DE102019201463A1 - Energiesystem, lokaler Energiemarkt und Verfahren zum Betrieb eines Energiesystems - Google Patents

Energiesystem, lokaler Energiemarkt und Verfahren zum Betrieb eines Energiesystems Download PDF

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Abstract

Es wird ein Energiesystem (1) vorgeschlagen, welches wenigstens eine zentrale Steuereinheit (2) und wenigstens ein Energiesubsystem (4) umfasst, wobei das Energiesubsystem (4) einen Energiespeicher (40) mit einer Gesamtspeicherkapazität umfasst, und die Steuereinheit (2) wenigstens zur Steuerung des Energiespeichers (40) basierend auf einer Optimierung ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist die Gesamtspeicherkapazität des Energiespeichers (40) durch die Steuereinheit (2) für die Optimierung in eine erste Teilspeicherkapazität (41) und eine zweite Teilspeicherkapazität (42) unterteilbar, wobei die erste Teilspeicherkapazität (41) für eine bezüglich des Energiesubsystems (4) interne Verwendung und die zweite Teilspeicherkapazität (42) für eine bezüglich des Energiesubsystems (4) externe Verwendung vorgesehen ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen lokalen Energiemarkt (10) sowie ein Verfahren um Betrieb eines Energiesystems (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Energiesystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen lokalen Energiemarkt gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 10 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Energiesystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 13.
  • Lokale Energiesysteme, die durch ihre Energiesubsysteme lokal elektrische Energie bereitstellen und/oder verbrauchen, gewinnen zukünftig aufgrund der Liberalisierung des Energiemarktes immer mehr an Bedeutung. Beispiele für lokale Energiesysteme sind ein Versorgungsgebiet eines Verteilernetzbetreibers, ein Stadtviertel und/oder eine Gemeinde. Lokale Energiesysteme erzeugen die elektrische Energie nicht - wie es bisher bekannt ist - zentral durch Kraftwerke, sondern dezentral mittels Komponenten kleinerer Energiesubsysteme, beispielsweise Blockheizkraftwerke und/oder private Photovoltaikanlagen. Der Verbrauch der lokal bereitgestellten Energie erfolgt ebenso lokal durch die Energiesubsysteme des Energiesystems. Ein lokales Energiesystem weist somit typischerweise Erzeuger, Verbraucher und Prosumenten (englisch: Prosumer) auf, die im Energieaustausch stehen und die ausgetauschte elektrische Energie selbst erzeugen und/oder selbst verbrauchen. Kann mittels eines solchen lokalen Energiesystems weiterhin elektrische Energie zwischen den Energiesubsystemen gehandelt werden, so bilden diese einen lokalen Energiemarkt aus.
  • Bekannte Energiesysteme können weiterhin einen Energiespeicher, insbesondere einen Batteriespeicher, aufweisen. Beispielsweise umfassen viele private Wohngebäude (Energiesubsystem) eine Photovoltaikanlage mit einem zugehörigen Batteriespeicher. Hierbei soll der Batteriespeicher typischerweise bezüglich der eigenen, das heißt bezüglich des Energiesubsystems internen Verwendung, möglichst optimal genutzt werden. Allerdings wäre es ebenfalls vorteilhaft, wenn der Batteriespeicher durch weitere Energiesubsysteme des Energiesystems, das heißt durch bezüglich des den Batteriespeicher umfassenden Energiesubsystems externe Energiesubsysteme, verwendbar ist. Dadurch könnte die mittels einer Photovoltaikanlage eines Energiesubsystems erzeugte elektrische Energie mittels eines Batteriespeichers eines weiteren Energiesubsystems des Energiesystems zwischengespeichert werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine interne und externe Verwendung eines Energiespeichers innerhalb eines Energiesystems zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird durch ein Energiesystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1, durch einen lokalen Energiemarkt mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 10 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 13 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Energiesystem umfasst wenigstens eine zentrale Steuereinheit und wenigstens ein Energiesubsystem, wobei das Energiesubsystem einen Energiespeicher, insbesondere einen Batteriespeicher, mit einer Gesamtspeicherkapazität umfasst, und die Steuereinheit wenigstens zur Steuerung des Energiespeichers basierend auf einer Optimierung ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist die Gesamtspeicherkapazität des Energiespeichers durch die Steuereinheit für die Optimierung in eine erste Teilkapazität und eine zweite Teilkapazität unterteilbar, wobei die erste Teilkapazität für eine bezüglich des Energiesubsystems interne Verwendung und die zweite Teilkapazität für eine bezüglich des Energiesubsystems externe Verwendung vorgesehen ist.
