DE102019202688A1

DE102019202688A1 - Verfahren zum Steuern eines Austauschs von Energie in einem Energiesystem; Steuerungszentrale; Energiesystem; Computerprogramm sowie Speichermedium

Info

Publication number: DE102019202688A1
Application number: DE102019202688.5A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Schreck; Sebastian Thiem
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-09-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Austauschs von Energie in einem Energiesystem (1) mit mehreren Energiesubsystemen (3), welche jeweils für den Austausch von Energie untereinander verbunden sind. Um eine verbesserte Steuerung eines Austauschs von Energie zu ermöglichen, sind folgende Schritte vorgesehen:- Empfangen erster Einspeisedaten (6) aus einem ersten (10) der Energiesubsysteme (3) durch eine Steuerungszentrale (2), wobei die ersten Einspeisedaten (6) jeweilige Emissionen und/oder Primärenergieeinsätze, insbesondere maximale Kohlenstoffdioxidemissionen, des ersten Energiesubsystems (3) zum Empfang und/oder zur Bereitstellung von Energie umfassen,- Übermitteln der ersten Einspeisedaten (6) an ein zweites (11, 12) aus den mehreren Energiesubsystemen (3),- Empfangen von an die ersten Einspeisedaten (6) angepassten zweiten Einspeisedaten (7) aus dem zweiten Energiesubsystem (11, 12) durch die Steuerungszentrale (2), wobei die zweiten Einspeisedaten (7) jeweilige Emissionen und/oder Primärenergieeinsätze, insbesondere maximale Kohlenstoffdioxidemissionen, des zweiten Energiesubsystems (11, 12) zum Empfang und/oder zur Bereitstellung von Energie umfassen, und- Steuern des Austauschs von Energie zwischen dem ersten (10) und dem zweiten Energiesubsystem (11, 12) entsprechend der ersten (6) und zweiten Einspeisedaten (7) durch die Steuerungszentrale (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Austauschs von Energie in einem Energiesystem mit mehreren Energiesubsystemen, welche jeweils für den Austausch von Energie untereinander verbunden sind. Weiterhin umfasst die Erfindung eine Steuerungszentrale und ein Energiesystem. Teil der Erfindung sind außerdem ein Computerprogramm und ein Speichermedium.
Herstellung und Verbrauch elektrischer Energie müssen an einem Stromnetz stets in einem ausgeglichenen Maß erfolgen. Aufgrund gering ausgeprägter netzseitiger Speicherungsmöglichkeiten für elektrische Energie ist es insbesondere nötig, dass elektrische Energie zur selben Zeit erzeugt wird, in der sie auch verbraucht wird. Insbesondere durch den Zubau dezentraler Kleinkraftwerke, beispielsweise Photovoltaik-Anlagen, Blockheizkraftwerke, Biogasanlagen, Windräder zur Stromerzeugung sowie stationäre Speicher, insbesondere Batteriespeicher, ist eine einfache und effiziente Steuerung beziehungsweise Regelung nötig.
Weiterhin soll die Erzeugung, Verteilung und Verbrauch der elektrischen Energie möglichst kohlenstoffdioxidneutral (CO₂-neutral) erfolgen. Typischerweise können Verbraucher die Kohlenstoffdioxidemissionen (CO₂-Emissionen), die mit ihrem Verbrauch verbunden sind, nicht erkennen oder quantifizieren. Es wird versucht dieses Problem mittels des EU-weiten CO₂-Zertifkate-Handel zu lösen. Allerdings sind hierbei keine zeitabhängigen Emissionen abbildbar. Weiterhin werden besondere Tarife, beispielsweise sogenannter Grünstrom, angeboten. Diese sind jedoch eher als ein bilanzieller Trick zu werten. Sie lösen nicht das technische Problem dann erneuerbar erzeugte elektrische Energie zu verbrauchen, wenn sie erzeugt wird.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Steuerung eines Austauschs von Energie zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Austauschs von Energie in einem Energiesystem mit mehreren Energiesubsystemen, welche jeweils für den Austausch von Energie untereinander verbunden sind, mit folgenden Schritten:

- Empfangen erster Einspeisedaten aus einem ersten der Energiesubsysteme durch eine Steuerungszentrale, wobei die ersten Einspeisedaten jeweilige Emissionen und/oder Primärenergieeinsätze, insbesondere maximale Kohlenstoffdioxidemissionen, des ersten Energiesubsystems zum Empfangen und/oder zur Bereitstellung von Energie umfassen,
- Übermitteln der ersten Einspeisedaten an ein zweites aus den mehreren Energiesubsystemen,
- Empfangen von an die ersten Einspeisedaten angepassten zweiten Einspeisedaten aus dem zweiten Energiesubsystem durch die Steuerungszentrale, wobei die zweiten Einspeisedaten jeweilige Emissionen und/oder Primärenergieeinsätze, insbesondere maximale Kohlenstoffdioxidemissionen, des zweiten Energiesubsystems zum Empfangen und/oder zur Bereitstellung von Energie umfassen, und
- Steuern des Austauschs von Energie zwischen dem ersten und dem zweiten Energiesubsystem entsprechend der ersten und zweiten Einspeisedaten durch die Steuerungszentrale.

