DE102017222304A1

DE102017222304A1 - Verfahren zur Regelung der elektrischen Netzleistungsaufnahme einer technischen Anlage und zugehörige Anlage

Info

Publication number: DE102017222304A1
Application number: DE102017222304.9A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dollinger
Original assignee: Camm Tech GmbH; Camm Technologie GmbH
Current assignee: Camm Tech GmbH; Camm Technologie GmbH
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2037-12-09
Also published as: DE102017222304B4

Abstract

Es wird eine technische Anlage (1) eines industriellen oder gewerblichen Betriebs angegeben, die eine Mehrzahl von elektrischen Lasten (2-4), mindestens eine elektrische Leistungsquelle (5,6) und einen Netzanschluss (7) an ein öffentliches elektrisches Stromversorgungsnetz (8) aufweist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Regelung der elektrischen Netzleistungsaufnahme (P,M) einer solchen Anlage (1) angegeben. Dabei werden die Lasten (2-4) und Leistungsquellen (5,6) gegliedert in eine erste Kategorie von Lasten (2) und/oder Leistungsquellen (5), deren elektrische Leistung nicht zur Regelung der Netzleistungsaufnahme (P,M) variierbar ist, sowie eine zweite Kategorie von Lasten (3,4) und/oder Leistungsquellen (6), deren elektrische Leistung zur Regelung der Netzleistungsaufnahme (P,M) variierbar ist. Während der Laufzeit der Anlage (1) wird die Netzleistungsaufnahme (P,M) erfasst und mit einem vorgegebenen Vorgabewert (P) der maximalen Netzleistungsaufnahme (P,M) verglichen. Das Vergleichsergebnis wird auf Erfüllung von mindestens zwei Kriterien (K1-K3) geprüft, die eine drohende Überschreitung des Vorgabewerts (P) durch die Netzleistungsaufnahme (P, M) mit verschiedener Wahrscheinlichkeit anzeigen. Nach Maßgabe dieser mindestens zwei Kriterien (K1-K3) werden die Lasten (3,4) und/oder Leistungsquellen (6) der zweiten Kategorie differenziert zur Reduzierung der Netzleistungsaufnahme (P,M) angesteuert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine technische Anlage, die eine Mehrzahl von elektrischen Lasten, mindestens eine elektrische Leistungsquelle und einen Netzanschluss an ein öffentliches elektrisches Stromversorgungsnetz aufweist. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Regelung der elektrischen Netzleistungsaufnahme einer solchen Anlage.
Der Begriff „technische Anlage“ bezeichnet hier und im Folgenden allgemein eine Gruppe von elektrischen Lasten und/oder elektrischen Leistungsquellen eines industriellen oder gewerblichen Betriebs, die über einen gemeinsamen Netzanschluss (oder eine Gruppe von gemeinsam gezählten und abgerechneten Netzanschlüssen) mit einem öffentlichen elektrischen Stromversorgungsnetz verbunden sind und über diesen Netzanschluss oder die Netzanschlüsse elektrische Leistung mit dem Stromversorgungsnetz austauschen. Bei dem Betrieb handelt es sich insbesondere um einen industriellen Produktionsstandort, eine Hotelanlage, etc.
Als „Last“ wird allgemein ein aus dem Netz versorgter elektrischer Verbraucher verstanden oder eine Gruppe von elektrischen Verbrauchern, die gemeinsam ansteuerbar (insbesondere gemeinsam an- und ausschaltbar) sind. Eine solche Last ist beispielsweise eine elektrische Maschine oder eine Gruppe von Beleuchtungskörpern.
Als „Leistungsquelle“ wird allgemein eine Vorrichtung verstanden, die in der Lage ist, den Lasten innerhalb der Anlage elektrische Leistung zur Verfügung zu stellen und optional auch überschüssige Leistung in das Stromversorgungsnetz einzuspeisen. Bei der Leistungsquelle handelt es sich insbesondere um eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage (kurz: ein KWK), insbesondere ein Blockheizkraftwerk oder eine Turbine, eine Photovoltaikanlage, eine Wind- oder Wasserkraftanlage oder einen elektrischen Speicher (z.B. eine Batterie oder einen Kondensator). Wie vorstehend erwähnt, umfasst die erfindungsgemäße Anlage mindestens eine Leistungsquelle. Vorzugsweise sind aber eine Mehrzahl von Leistungsquellen in der Anlage vorhanden. Im Folgenden wird im Sinne einer vereinfachten Wortwahl von den Leistungsquellen stets im Plural gesprochen, wodurch der Spezialfall einer Anlage mit lediglich einer einzigen Leistungsquelle aber nicht ausgeschlossen werden soll.
Als „Netzleistungsaufnahme“ wird diejenige elektrische Leistung bezeichnet, die die Anlage aus dem Stromversorgungsnetz bezieht. Bei rückspeisefähigen Anlagen, also Anlagen, die dem Stromversorgungsnetz zumindest zeitweise elektrische Leistung zur Verfügung stellen, kann die Netzleistungsaufnahme auch negative Werte annehmen. Ein negativer Wert der Netzleistungsaufnahme bezeichnet dabei diejenige elektrische Leistung, die von der Anlage in das Stromversorgungsnetz eingespeist wird.
Typischerweise unterliegt die Netzleistungsaufnahme von Anlagen der oben genannten Art starken Schwankungen, die teils durch den Wochenrhythmus, durch saisonal schwankende Umgebungsbedingungen, Arbeits- und Urlaubszeiten, vielfach aber auch durch zufällige Koinzidenz von Ereignissen bedingt sind. Die Spitzenwerte der Netzleistungsaufnahme können dabei die durchschnittlich aus dem Stromversorgungsnetz bezogene elektrische Leistung um ein Vielfaches übersteigen. Diese Spitzenwerte treten typischerweise aber nur an wenigen Tagen im Jahr, und hier oft auch nur für die Dauer von wenigen Minuten auf. Dennoch müssen elektrische Stromversorgungsnetze, um diese Spitzenleistungen der angeschlossenen Anlagen sicher auffangen zu können, gemessen an der durchschnittlich abgegebenen Leistung deutlich überdimensioniert werden. Der hierfür erforderliche Aufwand wird von den Energieversorgungsunternehmen oder Netzbetreibern in Form von Bereitstellungskosten an die Anlagenbetreiber weitergegeben. Diese Bereitstellungskosten können hierbei in derselben Größenordnung liegen wie die Kosten für die tatsächlich aus dem Stromversorgungsnetz bezogene elektrische Energie oder letztere sogar noch übersteigen. Eine wirksame Reduzierung der Spitzenwerte der Netzleistungsaufnahme (auch als „Peak Shaving“ bezeichnet) ist daher im Betrieb einer technische Anlage der oben genannten Art von großem Interesse.
Zur Reduzierung der Stromkosten werden bei größeren technischen Anlagen häufig Leistungsquellen, wie z.B. KWKs oder Photovoltaikanlagen eingesetzt, die einen Teil der von der Anlage benötigten elektrischen Leistung anlagenintern erzeugen. Solche Leistungsquellen können aber Leistungsspitzen der Anlage regelmäßig nicht zuverlässig senken, da Zeiten erhöhter Leistungserzeugung und Zeiten erhöhten Leistungsbedarfs häufig nicht zusammenfallen.
Aus EP 0 913 905 A2 ist ein Verfahren zum Begrenzen der Gesamtleistungsaufnahme einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern aus einem Stromnetz bekannt, durch das verhindert werden soll, dass die Gesamtleistungsaufnahme einen vorbestimmten maximalen Sollwert überschreitet. Bei dem Verfahren wird zunächst eine Benutzungsart eines jeweiligen Verbrauchers erfasst. Zudem wird die Gesamtleistungsaufnahme der Verbraucher erfasst und mit dem vorbestimmten maximalen Sollwert verglichen. Im Anschluss wird zumindest ein Verbraucher entsprechend der erfassten Benutzungsart abgeschaltet, wenn die Gesamtleistungsaufnahme eine vorbestimmte Beziehung zu dem vorbestimmten maximalen Sollwert aufweist.
Aus US 2014/0266054 A1 ist bekannt, zum „Peak Shaving“ ein elektrisches Speichersystem einzusetzen. Auch hier wird die Netzleistungsaufnahme einer Anlage mit einem vorgegebenen Zielwert verglichen. Das elektrische Speichersystem wird hierbei geladen, wenn die Netzleistungsaufnahme den Zielwert unterschreitet, und entladen, wenn die Netzleistungsaufnahme den Zielwert überschreitet.
Ein ähnliches Verfahren ist aus US 2015/0153394 A1 bekannt. Hier wird ein historischer Leistungsnutzungswert aus historischen Daten ermittelt und mit einem maximalen Leistungszielwert zuzüglich eines Pufferwerts verglichen. Der maximale Leistungszielwert wird dabei an den historischen Leistungsnutzungswert angepasst, wenn letzterer den maximalen Leistungszielwert plus Pufferwert überschreitet.
Weitere Verfahren zum „Peak Shaving“ bei technischen Anlagen sind aus US 2015/0261239 A1 , US 2016/0329707 A1 und WO 2016/106373 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der elektrischen Leistungsaufnahme einer technischen Anlage anzugeben, das eine besonders effektive Reduzierung von Leistungsspitzen (d.h. Spitzenwerten der Netzleistungsaufnahme) der Anlage ermöglicht. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine technische Anlage anzugeben, in deren Betrieb Spitzenwerte der Netzleistungsaufnahme effektiv reduziert sind.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich der Anlage wird die obige Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 15. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderische Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Die Erfindung geht aus von einer technischen Anlage, die eine Mehrzahl von elektrischen Lasten und mindestens eine elektrische Leistungsquelle, vorzugsweise eine Mehrzahl von elektrischen Leistungsquellen aufweist. Weiterhin weist die Anlage einen Netzanschluss auf, über den die Anlage mit einem öffentlichen elektrischen Stromversorgungsnetz verbunden ist, um aus diesem Stromversorgungsnetz elektrische Leistung zu beziehen und - falls die anlagenintern erzeugte Leistung die benötigte Leistung übersteigt - elektrische Leistung in das Stromversorgungsnetz zurückzuspeisen. Die Netzleistungsaufnahme der Anlage kann also, wie eingangs erwähnt, sowohl positive Werte (wenn die Anlage elektrische Leistung aus dem Stromversorgungsnetz bezieht) als auch negative Werte (wenn die Anlage elektrische Leistung in das Stromversorgungsnetz zurückspeist) aufweisen.
Für das erfindungsgemäße Verfahren werden die Lasten und Leistungsquellen der Anlage zunächst gegliedert in eine erste Kategorie sowie eine zweite Kategorie.
Die erste Kategorie umfasst solche Lasten und/oder Leistungsquellen der Anlage, deren (bezogene bzw. abgegebene) elektrische Leistung nicht zur Regelung der Netzleistungsaufnahme variierbar ist. Diese erste Kategorie umfasst sogenannte „Must-Run-Lasten“, die zur Aufrechterhaltung der Funktion der Anlage zwingend benötigt werden, z.B. bei einem produzierenden Industrieunternehmen die Maschinen einer Produktionsstraße, sowie Lasten, die aus sicherheitstechnischen Gründen nicht abgeschaltet werden dürfen, z.B. eine Notbeleuchtung. Die erste Kategorie umfasst des Weiteren Leistungsquellen, deren Leistung durch die Umgebungsbedingungen bestimmt ist, z.B. eine Photovoltaikanlage oder eine Windkraftanlage.
Die zweite Kategorie umfasst solche Lasten und/oder Leistungsquellen, deren (bezogene bzw. abgegebene) elektrische Leistung zur Regelung der Netzleistungsaufnahme variierbar ist. Hierunter fallen auf Seiten der Lasten insbesondere Maschinen und sonstige elektrische Verbraucher, die für die Funktion der Anlage und des zugehörigen Betriebs nicht zwingend notwendig sind und/oder deren Nutzungsperioden verschiebbar sind, z.B. Waschmaschinen, bestimmte Teilgruppen der Anlagenbeleuchtung, Klimaanlagen in Bürogebäuden, etc. Zu der zweiten Kategorie zählen außerdem Leistungsquellen, deren abgegebene elektrische Leistung variierbar ist, z.B. ein KWK oder ein elektrischer Speicher.