  • Mit anderen Worten ist die erste Teilkapazität für eine bezüglich des Energiesubsystems interne Verwendung und die zweite Teilkapazität für eine bezüglich des Energiesubsystems externe Verwendung ausgebildet und/oder verwendbar.
  • Der Begriff der Steuerung umfasst vorliegend ebenfalls eine Regelung. Dadurch kann die Steuereinheit ebenfalls eine Regeleinheit sein.
  • Der Energiespeicher ist insbesondere ein elektrochemischer Energiespeicher, beispielsweise ein Batteriespeicher und/oder eine (Redox-)Flussbatterie, ein thermischer Speicher (Wärmespeicher), ein thermomechanischer und/oder mechanischer Speicher, beispielsweise ein Schwungrad, und/oder ein sonstiger Speicher, der eine Speicherung und Ausspeicherung von Energie ermöglicht.
  • Eine Verwendung des Energiespeichers beziehungsweise seiner Teilkapazitäten im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jegliche Nutzung des Energiespeichers, beispielsweise zur Speicherung von Energie, zur Zwischenspeicherung von Energie, zur Ausspeicherung von Energie und/oder zur sonstigen Nutzung, beispielsweise als Notstromreserve. Lediglich die interne und externe Verwendung der mittels des Energiespeicher gespeicherten Energie wird erfindungsgemäß unterschieden, wobei die relativen Begriffe intern und extern sich auf das den Energiespeicher umfassende Energiesubsystem beziehen.
  • Eine Optimierung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine mathematische Optimierung basierend auf einer Zielfunktion. Hierbei wird die Zielfunktion minimiert oder maximiert. Mit anderen Worten werden die Werte der Variablen der Zielfunktion derart bestimmt, dass die Zielfunktion minimiert oder maximiert wird. In diesem Sinne bedeutet optimal, dass die Zielfunktion minimiert oder maximiert ist. Typischerweise erfolgt die Optimierung der Zielfunktion unter einer Mehrzahl von Nebenbedingungen, die Variablen und/oder Parameter der Zielfunktion erfüllen müssen. Die Optimierung, das heißt das Auffinden der optimalen Zielfunktion und somit der optimalen Werte der Variablen der Zielfunktion ist für äußerst komplexe Systeme, beispielsweise wie vorliegend Energiesysteme, typischerweise nur computergestützt möglich. Hierbei wird mittels der Optimierung der Betrieb des Energiesystems optimiert, beispielsweise im Hinblick auf eine möglichst hohe energetische Effizienz des Energiesystems, eine möglichst geringe Kohlenstoffdioxidemission und/oder auf möglichst geringe Kosten/Betriebskosten. Mit anderen Worten wird typischerweise ein möglichst optimaler zukünftiger Betrieb des Energiesystems simuliert. Mittels dieser Simulation kann das Energiesystem zukünftig möglichst optimal betrieben werden. Die Simulation/Optimierung ist insbesondere deshalb erforderlich, da nicht unzählige Energiesysteme zum Auffinden eines möglichst optimalen Energiesystems installiert beziehungsweise gebaut werden können. Die für die Optimierung vorgesehenen Parameter, die beispielsweise die Zielfunktion parametrisieren beziehungsweise initialisieren, sind typischerweise physikalische Größen, die zu einem gegebenen Zeitpunkt oder aus historischen Daten mittels Messungen am vorliegenden Energiesystem erfasst wurden. Mit anderen Worten basiert die Parametrisierung und somit die Zielfunktion auf physikalisch erfassten Messdaten des Energiesystems. Dadurch wird sichergestellt, dass das Energiesystem physikalisch realistisch durch die Zielfunktion modelliert wird. Die computergestützte Optimierung stellt somit ein wichtiges technisches Werkzeug für den Fachmann bereit, um Energiesysteme möglichst effizient auszulegen und/oder zu betreiben.
