenen thermischen Anfahrverluste zu begrenzen.
    4. 4) Die speichergeführte Betriebsstrategie nutzt eine elektrische Lastprognose des elektrischen Energiesystems zur Bestimmung der Maximal- und Minimalwerte des SOC vom elektrischen Speichersystem zur Identifizierung von geeigneten Betriebsintervallen. Die Lastprognose basiert dabei auf der Auswertung der historischen Leistungsmessung P des elektrischen Verbrauches des Energiesystems.
    5. 5) Die speichergeführte Betriebsweise nutzt eine elektrische Erzeugungsprognose der nicht steuerbaren Erzeuger zur Bestimmung des Maximalwertes des SOC vom elektrischen Speichersystem zur Identifizierung von geeigneten Betriebsintervallen. Die elektrische Erzeugungsprognose basiert dabei auf Wetterdaten bei volatilen Erzeugern oder vergleichbaren Informationen zur Vorhersage des Betriebsverhaltens von anderen nicht steuerbaren Erzeugern. Durch die Auswertung der elektrischen Lastprognose und der Erzeugungsprognose der nicht steuerbaren Erzeuger werden die Maximal- und Minimalwerte des SOC angepasst. Diese Anpassung dient der Erhöhung des elektrischen Autarkiegrades bei hoher elektrischer Nachfrage sowie der Verringerung der Netzeinspeisung der steuerbaren Erzeuger.
  • In 3 ist in anderer Darstellung der Übergang vom BHKW-Standby-Zustand zum BHKW-Betriebszustand gezeigt, der durch zwei Entscheidungen auf einem Entscheidungspfand definiert ist.
  • Die erste Entscheidungs-Abfrage wertet die Möglichkeit eines Betriebsintervalls des BHKW aus der Sicht des elektrischen Energiesystems aus. Bei dieser Abfrage wird die Messgröße SOC des elektrischen Speichers benötigt. Der SOC wird mit einem definierten Mindestwert verglichen. Wird dieser Mindestwert unterschritten, kann ein Betriebsintervall aus elektrischer Sicht erfolgen. Der Minimalwert ist entweder der durch das BMS erlaubte globale Minimalwert des SOC oder wurde durch die Auswertung des prognostizierten Zustandes des elektrischen Energiesystems angepasst.
  • Die zweite Entscheidungs-Abfrage wertet die Möglichkeit eines Betriebsintervalls des BHKW aus thermischer Sicht aus. Dazu wird die Speichertemperatur T3 mit einem definierten Maximalwert verglichen. Wird dieser Wert unterschritten, kann ein Betriebsintervall aus thermischer Sicht erfolgen. Um eine Stillstandzeit des BHKW bei gefülltem TES und leerem EES zu gewährleisten, sollte der Maximalwert kleiner als der Maximalwert aus dem ersten Entscheidungspfad der Abfahranweisung der speichergeführten Betriebsweise sein. Der Maximalwert der Startanweisung sollte so angepasst werden, dass die eingeführte Mindestbetriebsdauer unter definierten Betriebsbedingungen nicht unterschritten wird.
  • Abfahranweisung der speichergeführten Betriebsweise:
  • Der Übergang vom BHKW - Betriebs-Zustand zum BHKW - Standby-Zustand wird wie in 3 dargestellt durch zwei Entscheidungspfade definiert. Beide Entscheidungspfade sind gleichwertig und sind durch ein logisches „ODER“ verknüpft.
  • Der erste Entscheidungspfad wertet die Notwendigkeit eines Betriebsabbruches des BHKW aus thermischer Sicht aus. Dazu wird die Speichertemperatur T3 mit einem definierten Maximalwert verglichen. Wird dieser Wert überschritten, sollte aus thermischer Sicht ein Betriebsstopp erfolgen.
  • Im zweiten Entscheidungspfad werden zwei Entscheidungs-Abfragen ausgewertet.
  • Die erste Entscheidungs-Abfrage wertet die Dauer des aktuellen Betriebsintervalls aus. Nur Betriebsintervalle mit größerer Dauer als die Mindestbetriebsdauer können abgebrochen werden. Somit werden aus thermischen Effizienzgründen zu kurze Betriebsintervalle vermieden.