Im Zuge des Verfahrens wird die (momentane oder zeitlich gemittelte) Netzleistungsaufnahme während der Laufzeit der Anlage erfasst und mit einem - Vorgabewert für die maximale Netzleistungsaufnahme verglichen. Das Vergleichsergebnis wird dabei auf Erfüllung von mindestens zwei unterschiedlichen Kriterien geprüft, die mit unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit anzeigen, ob die Netzleistungsaufnahme den Vorgabewert zu überschreiten droht. Konkret umfassen diese zwei Kriterien mindestens ein erstes Kriterium und ein zweites Kriterium, wobei das zweite Kriterium die drohende Überschreitung des Vorgabewerts mit höherer Wahrscheinlichkeit anzeigt als das erste Kriterium.
Erfindungsgemäß werden die Lasten und/oder Leistungsquellen der zweiten Kategorie differenziert nach Maßgabe dieser mindestens zwei Kriterien zur Reduzierung der Netzleistungsaufnahme angesteuert. Bezogen auf eine Last beinhaltet das vorstehend genannte „Ansteuern“ dabei das Abschalten der Last oder die Drosselung der Last (also den Betrieb der Last mit verminderter Leistung), so dass diese Last nicht mehr oder nur noch in geringerem Umfang zu der Netzleistungsaufnahme der Anlage beiträgt. Bezogen auf eine Leistungsquelle bezeichnet das „Ansteuern“ das Anschalten oder Aktivieren der Leistungsquelle oder den Betrieb der Leistungsquelle mit erhöhter Leistungsabgabe, so dass die Leistungsquelle zur Reduzierung der Netzleistungsaufnahme der Anlage (mehr) Leistung für die Lasten der Anlage zur Verfügung stellt.
Durch die differenzierte Ansteuerung der Lasten und/oder Leistungsquellen der zweiten Kategorie ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, auf Perioden mit erhöhter Netzleistungsaufnahme frühzeitig und angemessen zu reagieren. Spitzenwerte der Netzleistungsaufnahme können auf diese Weise besonders effektiv reduziert werden. Das Verfahren ermöglicht dabei gleichzeitig, Beeinträchtigungen des Betriebs der Anlage durch das „Peak Shaving“ sowie den damit verbundenen (kosten- und/oder energietechnischen) Aufwand gering zu halten. Infolge der effektiven Reduzierung von Lastspitzen während der Laufzeit der Anlage wirkt das erfindungsgemäße Verfahren zudem auch stabilisierend auf das Versorgungsnetz.
Grundsätzlich ist im Rahmen der Erfindung möglich, jeweils den aktuellen Istwert der Netzleistungsaufnahme unmittelbar mit dem Vorgabewert zu vergleichen. Um eine übermäßige Regelungstätigkeit (beispielsweise in Form von Regelschwingungen) mit möglichen negativen Auswirkungen auf die Funktion der Anlage zu vermeiden, wird aber vorzugsweise ein Mittelwert der Netzleistungsaufnahme innerhalb eines vorgegebenen Mittelungszeitraums ermittelt, wobei dieser (auch als „Leistungsmittelwert“ bezeichnete) Mittelwert anstelle des momentanen Istwerts der Netzleistungsaufnahme mit dem Vorgabewert verglichen wird. Der erfindungsgemäßen Regelung wird somit eine gewisse Trägheit gegeben, durch die Überreaktionen der Regelung verhindert werden.
Der Mittelungszeitraum ist zweckmäßigerweise synchronisiert mit den Intervallen, in denen die Netzleistungsaufnahme der Anlage durch den Betreiber des Stromversorgungsnetzes oder das jeweilige Energie-Versorgungsunternehmen ermittelt wird. Typischerweise ist der Mittelungszeitraum dabei auf ein Intervall von 15 Minuten festgelegt.
Die mindestens zwei Kriterien sind vorzugsweise als unterschiedliche Schwellwertvergleiche ausgestaltet. Konkret ist vorzugsweise jedes der mindestens zwei Kriterien dann erfüllt, wenn sich die (momentane oder zeitlich gemittelte) Netzleistungsaufnahme zu einem jeweils vorgegebenen Prüfzeitpunkt oder innerhalb eines vorgegebenen Prüfzeitraums um weniger als einen jeweils vorgegebenen Toleranzschwellwert an den Vorgabewert annähert. Sofern anstelle des momentanen Istwerts der Netzleistungsaufnahme der vorstehend beschriebene Leistungsmittelwert berücksichtigt wird, sind der Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum des jeweiligen Kriteriums relativ zu dem Beginn des Mittelungszeitraums gewählt, in dem der Leistungsmittelwert bestimmt wird.
Um eine drohende Überschreitung des Vorgabewerts mit unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit anzuzeigen, unterscheiden sich das erste Kriterium und das zweite Kriterium in dem jeweils zugeordneten Toleranzschwellwert und/oder dem jeweils zugeordneten Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum. Konkret ist vorzugsweise der Toleranzschwellwert des ersten Kriteriums größer gewählt als der Toleranzschwellwert des zweiten Kriteriums. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist vorzugsweise der Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum des ersten Kriteriums früher gewählt als der Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum des zweiten Kriteriums.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird dabei der Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum des zweiten Kriteriums in Abhängigkeit von der (momentanen oder zeitlich gemittelten) Netzleistungsaufnahme variiert. Insbesondere wird der Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum des zweiten Kriteriums vergleichsweise früh angesetzt, wenn die (momentane oder zeitlich gemittelte) Netzleistungsaufnahme zum Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum des ersten Kriteriums einen vergleichsweise hohen Wert aufweist, wohingegen der Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum des zweiten Kriteriums später angesetzt wird, wenn die (momentane oder zeitlich gemittelte) Netzleistungsaufnahme zum Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum des ersten Kriteriums einen vergleichsweise geringen Wert aufweist. In der vorstehend beschriebenen Verfahrensvariante wird also die Trägheit des Regelverfahrens (oder anders ausgedrückt, die Geschwindigkeit, mit der das Regelverfahren auf kritische Werte der Netzleistungsaufnahme reagiert) in Abhängigkeit der Netzleistungsaufnahme variiert. In besonders kritischen Fällen reagiert auf diese Weise auch das Regelverfahren besonders schnell, indem die beiden Kriterien in engem zeitlichem Abstand geprüft werden. In weniger kritischen Fällen reagiert das Regelverfahren dagegen träger, indem die beiden Kriterien in größerem zeitlichem Abstand geprüft werden.
Zusätzlich oder alternativ hierzu wird der Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum des zweiten Kriteriums vorzugsweise in Abhängigkeit von einem zeitabhängig vorgegebenen Prognosewert für die (momentane oder zeitlich gemittelte) Netzleistungsaufnahme variiert. Ein vorteilhaftes Verfahren zur Bestimmung dieses Prognosewerts (Prognoseleistung) ist nachfolgend näher beschrieben.
Die differenzierte Ansteuerung von Lasten und Leistungsquellen in Abhängigkeit der mindestens zwei Kriterien kann sich im Rahmen der Erfindung grundsätzlich auf zwei verschiedene Arten äußern:
Gemäß einem ersten Regelungskonzept wird bei festgestellter Erfüllung des zweiten Kriteriums vorzugsweise eine größere Gruppe von Lasten und/oder Leistungsquellen der zweiten Kategorie angesteuert als bei festgestellter Erfüllung des ersten Kriteriums. Es werden also mehr Lasten und/oder Leistungsquellen in die Regelung einbezogen, wenn die Überschreitung des Vorgabewerts durch die Netzleistungsaufnahme besonders wahrscheinlich ist.
Nach einem zweiten Regelkonzept wird mindestens eine Last oder Leistungsquelle der zweiten Kategorie derart angesteuert, dass sie bei festgestellter Erfüllung des zweiten Kriteriums einen höheren Beitrag zur Reduzierung der Netzleistungsaufnahme liefert als bei festgestellter Erfüllung des ersten Kriteriums. Bei dieser Methode werden die Lasten und Leistungsquellen der Anlage also nicht binär in die Regelung einbezogen (d.h. an- oder ausgeschaltet). Vielmehr wird die jeweilige Last oder Leistungsquelle bei Erfüllung des ersten Kriteriums bzw. des zweiten Kriteriums mit unterschiedlichem Gewicht in die Regelung einbezogen. Beispielsweise wird eine Last bei festgestellter Erfüllung des ersten Kriteriums zunächst nur gedrosselt, und erst bei Erfüllung des zweiten Kriteriums gänzlich abgeschaltet. Zusätzlich oder alternativ hierzu wird beispielsweise die von einer Leistungsquelle abgegebene Leistung bei Erfüllung des ersten bzw. zweiten Kriteriums schrittweise hochgefahren.
In einer besonders bevorzugten Ausführung des Verfahrens ist die Regelung weiter differenziert und berücksichtigt zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen zwei Kriterien ein drittes Kriterium, das die drohende Überschreitung des Vorgabewerts durch die (momentane oder zeitlich gemittelte) Netzleistungsaufnahme mit noch höherer Wahrscheinlichkeit anzeigt als das zweite Kriterium. Auch dieses dritte Kriterium ist vorzugsweise als Schwellwertvergleich ausgestaltet. Es ist dabei insbesondere dann erfüllt, wenn sich die (momentane oder zeitlich gemittelte) Netzleistungsaufnahme zu einem bestimmten Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum um weniger als einen vorgegebenen Toleranzschwellwert an den Vorgabewert annähert. Um sicherzustellen, dass das zweite Kriterium und das dritte Kriterium die drohende Überschreitung des Vorgabewerts mit unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit anzeigen, ist der Toleranzschwellwert des zweiten Kriterium vorzugsweise wiederum größer gewählt als der Toleranzschwellwert des dritten Kriteriums. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist vorzugsweise der Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum des zweiten Kriteriums früher gewählt als der Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum des dritten Kriteriums. Im Sinne einer sinnvollen Anpassung der Trägheit des Regelverfahrens wird optional auch der Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum des dritten Kriteriums in Abhängigkeit von der (momentanen oder zeitlich gemittelten) Netzleistungsaufnahme variiert. In besonders kritischen Fällen, also bei besonders hohen Werten der Netzleistungsaufnahme (insbesondere zum Prüfzeitpunkt des ersten oder zweiten Kriteriums, ersatzweise zu Beginn des Prüfzeitraums des ersten oder zweiten Kriteriums) wird dabei auch das dritte Kriterium früher geprüft als in weniger kritischen Fällen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Verfahrens werden die drei vorstehend beschriebenen Kriterien dahingehend berücksichtigt, dass bei Erfüllung des ersten Kriteriums in einer ersten Regelstufe nur Lasten der zweiten Kategorie abgeschaltet oder gedrosselt werden, deren Abschaltung oder Drosselung an keine Bedingung geknüpft ist und somit ohne Weiteres möglich ist. Bei diesen „unbedingt abschaltbaren Lasten“ handelt es sich insbesondere um solche Lasten, deren Abschaltung oder Drosselung auf einer Zeitskala von mindestens einer Stunde, bevorzugt mindestens einer halben Stunde die Funktion der Anlage und des zugehörigen Betriebs nicht beeinflusst, z.B. eine Maschine, die lediglich zeitweise betrieben wird, um z.B. Teile oder Materialien für die laufende Produktion des Betriebs auf Vorrat herzustellen, und die ohne negative Auswirkung für die Produktion kurzzeitig ausgeschaltet werden kann. Ein anderes Beispiel für eine „unbedingt abschaltbare Last“ ist ein Teil der Anlagenbeleuchtung, der für die Funktion der Anlage und des zughörigen Betriebs nicht notwendig ist, z.B. die Außenbeleuchtung des Betriebs.