  • Ein Energiesubsystem des Energiesystems ist eine Untereinheit des Energiesystems, die Energie bereitstellt und/oder verbraucht. Beispielsweise ist ein Einfamilienwohngebäude, welches eine Photovoltaikanlage und einen Batteriespeicher aufweist, ein solches Energiesubsystem.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Gesamtkapazität des Energiespeichers des Energiesubsystems in die erste Teilkapazität und die zweite Teilkapazität unterteilt. Hierbei erfolgt dies erfindungsgemäß für beziehungsweise bei der Optimierung. Mit anderen Worten erfolgt keine physikalische Aufteilung des Energiespeichers, sondern gemäß der vorliegenden Erfindung eine virtuelle Aufteilung bei der Optimierung, welche durch die Steuereinheit durchgeführt wird, beziehungsweise durch diese durchführbar ist. Hierbei ist die erste Teilkapazität für eine bezüglich des Energiesystemsubsystems interne Verwendung vorgesehen. Die zweite Teilkapazität ist für eine bezüglich des Energiesubsystems externen Verwendung, beispielsweise für eine Verwendung durch weitere Energiesubsysteme des Energiesystems, vorgesehen. Hierbei ist die Gesamtkapazität des Energiespeichers gleich der Summe der ersten und zweiten Teilkapazität. Vorteilhafterweise weiß die Optimierung somit sinnbildlich, welche beziehungsweise wieviel von der mittels des Energiespeichers gespeicherte Energie für eine interne oder externe Verwendung vorgesehen ist. Mit anderen Worten wird durch die erfindungsgemäße Aufteilung des Energiespeichers nachverfolgbar, welche Energiemenge für eine interne Verwendung und welche Energiemenge für eine externe Verwendung vorgesehen ist. Die Steuereinheit, die diese Aufteilung und diese Kennzeichnung der Energie ermöglicht, bildet hierbei bezüglich der Energiesubsysteme des Energiesystems eine zentrale Steuereinheit aus.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die virtuelle Aufteilung des Energiespeichers durch die Steuervorrichtung nicht a priori, ad hoc oder manuell erfolgt, sondern auf der Optimierung basierenden möglichst optimal berechnet beziehungsweise ermittelt wurde. Dadurch kann der Energiespeicher bezüglich seiner internen und/oder externen Verwendung möglichst optimal betrieben werden. Da die Aufteilung des Energiespeichers lediglich virtuell innerhalb der Optimierung erfolgt, weisen die Teilkapazitäten dieselben physikalischen Ladebedingungen und Entladebedingungen auf. Für die Verwendung der mittels der ersten Teilkapazität gespeicherten Energie können somit Gebühren und/oder Steuern anfallen und abgeführt werden. Für die zweite Teilkapazität kann eine Ladevergütung und/oder Entladevergütung vorgesehen sein.
  • Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Energiesystem bereit, welches einen optimalen Betrieb des Energiespeichers bezüglich des Eigenverbrauches der Energie und einer externen Verwendung durch weitere Energiesubsysteme ermöglicht. Mit anderen Worten wird vorteilhafterweise ein gemischter Betrieb (intern/extern) des Energiespeichers ermöglicht. Hierbei sind vorteilhafterweise keine baulichen Anpassungen des Energiespeichers erforderlich. Mit anderen Worten können bereits bestehende Energiespeicher gemäß der vorliegenden Erfindung ohne weiteren baulichen Aufwand integriert werden.
  • Vorteilhafterweise wird weiterhin durch den gemischten Betrieb des Energiespeichers eine Flexibilität des Energiesystems in Bezug auf die Erzeugung und den Verbrauch der Energie bereitgestellt. Dies führt insgesamt zu einer höheren Ressourceneffizienz, da beispielsweise der Energiespeicher eines Energiesubsystems durch ein weiteres Energiesubsystems des Energiesystems verwendbar ist. Insgesamt wird dadurch der Anteil erneuerbarer Energien im Energiesystem gefördert und erhöht. Weiterhin erfolgt dies möglichst effizient, das heißt, dass der Energiespeicher für die interne und externe Verwendung optimiert betrieben wird.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Nachweispflicht des Betreibers des Energiespeichers gemäß § 61k EEG ebenfalls gegeben ist.
  • Der erfindungsgemäße lokale Energiemarkt, ist dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Energiesystem mit mehreren Energiesubsystemen und ein die Energiesubsysteme elektrisch koppelndes Stromnetz zum Austausch von elektrischer Energie umfasst, wobei mittels des Stromnetzes elektrische Energie zwischen den Energiesubsystemen gemäß der Optimierung austauschbar ist, und durch die Optimierung an die Steuereinheit übermittelte Angebote und/oder Gebote der Energiesubsysteme bezüglich ihres Verbrauchs und/oder Bereitstellung an elektrischer Energie berücksichtigbar sind.
