DE102017121457A1

DE102017121457A1 - System und Verfahren zum Erfassen von Energiemengen

Info

Publication number: DE102017121457A1
Application number: DE102017121457.7A
Authority: DE
Inventors: Armin Gaul; Torsten Hammerschmidt
Original assignee: Innogy SE
Current assignee: Innogy SE
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2019-03-21
Anticipated expiration: 2037-09-16
Also published as: DE102017121457B4; DE102017121457A9

Abstract

System zum Erfassen von Energiemengen mit einem zwischen einem netzseitigen Versorgungsnetzanschluss und einem hausseitigen Hausverteilnetzanschluss geschalteten ersten elektrischen Verbrauchsmengenzähler, wobei der erste Verbrauchsmengenzähler zumindest zwei Zählwerke aufweist, und einem zwischen dem Hausverteilnetzanschluss und einem Energiespeicheranschluss geschalteten Energieflusssensor. Der erste Verbrauchsmengenzähler aktiviert abhängig von einem eine Richtung eines Energieflusses zwischen dem Hausverteilnetzanschluss und dem Energiespeicheranschluss anzeigenden Schaltsignal des Energieflusssensors eines der zumindest zwei Zählwerke.

Description

Der Gegenstand betrifft ein System und ein Verfahren zum Erfassen von Energiemengen.
Private als auch gewerbliche Betreiber von Photovoltaikanlagen speisen derzeit große Teile des eigen produzierten Stroms in das Energieversorgungsnetz ein. Hierfür erhalten die Betreiber (Teilnehmer) sogenannte Einspeiseentgelte. Die Höhe der Einspeiseentgelte ist in den letzten Jahren rapide gesunken, so dass für die Betreiber der Photovoltaikanlagen der Eigenverbrauch wirtschaftlich immer interessanter wird. Heutzutage ist die Vergütung für die Einspeisung geringer, als die Kosten für eine Entnahme elektrischer Energie aus dem Energieversorgungsnetz. Bei Einspeiseentgelten von 12 ct/kWh und Kosten von ca. 30 ct/kWh ergibt sich eine Marge von 18 ct/kWh bei einem Eigenverbrauch des eigen produzierten Stroms aus der Photovoltaikanlage.
Das beschriebene gilt jedoch nicht nur für Photovoltaikanlagen, sondern auch für andere Erzeugungsanlagen zur Erzeugung elektrischer Energie, beispielsweise Windkraftanlagen, Biomasseanlagen, KWK-Anlagen oder dergleichen. Bei allen Anlagen ist zu überlegen, ob der selbst produzierte Strom eigenverbraucht wird oder ins Energieversorgungsnetz eingespeist wird.
Wenn nachfolgend von produziertem Strom die Rede ist, so ist hiermit der aufgrund der Erzeugung/Wandlung elektrischer Energie aus anderen Energieträgern, wie Sonnenlicht, Kraft-Wärme-Kopplung, Windkraft, Biomasse oder dergleichen fließende Strom gemeint. Wenn nachfolgend von Energieerzeugung die Rede ist, so ist hiermit die Erzeugung/Wandlung elektrischer Energie aus anderen Energieträgern, wie Sonnenlicht, Kraft-Wärme-Kopplung, Windkraft, Biomasse oder dergleichen gemeint. Wenn nachfolgend von Grünstrom die Rede ist, so ist hiermit der eigen produzierte Strom durch die Erzeugungsanlage gemeint. Wenn nachfolgend von Graustrom die Rede ist, so ist hiermit der aus dem Energieversorgungsnetz bezogene Strom oder mit diesem Strom vermischter Strom gemeint. Der Strom aus dem Verteilnetz stammt teilweise aus regenerativen Quellen. Da er jedoch gemäß des Erzeugungsmixes auch Graustromanteile aus z. B. fossilen Kraftwerken enthält, wird er als Graustrom bezeichnet.
Nachfolgend können die Begriffe Stromfluss und Energiefluss synonym verwendet werden. Insbesondere wird unter der Stromflussrichtung die Energieflussrichtung verstanden, auch wenn physikalisch bei einer zeitlich aufgelösten Betrachtung von Wechselströmen diese Begriffe unterschieden werden. In Berechnungsformeln wird eine frei definierbare Strom- bzw. Energieflussrichtung mit positiven und die entgegengesetzte Flussrichtung mit negativen Werten gekennzeichnet. Wenn vorliegend von Energieflussrichtung oder Stromrichtung bzw. Energie oder Strom die Rede ist, so sind diese Begriffe in der Regel austauschbar verwendbar.
Zur Erhöhung des Eigenverbrauchs eignet sich in der Regel ein elektrischer Energiespeicher, beispielsweise eine Batterie. Dieser wird zu Zeiten geladen, in denen die Erzeugungsanlage mehr elektrische Leistung bereitstellt, als vom Haushalt verbraucht wird. Während Zeiten, in denen der Leistungsbedarf des Haushaltes größer ist als die Leistung der Erzeugungsanlage, kann die Batterie entladen werden.
Um jedoch zu vermeiden, dass zuvor aus dem Energieversorgungsnetz in den Speicher eingespeicherte elektrische Energie anschließend aus dem Speicher zurück in das Energieversorgungsnetz gespeist wird und dann eine Einspeisevergütung anfiele, ist eine kombinierte Speicherung in ein und demselben Speicher nicht möglich.
Eine kombinierte Speicherung von Grün- und Graustrom in ein und demselben Speicher ist nicht zulässig, da bisher keinerlei Messkonzepte bestehen, mit denen eindeutig messbar ist, ob Grün- oder Graustrom in das Energieversorgungsnetz von dem Speicher eingespeist bzw. vom Teilnehmer verbraucht wird.