In der zweiten Regelstufe werden bei Erfüllung des zweiten Kriteriums zusätzlich Lasten der zweiten Kategorie angesteuert, deren Abschaltung oder Drosselung an mindestens eine vorgegebene Bedingung geknüpft ist. Bei diesen „bedingt abschaltbaren Lasten“ handelt es sich insbesondere um solche Lasten, deren Abschaltung oder Drosselung auf der vorstehend genannten Zeitskala die Funktion der Anlage und/oder des zugehörigen Betriebs zwar beeinträchtigt, den Betrieb aber nicht zum Erliegen bringt. Die einer Last 3 zugeordnete Bedingung gibt z.B. für die jeweilige Last 3 erlaubte Abschaltzeiträume zu bestimmten Tageszeiten, Wochentagen oder saisonalen Zeiträumen vor. Alternativ oder zusätzlich gibt die Bedingung z.B. erlaubte Temperaturbereiche für die Abschaltung oder Drosselung der jeweiligen Last 3 vor. Wiederum alternativ oder zusätzlich gibt definiert die Bedingung z.B. eine Abhängigkeit zu einer oder mehreren anderen Komponenten der Anlage 1 oder des zugehörigen Betriebs, nach Maßgabe von welchen die Abschaltung oder Drosselung der Last 3 erlaubt oder nicht erlaubt wird. Beispielsweise ist einer Klimaanlage eines Maschinenraumes die Bedingung zugeordnet, dass diese Klimaanlage nur abgeschaltet werden darf, wenn eine in diesem Maschinenraum angeordnete Maschine nicht läuft. Bedingt abschaltbare Lasten 3 werden auch bei Erfüllung des zweiten Kriteriums nur dann abgeschaltet oder gedrosselt, wenn die oder jede zugeordnete Bedingung erfüllt ist.
Weiterhin werden in der zweiten Regelstufe zusätzlich verfügbare Leistungsquellen der zweiten Kategorie hochgefahren, so dass sie ihre Nenndauerleistung an die Anlage abgeben. Als „verfügbar“ werden dabei Leistungsquellen bezeichnet, die noch Leistungsreserven aufweisen, die also nicht bereits bei der Aktivierung der zweiten Regelstufe auf Nenndauerleistung betrieben werden. Die „Nenndauerleistung“ bezeichnet dabei diejenige Leistung, die die jeweilige Leistungsquelle gemäß ihrer Auslegung dauerhaft abgeben kann, ohne Schaden zu nehmen.
In der dritten Regelstufe werden schließlich bei Erfüllung des dritten Kriteriums zusätzlich verfügbare Leistungsquellen der zweiten Kategorie auf Spitzenleistung hochgefahren. Als „Spitzenleistung“ wird hierbei die maximale Leistung bezeichnet, die die jeweilige Leistungsquelle (regelmäßig nur zeitlich begrenzt und/oder unter Inkaufnahme einer Lebensdauerverkürzung) abgegeben werden kann.
Die vorstehend beschriebene Variante des Regelverfahrens beruht auf der Erkenntnis, dass besonders kritische Fälle, die das dritte Kriterium erfüllen und somit die Aktivierung der dritten Regelstufe erforderlich machen, während der Laufzeit einer Anlage regelmäßig nur selten vorkommen, so dass die mit der Aktivierung der dritten Regelstufe in Kauf genommenen Nachteile (z.B. hoher Energieverbrauch oder gesteigerte Abnutzung durch den Betrieb von Leistungsquellen in Spitzenlast) insgesamt geringer ins Gewicht fallen als die Kosten für die ansonsten zu erwartende Leistungsspitze.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Anlage als Leistungsquelle ein KWK auf. Im unkritischen Zustand der Anlage (bezogen auf die Netzleistungsaufnahme), solange das zweite Kriterium nicht erfüllt ist, wird das KWK in üblicher Weise wärmegeführt betrieben. Das KWK wird also in einem Zustand betrieben, in dem es gerade so viel Wärme produziert wie von dem Betrieb benötigt wird. Bei festgestellter Erfüllung des zweiten Kriteriums wird die (elektrische und thermische) Leistung des KWKs dagegen gegenüber dem wärmegeführten Betriebsmodus erhöht. Insbesondere wird das KWK vorübergehend auf Nenndauerleistung hochgefahren. Die dabei entstehende überschüssige Wärme wird vorzugsweise in einem thermischen Pufferspeicher der Anlage zwischengespeichert. Bei vollständig geladenem Pufferspeicher oder in Abwesenheit eines Pufferspeichers wird die überschüssige Wärme über einen Notkühler an die Umgebung abgegeben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Anlage als Leistungsquelle einen elektrischen Speicher, insbesondere einen Batterieblock (beispielsweise auf Basis von Lithium-Ionen-Batterien, die eine besonders hohe Lade- und Entladeleistung aufweisen). Der elektrische Speicher wird hierbei vorzugsweise mit Nennentladeleistung betrieben, wenn das zweite Kriterium erfüllt ist. Sofern das Verfahren in der vorstehend beschriebenen Weise drei Kriterien zur differenzierten Ansteuerung der Lasten und/oder Leistungsquellen der zweiten Kategorie berücksichtigt, wird der elektrische Speicher bei festgestellter Erfüllung des dritten Kriteriums vorzugsweise vorübergehend mit Spitzenentladeleistung betrieben.
Um als Leistungsquelle (und nicht primär als Energiequelle) zur Verfügung zu stehen, wird der elektrische Speicher vorzugsweise in vollgeladenem Zustand gehalten, solange das zweite Kriterium (und vorzugsweise auch das erste Kriterium) nicht erfüllt sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird der Vorgabewert durch eine Simulation der Nutzung der Anlage während eines vorgegebenen Simulationszeitraums (insbesondere für einen Simulationszeitraum von einem Jahr) bestimmt. In der Simulation wird dabei der Leistungsanteil mindestens einer Last oder Leistungsquelle mit einer zugeordneten Verfügbarkeitswahrscheinlichkeit berücksichtigt. Die Verfügbarkeitswahrscheinlichkeit bezeichnet hierbei die Wahrscheinlichkeit, mit der die von der jeweiligen Last gezogene Leistung oder die von der jeweiligen Leistungsquelle erzeugte Leistung zu einem bestimmten Zeitpunkt während der Laufzeit der Anlage für die Reduzierung der Netzleistungsaufnahme zur Verfügung steht. In der Verfügbarkeitswahrscheinlichkeit werden hierbei vorzugsweise typische Einschaltdauern von Lasten und Leistungsquellen sowie typische Ausfallzeiten (beispielsweise infolge von Störungen und erforderlichen Wartungsintervallen) berücksichtigt. Die einer bestimmten Last oder Leistungsquelle zugeordnete Verfügbarkeitswahrscheinlichkeit wird hierbei bevorzugt aus Erfahrungswerten oder Herstellerangaben berechnet.
Das vorstehende Simulationsverfahren und dessen bevorzugte Ausgestaltungen werden als eigenständige Erfindung angesehen, die auch unabhängig von dem erfindungsgemäßen Regelverfahren vorteilhaft einsetzbar ist.
Im Zuge der Simulation wird vorzugsweise für eine Vielzahl von Zeitpunkten innerhalb des Simulationszeitraums (beispielsweise für jede Viertelstunde oder sogar für jede Minute eines Jahres) die Netzleistungsaufnahme berechnet, die ohne Anwendung des vorstehend beschriebenen Regelverfahrens für die Anlage zu erwarten wäre. Diese zeitaufgelöst berechnete Netzleistungsaufnahme der Anlage ist auch als „(ungeregelte) Prognoseleistung“ bezeichnet. Zur Berechnung der Prognoseleistung werden vorzugsweise historische Leistungsdaten der bereits vorhandenen Lasten und Leistungsquellen der Anlage herangezogen. Änderungen an der Struktur der Anlage, z.B. neu hinzugekommene, ausgetauschte oder weggefallene Lasten oder Leistungsquellen werden vorzugsweise mit zeitabhängig vorgegebenen Leistungsprofilen berücksichtigt, wobei diese Leistungsprofile - je nachdem, ob die jeweilige Änderung den Leistungsbedarf der Anlage 1 erhöht oder erniedrigt - den historischen Leistungsdaten hinzugerechnet bzw. von den historischen Leistungsdaten abgerechnet werden. Zur Erstellung der Leistungsprofile werden Herstellerangaben, z.B. die Nennleistung der jeweiligen Last oder Leistungsquelle, typische Ein- und Ausschaltzeiten sowie Randbedingungen des geographischen Betriebsstandorts berücksichtigt. Beispielsweise werden bei Photovoltaik- oder Windkraftanlagen die jahres- und tageszeitlich variierende durchschnittliche Sonneneinstrahlung bzw. die jahres- und tageszeitlich variierenden durchschnittlichen Windverhältnisse am Betriebsstandort berücksichtigt.
Weiterhin wird in der Simulation, ebenfalls zeitaufgelöst, die Leistungseinsparung berücksichtigt, die sich durch die Ansteuerung von Lasten und/oder Leistungsquellen der zweiten Kategorie erzielen lässt. Die anzusteuernden Lasten und Leistungsquellen werden dabei jeweils mit ihrer jeweiligen Verfügbarkeitswahrscheinlichkeit berücksichtigt. Wenn beispielsweise einer bestimmten Last der zweiten Kategorie, entsprechend einer typischen durchschnittlichen Einschaltdauer von 6 Stunden pro Tag, eine Verfügbarkeitswahrscheinlichkeit von 25% zugeordnet ist, so wird die von dieser Last gezogene Leistung zu jedem Zeitpunkt des Simulationszeitraums nach einem Zufallsprinzip mit dieser Verfügbarkeitswahrscheinlichkeit von 25% bei der Berechnung der Leistungseinsparung berücksichtigt.
Durch Abzug der Leistungseinsparung von der zeitaufgelösten Kurve der ungeregelten Prognoseleistung wird im Zuge der Simulation eine geregelte Netzleistungsaufnahme (d.h. eine reduzierte Prognoseleistung) der Anlage berechnet. Anhand von dieser reduzierten Prognoseleistung wird dann der Vorgabewert der maximalen Netzleistungsaufnahme bestimmt. Beispielsweise wird der Vorgabewert auf den Spitzenwert der aus der Simulation erhaltenen Kurve der reduzierten Prognoseleistung festgelegt. Alternativ kann der Vorgabewert auch um einen vorgegebenen Sicherheitsabstand über diesen Spitzenwert angesetzt werden.
Für die Berechnung der zeitaufgelösten Leistungseinsparung wird im Zuge der Simulation vorzugsweise dasselbe (vorstehend beschriebene) Regelverfahren verwendet, das auch während der tatsächlichen Laufzeit der Anlage zur Anwendung kommt, um die Netzleistungsaufnahme zu reduzieren. Alternativ wird für die Berechnung der Leistungseinsparung im Zuge der Simulation ein Algorithmus eingesetzt, der gegenüber dem während der Laufzeit der Anlage verwendeten Regelverfahren vereinfacht ist. Beispielsweise wird ein vereinfachter Regelalgorithmus verwendet, der (der anstelle der minutengenauen Regelung während der Laufzeit der Anlage) nur eine reduzierte Zeitauflösung von 15 min aufweist.
Die erfindungsgemäße Anlage weist eine Steuereinrichtung auf, die zur automatischen Durchführung des vorstehend beschriebenen Regelverfahrens sowie optional auch des vorstehend beschriebenen Simulationsverfahrens eingerichtet ist. Die Steuereinrichtung ist insbesondere durch einen Steuerrechner oder durch eine (insbesondere hierarchisch gegliederte) Struktur von mehreren zusammenwirkenden Steuerrechnern gebildet, in dem bzw. denen die Funktionalität zur Durchführung des Verfahrens in Form eines Steuerprogramms lauffähig implementiert ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 in einem schematischen Blockschaltbild eine technische Anlage mit einer Mehrzahl von elektrischen Lasten und elektrischen Leistungsquellen, einem Netzanschluss an ein öffentliches elektrisches Stromversorgungsnetz sowie mit einer Steuereinrichtung zur Regelung der von der Anlage aus dem Stromversorgungsnetz bezogenen elektrischen Leistung (Netzleistungsaufnahme),
2 in Darstellung gemäß 1 die Steuereinrichtung der Anlage,
3 anhand eines Diagramms, das den zeitlichen Verlauf der momentanen Netzleistungsaufnahme der Anlage während eines Mittelungszeitraums von 15 Minuten (gestrichelte Linie) und deren über den Mittelungszeitraum gebildeten Mittelwert (durchgezogene Linie) zeigt, die Funktion und Wirkung eines von der Steuereinrichtung automatisch durchgeführten Regelverfahrens zur Regelung der Netzleistungsaufnahme, und
4 in schematischer Darstellung den Jahreslastgang der Anlage, d.h. die jeweils über einen Mittelungszeitraum von 15 Minuten gemittelten Werte der Netzleistungsaufnahme, absteigend geordnet, für eine über einen Simulationszeitraum von einem Jahr simulierte Nutzung der Anlage ohne Berücksichtigung des Regelverfahrens (durchgezogene Linie) sowie mit Berücksichtigung des Regelverfahrens (gestrichelte Linie).