  • Mit anderen Worten können die Energiesubsysteme innerhalb des lokalen Energiemarktes Angebote zum Verkauf ihrer erzeugten elektrischen Energie oder Angebote zum Bezug von elektrischer Energie abgeben. Hierbei werden die Angebote bei der Optimierung durch die Steuereinheit berücksichtigt. Ebenfalls wird die Aufteilung des Energiespeichers in die erste und zweite Teilkapazität, das heißt in eine bezüglich eines der Energiesubsysteme interne und externe Verwendung berücksichtigt. Weitere Energieformen, beispielsweise Wärme und/oder Kälte, können ergänzend oder alternativ analog zur elektrischen Energie, beispielsweise mittels eines Wärmenetzes, Fernwärmenetzes und/oder Kältenetzes, vorgesehen sein.
  • Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen lokalen Energiesystem gleichartige und gleichwertige Vorteile des erfindungsgemäßen gemäßen lokalen Energiemarktes.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Energiesystems, wobei das Energiesystem wenigstens ein Energiesubsystem und eine zentrale Steuereinheit umfasst, und das Energiesubsystem einen Energiespeicher mit einer Gesamtspeicherkapazität aufweist, und die Steuereinheit den Energiespeicher basierend auf einer Optimierung steuert, ist gekennzeichnet dadurch, dass die Gesamtspeicherkapazität des Energiespeichers durch die Steuereinheit für die Optimierung in eine erste Teilkapazität und eine zweite Teilkapazität unterteilt wird, wobei die erste Teilkapazität für eine bezüglich des Energiesubsystems interne Verwendung und die zweite Teilkapazität für eine bezüglich des Energiesubsystems externe Verwendung verwendet wird.
  • Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen lokalen Energiesystem gleichartige und gleichwertige Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die erste und zweite Teilkapazität Variablen der Optimierung.
  • Mit anderen Worten werden die erste und zweite Teilkapazität dadurch bei der Optimierung berücksichtigt, dass diese Variablen der Zielfunktion ausbilden. Als Nebenbedingung der Optimierung kann herangezogen werden, dass die Summe der beiden Teilkapazitäten stets kleiner gleich der Gesamtkapazität, insbesondere gleich der Gesamtkapazität, des Energiespeichers ist. Vorteilhafterweise wird dadurch die (virtuelle) Aufteilung der Gesamtkapazität des Energiespeichers möglichst optimiert.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Steuereinheit dazu ausgebildet ein Laden und/oder ein Entladen des Energiespeichers basierend auf einer Lösung der Optimierung zu steuern.
  • Mit anderen Worten ist die Steuereinheit zum Betrieb des Energiespeichers gemäß der Lösung der Optimierung und gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Handelsergebnisse des lokalen Energiemarktes ausgebildet. Somit wird der Energiespeicher gemäß der Lösung der Optimierung durch die Steuereinheit vorteilhafterweise möglichst optimal betrieben. Dadurch wird vorteilhafterweise die Effizienz des Energiesystems weiter verbessert. Insbesondere wird sichergestellt, dass der Energiespeicher sowie die Energiesubsysteme gemäß der Lösung der Optimierung betrieben werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Energiesystem eine Datenschnittstelle zum Übertragen von Datencontainern zwischen dem Energiesubsystem und der Steuereinheit, wobei die Daten der übertragenen Datencontainer wenigstens teilweise bei der Optimierung durch die Steuereinheit berücksichtigbar sind.
  • Mit anderen Worten können Informationen in Form von Daten beziehungsweise Datencontainern mittels der Datenschnittstelle zwischen der Steuereinheit und den Energiesubsystemen bidirektionalen oder unidirektional ausgetauscht werden. Hierbei können die Daten wenigstens teilweise bei der Optimierung durch die Steuereinheit berücksichtigt werden. Beispielsweise werden Messdaten, die Parametern des Energiesystems entsprechen oder zugrunde liegen, durch die Energiesubsysteme an die Steuereinheit übertragen und bei der Optimierung berücksichtigt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Energiesystem eine Datenbank zum Speichern und/oder Lesen der mittels der Datenschnittstelle ausgetauschten Datencontainer.
  • Insbesondere können dadurch die übertragenen Daten durch die Steuereinheit gespeichert werden, sodass die Steuereinheit in Kenntnis des realen Betriebsverhaltens der jeweiligen Energiesubsysteme ist. Hieraus kann vorteilhafterweise bestimmt werden, ob der Energiespeicher gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben wurde.