Der Netzbetreiber sowie Stromhändler und -vertriebe haben jedoch ein großes Interesse daran, dass die privat verbauten Energiespeicher auch netz-, markt- oder systemdienlich eingesetzt werden. Insbesondere zu Zeiten von Spitzenerzeugung sollen die Speicher Graustrom aus dem Versorgungsnetz beziehen können und zu Zeiten von Spitzenlasten sollen die Speicher Strom an das Versorgungsnetz liefern können. Aufgrund der bisherigen Anforderungen ist es jedoch nur möglich, entweder ausschließlich den eigen erzeugten Strom, das heißt den Grünstrom, in dem Speicher zu speichern und dann entweder an den Haushalt oder das Energieversorgungsnetz abzugeben (Grünstromspeicherung). Oder der Speicher darf keinen Grünstrom beziehen (Graustromspeicherung), wenn die Erzeugungsanlage Strom liefert.
Somit ist es entweder möglich, dass der Speicher Grünstrom speichern kann, wenn der Haushalt vollständig durch die Erzeugungsanlage versorgt ist oder dass der Speicher als Graustromspeicher netz-, markt- oder systemdienlich eingesetzt wird. Die Grünstromspeicherung ist von Interesse für die Nutzer, die Graustromspeicherung ist von Interesse für die Netzbetreiber und/oder Stromhändler und -vertriebe. Durch den nur alternativen Einsatz des Speichers entgehen dem Betreiber der Erzeugungsanlage Erlösmöglichkeiten, dem Netzbetreiber Möglichkeiten der Netzstabilisierung und den Stromhändlern und -vertrieben Möglichkeiten für Handelsgeschäfte.
Aufgrund dieser Problematik lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, die Einsatzmöglichkeit eines elektrischen Energiespeichers zu erhöhen. Insbesondere soll eine messtechnische Lösung zur Verfügung gestellt werden, die den Speicher sowohl zur Optimierung des Eigenverbrauchs als auch zum netz-, markt- und systemdienlichen Betrieb bewegt.
Diese Aufgabe wird durch ein System nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst.
Mit der gegenständlichen Lösung soll ein elektrischer Energiespeicher sowohl zur Erhöhung des eigenverbrauchten Grünstroms als auch markt-, netz- und/oder systemdienlich be- und entladen werden können. Hierzu soll der Speicher zum Laden und Entladen von Energie aus dem vorgelagerten Energieversorgungsnetz (Graustrom) als auch zum Laden von Energie aus der Energieerzeugungsanlage (Grünstrom) und entladen an die angeschlossene Last, beispielsweise den Haushalt, dienen.
Bei dem genannten System ist ein Teilnehmer über einen Versorgungsnetzanschluss mit einem Energieversorgungsnetz verbunden. Ausgehend von dem Versorgungsnetzanschluss ist zunächst ein erster Verbrauchsmengenzähler vorgesehen, der zumindest zwei Zählwerke aufweist. Mit diesem ersten Verbrauchsmengenzähler können Ströme gemessen werden, die zwischen einem Hausverteilnetzanschluss und dem Versorgungsnetzanschluss fließen. Für den Fall eines Energieflusses von dem Versorgungsnetzanschluss in Richtung des Hausverteilnetzanschluss liegt ein Bezug von Graustrom vor. Für den Fall eines Energieflusses von dem Hausverteilnetzanschluss in Richtung des Versorgungsnetzanschlusses liegt eine Einspeisung von Strom in das Versorgungsnetz vor. Bei dieser Einspeisung muss sichergestellt sein, dass messtechnisch getrennt werden kann zwischen dem Strom, der lokal direkt durch die Erzeugungsanlage erzeugt wird und dem Strom, der gegebenenfalls auch zuvor von dem Netz bezogen wurde und netz-, markt- und/oder systemdienlich in dem Speicher gespeichert wurde. Für diese Unterscheidung wird gegenständlich vorgeschlagen, dass zwischen dem Hausverteilnetzanschluss und einem Energiespeicheranschluss ein Energieflusssensor angeordnet ist. Von der Erzeugungsanlage erzeugter und im Speicher zwischengelagerter Strom wird bei der Einspeisung in das Netz vom Gesetzgeber wie Graustrom behandelt. Gegenständlich ist es möglich, dass gleichzeitig grüner PV-Strom und grauer Speicherstrom in Richtung Netz fließen können und ebenfalls sowohl Grün- wie Graustrom im Speicher gespeichert werden kann. Über den Hausverteilnetzanschluss, beispielsweise eine Verteilschiene, können mittelbar der Energiespeicher, die Erzeugungsanlage und die Hausverteilung, insbesondere die häusliche elektrische Last, angeschlossen werden. Unter einer Hausverteilung kann jedwede Art der Unterverteilung an einer Last, z.B. in einem Ein-/Mehrfamilienhaus, einem Bürohaus, einer Lagerhalle, einer Produktionsstätte oder dergleichen verstanden werden. Umfasst sind sowohl private als auch betriebliche Teilnehmer.
An einem Energiespeicheranschluss lässt sich ein elektrischer Energiespeicher, beispielsweise über einen Umrichter, anschließen.
Mit Hilfe eines Energieflusssensors ist es möglich, festzustellen, ob elektrische Energie aus Richtung des Hausverteilnetzanschlusses in Richtung des Energiespeicheranschlusses fließt oder umgekehrt. Der Energieflusssensor kann sowohl ein eigenständiges Gerät sein, wie auch in ein anderes Gerät, beispielsweise einen Verbrauchsmengenzähler, integriert sein. Insbesondere kann der Energieflusssensor in einem an dem Energiespeicher angeordneten Zähler an dem Energiespeicheranschluss angeordnet werden oder der Zähler kann die Energieflussrichtung als Energieflusssensor messen. Anschließend kann z.B. per Zweidrahtleitung die Information zu der Energieflussrichtung oder eine Schaltinformation für die Schaltwerke an Zähler weitergegeben. Der Energieflusssensor kann Teil eines Zählers sein.