Bei der Energie handelt es sich insbesondere um elektrische Energie. Es kann sich jedoch alternativ oder ergänzend auch um Wärme oder Kälte handeln. Mit anderen Worten meint der Begriff „Energie“ beispielsweise „elektrische Energie“, „Wärmeenergie“ oder „Kälteenergie“. Im Folgenden ist von „elektrischer Energie“ die Rede. Dies soll die Erfindung nicht einschränken, im Gegenteil gelten alle folgenden Ausführungen bezüglich elektrischer Energie analog auch für andere Energieformen.
Weiterhin sind die Emissionen insbesondere Kohlenstoffdioxidemissionen und/oder Stickoxidemissionen.
Das oben genannte Energiesystem kann die Steuerungszentrale und die mehreren Energiesubsysteme umfassen. Alternativ ist es möglich, dass die Energiesubsysteme durch eine jeweilige Steuerungseinheit gesteuert werden. In diesem Fall erfolgt die Kommunikation des jeweiligen Energiesubsystems mit der Steuerungszentrale durch die entsprechende Steuerungseinheit des jeweiligen Energiesubsystems. In diesem Fall kann das Energiesystem mehrere Steuerungseinheiten für jedes der Energiesubsysteme sowie die Steuerungszentrale umfassen. Die Einspeisedaten können dann aus den jeweiligen Steuerungseinheiten der Energiesubsysteme empfangen werden. Das Steuern des Austauschs elektrischer Energie zwischen den Energiesubsystemen kann durch Steuern der jeweiligen Steuerungseinheiten der Energiesubsysteme erfolgen.
Die Energiesubsysteme können sich jeweils über einen einzigen Haushalt, über ein einziges Gebäude oder über einen Betrieb erstrecken. Jedes der Energiesubsysteme kann eine oder mehrere der folgenden Anlagen umfassen: Photovoltaik-Anlage, Biogasanlagen, Blockheizkraftwerk, elektrischer Energiespeicher (insbesondere stationärer Batteriespeicher), Elektrofahrzeug, Windgenerator. Zusätzlich können die Energiesubsysteme reine Verbraucher elektrischer Energie wie zum Beispiel Industrieanlagen, Kochgeräte, Waschmaschinen oder beliebige Haushaltsgeräte umfassen. Das Energiesystem kann aus den Energiesubsystemen einer Region, einer Stadt, einer Gemeinde, eines Landkreises oder einer auf andere Weise definierten Region gebildet sein. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass sich das Energiesystem über einen Bereich geeigneter Größe erstreckt. Insbesondere ist vorgesehen, dass in einem Land mehrere räumlich voneinander getrennte Energiesysteme koexistieren. Bei der Steuerungszentrale kann es sich um einen zentralen Server des Energiesystems handeln. Der Server kann über das Internet mit den Energiesubsystemen, insbesondere mit deren Steuerungseinheiten, kommunizieren. Dabei muss die Steuerungszentrale nicht zwangsläufig in der durch das Energiesystem abgedeckten Region liegen.
Die jeweiligen Einspeisedaten können angeben, welche Emissionen und/oder Primärenergieeinsätze ein jeweiliges Energiesubsystem zum Empfang und/oder zur Bereitstellung von elektrischer Energie aufweist. Die Emissionen können Kohlenstoffdioxidemissionen und/oder Stickoxidemissionen und/oder weitere Emissionen umfassen. Beispielsweise enthalten die Einspeisedaten somit ein Angebot zum Bereitstellen einer bestimmten Energiemenge zu bestimmten Emissionen, also insbesondere zu einer bestimmten Kohlenstoffdioxidemission, und/oder eine Nachfrage zur Abnahme einer bestimmten Energiemenge zu einer bestimmten maximalen Kohlenstoffdioxidemission. Diese Emissionen und/oder die sogenannte bestimmte Energiemenge können durch das erste Energiesubsystem abhängig von dessen Betrieb, insbesondere abhängig von einem Systemzustand des ersten Energiesubsystems, bestimmt werden. Die Kohlenstoffdioxidemissionen (CO₂-Emissionen) sind insbesondere maximale Kohlenstoffdioxidemissionen beziehungsweise eine maximale Kohlenstoffdioxidemission.