  • Hierbei ist die Datenbank bevorzugt mit seiner Blockkette (englisch: Blockchain) ausgebildet.
  • Mit anderen Worten wird keine zentrale Datenbank, die beispielsweise innerhalb der Steuereinheit vorliegt, ausgebildet, sondern es wird eine dezentrale Datenbank mittels einer Blockkette ausgebildet. Dennoch kann die Steuereinheit die Blockkette wenigstens teilweise, insbesondere vollständig umfassen. Die Blockkette kann weiterhin auf die einzelnen Energiesubsysteme des Energiesystems dezentral verteilt sein. Alternativ oder ergänzend kann eine zentrale Datenbank, beispielsweise eines Netzbetreibers, vorgesehen sein.
  • Insbesondere ist es bezüglich des lokalen Energiemarktes von Vorteil, wenn die Angebote und/oder Gebote an die Steuereinheit mittels Peer-to-Peer und/oder mittels Blockkette übermittelbar sind. Alternativ oder ergänzend kann dies mittels einer Abfrage einer zentralen Datenbank erfolgen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das den Energiespeicher umfassende Energiesubsystem ein Einfamilienwohnhaus oder ein Mehrfamilienwohnhaus.
  • Vorteilhafterweise können dadurch typische lokale Energieerzeuger und Energieverbraucher, das heißt Einfamilienwohnhäuser und Mehrfamilienwohnhäuser, durch das lokale Energiesystem eingebunden werden. Jedes Einfamilienwohnhaus beziehungsweise jedes Mehrfamilienwohnhaus bildet hierbei jeweils ein Energiesubsystem des Energiesystems aus. Insbesondere stellen Einfamilienwohnhäuser mittels einer Photovoltaikanlage elektrische Energie bereit. Weiterhin können einige der Einfamilienwohnhäuser und/oder Mehrfamilienwohnhäuser jeweils einen Energiespeicher aufweisen, der gemäß der vorliegenden Erfindung effektiv und besonders effizient durch weitere Einfamilienwohnhäuser und/oder Mehrfamilienwohnhäuser des Energiesystems verwendet werden kann. Mit anderen Worten wird der Energiespeicher eines der Einfamilienwohnhäuser oder Mehrfamilienwohnhäuser für die weiteren Einfamilienwohnhäuser beziehungsweise Mehrfamilienwohnhäuser des Energiesystems durch die vorliegende Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen nutzbar. Alternativ oder ergänzend kann das den Energiespeicher umfassende Energiesubsystem eine Gewerbeanlage, eine Industrieanlage und/oder eine sonstige technische Anlage sein.
  • Bevorzugt umfasst das Energiesystem mehrere Energiesubsysteme und ein die Energiesubsysteme elektrisch koppelndes Stromnetz zum Austausch von elektrischer Energie.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Figur ein schematisches Schaltbild eines Energiesystems gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
  • Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente können in der Figur mit denselben Bezugszeichen versehen sein.
  • Die Figur zeigt ein Schaltbild eines Energiesystems 1 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beziehungsweise einen lokalen Energiemarkt 10 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Die Figur wird anhand des Beispiels des lokalen Energiesystems 1 und für elektrische Energie erläutert, wobei das Gesagte unmittelbar und eindeutig auf den lokalen Energiemarkt 10 und weitere Energieformen, beispielswiese Wärme und/oder Kälte, übertragbar ist.
  • Das Energiesystem 1 umfasst ein Energiesubsystem 4, beispielsweise ein Einfamilienwohnahaus, mit einem Energiespeicher 40, beispielsweise einem Batteriespeicher. Ferner umfasst das Energiesystem 1 weitere Energiesubsysteme 5, beispielsweise weitere Einfamilienwohnhäuser und/oder Mehrfamilienwohnhäuser. Die weiteren Energiesubsysteme 5 können ebenfalls einen Energiespeicher oder mehrere Energiespeicher, beispielsweise Batteriespeicher, aufweisen. Im Weiteren wird der Fall von elektrischer Energie betrachtet, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf elektrische Energie eingeschränkt ist und weitere Energieformen, beispielsweise Wärme und/oder Kälte, alternativ oder ergänzend denkbar sind.