Der Energieflusssensor ist gegenständlich so befähigt, dass er eine Aktivierung der zumindest zwei Zählwerke des ersten Verbrauchsmengenzählers abhängig von der Energieflussrichtung beeinflussen kann. Der Energieflusssensor ist in Wirkverbindung mit den Zählwerken und/oder dem Verbrauchsmengenzähler. Eine Aktivierung kann eine Umschaltung der zumindest zwei Zählwerke des ersten Verbrauchsmengenzählers abhängig von der Energieflussrichtung sein. Aktivierung kann bedeuten, dass das Zählwerk tatsächlich zählt. Aktivierung wird hier nicht in dem Sinne verstanden, dass die Zählwerke beim Einbau des Zählers durch den Monteur oder bei der Zählerauslieferung aktiviert werden, die dann für die Messung zur Verfügung stehen.
Es wird vorgeschlagen, dass der erste Verbrauchsmengenzähler abhängig von einem eine Richtung eines Energieflusses zwischen dem Hausverteilnetzanschluss und dem Energiespeicheranschluss anzeigenden Schaltsignal des Energieflusssensors eines der zumindest zwei Zählwerke aktiviert oder zwischen den zumindest zwei Zählwerken umschaltet. Der Energieflusssensor kann ein Schaltsignal ausgeben, welches eine Richtung des gemessenen Energieflusses anzeigt. Ist der Energiefluss beispielsweise aus Richtung des Hausverteilnetzanschlusses in Richtung des Energiespeicheranschlusses, so kann diese elektrische Energie entweder aus der Erzeugungsanlage stammen oder aus dem vorgelagerten Versorgungsnetz. Das Schaltsignal aktiviert dann beispielsweise ein erstes Zählwerk des ersten Verbrauchsmengenzählers. Das erste Zählwerk kann zur Messung einer von dem Hausverteilnetzanschluss in Richtung des Versorgungsnetzanschlusses fließenden Energie eingerichtet sein. Insbesondere kann das erste Zählwerk zur Messung eines Grünstroms genutzt werden. Fließt nämlich elektrische Energie von dem Hausverteilnetzanschluss zusätzlich in Richtung des Versorgungsnetzanschlusses, so speichert nicht nur gegebenenfalls der Speicher elektrische Energie der Erzeugungsanlage, sondern es wird auch noch überschüssige Energie in das Energieversorgungsnetz eingespeist.
Auf der anderen Seite, wenn der Energieflusssensor einen Energiefluss aus Richtung des Energiespeicheranschlusses in Richtung des Hausverteilnetzanschlusses misst, so wird der Speicher entladen. In diesem Fall kann das Schaltsignal das zweite Zählwerk aktivieren oder auf das zweite Zählwerk umschalten. Das zweite Zählwerk kann zur Messung einer von dem Hausverteilnetzanschluss in Richtung des Versorgungsnetzanschlusses fließenden Energie eingerichtet sein. Insbesondere kann das zweite Zählwerk zur Messung eines Graustroms genutzt werden. Fließt nämlich elektrische Energie von dem Hausverteilnetzanschluss in Richtung des Versorgungsnetzanschlusses, und wird gleichzeitig der Speicher entladen, so wird diese elektrische Energie an dem ersten Verbrauchsmengenzähler als Graustrom gemessen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der erste Verbrauchsmengenzähler abhängig von dem Schaltsignal entweder ein erstes oder ein zweites der Zählwerke aktiviert oder entweder auf ein erstes oder ein zweites der Zählwerke umschaltet. Das heißt, dass jeweils nur eines der beiden Zählwerke in der gleichen Energieflussrichtung aktiviert ist.
Es versteht sich, dass der erste Verbrauchsmengenzähler neben den ersten beiden Zählwerken auch zumindest ein drittes Zählwerk aufweisen kann. Die ersten beiden Zählwerke können zur Erfassung eines Energieflusses aus Richtung des Hausverteilnetzanschlusses in Richtung des Versorgungsnetzanschlusses eingerichtet sein, wohingegen ein drittes Zählwerk zur Erfassung eines Energieflusses aus Richtung des Versorgungsnetzanschluss in Richtung des Hausverteilnetzanschluss misst. Diese Gesamtbezugsmenge kann jedoch einerseits eine netz-, markt- und/oder systemdienlich genutzte Bezugsmenge sein und andererseits eine durch die Last bezogene Energiemenge sein.
Wie bereits erläutert, können an dem Hausverteilnetzanschluss mittelbar ein elektrischer Energiespeicher, eine Erzeugungsanlage und eine elektrische Last, beispielsweise ein Hausnetz, anschließbar sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass ausgehend von dem Hausverteilnetzanschluss zumindest ein Energiespeicheranschluss, ein Erzeugungseinrichtungsanschluss und ein Hausnetzanschluss abzweigen. Es wird nun vorgeschlagen, dass ein zweiter Verbrauchsmengenzähler an den Hausverteilnetzanschluss angeschlossen wird. Von dem zweiten Verbrauchsmengenzähler können mittelbar oder unmittelbar der Erzeugungseinrichtungsanschluss und der Hausnetzanschluss abzweigen.
Für eine korrekte Erfassung des Eigenverbrauchs von zeitgleich produziertem Grünstrom, der Speicherung und späteren Nutzung von eigen produzierten Grünstrom und der Einspeisung von eigen produzierten Grünstrom in das Energieversorgungsnetz unabhängig von dem netzdienlichen Einsatz des Speichers weist der zweite Verbrauchsmengenzähler zumindest ein abhängig von dem Schaltsignal aktivierbar oder deaktivierbares bzw. umschaltbares Zählwerk auf. Auf ein erstes Zählwerk kann beispielsweise geschaltet werden, wenn der Energieflusssensor einen Energiefluss von dem Energiespeicheranschluss in Richtung des Hausverteilnetzanschlusses misst. Ist ein entgegengesetzter Energiefluss gemessen, wenn der Speicher elektrische Energie bezieht, so kann beispielsweise auf ein zweites Zählwerk des zweiten Verbrauchsmengenzählers geschaltet werden.