Die zweiten Einspeisedaten können durch das zweite Energiesubsystem derart bestimmt werden, dass zumindest eine teilweise Übereinstimmung mit den ersten Einspeisedaten erzielt wird. In diesem Fall kann es zum Austausch von Energie kommen. Beispielsweise enthalten die zweiten Einspeisedaten eine Annahme des mittels der ersten Einspeisedaten übermittelten Angebots, beispielsweise Lieferung einer Energiemenge mit einer maximalen Kohlenstoffdioxidemission, oder der mittels der ersten Einspeisedaten übermittelten Nachfrage, beispielsweise Annahme beziehungsweise Verbrauch einer Energiemenge mit einer maximalen Kohlenstoffdioxidemission. Auf diese Weise kann sich das zweite Energiesubsystem dazu bereit erklären, die oben genannte bestimmte Energiemenge zu den oben genannten bestimmten Emissionen und/oder Primärenergieeinsätzen bereitzustellen oder abzunehmen. Alternativ kann mittels der zweiten Einspeisedaten ein Gegenangebot übermittelt werden, welches beispielsweise nur die Abnahme eines Teils der mittels der ersten Einspeisedaten angebotenen bestimmten Energiemenge oder nur die Bereitstellung eines Teils der mittels der ersten Einspeisedaten nachgefragten Energiemenge beinhaltet. Alternativ können mittels der zweiten Einspeisedaten andere Emissionen und/oder Primärenergieeinsätze, als mittels der ersten Einspeisedaten übermittelt, vorgeschlagen werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die ersten und/oder die zweiten Einspeisedaten durch die jeweilige Steuerungseinrichtung des entsprechenden Energiesubsystems automatisiert erstellt werden. Beispielsweise wird der Betrieb der Energiesubsysteme durch die jeweilige Steuerungseinheit eines entsprechenden Energiesubsystems optimiert. Durch den Austausch der Energie zwischen dem ersten Energiesubsystem und dem zweiten Energiesubsystem kann sowohl der Betrieb beziehungsweise der Betriebszustand des ersten Energiesubsystems als auch des zweiten Energiesubsystems verbessert beziehungsweise optimiert werden. Mit anderen Worten kann durch den Austausch der Energie eine Effizienz des Energiesystems insgesamt gesteigert werden. Weiterhin können dadurch die Emissionen beziehungsweise der Primärenergieeinsatz insgesamt reduziert werden. Mit anderen Worten können durch die Optimierung die Kosten und die Emissionen des jeweiligen Energiesubsystems möglichst minimiert werden. Dies kann mittels einer mathematischen/numerischen Optimierung (Optimierungsproblem) erfolgen, wobei die zugehörige Zielfunktion im Wesentlichen die Summe der Emissionen und Kosten ist. Mit anderen Worten wird im Wesentlichen $\sum_{t = 0}^{T} [K (t) + E (t)]$
möglichst minimiert, wobei K(t) die zeitabhängigen Kosten, E(t) die zeitabhängigen Emissionen, T den betrachten Zeithorizont (Optimierungshorizont) und t die Zeitschritte darstellt. Hierbei können K(t) und E(t) noch jeweils mit einem Gewichtungsfaktor gewichtet werden, sodass sich eine gewichtete Summe ausbildet, die möglichst minimiert wird. Beispielsweise ermöglicht dies, dass die Emissionen, insbesondere Kohlenstoffdioxidemissionen, stärker als die Kosten gewichtet werden.
Bei dem Steuern des Austauschs von Energie zwischen dem ersten und dem zweiten Energiesubsystem kann die Steuerungszentrale festlegen, wann und in welchem Umfang die Energie ausgetauscht wird. Beispielsweise übermittelt die Steuerungszentrale hierzu jeweilige Steuerungsdaten an das erste und das zweite Energiesubsystem. Auf diese Weise kann der Austausch der Energie direkt oder indirekt durch die Steuerungszentrale gesteuert werden.
Im Allgemeinen kann vorgesehen sein, dass sich die ersten Einspeisedaten auf ein erstes Zeitintervall und die zweiten Einspeisedaten auf ein zweites Zeitintervall beziehen. Dabei ist vorgesehen, dass die jeweils übermittelten Emissionen und/oder Primärenergieeinsätze zum Empfang und/oder zur Bereitstellung von Energie nur für das Zeitintervall gültig sind, auf welches sich die jeweiligen Einspeisedaten beziehen. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Austausch der Energie in dem entsprechenden Zeitintervall erfolgt. Insbesondere wird anhand der ersten und der zweiten Einspeisedaten der Austausch der Energie für das jeweilige Zeitintervall im Voraus geplant.
Die Benennung der Energiesubsysteme in „erstes Energiesubsystem“ und „zweites Energiesubsystem“ dient vorliegend vor allem der besseren Beschreibung. Ein Energiesubsystem kann zu unterschiedlichen Zeiten oder gleichzeitig als „erstes Energiesubsystem“ und „zweites Energiesubsystem“ im Sinne der vorliegenden Erfindung fungieren. Insbesondere ist vorgesehen, dass die ersten Einspeisedaten durch die Steuerungszentrale nicht an ein einziges zweites Energiesubsystem, sondern an mehrere zweite Energiesubsysteme übermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Steuerungszentrale erst Einspeisedaten von mehreren ersten Steuerungszentralen empfängt.
Weiterhin kann die Steuerzentrale beziehungsweise können die Steuerzentralen geeicht sein.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit eine multikriterielle Optimierung von Energiesubsystemen. Weiterhin können die Emissionen und/oder der Primärenergieeinsatz des jeweiligen Energiesubsystems optimiert werden. Somit werden insgesamt die Emissionen und/oder Primärenergieeinsätze bezüglich der Energiesubsysteme scharf abbildbar und nachvollziehbar. Weiterhin besteht ein konkreter Anreiz dann erneuerbar erzeugte elektrische Energie zu verbrauchen, wenn diese erzeugt wird. Somit stellt die vorliegende Erfindung im Vergleich zu Zertifikaten oder Tarifen eine echte technische Lösung zur Reduktion der Emissionen, insbesondere zur Reduktion der Kohlenstoffdioxidemissionen, und/oder zur Reduktion des Primärenergieeinsatzes bereit. Durch Kundenpräferenzen kann weiterhin ein zusätzlicher Anreiz zur Reduktion der Emissionen und/oder des Primärenergieeinsatzes erfolgen. Weiterhin können durch die vorliegende Erfindung CO₂ Reduktionsziele erreicht werden, und somit insbesondere regulatorische Vorgaben, beispielsweise für einen Flughafen, eingehalten oder verbessert werden.
Durch die Quantifizierung und Übermittlung der Emissionen und/oder der Primärenergieeinsätze kann weiterhin mittels eines mathematischen/numerischen Optimierungsverfahrens ein möglichst optimaler Betrieb der Energiesubsysteme simuliert, ermittelt oder berechnet werden.