  • Das Energiesubsystem 4 und die weiteren Energiesubsysteme 5 sind über ein Stromnetz 7 zum Austausch von elektrischer Energie, das heißt elektrischem Strom oder Strom, gekoppelt. Weiterhin umfasst das Energiesystem 1 eine zentrale Steuereinheit 2 mit einer Datenbank 3. Die Steuereinheit 2 ist keinem der Energiesubsysteme 4, 5 zugeordnet, sondern diesbezüglich den Energiesubsystemen 4, 5 übergeordnet und somit bezüglich der Energiesubsysteme 4, 5 zentral. Die Steuereinheit 2 bildet in diesem Sinne eine zentrale Koordinationsplattform aus, die die Verteilung der Energie innerhalb des Energiesystems steuert, regelt und/oder koordiniert.
  • Das Energiesubsystem 4, welches den Energiespeicher 40 aufweist, umfasst weiterhin eine Photovoltaikanlage 45 und eine elektrische Last 46. Die Photovoltaikanlage erzeugt elektrische Energie (Strom), die in das Stromnetz 7 eingespeist und/oder mittels des Energiespeichers 40 gespeichert beziehungsweise zwischengespeichert werden kann. Die Stromeinspeisung ist durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen 424 gekennzeichnet. Weiterhin kann das Energiesubsystem 4 Strom vom Stromnetz 7 beziehen. Dieser Bezug ist durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen 423 gekennzeichnet. Die Einspeisung 424 und die Ausspeisung 423 stellen physikalische Ströme dar. Über den Bezug 423 aus dem Stromnetz 7 kann ebenfalls der Energiespeicher 40, beispielsweise ein Batteriespeicher, des Energiesubsystems 4 geladen werden. Eine physikalische Entladung des Energiespeichers 40 kann ebenfalls über das Stromnetz 7 erfolgen und ist mit dem Bezugszeichen 424 gekennzeichnet.
  • Das Energiesubsystem 4 umfasst weiterhin eine lokale Messeinheit 43 sowie eine lokale Steuereinheit 44. Die lokale Steuereinheit 44 ist zur lokalen Steuerung des Energiespeichers 40 vorgesehen. Die lokale Steuereinheit 44 ist wiederum mittels der zentralen Steuereinheit 2 steuerbar, sodass insgesamt der Energiespeicher 40 mittels der zentralen Steuereinheit 2 steuerbar ist.
  • Die lokale Messeinheit 43 kann Werte physikalischer Größen des Energiespeichers und/oder des Energiesubsystems 4 erfassen beziehungsweise messen. Weiterhin kann die Messeinheit 43 die erfassten Messgrößen (Messwerte/Messdaten) mittels einer Datenschnittstelle 523 an die zentrale Steuereinheit 2, beispielsweise zur Speicherung innerhalb der Datenbank 3, übermitteln. Die übermittelten Messdaten können bei einer Optimierung des Betriebes des Energiesystems 1, die die Steuereinheit 2 durchführt, berücksichtigt werden. Eine entsprechende Datenschnittstelle 523 weisen die weiteren Energiesubsysteme 5 auf. Weiterhin weisen die weiteren Energiesubsysteme 5 eine entsprechende Schnittstelle 423 zum Bezug von elektrischer Energie aus dem Stromnetz 7 und 424 zur Einspeisung elektrischer Energie in das Stromnetz 7 auf.
  • Die Steuereinheit 2 ist dazu ausgebildet, die Gesamtkapazität des Energiespeichers 40 in eine erste Teilkapazität 41 und eine zweites Teilkapazität 42 aufzuteilen. Diese virtuelle Aufteilung des Energiespeichers 40 ist in der Figur durch das Bezugszeichen 24 symbolisiert. Ein entsprechender virtueller Strombezug ist durch den Pfeil 421 und eine entsprechende virtuelle Stromabgabe ist durch den Pfeil 422 symbolisiert beziehungsweise gekennzeichnet. Die Aufteilung 24 des Energiespeichers 40 wird durch die Steuereinheit 2 bei der Optimierung des Betriebes des Energiesystems 1, insbesondere bei der Optimierung des Betriebs des Energiesubsystems 4, berücksichtigt. Mit anderen Worten sind die erste Teilkapazität 41 und die zweite Teilkapazität 42 Variablen einer Zielfunktion, die optimiert, das heißt minimiert oder maximiert wird.