Die hier erwähnten Zählwerke können mit einer Rücklaufsperre versehen sein. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das jeweilige Zählwerke jeweils nur elektrische Energie messen, die von einer ersten Richtung in eine zweite Richtung fließt und nicht umgekehrt Bei einem umgekehrten Energiefluss zählen die Zählwerke nicht rückwärts sondern verbleiben bei dem bis dahin gezählten Wert.
Für den Kunden ist es notwendig, zwischen direkt eigenverbrauchtem Grünstrom, das heißt zeitgleich verbrauchten Grünstrom, der von der Erzeugungsanlage stammt und indirekt eigenverbrauchtem Grünstrom aus der Erzeugungsanlage, das heißt den aus dem Speicher entnommenen, zuvor gespeicherten Grünstrom der Erzeugungsanlage zu unterscheiden. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass zwischen dem zweiten Verbrauchsmengenzähler und dem Hausnetzanschluss ein dritter Verbrauchsmengenzähler angeordnet ist. Der dritte Verbrauchsmengenzähler kann zumindest ein Zählwerk aufweisen. Das Zählwerk des dritten Verbrauchsmengenzählers dient zur Erfassung der elektrischen Energie, die die Hausverteilung bezieht.
Auch kann zwischen dem zweiten Verbrauchsmengenzähler und dem Erzeugungsrichtungsanschluss ein vierter Verbrauchsmengenzähler vorgesehen sein. Der vierte Verbrauchsmengenzähler kann zumindest zwei Zählwerke aufweisen. Eines dieser Zählwerke dient zur Erfassung der von der Erzeugungsanlage bezogenen elektrischen Energie. Ein anderes Zählwerk dient zur Erfassung der von der Erzeugungsanlage abgegebenen elektrischen Energie.
Schließlich kann zwischen dem Hausverteilnetzanschluss und dem Energiespeicheranschluss ein fünfter Verbrauchsmengenzähler angeordnet sein. Dieser fünfte Verbrauchsmengenzähler kann zwei Zählwerke aufweisen. Ein Zählwerk kann die von dem Energiespeicher bezogene elektrische Energie messen. Ein anderes Zählwerk kann die von dem Energiespeicher abgegebene elektrische Energie messen.
Die Zählwerke des dritten, vierten und fünften Verbrauchsmengenzählers sind bevorzugt dauerhaft aktiv und insbesondere nicht beeinflusst von dem Schaltsignal.
Auch wird vorgeschlagen, dass die Zählwerke des ersten und/oder zweiten Verbrauchsmengenzählers ausschließlich abhängig von dem Schaltsignal umschaltbar sind.
Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren nach Anspruch 7.
Bei diesem Verfahren wird eine Energieflussrichtung zwischen einem Energiespeicheranschluss und einem Hausverteilanschluss erfasst. Ferner dient dieses Verfahren dazu, einen ersten Verbrauchsmengenzähler zwischen dem Hausverteilnetzanschluss und einem Versorgungsnetzanschluss, welcher zumindest zwei Zählwerke aufweist, anzusteuern. Hierzu wird abhängig von der erfassten Energieflussrichtung ein Schaltsignal ausgegeben und dieses Schaltsignal führt zu einem Umschalten zwischen zumindest zwei Zählwerken in dem ersten Verbrauchsmengenzähler bzw. Umschalten zwischen zumindest zwei Zählwerken in dem ersten Verbrauchsmengenzähler. Die gegenständlichen Zähler weisen Zählwerke auf, von denen jeweils zumindest zwei Messungen für eine Energieflussrichtung vom Hausverteilnetzanschluss zum Versorgungsnetzanschluss durchführen. Somit sind jeweils zumindest zwei Zählwerke für eine gleiche Energieflussrichtung, insbesondere vom Hausverteilnetzanschluss zum Versorgungsnetzanschluss eingerichtet und können abhängig von dem Schaltsignal aktiviert sein, insbesondere kann zwischen den Zählwerken abhängig von dem Schaltsignal umgeschaltet werden.
Zur Messung der von dem Hausverteilnetzanschluss zu dem Versorgungsnetzanschluss übertragenen Energie sind zwei Zählwerke in dem ersten Verbrauchsmengenzähler vorgesehen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann abhängig von dem Schaltsignal entweder ein erstes oder ein zweites dieser Zählwerke in dem Verbrauchsmengenzähler aktiviert werden oder auf ein erstes oder ein zweites dieser Zählwerke in dem Verbrauchsmengenzähler umgeschaltet werden.
Ein drittes Zählwerk kann vorgesehen sein, welches eine von dem Versorgungsnetzanschluss zu dem Hausverteilnetzanschluss übertragene Energie misst.
Zwischen dem Versorgungsnetzanschluss und dem Hausverteilnetzanschluss wird Energie ausgetauscht. Bei einem Stromfluss von dem Hausverteilnetzanschluss in Richtung Versorgungsnetzanschluss wird eine Energie an das Versorgungsnetz geliefert und bei einem Stromfluss von dem Versorgungsnetzanschluss in Richtung Hausverteilnetzanschluss wird eine Energie von dem Versorgungsnetz bezogen.
Energielieferung wird bevorzugt mit dem ersten und dem zweiten Zählwerk gemessen, wohingegen Energiebezug mit einem dritten Zählwerk gemessen wird.
Somit kann der erste Verbrauchsmengenzähler drei Zählwerke aufweisen, bei dem ein Zählwerk für den Bezug von Energie eingesetzt wird und die beiden ersten Zählwerke für die Lieferung von Energie genutzt werden.
Wie bereits erläutert, können alle hier genannten Zählwerke mit einer Rücklaufsperre versehen sein, so dass sie lediglich dann Energie messen, wenn die vorgegebene Stromflussrichtung eingehalten ist.
Neben dem ersten Verbrauchsmengenzähler kann ein zweiter Verbrauchsmengenzähler vorgesehen sein, in dem ebenfalls ein Zählwerk abhängig von dem Schaltsignal aktiviert wird oder Zählwerke abhängig von dem Schaltsignal umgeschaltet werden.