Weiterhin ermöglicht die vorliegende Erfindung eine eindeutige Zuordnung zwischen Verbrauchern (= Energiesubsystem, die Energie wenigstens Empfangen) und Erzeugern (= Energiesubsysteme, die Energie wenigstens bereitstellen oder erzeugen). Ein Energiesubsystem, das Energie empfängt und bereitstellt, beispielsweise eine Photovoltaikanlage mit Batteriespeicher, kann als Prosument (englisch: Prosumer) bezeichnet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die ersten und zweiten Einspeisedaten jeweilige Vergütungskonditionen des ersten beziehungsweise zweiten Energiesubsystems zum Empfangen und/oder zur Bereitstellung von Energie.
Die Vergütungskonditionen können ein Preis, insbesondere ein Preis pro Kilowattstunde, für das Empfangen und/oder Bereitstellen der Energie sein.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich die ersten Einspeisedaten und die zweiten Einspeisedaten auf ein gemeinsames Zeitintervall beziehen, in welchem der Austausch der Energie erfolgen soll. Mit anderen Worten bezieht sich ein jeweiliges Angebot zur Bereitstellung von Energie und/oder eine jeweilige Nachfrage zum Empfang von elektrischer Energie, welche jeweils mittels der ersten Einspeisedaten beziehungsweise der zweiten Einspeisedaten empfangen werden können, jeweils nur auf das besagte Zeitintervall. Insbesondere ist vorgesehen, dass es nicht zum Austausch von Energie kommen kann, wenn sich die ersten und die zweiten Einspeisedaten auf unterschiedliche Zeitintervalle beziehen. Auf diese Weise kann der Austausch weiter verbessert werden.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die ersten Einspeisedaten durch das erste Energiesubsystem in Abhängigkeit von einem Systemzustand des ersten Energiesubsystems bestimmt werden und/oder die zweiten Einspeisedaten durch das zweite Energiesubsystem in Abhängigkeit von einem Systemzustand des zweiten Energiesubsystems bestimmt werden. Insbesondere kann der Systemzustand des jeweiligen Energiesubsystems einen geschätzten Verbrauch an elektrischer Energie durch das jeweilige Energiesubsystem, einen Ladezustand eines Energiespeichers des jeweiligen Energiesubsystems und/oder Wetterdaten beziehungsweise eine Wetterprognose umfassen. Insbesondere wird der Systemzustand für das erste beziehungsweise das zweite Zeitintervall im Voraus modelliert, berechnet oder simuliert. Auf diese Weise kann der Betrieb des Energiesystems und der einzelnen Energiesubsysteme verbessert werden.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der jeweilige Systemzustand des ersten Energiesubsystems und/oder des zweiten Energiesubsystems auf einer Messung und/oder einer Prognose basiert. Mit anderen Worten kann der jeweilige Systemzustand der Energiesubsysteme im Voraus prognostiziert werden. Insbesondere wird der jeweilige Systemzustand zu Beginn des ersten beziehungsweise zweiten Zeitintervalls prognostiziert. Auf diese Weise kann ein flexiblerer Betrieb der Energiesubsysteme erzielt werden.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass zum Bestimmen der ersten beziehungsweise zweiten Einspeisedaten ein Optimierungsproblem, insbesondere im Sinne einer Optimalsteuerung oder Betriebsoptimierung, durch das erste Energiesubsystem und/oder das zweite Energiesubsystem basierend auf dem jeweiligen Systemzustand gelöst wird. Mit anderen Worten können die ersten beziehungsweise die zweiten Einspeisedaten das Ergebnis eines solchen Optimierungsproblems für das erste und/oder das zweite Energiesubsystem basierend auf dem jeweiligen Systemzustand sein. In manchen Ausführungsformen wird zum Lösen des jeweiligen Optimierungsproblems eines Energiesubsystems nur der Systemzustand des entsprechenden Energiesubsystems herangezogen. In anderen Ausführungsformen kann zusätzlich der jeweilige Systemzustand eines oder mehrerer weiterer der mehreren Energiesubsysteme herangezogen werden. Auf diese Weise kann der Betrieb der einzelnen Energiesubsysteme und somit des Energiesystems insgesamt verbessert werden. Insbesondere werden vorteilhaferweise durch die Optimierung die Emissionen und/oder Primärenergieeinsätze der Energiesubsysteme optimiert, das heißt typischerweise möglichst minimiert.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass im Falle einer Abweichung zwischen einem zuvor prognostizierten Systemzustand für ein Zeitintervall und einem später festgestellten Systemzustand für dasselbe Zeitintervall die ersten beziehungsweise zweiten Einspeisedaten derart bestimmt werden, dass die Abweichung minimiert wird. Beispielsweise tritt eine Abweichung zwischen einem zuvor prognostizierten Systemzustand und einem später festgestellten, also gemessenen, Systemzustand für ein bestimmtes Zeitintervall des ersten beziehungsweise zweiten Energiesubsystems auf. Die ersten beziehungsweise zweiten Einspeisedaten können dann, beispielsweise durch das entsprechende Energiesubsystem oder dessen Steuerungseinheit, derart bestimmt werden, dass diese Abweichung minimiert wird. In einem konkreten Beispiel kann dies bedeuten, dass das jeweilige Energiesubsystem weniger Energie erzeugt als prognostiziert wurde, der Energiespeicher stärker entleert ist als prognostiziert wurde und/oder einem anderem der mehreren Energiesubsysteme die Bereitstellung einer Energiemenge für das entsprechende Zeitintervall zugesagt wurde. In diesem Fall kann mittels der entsprechenden Einspeisedaten der Betrieb des entsprechenden Energiesubsystems an die Prognose angepasst werden, beispielsweise durch das Übermitteln einer Anfrage nach zusätzlicher Energie. Der später festgestellte Systemzustand kann zu Beginn des Zeitintervalls gemessen werden oder eine spätere, genauere Prognose als die zuvor erfolgte Prognose sein. Auf diese Weise kann eine Flexibilität der Energiesubsysteme erhöht werden.