  • Weiterhin ist die erste Teilkapazität 41 für eine interne Verwendung und die zweite Teilkapazität 42 für eine externe Verwendung in Bezug auf das Energiesubsystem 4 vorgesehen. Mit anderen Worten ist der mittels der zweiten Teilkapazität 42 gekennzeichnete Strom des Energiespeichers 40 für die weiteren Energiesubsysteme 5 vorgesehen. Der mittels der ersten Teilkapazität 41 gekennzeichnete elektrische Strom ist für die interne Verwendung, das heißt für die Verwendung innerhalb des Energiesubsystems 4 (Eigenverbrauch) vorgesehen. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Trennung beziehungsweise Kennzeichnung bezüglich interner und externer Verwendung des mittels des Energiespeichers 40 gespeicherten Strom erfolgen. Erfindungsgemäß erfolgt hierbei die Aufteilung 24 nicht a priori, ad hoc, manuell und/oder fest, sondern diese wird durch die Steuereinheit 2 möglichst optimal ermittelt beziehungsweise berechnet. Das ist deshalb der Fall, da die erste Teilkapazität 41 und die zweite Teilkapazität 42 als Variablen bei der Optimierung berücksichtigt werden. Als Nebenbedingung ist hierbei vorgesehen, dass die Summe der Teilkapazitäten 41, 42 die Gesamtkapazität, das heißt die physikalische Gesamtkapazität des Energiespeichers 40, ergibt. Dadurch ermöglicht die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise einen bezüglich der internen und der externen Verwendung gemischten Betrieb des Energiespeichers 40, der möglichst optimal ist. Somit kann für den lokalen Energiemarkt 10 eine Eigenverbrauchsoptimierung sowie eine marktseitige Optimierung des Energiespeichers 40 durchgeführt werden. Insbesondere ergibt sich für den lokalen Energiemarkt 10 eine größere Flexibilität .
  • Mittels der zentralen Datenbank 3 kann weiterhin der tatsächliche Betrieb der Energiesubsysteme 4, 5, beispielsweise anhand von Messdaten, die mittels der Messeinheit 43 erfasst und mittels der Datenschnittstelle 400 beziehungsweise 523 an die zentrale Steuereinheit 2 beziehungsweise die Datenbank 3 übermittelt worden sind, überprüft werden. Somit kann ebenfalls eine Kontrolle über den gemäß der zentralen Steuereinheit 2 berechneten und bestimmten optimalen Betrieb der Energiesubsysteme 4, 5 erfolgen.
  • Die optimale Berechnung der Teilkapazitäten 41, 42 mittels der Steuereinheit 2 ist typischerweise zeitabhängig. Mit anderen Worten ist die Aufteilung 24 des Energiespeichers 40 in die erste und zweite Teilkapazität 41, 42 typischerweise zeitlich dynamisch. Somit wird die Aufteilung flexibel auf die Energieflüsse innerhalb des Energiesystems optimiert. Beispielsweise ist ein Zeitschritt der Optimierung eine Stunde, eine Viertelstunde oder ein kürzerer Zeitbereich. Die verwendeten Zeitschritte können vom Optimierungshorizont, das heißt von dem Zeitraum der gesamtheitlich bei der Optimierung betrachtet wird, beispielsweise ein Jahr oder ein Tag (englisch: Day-Ahead), abhängen.
  • Die Erfindung ermöglicht somit einen gemischten Betrieb des Energiespeichers 40 in Bezug auf die interne und externe Verwendung der gespeicherten Energie, sodass sowohl der interne Betrieb als auch der externe und insgesamt der Betrieb des lokalen Energiemarktes Betrieb verbessert werden.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Energiesystem
    2
    zentrale Steuereinheit
    3
    Datenbank
    4
    Energiesubsystem
    5
    weitere Energiesubsysteme
    10
    Lokaler Energiemarkt
    24
    Aufteilung der Gesamtspeicherkapazität
    40
    Energiespeicher
    41
    erste Teilkapazität
    42
    zweite Teilkapazität
    43
    lokale Messeinheit
    44
    lokale Steuereinheit
    45
    Photovoltaikanlage
    46
    elektrische Last
    421
    Virtueller Strombezug
    422
    Virtuelle Sromabgabe
    423
    Physikalischer Strombezug
    424
    Physikalische Stromabgabe
    523
    Datenschnittstelle

Claims (15)

  1. Energiesystem (1), umfassend eine zentrale Steuereinheit (2) und wenigstens ein Energiesubsystem (4), wobei das Energiesubsystem (4) einen Energiespeicher (40) mit einer Gesamtspeicherkapazität umfasst, und die Steuereinheit (2) wenigstens zur Steuerung des Energiespeichers (40) basierend auf einer Optimierung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtspeicherkapazität des Energiespeichers (40) durch die Steuereinheit (2) für die Optimierung in eine erste Teilspeicherkapazität (41) und eine zweite Teilspeicherkapazität (42) unterteilbar ist, wobei die erste Teilspeicherkapazität (41) für eine bezüglich des Energiesubsystems (4) interne Verwendung und die zweite Teilspeicherkapazität (42) für eine bezüglich des Energiesubsystems (4) externe Verwendung vorgesehen ist.