Der zweite Verbrauchsmengenzähler kann zwischen dem Hausverteilnetzanschluss einerseits und einem Erzeugungseinrichtungsanschluss sowie einem Hausnetzanschluss andererseits angeordnet sein und eine zwischen diesen Anschlüssen ausgetauschte Energiemenge messen. Hierbei kann insbesondere ein Energiefluss in Richtung des Hausverteilnetzanschlusses gemessen werden.
Mit Hilfe eines ersten Zählwerks des zweiten Verbrauchsmengenzählers kann beispielsweise eine Energiemenge bei einem Energiefluss in Richtung des Hausverteilnetzanschlusses gemessen werden, wenn der Energiespeicher entladen wird, das heißt ein Stromfluss von dem Energiespeicheranschluss in Richtung Hausverteilnetzanschluss messbar ist oder kein Stromfluss zwischen dem Energiespeicheranschluss und dem Hausverteilnetzanschluss messbar ist.
Mit Hilfe eines zweiten Zählwerks des zweiten Verbrauchsmengenzählers kann beispielsweise eine Energiemenge bei einem Energiefluss aus Richtung des Hausverteilnetzanschlusses gemessen werden, wenn der Energiespeicher geladen wird, das heißt ein Stromfluss von dem Hausverteilnetzanschluss in Richtung Energiespeicheranschluss messbar ist.
Ein Stromfluss bzw. eine Stromflussrichtung zwischen dem Hausverteilnetzanschluss und dem Energiespeicheranschluss kann mit dem Energieflussrichtungssensor gemessen werden. Ein Stromfluss kann mit einem Energiefluss gleichgesetzt werden und der Energieflussrichtungssensor in einem anderen Gerät integriert sein oder nicht.
Es ist bevorzugt, wenn das erste Zählwerk des ersten Verbrauchsmengenzählers eine erste Energiemenge misst, wenn der Energiespeicher elektrische Energie speichert, das heißt wenn Strom vom Hausverteilnetzanschluss in Richtung Energiespeicheranschluss fließt.
Es ist bevorzugt, wenn das zweite Zählwerk des ersten Verbrauchsmengenzählers eine zweite Energiemenge misst, wenn der Energiespeicher elektrische Energie liefert, das heißt wenn Strom vom Energiespeicheranschluss in Richtung Hausverteilnetzanschluss fließt oder wenn der Energiespeicher weder elektrische Energie speichert noch liefert, also kein Stromfluss messbar ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass ein erstes Zählwerk des zweiten Verbrauchsmengenzählers eine vierte Energiemenge misst, wenn der Energiespeicher keine elektrische Energie speichert oder abgibt oder er elektrische Energie abgibt. Insbesondere ist dies der Fall, wenn ein Stromfluss von dem Energiespeicheranschluss in Richtung des Hausverteilnetzanschlusses messbar ist.
Ein dritter Verbrauchsmengenzähler kann vorgesehen sein, mit dessen Hilfe eine an den Hausnetzanschluss gelieferte sechste Energiemenge gemessen wird.
An der Erzeugungseinrichtung kann ein vierter Verbrauchsmengenzähler vorgesehen sein. In diesem können zwei Zählwerke vorgesehen sein. Ein erstes Zählwerk kann eine von der Erzeugungseinrichtung abgegeben siebte Energiemenge messen, wohingegen ein zweites Zählwerk eine von der Erzeugungseinrichtung bezogene achte Energiemenge misst.
Die Energieflussrichtungen und die jeweiligen Anordnungen der Verbrauchsmengenzähler sowie die Berechnung relevanter Energiemengen werden nachfolgend anhand einer ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1 ein System zur Erfassung von Energiemengen mit einer Mehrzahl von Verbrauchsmengenzählern und einem Energieflussrichtungssensor.

1 zeigt ein System zur Messung von Energiemengen. Hierbei weist das System einen Versorgungsnetzanschluss 2 auf, mit welchem das System an ein elektrisches Versorgungsnetz 4, insbesondere ein dreiphasiges Wechselstromnetz anschließbar ist. Ausgehend von dem Versorgungsnetzanschluss 2 ist zunächst ein erster Verbrauchsmengenzähler 6 vorgesehen, der an einen Hausverteilnetzanschluss 8 angeschlossen ist. An den Hausverteilnetzanschluss 8 ist ein elektrischer Energiespeicher 10 mittelbar angeschlossen. Der elektrische Energiespeicher 10 ist über einen Energiespeicheranschluss 12 mittelbar an den Hausverteilnetzanschluss 8 angeschlossen.
Der Hausverteilnetzanschluss 8 ist darüber hinaus über einen zweiten Verbrauchsmengenzähler 14 mit einerseits einem Hausnetzanschluss 16 und einem Erzeugungseinrichtungsanschluss 18 verbunden.
Zwischen dem zweiten Verbrauchsmengenzähler 14 und dem Hausnetzanschluss 16 ist ein dritter Verbrauchsmengenzähler 20 angeschlossen.
Zwischen dem zweiten Verbrauchsmengenzähler 14 und dem Erzeugungseinrichtungsanschluss 18 ist ein vierter Verbrauchsmengenzähler 22 angeschlossen.
Zwischen dem Hausverteilnetzanschluss 8 und dem Energiespeicheranschluss 12 ist ein Energieflussrichtungssensor 24 angeordnet.
Zwischen dem Energieflusssensor 24 und dem Energiespeicheranschluss 12 ist ein fünfter Verbrauchsmengenzähler 26 angeschlossen. Alternativ kann der Energieflusssensor 24 auch zwischen dem Energiespeicheranschluss 12 und einem fünften Verbrauchsmengenzähler 26 angeschlossen sein. Insbesondere können der Energieflusssensor 24 und ein fünfter Verbrauchsmengenzähler 26 auch in einem Gerät integriert sein.