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Durchleitungsvergütung für ein zum Austausch der Energie genutztes Verteilnetz bestimmt wird. Beispielsweise wird die Durchleitungsvergütung abhängig von einer Nutzung des Verteilnetzes nach einer vorbestimmten Vorschrift berechnet. Die Durchleitungsvergütung kann beim Steuern des Austauschs der Energie berücksichtigt werden. Bei dem Verteilnetz handelt es sich insbesondere um ein Stromnetz, insbesondere dann, wenn es sich bei der Energie um elektrische Energie handelt. Handelt es sich bei der Energie beispielsweise um Wärme- oder Kälteenergie, so kann es sich bei dem Verteilnetz um einen Fernwärmenetz beziehungsweise ein ähnliches Verteilnetz handeln. Auf diese Weise kann berücksichtigt werden, dass durch die Übertragung der elektrischen Energie ein zusätzlicher Aufwand entsteht.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Durchleitungsvergütung zusammen mit den ersten Einspeisedaten an das zweite Energiesubsystem übermittelt und/oder die ersten Einspeisedaten entsprechen der Durchleitungsvergütung angepasst werden. Das Übermitteln beziehungsweise Anpassen kann durch die Steuerungszentrale erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn dieses Übermitteln beziehungsweise Anpassen automatisiert erfolgt. Wird die Durchleitungsvergütung an das zweite Energiesubsystem übermittelt, so können diese durch die zweiten Einspeisedaten berücksichtigt sein beziehungsweise berücksichtigt werden. Mit anderen Worten empfängt die Steuerungszentrale dann zweite Einspeisedaten, die an die Durchleitungsvergütung angepasst sind. Beispielsweise wird ein Preis der Durchleitungsvergütung bei einem Preis pro Energiemenge im Rahmen der zweiten Einspeisedaten berücksichtigt. Auf diese Weise kann die Durchleitungsvergütung beziehungsweise Netzkosten besonders vorteilhaft berücksichtigt werden.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Durchleitungsvergütung abhängig von einer Entfernung zwischen dem ersten und dem zweiten Energiesubsystem und/oder abhängig von einer Netzauslastung des Verteilnetzes bestimmt wird. Mit anderen Worten kann die Leitungsvergütung in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen dem ersten und dem zweiten Energiesubsystem und/oder in Abhängigkeit von der Netzauslastung des Verteilnetzes festgelegt werden. Beispielsweise wird ein Preis, welche durch die Durchleitungsvergütung festgelegt ist, umso höher festgelegt, je größer die Entfernung zwischen dem ersten und dem zweiten Energiesubsystem ist und/oder je größer eine Netzauslastung zum Zeitpunkt des Austauschs der elektrischen Energie ist. Auf diese Weise kann die Netzauslastung des Verteilnetzes besonders gut gesteuert werden. Insbesondere kann einer zu geringen Netzauslastung durch Senken der Durchleitungsvergütung und einer zu hohen Netzauslastung durch Erhöhen der Durchleitungsvergütung entgegengewirkt werden.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Durchleitungsvergütung durch die Steuerungszentrale bestimmt oder durch die Steuerungszentrale aus einer weiteren Servereinrichtung empfangen wird. Im ersteren Fall kann die Steuerungszentrale Informationen, beispielsweise eine Karte und Leistungsdaten, über das Verteilnetz abrufen und/oder gespeichert haben und daraus die Durchleitungsvergütung errechnen. Im anderen Fall kann die Steuerungszentrale die Durchleitungsvergütung aus der weiteren Steuerungszentrale, insbesondere über das Internet, empfangen. Bei der weiteren Steuerungszentrale kann es sich um die Steuerungszentrale des Verteilnetzes beziehungsweise eines Netzanbieters handeln.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass bei dem Steuern des Austauschs elektrischer Energie zwischen dem ersten und dem zweiten Energiesubsystem eine zu übertragende Energiemenge bestimmt wird. Insbesondere kann durch die Steuerungszentrale als die zu übertragende Energiemenge festgelegt werden, welche Energiemenge das erste an das zweite Energiesubsystem und/oder das zweite an das erste Energiesubsystem übertragen muss. Diese Festlegung erfolgt insbesondere basierend auf den ersten und den zweiten Einspeisedaten sowie optional basierend auf der Durchleitungsvergütung. Insbesondere bezieht sich die zu übertragende Energiemenge auf das oben genannte Zeitintervall, für welche die ersten Einspeisedaten und die zweiten Einspeisedaten Gültigkeit haben. Durch die zu übertragende Energiemenge kann der Austausch elektrischer Energie zusätzlich spezifiziert werden.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass nachdem der Austausch der elektrischen Energie erfolgt ist, eine tatsächlich übertragene Energiemenge bestimmt und abhängig davon ein Abweichungsmaß bestimmt wird, welches eine Abweichung zwischen der zu übertragenden Energiemenge und der tatsächlich übertragenen Energiemenge charakterisiert. Mit anderen Worten wird nach dem Austausch der elektrischen Energie die bei dem Austausch übertragene Energiemenge bestimmt. Abhängig von der übertragenen Energiemenge und der zuvor festgelegten zu übertragenden Energiemenge wird anschließend das Abweichungsmaß bestimmt, welches die Abweichung zwischen diesen beiden Größen angibt. Das Abweichungsmaß kann umso größer sein, je größer die Abweichung zwischen tatsächlich übertragener und zu übertragender Energiemenge ist. Alternativ kann der Betrag des Abweichungsmaßes die Abweichung angeben und das Vorzeichen des Abweichungsmaßes angeben, ob die tatsächlich übertragene Energiemenge größer oder kleiner ist als die zu übertragende Energiemenge. Das Abweichungsmaß kann dabei charakterisieren, wie genau sich das erste und das zweite Energiesubsysteme an den durch die Steuerungszentrale festgelegten Austausch an elektrischer Energie gehalten haben.