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt grob schematisch vereinfacht eine technische Anlage 1 eines industriellen oder gewerblichen Betriebs, bei dem es sich beispielsweise um einen industriellen Produktionsstandort handelt.
Aufbau der Anlage 1:
Hinsichtlich ihrer elektrischen Struktur ist die Anlage 1 gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von elektrischen Lasten 2,3 und 4 sowie eine Mehrzahl von elektrischen Leistungsquellen 5 und 6. Zur Versorgung der Lasten 2-4 mit elektrischer Leistung ist die Anlage 1 über einen Netzanschluss 7 mit einem öffentlichen elektrischen Stromversorgungsnetz 8 verbunden. Die von der Anlage 1 aus dem Stromversorgungsnetz 8 bezogene elektrische Leistung (nachfolgend als Netzleistungsaufnahme P_N bezeichnet) und Energie wird hierbei von einem Stromzähler (nachfolgend als Summenzähler 9 bezeichnet) erfasst, der dem Stromversorgungsnetz 8 und einem anlageninternen Stromnetz 10 zwischengeschaltet ist. Anstelle des in 1 dargestellten einzigen Netzanschlusses 7 kann die Anlage 1 auch über mehrere Anschlussstellen mit dem Stromversorgungsnetz 8 verbunden sein. Der Summenzähler 9 erfasst in diesem Fall die Summe der von der Anlage 1 aus dem Stromversorgungsnetz 8 bezogenen und in das Stromversorgungsnetz 8 eingespeisten Leistungen. Die Leistungsquellen 5,6 sind derart in das anlageninterne Stromnetz 10 geschaltet, dass sie die erzeugte Leistung den Lasten 2-4 zu Verfügung stellen und somit vorrangig den Leistungsbedarf der Anlage reduzieren. Die nicht durch die Anlage 1 verbrauchte Leistung wird gegebenenfalls als negative Netzleistungsaufnahme P_N in das Versorgungsnetz 8 eingespeist.
Die Lasten 2-4 und Leistungsquellen 5,6 sind gegliedert in