  • Die zweite Entscheidungs-Abfrage wertet die Möglichkeit eines Betriebsstopps des BHKW aus der Sicht des elektrischen Energiesystems aus. Bei dieser Abfrage wird die Messgröße SOC des elektrischen Speichers benötigt. Der SOC wird mit einem definierten Maximalwert verglichen. Wird dieser Maximalwert überschritten, sollte ein Betriebsstopp aus elektrischer Sicht erfolgen. Der Maximalwert ist entweder der durch das BMS erlaubte globale Maximalwert des SOC oder wurde durch die Auswertung des prognostizierten Zustandes des elektrischen Energiesystems angepasst.
  • Die Auswertung des elektrischen Energiesystems basiert auf dem aktuellen SOC des EES und der elektrischen Lastprognose sowie der Erzeugungsprognose der nicht steuerbaren Erzeuger. Für einen definierten Zeitraum wird das Energiesystem auf die Ereignisse „Reststrombezug aus dem Netz“ und „Überschüssige Leistung aus den nicht steuerbaren Erzeugern“ untersucht. Beim Ereignis „Reststrombezug aus dem Netz“ wird der minimale SOC zur Einschaltung des BHKW derart erhöht, dass ein möglichst hoher elektrischer Autarkiegrad beim Ereignis erzielt wird. Beim Ereignis „Überschüssige Leistung aus den nicht steuerbaren Erzeugern“ wird der maximale SOC zur Abschaltung des BHKW derart verringert, dass beim Ereignis möglichst wenig Leistung durch die nicht steuerbaren Erzeuger ins Verteilnetz abgegeben wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012023486 A1 [0003]

Claims (7)

  1. Verfahren zur Verbesserung der wärmegeführten Betriebsweise eines Energiesystems mit mindestens - einem Blockheizkraftwerk (BHKW), - einem Zusatzheizkessel (ZKH) - einem nicht steuerbaren Erzeuger (AC oder DC-gekoppelt), insbesondere einer Photovoltaikanlage (PV), - einem elektrischen Energiespeicher (BAT), - einem thermischen Energiespeicher und - einer Anbindung an ein Energienetz mit der Möglichkeit zum Bezug und zur Rückspeisung elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsflexibilität des BHKW genutzt wird, um mit der speichergeführten Betriebsstrategie den elektrischen Autarkiegrad des Energiesystems im Vergleich zum wärmegeführten Betrieb zu verbessern, wobei die Verbesserung des elektrischen Autarkiegrades über die speichergeführte Betriebsweise durch entsprechende Steuerung des Blockheizkraftwerkes erfolgt und die speichergeführte Betriebsweise die Einspeisung in das elektrische Stromnetz vom BHKW und den nicht steuerbaren Erzeuger(n) im Vergleich zum wärmegeführten Betrieb verringert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Ruhezustand des BHKW und bei Vorliegen einer Startanweisung durch die speichergeführte Betriebsweise des BHKW startet, während es im Betrieb herunterfährt, sobald eine Abfahranweisung durch die speichergeführte Betriebsweise vorliegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die speichergeführte Betriebsweise eine Mindestbetriebsdauer für das BHKW nutzt, um die mit dem Startvorgang des BHKW verbundenen Anfahrverluste zu begrenzen, und nur dann eine Einsatzentscheidung trifft, wenn die Mindestbetriebsdauer absehbar erreicht werden kann.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das speichergeführte Betriebssystem dann eine Einsatzentscheidung für das BHKW trifft, wenn der SOC-Wert des elektrischen Energiespeichers unterhalb eines definierten Minimalwertes des SOC fällt, wo bei der SOC-Minimalwert über den globalen Minimalwert des SOC begrenzt wird und bei Auftreten von einem erwarteten Reststrombezug aus dem Netz aufgrund von hohen elektrischen Lasten erhöht werden kann.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das speichergeführte Betriebssystem dann eine Betriebsstopp-Entscheidung für das BHKW trifft, wenn der SOC-Wert des elektrischen Energiespeichers über einem definierten Maximalwertes des SOCs steigt, der über den globalen Maximalwert des SOC begrenzt wird und bei Auftreten von einer erwarteten Einspeisung von Residualerzeugung der nicht steuerbaren Erzeuger aufgrund von hoher Erzeugungsleistung der Erzeuger verringert werden kann.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die speichergeführte Betriebsweise eine elektrische Lastprognose des Energiesystems zur Einsatzentscheidung des BHKW nutzt, die auf der Auswertung einer Summen-Leistungsmessung der elektrischen Verbraucher des Energiesystems basiert.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die speichergeführte Betriebsweise eine elektrische Erzeugungsprognose der nicht steuerbaren Erzeuger zur Einsatzentscheidung des BHKW nutzt.
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