In weiterer Ausgestaltung kann abhängig von dem Abweichungsmaß eine Abweichungsvergütung festgelegt werden, die dasjenige Energiesubsystem, welches die Abweichung zu verantworten hat, an das jeweils andere Energiesubsysteme und/oder die Steuerungszentrale übermitteln muss. Insbesondere hat dasjenige Energiesubsystem, welches eine geringere Energiemenge bereitstellt, beziehungsweise oder nur zum Empfang einer geringeren Energiemenge als durch das Steuerungssubsystem festgelegt bereit ist, die Abweichung zu verantworten. Anhand der Abweichungsvergütung kann eine Vertragsstrafe festgelegt werden. Durch das Abweichungsmaß beziehungsweise die Abweichungsvergütung kann gewährleistet werden, dass die Energiesubsysteme den Austausch von Energie entsprechend der Steuerung durch die Steuerungszentrale vornehmen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuerungszentrale, die dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren, wie es im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beschrieben ist, durchzuführen. Insbesondere kann es sich bei der Steuerungszentrale um eine Recheneinheit, insbesondere einen Server, handeln.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Energiesystem mit

- mehreren Steuerungseinheiten zum Steuern eines jeweiligen Energiesubsystems in Bezug auf einen Austausch von Energie des Energiesubsystems mit anderen Energiesubsystemen, und
- einer Steuerungszentrale
- - zum Empfangen erster Einspeisedaten aus einem ersten der Energiesubsysteme, wobei die ersten Einspeisedaten jeweilige Emissionen und/oder Primärenergieeinsätze, insbesondere maximale Kohlenstoffdioxidemissionen, des ersten Energiesubsystems zum Empfang und/oder zur Bereitstellung von Energie umfassen,
- - zum Übermitteln der ersten Einspeisedaten an ein zweites aus den mehreren Energiesubsystemen,
- - zum Empfangen von an die ersten Einspeisedaten angepassten zweiten Einspeisedaten aus dem zweiten Energiesubsystem, wobei die zweiten Einspeisedaten jeweilige Emissionen und/oder Primärenergieeinsätze, insbesondere maximale Kohlenstoffdioxidemissionen, des zweiten Energiesubsystems zum Empfang und/oder zur Bereitstellung von Energie umfassen, und
- - zum Steuern des Austauschs von Energie zwischen dem ersten und dem zweiten Energiesubsystem entsprechend der ersten und zweiten Einspeisedaten.

Insbesondere umfasst das Energiesystem die obengenannte Steuerungszentrale, die dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren, wie es im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beschrieben ist, durchzuführen.
Die Energiesubsysteme können Teil des Energiesystems sein. In anderen Ausführungsformen des Energiesystems werden die Steuerungseinheiten als Teil des Energiesystems aufgefasst, die Energiesubsysteme jedoch nicht.
Die Steuerungseinheiten können geeicht sein.
Die erfindungsgemäße Steuerungszentrale und das erfindungsgemäße Energiesystem werden jeweils auch durch Merkmale weitergebildet, wie sie bereits in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren offenbart wurden. Aus Gründen der Knappheit sind diese Merkmale hier nicht nochmals in Bezug auf die Steuerungszentrale und das Energiesystem aufgeführt.
Zur Erfindung gehört außerdem ein Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer erfindungsgemäßen Steuerungszentrale ladbar ist, mit Programmcodemitteln, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuerungszentrale ausgeführt wird. Das erfindungsgemäße Computerprogramm implementiert das erfindungsgemäße Verfahren auf einer erfindungsgemäßen Steuerungszentrale, wenn es auf der Steuerungszentrale ausgeführt wird. Dementsprechend gehört zur Erfindung außerdem ein Speichermedium mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest das genannte Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Speichermediums in einer erfindungsgemäßen Steuerungszentrale das erfindungsgemäße Verfahren durchführen. Das Speichermedium kann zum digitalen oder analogen Speichern von Daten eingerichtet sein. Das Speichermedium kann einfach oder mehrfach beschreibbar, flüchtig (volatil) oder nicht flüchtig sein.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

1 in einem Blockdiagramm mehrere Energiesubsysteme und eine Steuerungszentrale;
2 ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens; und
3 eine exemplarische Datenbank zum Austausch von Energie.