• Lasten 2 und Leistungsquellen 5 einer ersten Kategorie, deren jeweils bezogene oder abgegebene Leistung nicht zur Regelung der Netzleistungsaufnahme variierbar ist, sowie
• Lasten 3,4 und Leistungsquellen 6 einer zweiten Kategorie, deren jeweils bezogene bzw. abgegebene Leistung zur Regelung der Netzleistungsaufnahme P_N variierbar ist.

Im Beispiel des in 1 schematisch abgebildeten industriellen Produktionsstandortes handelt es sich bei den Lasten 2 der ersten Kategorie beispielsweise um die Maschinen einer Produktionsstraße, die während der Laufzeit der Anlage 1 abgestimmt aufeinander betrieben werden müssen, und die daher während der Laufzeit der Anlage auch nicht abgeschaltet oder hinsichtlich der von ihnen bezogenen elektrischen Leistung gedrosselt werden dürfen. Unter die Lasten 2 fällt des Weiteren auch eine Not- und Grundbeleuchtung, ohne die die Anlage 1 und der zugehörige Betrieb nicht funktionsfähig ist und die daher während der Laufzeit der Anlage 1 ebenfalls nicht abgeschaltet oder gedimmt werden darf. Zusammenfassend sind die Lasten 2 auch als „Must-Run-Lasten“ bezeichnet.
Die Leistungsquellen 5 der ersten Kategorie umfassen beispielsweise eine Photovoltaikanlage, eine Windkraftanlage und/oder eine Wasserkraftanlage. Kennzeichnend für die Leistungsquellen 5 ist dabei, dass sie während der gewöhnlichen Laufzeit der Anlage 1 stets derart betrieben werden, dass sie entsprechend den Umgebungsbedingungen (Sonneneinstrahlung bzw. Wind- bzw. Wasserkraft) und ihrer Auslegung maximale Leistung erzeugen, so dass die von den Leistungsquellen 5 erzeugte Leistung ebenfalls nicht zur Regelung der Netzleistungsaufnahme P_N herangezogen werden kann.
Die Lasten 3 und 4 der zweiten Kategorie sind wiederum gegliedert in bedingt abschaltbare Lasten 3 und unbedingt abschaltbare Lasten 4, wie vorstehend definiert. Beispiele für unbedingt abschaltbare Lasten 4 sind Maschinen, die Teile für die laufende Produktion des die Anlage 1 beinhaltenden Betriebs auf Vorrat fertigen und hierbei jeweils nur zeitweise in Betrieb genommen werden, gegebenenfalls vorhandene Waschmaschinen, die zum Waschen von Arbeits- oder Büromaterial ebenfalls nur zeitweise in Betrieb genommen werden, Klimaanlagen von Büroräumen und Teile der Anlagenbeleuchtung, die für die Funktion der Anlage und des zugehörigen Betriebs nicht notwendig sind (z.B. die Außenbeleuchtung des Betriebs).
Unter die bedingt abschaltbare Lasten 3 fallen diejenigen elektrischen Verbraucher der Anlage 1, deren vorübergehende Abschaltung oder Drosselung während der Laufzeit der Anlage 1 zwar möglich ist, aber Einschränkungen und/oder Folgekosten bedingt. Typische Beispiele für bedingt abschaltbare Lasten 3 des in 1 beispielhaft dargestellten Produktionsstandorts sind Klimaanlagen von - Maschinenräumen, Teilgruppen einer Innenbeleuchtung des Betriebs, Ladestationen für Elektrofahrzeuge, etc.
Die Zuordnung der elektrischen Verbraucher der Anlage 1 zu den unbedingt abschaltbaren Lasten 4 bzw. den bedingt abschaltbaren Lasten 3 ist dabei nicht notwendigerweise fest vorgegeben, sondern wird optional aufgrund von saisonalen Schwankungen oder anderen Umgebungsbedingungen variiert. Beispielsweise können Teile der Bürobeleuchtung während der Sommermonate aufgrund der wesentlich größeren Tageslänge als unbedingt abschaltbare Last 4, während der Wintermonate aber nur als bedingt abschaltbare Last 3 klassifiziert sein. Umgekehrt können Büro-Klimaanlagen während der Mittagszeit in Sommermonaten als bedingt abschaltbare Last 3, zu sonstigen Zeiten aber als unbedingt abschaltbare Last 4 klassifiziert sein.
Die Leistungsquellen 6 der zweiten Kategorie umfassen eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage (nachfolgend kurz KWK 11) sowie einen elektrischen Speicher 12. Das KWK 11 ist wärmeseitig mit einem thermischen Pufferspeicher 13 und einem Notkühler 14 verbunden. Der elektrische Speicher 12 ist vorzugsweise durch eine Lithium-Ionen-Batterie gebildet.
Kennzeichnend für die Leistungsquellen 6 der zweiten Kategorie, also das KWK 11 und den elektrischen Speicher 12 ist dabei, dass die von ihnen abgegebene Leistung variierbar ist, um die Netzleistungsaufnahme P_N zu beeinflussen.
Zur Regelung der Netzleistungsannahme P_N umfasst die Anlage 1 weiterhin eine Steuereinrichtung 15, die in 2 näher dargestellt ist. Wie dieser Darstellung zu entnehmen ist, weist die Steuereinrichtung 15 eine kaskadierte Struktur auf. Sie umfasst in diesem Sinne in einer übergeordneten Hierarchiestufe eine zentrale Steuereinheit 16, die beispielsweise durch einen Steuerrechner mit einem darin lauffähig implementierten Steuerprogramm gebildet ist. In einer untergeordneten Hierarchiestufe umfasst die Steuereinrichtung 15 eine Vielzahl von (Last-)Steuereinheiten 17, von denen jede jeweils einer der Lasten 3 und 4 zugeordnet ist. Ebenfalls auf einer der zentralen Steuereinheit 16 untergeordneten Hierarchieebene umfasst die Steuereinrichtung 15 weiterhin auch lokale Steuereinheiten 18,19 für jede der Leistungsquellen 6, nämlich eine Steuereinheit 18 des KWK 11 sowie eine (auch als Ladesteuerung bezeichnete) Steuereinheit 19 des elektrischen Speichers 12. Die Steuereinheit 18 kontrolliert zudem auch den Pufferspeicher 13 und den Notkühler 14 und steuert den Fluss der von dem KWK 11 erzeugten Wärme W nach Maßgabe der Betriebszustände dieser Komponenten.
Die Steuereinheit 16 ist mit den untergeordneten Steuereinheiten 17-19 über Steuerleitungen 20 verbunden, die beispielsweise als Teil eines Feldbus-Systems ausgebildet sein können. Vorzugsweise ist die Steuereinheit 16 zudem auch über Steuer- und/oder Signalleitungen (insbesondere über den Feldbus) mit den Lasten 2 und den Leistungsquellen 5 der ersten Kategorie verbunden, um Informationen über den Betriebszustand dieser Anlagenkomponenten zu gewinnen und somit den Zustand der Anlage 1 komplett überwachen und abbilden bzw. aufzeichnen zu können.
Schließlich umfasst die Steuereinrichtung 15 den Summenzähler 9 sowie optional eine Mehrzahl weiterer Stromzähler 21 (2-Wege-Zähler), die jeweils bidirektional die in dem Stromnetz 10 fließende elektrische Leistung und Energie erfassen. Im Beispiel der Anlage 1 gemäß 1 und 2 sind diese weiteren Stromzähler 21 derart in das anlageninterne Stromnetz 10 geschaltet, dass je ein Stromzähler 21 dem elektrischen Speicher 12 und den Lasten 4, den Lasten 4 und den Lasten 3, den Lasten 3 und den Lasten 2 bzw. den Lasten 2 und den Leistungsquellen 5 sowie dem KWK 11 zwischengeschaltet sind. Ein weiterer bidirektionaler Stromzähler 22 ist in den elektrischen Speicher 12 integriert. In alternativer Ausführung der Steuereinrichtung 15 ist jeder Leistungsquelle 5,6 und vorzugsweise auch jeder Last 2-4 jeweils ein eigener Stromzähler zugeordnet.
Der Summenzähler 9 und die weiteren Stromzähler 21 und 22 sind über Signalleitungen 23 mit der Steuereinheit 16 verbunden, wobei diese Signalleitungen 23 vorzugsweise ebenfalls als Teil des bereits erwähnten Feldbus-Systems ausgebildet sind. Durch Differenzbildung der angezeigten Messwerte können die Energie- und Leistungswerte der jeweiligen Lasten 2-4 und Lastgruppen sowie der Leistungsquellen 5,6 ermittelt werden.
Regelungsverfahren zur Begrenzung der Netzleistungsaufnahme P_N im Betrieb der Anlage 1:
Während der Laufzeit der Anlage 1 wird durch die Steuereinrichtung 15 automatisch ein Verfahren zur Regelung der Netzleistungsaufnahme P_N durchgeführt, das nachfolgend näher beschrieben ist.
Dabei werden durch den Summenzähler 9 bzw. die weiteren Stromzähler 21 und 22 die Netzleistungsaufnahme P_N sowie die innerhalb des anlageninternen Stromnetzes 10 fließenden Leistungsströme zeitaufgelöst (im Beispiel minutengenau) erfasst. Weiterhin berechnet die Steuereinrichtung 15 aus den minütlich erfassten Momentanwerten der Netzleistungsaufnahme P_N jeweils für aufeinander folgende Mittelungszeiträume Z von jeweils 15 Minuten einen zeitlichen Mittelwert der Netzleistungsaufnahme P_N , der nachfolgend kurz als Leistungsmittelwert M bezeichnet ist.
Zur Bildung des Leistungsmittelwerts M werden innerhalb eines jeden Mittelungszeitraums Z die erfassten Momentanwerte der Netzleistungsaufnahme P_N aufaddiert: $M (t') = \frac{1}{f'} \cdot \sum_{i = 1}^{t'} P_{N} (i) mit t' = 1, 2, \dots, 15$
In der obigen Gig. 1 repräsentiert t' eine relative Zeitvariable in Form eines laufenden Minutenzeigers innerhalb des aktuellen Mittelungszeitraums Z, wobei im Folgenden die Einheit „Minuten“ aus Vereinfachungsgründen weggelassen wird. Der Wert der Zeitvariable t' ist also beispielsweise 5 (t' = 5), wenn die fünfte Minute des Mittelungszeitraums Z abgelaufen ist und die sechste Minute noch läuft. In der praktische Umsetzung des - hier vereinfacht dargestellten - Ausführungsbeispiels wird der Leistungsmittelwert M bevorzugt auf einer feineren Zeitskala (z.B. mit einer zeitlichen Auflösung Sekunden oder sogar Millisekunden) berechnet. Zum Beginn eines jeden Mittelungszeitraums Z wird die Berechnung des Leistungsmittelwerts M neu gestartet (t' = 15 → t' = 0). 3 zeigt schematisch in einem Diagramm gegen die absolute Zeit t und die relative Zeitvariable t' einen beispielhaften Verlauf der momentanen Netzleistungsaufnahme P_N und der des Leistungsmittelwerts M.
Die Berechnung des Leistungsmittelwerts M wird vorzugsweise unmittelbar durch den Summenzähler 9 vorgenommen. Der Summenzähler 9 übermittelt in diesem Fall den Leistungsmittelwert M, alternativ oder zusätzlich zu den Momentanwerten der Netzleistungsaufnahme P_N an die Steuereinheit 16. In alternativer Ausführung der Steuereinrichtung 15 wird die Berechnung des Leistungsmittelwerts M durch die Steuereinheit 16 vorgenommen, die in diesem Fall von dem Summenzähler 9 lediglich die Momentanwerte der Netzleistungsaufnahme P_N erhält.
Die Steuereinheit 16 vergleicht - nach Maßgabe des darin ablaufenden Steuerprogramms - den Leistungsmittelwert M mit einem hinterlegten Vorgabewert P_M , wobei dieser Vorgabewert P_M den Betrag vorgibt, den der Leistungsmittelwert M der Netzleistungsaufnahme P_N am Ende eines jeden Mittelungszeitraums Z nicht überschreiten sollte. Das Vergleichsergebnis wird durch die Steuereinheit 16 nach einem nachfolgend anhand von 3 beschriebenen Regelalgorithmus auf Erfüllung von drei hinterlegten Kriterien K1-K3 geprüft, wobei diese Kriterien K1-K3 mit unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit anzeigen, ob die Netzleistungsaufnahme P_N (genauer gesagt deren Leistungsmittelwert M) den Vorgabewert P_M zu überschreiten droht. Entscheidend ist dabei jeweils der Leistungsmittelwert M zum Ende eines jeden Mittelungszeitraums Z (d.h. für t'= 15), zumal dieser Wert von dem das Stromversorgungsnetz 8 betreibenden Energieversorgungsunternehmen oder Netzbetreiber zur Berechnung der Bereitstellungskosten herangezogen wird.
In Abhängigkeit von der Erfüllung oder Nicht-Erfüllung der drei genannten Kriterien K1-K3 werden die Lasten 3,4 und Leistungsquellen 6 der zweiten Kategorie durch die Steuereinrichtung 15 gemäß einer von vier vorgesehenen Regelstufen angesteuert:

• Eine erste Regelstufe (Regelstufe 0) wird dann angewandt, wenn und solange in dem jeweils aktuellen Mittelungszeitraum Z keine der drei Kriterien K1-K3 erfüllt sind. In dieser Regelstufe 0 lässt die Steuereinheit 16 die untergeordneten Steuereinheiten 17-19 unbeeinflusst. In diesem Zustand steuern die Steuereinheiten 17 die jeweils angeschlossene Last 3 bzw. 4 nach dem aktuellen Bedarf der Anlage 1 und gegebenenfalls vorhandenen Befehlen von Anlagenbenutzern. Wenn also beispielsweise eine als unbedingt abschaltbare Last 4 klassifizierte Beleuchtungsgruppe durch einen Anlagenbenutzer angeschaltet wird, so folgt die zugehörige Steuereinheit 17 in der Regelstufe 0 diesem Befehl ohne Weiteres. Das KWK 11 wird durch die zugehörige Steuereinheit 18 in der Regelstufe 0 wärmegeführt betrieben. Das KWK 11 wird also derart geführt, dass die von dem KWK 11 erzeugte Wärme W (1) dem aktuellen Wärmebedarf des Betriebs entspricht. Der elektrische Speicher 12 wird durch die zugehörige Steuereinheit 19 in der Regelstufe 0 in vollgeladenem Zustand gehalten und bei Bedarf nachgeladen. Wenn der Speicher 12 zuvor zur Reduzierung von Lastspitzen ganz oder teilweise entladen worden war, wird er nach dem Rückschalten in die Regelstufe 0 schnellstmöglich wieder bis zu dem maximalen Ladezustand geladen.
• In die Regelstufe 1 schaltet die zentrale Steuereinheit 16 dann, wenn sie feststellt, dass der Leistungsmittelwert M im Vergleich zu dem Vorgabewert P_M das erste Kriterium K1 erfüllt. In dieser Regelstufe 1 weist die zentrale Steuereinheit 16 die untergeordneten Steuereinheiten 17 der unbedingt abschaltbaren Lasten 4 an, die jeweilige Last 4 abzuschalten oder hinsichtlich der jeweils gezogenen elektrischen Leistung zu drosseln, so dass durch den verschwindenden oder reduzierten Leistungsanteil der Lasten 4 die Netzleistungsaufnahme P_N und deren Leistungsmittelwert M reduziert werden. Im vorstehend genannten Beispiel wird in der Regelstufe 1 also die erwähnte Beleuchtungsgruppe unabhängig von den Befehlen der Anlagennutzer vorübergehend abgeschaltet. Weitere Maßnahmen werden in der Regelstufe 1 noch nicht getroffen, insbesondere bleiben bedingt abschaltbare Lasten 3 und Must-Run-Lasten 2 unbeeinflusst. Auch die Nutzung der Leistungsquellen 5 und 6 wird in der Regelstufe 1 durch die Steuereinheit 16 nicht beeinflusst.
• In die Regelstufe 2 schaltet die zentrale Steuereinheit 16 dann, wenn sie die Erfüllung des zweiten Kriteriums K2 feststellt. In der Regelstufe 2 weist die Steuereinheit 16 auch die untergeordneten Steuereinheiten 17 der bedingt abschaltbaren Lasten 3 an, die jeweils zugehörige Last 3 nach jeweils zu beachtenden Bedingungen abzuschalten oder hinsichtlich der bezogenen elektrischen Leistung zu drosseln, so dass der Leistungsbedarf der Anlage 1 weiter reduziert wird. Zudem weist die Steuereinheit 16 die untergeordneten Steuereinheiten 18 und 19 der Leistungsquellen 6 an, die jeweils zugehörige Leistungsquelle 6 auf Nenndauerleistung hochzufahren, sofern der Betriebszustand der jeweiligen Leistungsquelle 6 und nachgeschalteter Komponenten dies zulässt. Das KWK 11 wird durch die zugehörige Steuereinheit 18 somit aus dem wärmegeführten Betrieb auf Nenndauerleistung hochgefahren. Die dabei entstehende überschüssige Wärme W wird in dem thermischen Pufferspeicher 13 zwischengespeichert, solange der Pufferspeicher 13 aufnahmefähig ist. Sofern weitere überschüssige Wärme W anfällt, wird diese über den Notkühler 14 an die Umgebung abgegeben. Der elektrische Speicher 12 wird in der Regelstufe 2 durch die zugehörige Steuereinheit 19 in einen Entladebetrieb versetzt, in dem er die gespeicherte Energie mit der Nennentladeleistung des Speichers 12 in das anlageninterne Stromnetz 10 einspeist. Das Hochfahren des KWK 11 unterbleibt, wenn das KWK 11 wegen Wartung oder Störung abgeschaltet ist, oder wenn der Pufferspeicher 13 und der Notkühler 14 die überschüssige Wärme W nicht aufnehmen können. Die Entladung des elektrischen Speichers 12 unterbleibt oder wird gestoppt, wenn der Speicher 12 erschöpft ist, d.h. wenn der Ladezustand des Speichers 12 eine Untergrenze unterschreitet.
• In die Regelstufe 3 schaltet die zentrale Steuereinheit 16 schließlich dann, wenn sie die Erfüllung des dritten Kriteriums K3 feststellt. In dieser Regelstufe 3 weist die Steuereinheit 16 schließlich die untergeordnete Steuereinheit 19 des elektrischen Speichers 12 an, den Speicher 12 mit Spitzenentladeleistung zu entladen, um zusätzliche Leistung in das Stromnetz 10 einzuspeisen.