Die Verbrauchsmengenzähler 6, 14, 20, 22 und 26 können insbesondere als Smartmeter gebildet sein. Die Verbrauchsmengenzähler 6, 14, 20, 22, 26 können dabei ein oder mehr Zählwerke aufweisen, die zur Messung von Energiemengen gebildet sind.
An dem Hausnetzanschluss 16 kann eine Last 28, insbesondere eine Unterverteilung eines Teilnehmers angeschlossen sein. An dem Erzeugungseinrichtungsanschluss 18 kann eine Erzeugungseinrichtung 30, insbesondere eine PV Anlage, angeschlossen sein.
Für die nachfolgende Diskussion sind die in 1 gezeigte Zählpfeilrichtung definiert, die die Ströme I_SP , I_Netz , I_HH , I_PV zeigen. Ströme >0 sind definiert als ein Energiefluss in Richtung des Zählpfeils und Ströme <0 sind definiert als ein Energiefluss in entgegengesetzter Richtung des Strompfeils. Der Strom I_SP repräsentiert den zwischen dem Anschluss 8 und dem Anschluss 12 fließenden Strom und somit die zwischen dem Anschluss 8 und dem Anschluss 12 ausgetauschte elektrische Energie. Der Strom I_Netz repräsentiert den zwischen dem Anschluss 2 und dem Anschluss 8 fließenden Strom und somit die zwischen dem Anschluss 2 und dem Anschluss 8 ausgetauschte elektrische Energie. Der Strom I_HH repräsentiert den am Anschluss 16 fließenden Strom. Der Strom I_PV repräsentiert den am Anschluss 18 fließenden Strom.
Der Energieflussrichtungssensor 24 ist über ein Schaltsignal mit dem ersten Verbrauchsmengenzähler 6 und dem zweiten Verbrauchsmengenzähler 14 verbunden.
In dem ersten Verbrauchsmengenzähler 6 können zumindest zwei Zählwerke vorgesehen sein, die jeweils eine Energiemenge bei einem Energiefluss aus Richtung des Hausverteilnetzanschlusses 8 in Richtung des Versorgungsnetzanschlusses 2 messen. Ein erstes der beiden Zählwerke misst beispielsweise eine erste Energiemenge E_Netz, _{Lieferung(grün1)}. Ein zweites der beiden Zählwerke misst beispielsweise eine zweite Energiemenge E_Netz, _{Lieferung(grau1)}.
Die OBIS-Kennzahl nach DIN EN 62056-61:2007-06 OBIS - „Object Identification System" für das zweite Zählwerk ist z.B. 2.8.1. Die OBIS-Kennzahl für das erste Zählwerk ist z.B. 2.8.2. Zwischen diesen beiden Zählwerken kann durch das Schaltsignal umgeschaltet werden.
Wenn I_SP < 0 ist, das heißt der Energiespeicher 10 Strom bezieht, ist das erste Zählwerk zur Messung E_{Netz-Lieferung(grün} ₁₎ aktiv. Wenn I_SP >=0 ist, das heißt der Energiespeicher 10 Strom liefert, ist das zweite Zählwerk zur Messung E_Netz-_{Lieferung(grau1)} aktiv.
In dem ersten Verbrauchsmengenzähler 6 kann zumindest ein drittes Zählwerk vorgesehen sein, dass eine Energiemenge bei einem Energiefluss aus Richtung des Versorgungsnetzanschlusses 2 in Richtung des Hausverteilnetzanschlusses 8 misst. Das Zählwerk misst beispielsweise eine dritte Energiemenge E_Ges, _Bezug(grau). Die OBIS-Kennzahl für das dritte Zählwerk ist z.B. 1.8.0.
Eine weitere Umschaltung von Zählwerken abhängig von dem Schaltsignal kann für den zweiten Verbrauchsmengenzähler 14 vorgesehen sein.
In dem zweiten Verbrauchsmengenzähler 14 kann ein erstes Zählwerk so vorgesehen sein, dass es eine vierte Energiemenge bei einem Energiefluss aus Richtung der Anschlüsse 16, 18 in Richtung des Hausnetzanschlusses 8 misst. Das Zählwerk misst beispielsweise eine vierte Energiemenge E_PV-HH, _{Netz-Lieferung(grün)}. Die OBIS-Kennzahl für das Zählwerk ist z.B. 2.8.1. Dieses erste Zählwerk kann aktiv sein, wenn I_SP >=0, das heißt der Speicher 10 Strom liefert. Dieses erste Zählwerk kann nicht aktiv sein, wenn I_SP <0 ist, das heißt der Speicher 10 Strom speichert.
In dem zweiten Verbrauchsmengenzähler 14 kann ein zweites Zählwerk so vorgesehen sein, dass es eine fünfte Energiemenge bei einem Energiefluss aus Richtung der Anschlüsse 16, 18 in Richtung des Hausnetzanschlusses 8 misst. Das Zählwerk misst beispielsweise eine fünfte Energiemenge E_PV-HH, _{Rest-Lieferung(grün)}. Die OBIS-Kennzahl für das Zählwerk ist z.B. 2.8.2. Dieses zweite Zählwerk kann aktiv sein, wenn I_SP<0, das heißt der Speicher 10 Strom speichert. Dieses zweite Zählwerk kann nicht aktiviert sein, wenn I_SP >=0 ist, das heißt der Speicher 10 Strom liefert.
Bei dem gegenständlichen Verfahren wird durch den Energieflussrichtungssensor 24 ein Energiefluss zwischen dem Hausverteilnetzanschluss 8 und dem Energiespeicheranschluss 12 gemessen. Ist der Energiefluss positiv, das heißt fließt Energie von dem Speicher 10 in Richtung Hausverteilnetz 8 oder ist kein Stromfluss messbar, also I_SP>=0, so kann das erste Zählwerk des ersten Verbrauchsmengenzählers 6 und das erste Zählwerk des zweiten Verbrauchsmengenzählers 14 aktiv sein. Ist der Energiefluss negativ, das heißt fließt Energie aus Richtung des Hausverteilnetz 8 in Richtung des Speichers 10, also I_SP<0, so kann das zweite Zählwerk des ersten Verbrauchsmengenzählers 6 und das zweite Zählwerk des zweiten Verbrauchsmengenzählers 14 aktiv sein.