1 zeigt in einem Blockdiagramm eine Übersicht über mehrere Steuerungseinheiten 4 und eine Steuerungszentrale 2, welche gemeinsam Teil eines Energiesystems 1 sind. 1 zeigt außerdem mehrere Energiesubsysteme 3 sowie Verteilnetz 5, auch Stromnetz oder elektrisches Netz genannt, beispielsweise das 50 Hz-Verbundnetz.
Die mehreren Steuerungseinheiten 4 sind jeweils genau einem der Energiesubsysteme 3 zugeordnet. Die Steuerungseinheiten 4 sind dazu eingerichtet, das jeweils zugeordnete Energiesubsystem 3 zu steuern. Insbesondere sind die Steuerungseinheiten 4 dazu eingerichtet, die Erzeugung, Bereitstellung und/oder den Verbrauch elektrischer Energie durch das entsprechende Energiesubsystem 3 zu steuern. Weiterhin können die Energiesubsysteme 3 dazu eingerichtet sein, eine Bereitstellung und einen Empfang elektrischer Energie mit dem Verteilnetz 5 zu steuern. Hierzu kommuniziert die jeweilige Steuerungseinheit 4 mit dem entsprechenden Energiesubsystem 3. Insbesondere befinden sich die Steuerungseinheiten 4 am Ort des jeweiligen Energiesubsystems 3. Die Steuerungseinheiten 4 können auch als jeweilige Energiemanagementsysteme der Energiesubsysteme 3 bezeichnet werden.
Jedes der Energiesubsysteme 3 kann eine oder mehrere der folgenden Anlagen umfassen: Photovoltaik-Anlage, Biogasanlagen, Blockheizkraftwerk, elektrischer Energiespeicher (insbesondere stationärer Batteriespeicher), Elektrofahrzeug, Windgenerator. Zusätzlich können die Energiesubsysteme 3 Verbraucher elektrischer Energie wie zum Beispiel Industrieanlagen, Kochgeräte, Waschmaschinen oder beliebige Haushaltsgeräte umfassen. Bei den Steuerungseinheit 4 kann es sich um Steuerrechner der jeweiligen Energiesubsysteme 3 handeln. Die Energiesubsysteme 3 des Energiesystems 1 können in derselben Straße, Nachbarschaft, Stadtviertel, Ortschaft, Stadt, Region, Landkreis oder auf sonstige Weise in einem vorgegebenen Bereich, insbesondere Radius, angeordnet sein.
Die Energiesubsysteme 3 sind zum Austausch elektrischer Energie mit dem Verteilnetz 5 verbunden. Indirekt sind die Energiesubsysteme 3 somit über das Verteilnetz 5 jeweils untereinander verbunden. Auf diese Weise können die Energiesubsysteme 3 elektrische Energie untereinander austauschen. Dieser Austausch elektrischer Energie zwischen den Energiesubsysteme 3 wird vorliegend durch die Steuerungszentrale 2 gesteuert. Hierzu sind die Steuerungseinheiten 4 jeweils mit der Steuerungszentrale 2 vernetzt. Diese Vernetzung kann über das Internet, das Mobilfunknetz, über eine sonstige Funkverbindung oder auf beliebige Weise bereitgestellt sein. Beispielsweise handelt es sich bei der Steuerungszentrale 2 um eine Servereinrichtung beziehungsweise einen Server.
Die 2 zeigt das Verfahren zum Steuern des Austauschs von elektrischer Energie in einer beispielhaften Ausführungsform. Die Energiesubsysteme 3 sind zur besseren Unterscheidung im Folgenden einzeln nummeriert als Energiesubsysteme 10, 11, 12 ebenso wie die Steuerungseinheiten 4 als Steuerungseinheiten 20, 21, 22. In einem Schritt S1 werden durch ein erstes Energiesubsysteme 10, insbesondere durch dessen Steuerungseinheiten 20, erste Einspeisedaten 6, beispielsweise energiesubsystemspezifische maximale Kohlenstoffdioxidemissionen, bereitgestellt.
Die ersten Einspeisedaten 6 werden insbesondere in Echtzeit oder im Vorhinein (beispielsweise 1 Stunde, 2 Stunden, einen halben Tag oder einen ganzen Tag im Voraus) für ein bestimmtes diskretes Zeitintervall t bestimmt, bereitgestellt und/oder berechnet. Hierbei berücksichtigt werden vorteilhafterweise ein Systemzustand des Energiesubsystems 10 (beispielsweise ein Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers des Energiesubsystems 10) zu Beginn des Zeitintervalls t sowie unterschiedliche Vorhersagen. Diese Vorhersagen können das Wetter, eine daraus abgeleitete Erzeugung elektrischer Energie und/oder Schätzungen für einen Energieverbrauch innerhalb und/oder außerhalb des Energiesubsystems 10 in dem entsprechenden Zeitintervall t betreffen. Die Vorhersagen können von einem Wetterdienst und/oder von einer sonstigen Vorhersageeinrichtung bezogen werden. Alternativ oder zusätzlich können die Vorhersagen die genannten Größen auch für einen längeren Zeitraum, beispielsweise einen halben Tag oder einen ganzen Tag, betreffen. Insgesamt kann auf diese Weise bestimmt werden zu welchen Emissionen, insbesondere zu welcher maximalen Kohlenstoffdioxidemission, das Energiesubsystem 10 welche Menge an elektrischer Energie bereitstellt oder nachfragt. Die ersten Einspeisedaten 6 werden an die Steuerungszentrale 2 übermittelt.