Beim Übergang von dem laufenden Mittelungszeitraum Z zu dem jeweils nächsten Mittelungszeitraum Z wird die aktuelle Regelstufe vorzugsweise bis zur erneuten Prüfung des ersten Kriteriums K1 in diesem nächsten Mittelungszeitraum Z beibehalten, um bei länger andauernden Lastspitzen ein schnelles Hin- und Herschalten der Regelung zu vermeiden.
Die drei Kriterien K1-K3 sind jeweils als Schwellwertvergleiche ausgebildet, wobei das jeweilige Kriterium erfüllt wird, wenn sich innerhalb vorgegebener Prüfzeiträume Δt₁-Δt₃ der Leistungsmittelwert M um mehr als einen vorgegebenen Toleranzschwellwert T₁-T₃ an den Vorgabewert P_M annähert. Korrespondierende Zeitpunkte t₁-t₃ bezeichnen dabei den Beginn des jeweiligen Prüfzeitraums Δt₁-Δt₃ . Konkret sind die drei Kriterien K1-K3 insbesondere wie folgt definiert:

• K1: P_M - M(t) < T₁ mit t ∈ Δt₁
• K2: P_M - M(t) < T₂ mit t ∈ Δt₂ und
• K3: P_M - M(t) < T₃ mit t ∈ Δt₃.

Die Prüfzeiträume Δt₁-Δt₃ sind hierbei jeweils relativ zum Beginn des aktuellen Mittelungszeitraums Z festgelegt, wobei die Prüfzeiträume Δt₂ und Δt₃ des zweiten bzw. dritten Kriteriums K2 bzw. K3 später beginnen als der Prüfzeitraum Δt₁ des ersten Kriteriums K1 (t₃ ≥ t₂ > t₁). In bevorzugter Ausführung des Regelverfahrens ist der Beginn des Prüfzeitraums Δt₁ des ersten Kriteriums K1 fest auf den Ablauf der ersten Minute nach Beginn des Mittelungszeitraumes Z gelegt (t₁ → t' = 1). Der jeweilige Beginn der Prüfzeiträume Δt₂ und Δt₃ des zweiten bzw. dritten Kriteriums K2 bzw. K3 wird bevorzugt in Abhängigkeit des Leistungsmittelwerts M zum Beginn des ersten Prüfzeitraums Δt₃ (d.h. zum Zeitpunkt t₁ ) variiert.
Konkret wird in dem Beispiel gemäß 3 der jeweilige Beginn der Prüfzeiträume Δt₂ und Δt₃

• in kritischen Fällen, wenn das erste Kriterium K1 erfüllt wird, auf den Ablauf der zweiten und fünften Minute nach Beginn des Mittelungszeitraumes Z gelegt (t₂ → t' = 2 und t₃ → t' = 5 für P_M - M(t₁) < T₁), und
• in unkritischen Fällen, wenn das erste Kriterium K1 nicht erfüllt wird, auf den Ablauf der dritten und achten Minute nach Beginn des Mittelungszeitraumes Z gelegt (t₂ → t' = 3 und t₃ → t' = 8 für P_M - M(t₁) ≥ T₁).

In bevorzugter Ausgestaltung des Regelverfahrens wird der jeweilige Beginn der Prüfzeiträume Δt₂ und Δt₃ auch dann auf den Ablauf der zweiten und fünften Minute nach Beginn des Mittelungszeitraumes Z gelegt, wenn sich ein in der Steuereinheit 16 zeitabhängig hinterlegter (und nachfolgend näher beschriebener) Prognosewert P_prog des Leistungsmittelwerts M um mehr als den vorgegebenen Toleranzschwellwert T₁ an den Vorgabewert P_M annähert (t₂ → t' = 2 und t₃ → t' = 5 für P_prog(t₁) - M(t₁) < T₁).
Die Prüfzeiträume Δt₁-Δt₃ enden mit dem laufenden Mittelungszeitraum Z.
Die Toleranzschwellwerte T₁ und T₂ des ersten und zweiten Kriteriums K1,K2 sind beispielhaft auf den gleichen Wert von 12% des Vorgabewerts festgelegt (T₁ = T₂ = 12% · P_M). Der Toleranzschwellwert T₃ des dritten Kriteriums K3 ist demgegenüber auf einen verringerten Betrag von beispielsweise 5% des Vorgabewerts P_M festgesetzt (T₃ = 5% · P_M).
3 zeigt exemplarisch den zeitlichen Verlauf, den die momentane Netzleistungsaufnahme P_N und deren Mittelwert M typischerweise unter dem Einfluss des vorstehend beschriebenen Regelverfahrens nehmen. In dem dargestellten Beispiel überschreiten in der ersten Minute des Mittelungszeitraums Z (d.h. für t' = 0) die momentane Netzleistungsaufnahme P_N und deren Mittelwert M den Vorgabewert P_M . Die Steuereinrichtung 15 befindet sich in diesem Beispiel noch in der Regelstufe 0.
Zum Beginn des ersten Prüfzeitraums Δt₁, also zum Zeitpunkt t₁ (t' = 1), stellt die Regeleinheit 16 fest, dass die Differenz des Leistungsmittelwerts M zu dem Vorgabewert P_M den Toleranzschwellwert T₁ unterschreitet, und dass das erste Kriterium K1 erfüllt ist. Die Steuereinheit 16 schaltet daher von der Regelstufe 0 in die Regelstufe 1. Sie veranlasst also die Abschaltung der Lasten 4, wodurch die Netzleistungsaufnahme P_N sowie zeitverzögert deren Mittelwert M bereits erkennbar abnehmen. Weiterhin setzt die Steuereinheit 16 den jeweiligen Beginn der Prüfzeiträume Δt₂ und Δt₃ auf den Ablauf der zweiten und fünften Minute nach Beginn des Mittelungszeitraumes Z fest (t₂ → t' = 2 und t₃ → t' = 5).
Zum Beginn des zweiten Prüfzeitraums Δt₁, also zum Zeitpunkt t₂ (t' = 2) stellt die Steuereinheit 16 fest, dass die Differenz des Leistungsmittelwerts M zu dem Vorgabewert P_M den Toleranzschwellwert T₂ unterschreitet, und dass somit auch das zweite Kriterium K2 erfüllt ist. Entsprechend schaltet die Steuereinheit 16 von der Regelstufe 1 in die Regelstufe 2 und schaltet nun auch unter Beachtung der jeweils zugeordneten Bedingungen die Lasten 3 ab. Weiterhin veranlasst die Regeleinheit 16 die Aufsteuerung des KWK 11 auf Nenndauerleistung sowie das Entladen des elektrischen Speichers 12 mit Nennentladeleistung. Die Netzleistungsaufnahme P_N sinkt infolge dieser Maßnahmen noch weiter ab, wobei der Leistungsmittelwert M dieser Entwicklung wiederum zeitverzögert folgt.
Zum Beginn des dritten Prüfzeitraums Δt₁, also zum Zeitpunkt t₃ (t₃ → t' = 5) stellt die Steuereinheit 16 fest, dass die Differenz des Leistungsmittelwerts M zu dem Vorgabewert P_M den Toleranzschwellwert T₃ übersteigt, so dass das dritte Kriterium K3 nicht erfüllt ist. Die Regeleinheit 16 veranlasst daher keine weiteren Maßnahmen zur Reduzierung der Netzleistungsaufnahme P_N und schaltet insbesondere nicht in die Regelstufe 3.
Die Regelstufe 2 wird über das Ende des Mittelungszeitraums Z hinaus beibehalten, auch wenn der Leistungsmittelwert M in dem Beispiel gemäß 3 innerhalb des Prüfzeitraums Δt₂ unter die Schwelle P_M - T₂ absinkt, so dass das erste und zweite Kriterium K1,K2 nicht länger erfüllt sind. Die abgeschalteten Lasten 3 und 4 werden also innerhalb des laufenden Mittelungszeitraums Z nicht wieder angeschaltet. Ebenso wird das KWK 11 weiterhin auf Nennleistung betrieben. Abweichend davon wird vorzugsweise unmittelbar die Entladung des elektrischen Speichers 12 mit der Nennentladeleistung oder Spitzenentladeleistung gestoppt, sobald das zweite bzw. dritte Kriterium K2, K3 nicht mehr erfüllt ist.
Das vorstehend beschriebene Regelverfahren hat gemäß 3 die erwünschte Folge, dass zum Ende des Mittelungszeitraums Z der Leistungsmittelwert M den Vorgabewert P_M unterschreitet.
Simulationsverfahren zur Bestimmung des Vorgabewerts P_M :
In einem nachfolgend beschriebenen Simulationsverfahren wird eine zeitaufgelöste Prognoseleistung P_prog für den Leistungsmittelwert M ermittelt, die sich aus dem ungeregelten Leistungsbedarf der Anlage 1 ergibt. Auf Basis dieser Prognoseleistung P_prog wird dann der Vorgabewert P_M für die zukünftige Laufzeit der Anlage 1 neu bestimmt.
Das Simulationsverfahren wird vor der Inbetriebnahme der Anlage 1 sowie im Zuge von Änderungen an der Anlage 1 durchgeführt. Vorzugsweise wird es zudem auch unabhängig von Änderungen der Anlagenstruktur in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise einmal pro Jahr, durchgeführt. Das Simulationsverfahren wird insbesondere vollautomatisch oder teilautomatisiert in Interaktion mit einem Anlagenbenutzer durch die zentrale Steuereinheit 16 durchgeführt. Alternativ wird das Simulationsverfahren auf einem von der Steuereinheit 16 getrennten Simulationsrechner durchgeführt.
Vorzugsweise wird für jedes der 35.040 Viertelstunden-Intervalle eines Betriebsjahres der Anlage 1 jeweils ein Wert der Prognoseleistung P_prog berechnet. Dabei werden, soweit vorhanden, historische Daten P_hist des Leistungsmittelwerts M der Anlage 1 berücksichtigt sowie Änderungsbeiträge ΔP_i, die sich durch Änderungen der Anlage 1 (z.B. durch neu hinzugekommene oder weggefallene Lasten 2-4 oder Leistungsquellen 5,6) ergeben: $P_{p r o g} (ϑ) = P_{h i s t} (ϑ) + \sum_{i} Δ P_{i} (ϑ) mit i = 1,2, \dots$
Die Größe ϑ steht hierbei für die in der Simulation berücksichtigte Zeitvariable, also beispielsweise jeweils für einen 15-Minuten-Zeitraum oder einen 1 -Minuten-Zeitraum während des Simulationszeitraums. Die Änderungsbeiträge ΔP_i(ϑ) enthalten ein für jede Änderung individuell zeitaufgelöst vorgegebenes Leistungsprofil. Der Verlauf der historischen Leistungsdaten P_hist(ϑ) wird falls nötig gegenüber den ursprünglichen Erfassungszeitpunkten um einen Tag oder mehrere Tage verschoben, um die Verschiebung des Wochenzyklus zwischen dem Erfassungsjahr und dem Simulationszeitraum zu berücksichtigen. Die historischen Leistungsdaten P_hist(ϑ) werden also derart verschoben, dass Werte, die während eines Wochenendes aufgenommen wurden, stets auch auf Wochenenden des Simulationsjahres abgebildet werden.
Bei neu hinzugekommenen (Must-Run-)Lasten 2 der Anlage 1 ergibt sich der zugehörige Änderungsbeitrag ΔP_i(ϑ) beispielsweise als positiver Wert aus der Nennleistung P_nenn der jeweiligen Last 2, aus sonstigen Herstellerangaben und aus einem prognostizierten Betriebszyklus, insbesondere aus vorgegebenen An- und Ausschaltzeiten, sonn- und feiertagsbedingten Stillstandszeiten, etc.
Bei neu hinzugekommenen flexiblen Lasten 3 und 4 wird der zugehörige Änderungsbeitrag ΔP_i(ϑ) optional in gleicher Weise berechnet. Alternativ hierzu werden solche Lasten 3 und 4, insbesondere wenn sich keine regelmäßige An- und Ausschaltzeiten prognostizieren lassen oder wenn die jeweilige Last 3,4 für sich gesehen nur einen vernachlässigbaren Leistungsanteil bezieht, bei der Berechnung der Prognoseleistung P_prog aus Vereinfachungsgründen vernachlässigt.
Für weggefallene Lasten 2-4 der Anlage 1 werden die zugehörigen Änderungsbeiträge ΔP_i in analoger Weise berechnet. Allerdings ergeben sich die Änderungsbeiträge ΔP_i in diesem Fall als negativer Werte.
Bei neu hinzugekommenen Leistungsquellen 5,6 der Anlage 1 wird der zugehörige Änderungsbeitrag ΔP_i durch jeweils separate Simulation bestimmt, die die Nennleistung der jeweiligen Leistungsquelle 5,6 sowie