Neben dem ersten und dem zweiten Verbrauchsmengenzähler 6, 14 kann der dritte Verbrauchsmengenzähler 20 mit einem Zählwerk ausgestattet sein, welches eine sechste Energiemenge bei einem Energiefluss in Richtung des Hausnetzanschlusses 16 misst. Die OBIS-Kennzahl des Zählwerks kann 1.8.0 und die sechste Energiemenge kann E_HH, _Bezug sein.
Der vierte Verbrauchsmengenzähler 22 kann zwei Zählwerke aufweisen, wobei ein erstes Zählwerk eine siebte Energiemenge bei einem Energiefluss aus Richtung der Erzeugungsanlage 30 misst, also eine von der Erzeugungsanlage gelieferte elektrische Energie. Das erste Zählwerk kann die OBIS-Kennzahl 2.8.0 aufweisen und die gemessene siebte Energie mit E_PV, _Lieferung bezeichnet werden.
Ein zweites Zählwerk kann eine achte Energiemenge bei einem Energiefluss in Richtung der Erzeugungsanlage 30 messen, also von der Erzeugungsanlage 30 bezogene elektrische Energie. Das zweite Zählwerk kann die OBIS-Kennzahl 1.8.0 aufweisen und die gemessene achte Energie mit E_PV, _Bezug bezeichnet werden.
Schließlich kann der fünfte Verbrauchsmengenzähler 26 ebenfalls zwei Zählwerke aufweisen. Ein erstes Zählwerk kann eine neunte Energiemenge bei einem Energiefluss aus Richtung des Speichers 10 messen, also eine von dem Speicher 10 gelieferte elektrische Energie. Das erste Zählwerk kann die OBIS-Kennzahl 2.8.0 aufweisen und die gemessene neunte Energie mit E_SP , Lieferung bezeichnet werden.
Ein zweites Zählwerk kann eine zehnte Energiemenge bei einem Energiefluss in Richtung des Speichers 10 messen, also von dem Speicher 10 bezogene elektrische Energie. Das zweite Zählwerk kann die OBIS-Kennzahl 1.8.0 aufweisen und die gemessene zehnte Energie mit E_SP, _Bezug bezeichnet werden.
Mit Hilfe des gezeigten Messkonzeptes ist es nunmehr möglich, dezidiert direkt und indirekt verbrauchte, in der Erzeugungsanlage 30 erzeugte elektrische Energie zu bestimmen und darüber hinaus auch zu bestimmen, welche elektrische Energie von der Erzeugungsanlage 30 in das Versorgungsnetz 4 eingespeist wird sowie welche Energie von dem Versorgungsnetz 4 bezogen wird und abrechnungsrelevant ist. Die markt-, netz- und systemdienlich bezogenen und eingespeisten Energiemengen können ebenso abrechnungsrelevant bestimmt werden.
Der an das Netz 4 gelieferte Graustrom bzw. die entsprechende Energie, das heißt die zwischengespeicherte Energiemenge, egal ob lokal erzeugt oder aus dem Versorgungsnetz 4 bezogen, berechnet sich zu $E_{Netz, Lieferung (grau)} = E_{Netz, Lieferung (grau1)} - E_{PV - HH, Netz - Lieferung (grün)} .$
Der an das Netz 4 gelieferte Grünstrom bzw. die entsprechende Energie, das heißt die zeitgleich erzeugte und eingespeiste Energiemenge berechnet sich zu $E_{Netz, Lieferung (grün)} = E_{Netz, Lieferung (grün1)} - E_{PV - HH, Netz - Lieferung (grün)} .$
Ferner lässt sich beispielsweise auch berechnen, welche Energiemenge des eigen erzeugten Stroms in dem Speicher gespeichert wird. Dies ist $E_{SP, Bezug (grün)} = E_{PV - HH, Netz - Lieferung (grün)} - E_{Netz, Lieferung (grün1)} .$
Die von dem elektrischen Energiespeicher 10 bezogene Graustrommenge berechnet sich schließlich zu $E_{SP, Bezug (grün)} = E_{SP, Bezug} - E_{SP, Bezug (grün)}$
Die Last 28 bezieht eine Strommenge direkt aus dem Versorgungsnetz 4, die sich wie folgt berechnen lässt $E_{HH, Bezug (grau_direkt)} = E_{Ges, Bezug (grau)} - E_{SP, Bezug (grau)}$
Die direkt eigenverbrauchte Energie, das heißt diejenige, die zeitsynchron zur Erzeugung in der Erzeugungsanlage 30 verbraucht wird, berechnet sich zu $E_{HH, Bezug (grün_direkt)} = E_{PV, Lieferung} - [E_{PV - HH - Netz, Lieferung (grün)} + E_{PV - HH, Res - Lieferung (grün)]}$
Die nicht zeitgleich verbrauchte Energie, das heißt diejenige die in dem Speicher 10 zwischengespeichert wurde, berechnet sich zu $E_{HH,Bezug (aus_Speicher)} = E_{HH, Bezug} + E_{PV, Bezug} - E_{HH, Bezug (grau_direkt)}$
Mit Hilfe des gezeigten Messsystems ist es nunmehr erstmalig möglich, einen Energiespeicher zum Speichern von Grün- und Graustrom zu verwenden und gleichzeitig alle abrechnungsrelevanten Energiemengen eindeutig erfassen zu können.