  2. Energiesystem (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Teilspeicherkapazität (41, 42) Variablen der Optimierung sind.
  3. Energiesystem (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2) dazu ausgebildet ist ein Laden und/oder ein Entladen des Energiespeichers (4) basierend auf einer Lösung der Optimierung zu steuern.
  4. Energiesystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Datenschnittstelle (523) zum Übertragen von Datencontainern zwischen dem Energiesubsystem (4) und der Steuereinheit (2) umfasst, wobei die Daten der übertragenen Datencontainer wenigstens teilweise bei der Optimierung durch die Steuereinheit (2) berücksichtigbar sind.
  5. Energiesystem (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Datenbank (3) zum Speichern und/oder Lesen der mittels der Datenschnittstelle (523) ausgetauschten Datencontainer umfasst.
  6. Energiesystem (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenbank (3) mittels einer Blockkette ausgebildet ist.
  7. Energiesystem (1) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiesubsystem (4) eine Messeinheit (43) zum Erfassen physikalischer Messgrößen des Energiespeichers (40) umfasst, wobei mittels der Messeinheit (44) die erfassten Messgrößen mittels Datencontainer über die Datenschnittschnittstelle (523) zur Steuereinheit (2) übertragbar sind.
  8. Energiesystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das den Energiespeicher (40) umfassende Energiesubsystem (4) ein Einfamilienwohnhaus oder Mehrfamilienwohnhaus ist.
  9. Energiesystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mehrere Energiesubsysteme (4, 5) und ein die Energiesubsysteme (4, 5) elektrisch koppelndes Stromnetz (7) zum Austausch von elektrischer Energie umfasst.
  10. Lokaler Energiemarkt (10), dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Energiesystem (1) gemäß Anspruch 9 umfasst, und mittels des Stromnetzes (7) elektrische Energie zwischen den Energiesubsystemen (4, 5) gemäß der Optimierung austauschbar ist, wobei durch die Optimierung an die Steuereinheit (2) übermittelte Angebote und/oder Gebote der Energiesubsysteme (4, 5) bezüglich ihres Verbrauchs und/oder Bereitstellung an elektrischer Energie berücksichtigbar sind.
  11. Lokaler Energiemarkt (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Angebote und/oder Gebote an die Steuereinheit (2) mittels Peer-to-Peer und/oder mittels Blockkette übermittelbar sind.
  12. Lokaler Energiemarkt (10), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das den Energiespeicher (40) umfassende Energiesubsystem (4) zur Übermittlung eines Angebotes für die Speicherung von elektrischer Energie mittels des Energiespeichers (40) an die Steuereinheit (2) ausgebildet ist.
  13. Verfahren zum Betrieb eines Energiesystems (1), wobei das Energiesystem (1) wenigstens ein Energiesubsystem (4) und eine zentrale Steuereinheit (2) umfasst, und das Energiesubsystem (4) einen Energiespeicher (40) mit einer Gesamtspeicherkapazität aufweist, wobei die Steuereinheit (2) den Energiespeicher basierend auf einer Optimierung steuert, gekennzeichnet dadurch, dass die Gesamtspeicherkapazität des Energiespeichers (40) durch die Steuereinheit (2) für die Optimierung in eine erste Teilspeicherkapazität (41) und eine zweite Teilspeicherkapazität (42) unterteilt wird, wobei die erste Teilspeicherkapazität (41) für eine bezüglich des Energiesubsystems (4) interne Verwendung und die zweite Teilspeicherkapazität (42) für eine bezüglich des Energiesubsystems (40) externe Verwendung verwendet wird.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, dass die Steuereinheit (2) ein Laden und/oder ein Entladen des Energiespeichers (40) basierend auf einer Lösung der Optimierung steuert.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet dadurch, dass das Energiesystem (1) mehrere Energiesubsysteme (4, 5) aufweist, wobei die Steuereinheit (2) basierend auf der Optimierung den Austausch an elektrischer Energie zwischen den Energiesubsystemen (4, 5) unter Berücksichtigung der Aufteilung des Energiespeichers (40) in die erste und zweite Teilkapazität (41, 42) steuert.
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