• im Fall eines KWK den prognostizieren Wärmebedarf des Betriebs,
• im Fall einer Photovoltaikanlage die anhand von historischen Daten ermittelte durchschnittliche zeitaufgelöste Sonneneinstrahlung für den geographischen Standort des Betriebs, und
• im Fall einer Windkraftanlage die anhand von historischen Daten ermittelte durchschnittliche Windstärke für den geographischen Standort des Betriebs

4 zeigt exemplarisch den berechneten Jahreslastgang der Anlage 1, also die berechnete Prognoseleistung P_prog in einer nach absteigenden Werten geordneten Darstellung. Aus dieser Darstellung ist erkennbar, dass Leistungsspitzen in dem prognostizierten Lastgang der Anlage 1 nur selten auftreten, während Intervalle mit mäßigem bis geringem Leistungsbedarf während der Laufzeit der Anlage 1 dominieren.
Der angestrebte Vorgabewert P_M des Leistungsmittelwerts M wird vorzugsweise ermittelt, indem für jeden Simulationszeitpunkt ϑ die durch das vorstehend beschriebene Regelverfahren erzielbare Leistungseinsparung E simuliert wird. Die Differenz der Leistungseinsparung E von der Prognoseleistung P_prog ergibt eine reduzierte Prognoseleistung P_red: $P_{r e d} (ϑ) = P_{p r o g} (ϑ) - E (ϑ)$
Der Simulationszeitraum wird hierzu bevorzugt in Intervalle von jeweils einer Minute aufgeteilt, so dass jeder Simulationszeitpunkt ϑ einem Minutenintervall entspricht. Wenn die Prognoseleistung P_prog, wie vorstehend erläutert, auf einer grobkörnigeren Zeitskala (beispielsweise von 15-Minuten-Intervallen) definiert ist, wird sie jeweils für eine entsprechende Anzahl der enger gestaffelten Simulationszeitpunkte ϑ konstant gehalten.
In der Simulation werden nach dem vorstehend beschriebenen Regelverfahren die in dem dortigen Zusammenhang erläuterten Kriterien K1 bis K3 geprüft, wobei allerdings anstelle des Leistungsmittelwerts M die Prognoseleistung P_prog mit dem Vorgabewert P_M vergleichen wird:

• K1 → P_M - P_prog(ϑ) < T₁ mit ϑ ∈ Δϑ₁
• K2 → P_M - P_prog(ϑ) < T₂ mit ϑ∈Δϑ₂ und
• K3 → P_M - P_prog(ϑ) < T₃ mit ϑ ∈ Δϑ₃

Die Prüfzeiträume Δϑ₁ bis Δϑ₃ sind hierbei entsprechend zu den Prüfzeiträumen Δt₁ bis Δt₃ relativ zu 15-Minuten-Intervallen des Simulationszeitraums gewählt.
Nach Maßgabe der Erfüllung oder Nicht-Erfüllung dieser drei Kriterien K1-K3 wird die Prognoseleistung P_prog gemäß den vorstehend beschriebenen Regelstufen 0 bis 3 erniedrigt:

• In der Regelstufe 0, d.h. wenn und solange keines der Kriterien K1 bis K3 erfüllt ist, wird die Prognoseleistung P_prog nicht reduziert. Sofern der während des Simulationszeitraums fortlaufend simulierte Speicherzustand des Speichers 12 seinen maximalen Ladezustand unterschreitet, wird der Speicherzustand erhöht, was die Prognoseleistung P_prog gegebenenfalls um einen Leistungsbeitrag p_S(ϑ) erhöht: $E (ϑ) = - p_{S} (ϑ)$
Der Speicher 12 wirkt somit in Zeiten der Anlage 1 mit geringem Leistungsbedarf - in der Simulation wie auch bei der realen Anlage 1 - zeitweise als Last. Der Leistungsbeitrag p_S(ϑ) entspricht dabei der Nennladeleistung des Speichers 12, solange der maximale Ladezustand noch nicht erreicht ist, und nimmt ansonsten den Wert Null an.
• In der Regelstufe 1, d.h. bei Erfüllung des Kriteriums K1, wird die Prognoseleistung P_prog um die Leistungsbeiträge p_i der unbedingt abschaltbaren Lasten 4 verringert: $E (ϑ) = \sum_{i} v_{i} (ϑ) \cdot p_{i},$
Die Zählvariable i läuft hier über die unbedingt abschaltbaren Lasten 4. Die Leistungsparameter p_i entsprechen der Nennleistung der jeweiligen Last und sind konstant festgesetzt. Die Größen v_i(ϑ) bezeichnen jeweils einen zeitabhängigen Verfügbarkeitsparameter, der für jede Last 4 zu jedem Simulationszeitpunkt ϑ als binäre Zufallszahl (v_i = 0,1) bestimmt wird, so dass die jeweilige Last 4 mit einer (Verfügbarkeits-) Wahrscheinlichkeit W_i zu dem jeweiligen Simulationszeitpunkt ϑ zu der Reduzierung der Prognoseleistung P_prog beiträgt. Die Verfügbarkeitsparameter v_i sind somit derart gewählt, dass sie die Bedingung. $W_{i} = \frac{1}{N_{ϑ}} \cdot \sum_{ϑ} v_{i} (ϑ)$
erfüllen, wobei die Normierungsgröße N_ϑ der Anzahl der Simulationszeitpunkte ϑ entspricht. Beispielsweise entspricht N_ϑ der Anzahl der Minuten in einem Jahr (N_ϑ = 535.600) bei einer Zeitauflösung der Simulation von einer Minute und einem Simulationszeitraum von einem Jahr. Die Verfügbarkeitswahrscheinlichkeiten W_i sind wiederum so gewählt, dass sie die durchschnittliche Anschaltdauer der jeweiligen Last 4 wiedergeben. Ist eine der Lasten 4 beispielsweise durchschnittlich für 3 Stunden pro Tag (d.h. ein Achtel der Tagesdauer) angeschaltet, so ergibt sich die zugehörige Verfügbarkeitswahrscheinlichkeit W_i bei vernachlässigbaren Ausfallzeiten zu W_i = 0,125. Optional werden zusätzlich vorgegebene Abschaltzeitkonstanten der jeweiligen Last 4 berücksichtigt. In diesem Fall werden die Leistungsbeiträge der Lasten 4 jeweils erst entsprechend zeitverzögert nach der erstmaligen Erfüllung des ersten Kriteriums K1 bei der Berechnung der Leistungseinsparung (3) berücksichtigt.
• In der Regelstufe 2, d.h. bei Erfüllung des Kriteriums K2, wird die Prognoseleistung P_prog zusätzlich um Leistungsbeiträge p_j der bedingt abschaltbaren Lasten 3 verringert. Zusätzlich wird die Prognoseleistung P_prog um Leistungsbeiträge p_KWK(ϑ) und p_S(ϑ) des KWK 11 und des Speichers 12 verringert: $E (ϑ) \sum_{i} v_{i} \cdot p_{i} + \sum_{j} v_{j} \cdot p_{j} + v_{K W K} \cdot p_{K W K} (ϑ) - v_{S} \cdot p_{S} (ϑ)$
Die Zählvariable j läuft hierbei über die bedingt abschaltbaren Lasten 3. Die Verfügbarkeitsparameter v_j werden analog zu Gig. 6 derart als Zufallsvariable gewählt, dass jede Last 3 mit einer ihrer jeweils durchschnittlichen Anschaltdauer entsprechenden Verfügbarkeitswahrscheinlichkeit W_j der simulierten Regelung zur Verfügung steht. Der Leistungsbeitrag p_KWK(ϑ) des KWK 11 errechnet sich aus der Differenz der simulierten oder aus historischen Daten bezogenen aktuellen Leistung des KWK 11 zu seiner Nennleistung. Der Leistungsbeitrag p_S(ϑ) des Speichers 12 entspricht in der Regelstufe 2 regelmäßig der Nennentladeleistung des Speichers 12, wird aber auf den Wert Null gesetzt, wenn der simulierte Ladezustand des Speichers 12 eine Untergrenze unterschreitet. Die Verfügbarkeitsparameter v_KWK und v_S werden wiederum analog zu Gig. 6 als Zufallszahlen mit einer zugrundeliegenden Verfügbarkeitswahrscheinlichkeit gewählt, die anhand von durchschnittlichen Wartungs- und Störungszeiten bestimmt wird.
• In der Regelstufe 3, d.h. bei Erfüllung des Kriteriums K3, wird die Prognoseleistung P_prog ebenso nach Gig. 7 verringert. Im Unterschied zu der Regelstufe 2 wird der Leistungsbeitrag p_S(ϑ) des Speichers 12 hier aber auf die Spitzenentladeleistung des Speichers 12 gesetzt, solange der simulierte Ladezustand des Speichers 12 die Untergrenze nicht unterschreitet. Andernfalls wird auch in der Regelstufe 3 der Leistungsbeitrag p_S(ϑ) auf den Wert Null gesetzt.