Bezugszeichenliste

2: Versorgungsnetzanschluss
4: Versorgungsnetz
6: Verbrauchsmengenzähler
8: Hausverteilnetzanschluss
10: elektrischer Energiespeicher
12: Energiespeicheranschluss
14: Verbrauchsmengenzähler
16: Hausnetzanschluss
18: Erzeugungseinrichtungsanschluss
20: Verbrauchsmengenzähler
22: Verbrauchsmengenzähler
24: Energieflussrichtungssensor
26: Verbrauchsmengenzähler
28: Last
30: Erzeugungseinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

OBIS-Kennzahl nach DIN EN 62056-61:2007-06 OBIS - „Object Identification System“ [0060]

Claims

System zum Erfassen von Energiemengen mit - einem zwischen einem netzseitigen Versorgungsnetzanschluss und einem hausseitigen Hausverteilnetzanschluss geschalteten ersten elektrischen Verbrauchsmengenzähler, wobei der erste Verbrauchsmengenzähler zumindest zwei Zählwerke aufweist, - einem zwischen dem Hausverteilnetzanschluss und einem Energiespeicheranschluss geschalteten Energieflusssensor, dadurch gekennzeichnet, - dass der erste Verbrauchsmengenzähler abhängig von einem eine Richtung eines Energieflusses zwischen dem Hausverteilnetzanschluss und dem Energiespeicheranschluss anzeigenden Schaltsignal des Energieflusssensors eines der zumindest zwei Zählwerke aktiviert.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass der erste Verbrauchsmengenzähler abhängig von dem Schaltsignal entweder ein erstes oder ein zweites der Zählwerke aktiviert.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass ausgehend von dem Hausverteilnetzanschluss zumindest ein Energiespeicheranschluss, ein Erzeugungseinrichtungsanschluss und ein Hausnetzanschuss abzweigen, wobei zwischen dem Hausverteilnetzanschluss einerseits und dem Erzeugungseinrichtungsanschluss und dem Hausnetzanschuss andererseits ein zweiter Verbrauchsmengenzähler angeordnet ist.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, - dass der zweite Verbrauchsmengenzähler abhängig dem Schaltsignal ein Zählwerk aktiviert, insbesondere abhängig von dem Schaltsignal von entweder ein erstes Zählwerk aktiviert oder deaktiviert oder abhängig von dem Schaltsignal zwischen zumindest zwei Zählwerken umschaltet.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass zwischen dem zweiten Verbrauchsmengenzähler und dem Hausnetzanschluss ein dritter Verbrauchsmengenzähler angeordnet ist, und/oder - dass zwischen dem zweiten Verbrauchsmengenzähler und dem Erzeugungseinrichtungsanschluss ein vierter Verbrauchsmengenzähler angeordnet, und/oder - dass zwischen dem Hausverteilnetzanschluss und dem Energiespeicheranschluss ein fünfter Verbrauchsmengenzähler angeordnet ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Zählwerke des ersten und/oder zweiten Verbrauchsmengenzählers ausschließlich abhängig von dem Schaltsignal aktivierbar und/oder umschaltbar sind.
Verfahren zum Erfassen von Energiemengen mit den Schritten - Erfassen einer Energieflussrichtung zwischen einem Energiespeicheranschluss und einem Hausverteilnetzanschluss, wobei ein erster Verbrauchsmengenzähler zwischen dem Hausverteilnetzanschluss und einem Versorgungsnetzanschluss angeordnet ist und zumindest zwei Zählwerke aufweist, - Ausgeben eines Schaltsignals abhängig von der erfassten Energieflussrichtung, - Aktivieren zumindest eines der zwei Zählwerke in dem ersten Verbrauchsmengenzähler abhängig von dem Schaltsignal.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, - dass abhängig von dem Schaltsignal entweder ein erstes oder ein zweites Zählwerk in dem ersten Verbrauchsmengenzähler aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, - dass zumindest ein Zählwerk in einem zweiten Verbrauchsmengenzähler abhängig von dem Schaltsignal aktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der erste Verbrauchsmengenzähler eine zwischen einem Versorgungsnetzanschluss und einem Hausverteilnetzanschluss ausgetauschte erste und/oder zweite und/oder dritte Energiemenge misst und/oder - dass der zweite Verbrauchsmengenzähler eine zwischen dem Hausverteilnetzanschluss einerseits und einem Erzeugungseinrichtungsanschluss und einem Hausnetzanschuss andererseits ausgetauschte vierte und/oder fünfte Energiemenge misst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass ein erstes Zählwerk des ersten Verbrauchsmengenzählers eine erste Energiemenge misst, wenn der Energiespeicher elektrische Energie speichert und dass ein zweites Zählwerk des ersten Verbrauchsmengenzählers eine zweite Energiemenge misst, wenn der Energiespeicher elektrische Energie abgibt oder keine elektrische Energie speichert oder abgibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass ein erstes Zählwerk des zweiten Verbrauchsmengenzählers eine vierte Energiemenge misst, wenn der Energiespeicher elektrische Energie abgibt oder keine elektrische Energie speichert oder abgibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass ein dritter Verbrauchsmengenzähler eine an den Hausnetzanschluss gelieferte sechste Energiemenge misst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass ein erstes Zählwerk eines vierten Verbrauchsmengenzählers eine von einem Erzeugungseinrichtungsanschluss abgegebene siebte Energiemenge misst und/oder ein zweites Zählwerk eines vierten Verbrauchsmengenzählers eine von einem Erzeugungseinrichtungsanschluss bezogene achte Energiemenge misst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass ein erstes Zählwerk eines fünften Verbrauchsmengenzählers eine von dem Energiespeicheranschluss abgegebene neunte Energiemenge misst und/oder ein zweites Zählwerk eines fünften Verbrauchsmengenzählers eine von dem Energiespeicheranschluss aufgenommene zehnte Energiemenge misst
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass das erste Zählwerk und das zweite Zählwerk des ersten Verbrauchsmengenzählers von dem Hausverteilnetz an das Energieversorgungsnetz abgegebene Energiemengen messen und dass ein drittes Zählwerk des ersten Verbrauchsmengenzählers eine von dem Energieversorgungsnetz an das Hausverteilnetz abgegebene dritte Energiemenge misst.