Ein exemplarischer Jahreslastgang der aus der Simulation des Regelverfahrens resultierenden reduzierten Prognoseleistung Pred ist in 4 eingetragen. Der Darstellung ist zu entnehmen, dass durch das simulierte Regelverfahren die Spitzenwerte der ungeregelten Prognoseleistung P_prog deutlich reduziert werden.
Der für die Regelung als Eingangsgröße benötigte Vorgabewert P_M wird für die Simulation vorgegeben und - unter mehrfacher Durchführung der Simulation und entsprechend jeweils erneuter Berechnung der Leistungseinsparung E und der reduzierten Prognoseleistung Pred - iterativ erniedrigt.
Das Abbruchkriterium für die Iteration ist dann gegeben, wenn die simulierte Regelung die Spitzenwerte der Prognoseleistung P_prog gerade noch auf den Vorgabewert P_M reduzieren kann: $P_{M} = max {P_{r e d} (ϑ)}$
Der so ermittelte Vorgabewert P_M wird für das vorstehend beschriebene Regelverfahren während der zukünftigen Laufzeit der Anlage 1 neu festgesetzt.
Die Erfindung wird an dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel besonders deutlich. Sie ist gleichwohl auf dieses Ausführungsbeispiel aber nicht beschränkt. Vielmehr lassen sich zahlreiche weitere Ausführungsformen der Erfindung aus den Ansprüchen und der vorstehenden Beschreibung ableiten.
Bezugszeichenliste

1: Anlage
2: Last
3: Last
4: Last
5: Leistungsquelle
6: Leistungsquelle
7: Netzanschluss
8: (öffentliches) Stromversorgungsnetz
9: Summenzähler
10: (anlageninternes) Stromnetz
11: KWK
12: (elektrischer) Speicher
13: (thermischer) Pufferspeicher
14: Notkühler
15: Steuereinrichtung
16: (zentrale) Steuereinheit
17: (Last-)Steuereinheit
18: Steuereinheit (des KWK)
19: Steuereinheit (des elektrischen Speichers)
20: Steuerleitung
21: Stromzähler
22: Stromzähler
23: Signalleitung
Δt₁-Δt₃: Prüfzeitraum
t: Zeit
t': (relative) Zeitvariable
t₁-t₃: Zeitpunkt
E: Leistungseinsparung
K1: Kriterium
K2: Kriterium
K3: Kriterium
M: Leistungsmittelwert
P_prog: (ungeregelte) Prognoseleistung
Pred: (reduzierte) Prognoseleistung
P_M: Vorgabewert
P_N: Netzleistungsaufnahme
T₁-T₃: Toleranzschwellwert
W: Wärme
Z: Mittelungszeitraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0913905 A2 [0008]
US 2014/0266054 A1 [0009]
US 2015/0153394 A1 [0010]
US 2015/0261239 A1 [0011]
US 2016/0329707 A1 [0011]
WO 2016/106373 A1 [0011]

Claims

Verfahren zur Regelung der elektrischen Netzleistungsaufnahme (P_N,M) einer technischen Anlage (1) eines industriellen oder gewerblichen Betriebs, die eine Mehrzahl von elektrischen Lasten (2-4), mindestens eine elektrische Leistungsquelle (5,6) und einen Netzanschluss (7) an ein öffentliches elektrisches Stromversorgungsnetz (8) aufweist, wobei die Lasten (2-4) und Leistungsquellen (5,6) gegliedert sind in - eine erste Kategorie von Lasten (2) und/oder Leistungsquellen (5), deren elektrische Leistung nicht zur Regelung der Netzleistungsaufnahme (P_N,M) variierbar ist, sowie - eine zweite Kategorie von Lasten (3,4) und/oder Leistungsquellen (6), deren elektrische Leistung zur Regelung der Netzleistungsaufnahme (P_N,M) variierbar ist, wobei während der Laufzeit der Anlage (1) die Netzleistungsaufnahme (P_N,M) erfasst und mit einem Vorgabewert (P_M) der maximalen Netzleistungsaufnahme (P_N,M) verglichen wird, wobei das Vergleichsergebnis auf Erfüllung von mindestens zwei Kriterien (K1-K3) für eine drohende Überschreitung des Vorgabewerts (P_M) durch die Netzleistungsaufnahme (P_N,M) geprüft wird, von denen ein zweites Kriterium (K2) die drohende Überschreitung des Vorgabewerts (P_M) mit höherer Wahrscheinlichkeit anzeigt als ein erstes Kriterium (K1), und wobei die Lasten (3,4) und/oder Leistungsquellen (6) der zweiten Kategorie nach Maßgabe der mindestens zwei Kriterien (K1-K3) differenziert zur Reduzierung der Netzleistungsaufnahme (P_N,M) angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Mittelwert (M) der Netzleistungsaufnahme (P_N) innerhalb eines vorgegebenen Mittelungszeitraums (Z) bestimmt und mit dem Vorgabewert (P_M) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei Kriterien (K1-K3) jeweils erfüllt sind, wenn sich die Netzleistungsaufnahme (P_N,M) zu einem jeweils vorgegebenen Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum (Δt₁-Δt₃) um weniger als einen jeweils vorgegebenen Toleranzschwellwert (T₁-T₃) an den Vorgabewert (P_M) annähert, - wobei der Toleranzschwellwert (T₁) des ersten Kriteriums (K1) größer gewählt ist als der Toleranzschwellwert (T₂) des zweiten Kriteriums (K2) und/oder - wobei der Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum (Δt₁) des ersten Kriteriums (K1) früher gewählt ist als der Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum (Δt₂) des zweiten Kriteriums (K2).
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum (Δt₂) des zweiten Kriteriums (K2) in Abhängigkeit der Netzleistungsaufnahme (P_N,M) variiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei festgestellter Erfüllung des zweiten Kriteriums (K2) eine größere Gruppe von Lasten (3,4) und/oder Leistungsquellen (6) der zweiten Kategorie angesteuert werden als bei festgestellter Erfüllung des ersten Kriteriums (K1) .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens eine Last (3,4) oder Leistungsquelle (6) der zweiten Kategorie derart angesteuert wird, dass sie bei festgestellter Erfüllung des zweiten Kriteriums (K2) einen höheren Beitrag zur Reduzierung der Netzleistungsaufnahme (P_N,M) liefert als bei festgestellter Erfüllung des ersten Kriteriums (K1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mindestens zwei Kriterien (K1-K3) zusätzlich ein drittes Kriterium (K3) umfassen, dass drohende Überschreitung des Vorgabewerts (P_M) mit höherer Wahrscheinlichkeit anzeigt als das zweite Kriterium (K2).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das dritte Kriterium (K3) erfüllt ist, wenn sich die Netzleistungsaufnahme (P_N,M) zu einem vorgegebenen Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum (Δt₃) um weniger als einen vorgegebenen Toleranzschwellwert (T₃) an den Vorgabewert (P_M) annähert, wobei der Toleranzschwellwert (T₂) des zweiten Kriteriums (K2) größer gewählt ist als der Toleranzschwellwert (T₃) des dritten Kriteriums (K3) und/oder wobei der Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum (Δt₂) des zweiten Kriteriums (K2) früher gewählt ist als der Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum (Δt₃) des dritten Kriteriums (K3).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Prüfzeitpunkt oder Prüfzeitraum (Δt₃) des dritten Kriteriums (K3) in Abhängigkeit von der Netzleistungsaufnahme (P_N,M) variiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, - wobei bei Erfüllung des ersten Kriteriums (K1) nur Lasten (4) der zweiten Kategorie abgeschaltet oder gedrosselt werden, deren Abschaltung oder Drosselung an keine Bedingung geknüpft ist, - wobei bei Erfüllung des zweiten Kriteriums (K2) zusätzlich Lasten (3) der zweiten Kategorie abgeschaltet oder gedrosselt werden, deren Abschaltung oder Drosselung an mindestens eine vorgegebene Bedingung geknüpft ist, sofern für die jeweilige Last (3) die oder jede zugeordnete Bedingung erfüllt ist, und/oder wobei mindestens eine verfügbare Leistungsquelle (6) der zweiten Kategorie auf Nenndauerleistung hochgefahren wird, und - wobei bei Erfüllung des dritten Kriteriums (K3) zusätzlich mindestens eine verfügbare Leistungsquelle (6) der zweiten Kategorie (K2) auf Spitzenleistung hochgefahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Anlage (1) als Leistungsquelle (6) eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage (11) umfasst, deren Leistung nach Maßgabe des Wärmebedarfs des Betriebs gesteuert wird, solange das zweite Kriterium (K2) nicht erfüllt ist, und deren Leistung demgegenüber erhöht wird, wenn das zweite Kriterium (K2) erfüllt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Anlage (1) als Leistungsquelle (6) einen elektrischen Speicher (12) umfasst, der mit Nennentladeleistung entladen wird, wenn das zweite Kriterium (K2) erfüllt ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 12, wobei der elektrische Speicher (12) mit Spitzenentladeleistung entladen wird, wenn das dritte Kriterium (K3) erfüllt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Vorgabewert (P_M) durch Simulation der Nutzung der Anlage (1) während eines Simulationszeitraums bestimmt wird, wobei in der Simulation ein Leistungsanteil mindestens einer Last (2-4) oder Leistungsquelle (5,6) mit einer Verfügbarkeitswahrscheinlichkeit berücksichtigt wird.
Technische Anlage (1) mit einer Mehrzahl von elektrischen Lasten (2-4), mindestens einer elektrischen Leistungsquelle (5,6) und einem Netzanschluss (7) an ein öffentliches elektrisches Stromversorgungsnetz (8) sowie mit einer Steuereinrichtung (15) zur Regelung der elektrischen Netzleistungsaufnahme (P_N,M) der Anlage (1), wobei die Steuereinrichtung (15) zur automatischen Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 eingerichtet ist.