In einem Schritt S2 werden die ersten Einspeisedaten 6 durch die Steuerungszentrale 2 empfangen. Zusätzlich können in dem Schritt S2 die ersten Einspeisedaten 6 durch die Steuerungszentrale 2 ausgewertet werden. Beispielsweise werden die ersten Einspeisedaten 6 durch die Steuerungszentrale 2 in eine abrufbare Datenbank übertragen. Diese Datenbank kann durch die Energiesubsysteme 3 beziehungsweise der Steuerungseinheiten 4 abgerufen werden. In einer solchen Datenbank können alle Einspeisedaten in dem Energiesystem 1 gesammelt werden. Eine solche Datenbank kann auch mit dem englischen Fachbegriff „open order book (COOB)“ bezeichnet werden. Anhand dieser Datenbank können die Einspeisedaten unterschiedliche Energiesubsysteme 3 zusammengeführt werden. Insbesondere wird anhand der Datenbank der Austausch von Energie zwischen den Energiesubsysteme 3 durch die Steuerungszentrale 2 festgelegt. Ein Beispiel einer solchen Datenbank ist in 3 dargestellt.
Vergleichbare erste Einspeisedaten 6 können durch die Steuerungszentrale 2 von mehreren Energiesubsysteme 3 empfangen werden. Die ersten Einspeisedaten 6 können als feststehende Angebote im Rahmen einer sogenannten „push strategy“ gelten.
Dabei können durch die entsprechenden Energiesubsysteme 3 beziehungsweise deren Steuerungseinheiten 4 die ersten Einspeisedaten 6 als feststehende Angebote in der Datenbank der Steuerungszentrale 2 platziert werden. Die Steuerungszentrale 2 kann die ersten Einspeisedaten 6 unterschiedlicher Energiesubsysteme 3 beziehungsweise deren Steuerungseinheiten 4 miteinander verknüpfen. Möglicherweise ergeben sich dabei zusammenpassende erste Einspeisedaten 6, wobei zusammenpassend bedeutet, dass durch die entsprechenden ersten Einspeisedaten 6 jeweils passende Angebote und Nachfragen nach elektrischer Energie zusammenkommen. In diesem Fall kann die Steuerungszentrale 2 den Austausch elektrischer Energie anhand der ersten Einspeisedaten6, insbesondere anhand der maximalen Kohlenstoffdioxidemissionen, steuern.
In einem Schritt S3 übermittelt die Steuerungszentrale 2 die ersten Einspeisedaten 6 an zumindest einige der übrigen Energiesubsysteme 3. Vorliegend werden die ersten Einspeisedaten 6 an die Energiesubsysteme 11 und 12 beziehungsweise deren Steuerungseinheiten 21 und 22 übermittelt.
Die Energiesubsysteme 11 und 12 beziehungsweise deren Steuerungseinheiten 21 und 22 empfangen die ersten Einspeisedaten 6 in einem jeweiligen Schritt S4 beziehungsweise S4'. In einem Schritt S5, S5' werden die ersten Einspeisedaten 6 durch die jeweiligen Steuerungseinheiten 21 und 22 analysiert. Außerdem werden in dem Schritt S5, S5' zweite Einspeisedaten 7,7' durch die Steuerungseinheiten 21 und 22 bestimmt beziehungsweise erstellt.
Die zweiten Einspeisedaten 7,7' werden insbesondere in Echtzeit oder im Vorhinein (beispielsweise 1 Stunde, 2 Stunden, einen halben Tag oder einen ganzen Tag im Voraus) für ein bestimmtes diskretes Zeitintervall t bestimmt, bereitgestellt und/oder berechnet. Hierbei berücksichtigt werden die ersten Einspeisedaten 6, sowie optionaler Weise ein Systemzustand des jeweiligen Energiesubsystems 11 oder 12 (beispielsweise ein Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers des jeweiligen Energiesubsystems 11 oder 12) zu Beginn des Zeitintervalls t sowie ebenfalls optionaler Weise unterschiedliche Vorhersagen. Diese Vorhersagen können das Wetter, eine daraus abgeleitete Erzeugung elektrischer Energie und/oder Schätzungen für einen Energieverbrauch innerhalb und/oder außerhalb des jeweiligen Energiesubsystems 11 oder 12 in dem entsprechenden Zeitintervall t betreffen. Die Vorhersagen können von einem Wetterdienst und/oder von einer sonstigen Vorhersageeinrichtung bezogen werden. Alternativ oder zusätzlich können die Vorhersagen die genannten Größen auch für einen längeren Zeitraum, beispielsweise einen halben Tag oder einen ganzen Tag, betreffen. Insgesamt kann auf diese Weise bestimmt werden, zu welchen Emissionen, insbesondere zu welcher maximalen Kohlenstoffdioxidemission, das jeweilige Energiesubsystem 11 oder 12 welche Menge an elektrischer Energie bereitstellt oder nachfragt. Dabei werden die zweiten Einspeisedaten 7,7' insbesondere auf die ersten Einspeisedaten 6 hin angepasst. Die zweiten Einspeisedaten 7,7' werden in einem Schritt S6, S6' an die Steuerungszentrale 2 übermittelt.
Die zweiten Einspeisedaten 7,7' können auch als dynamische Angebote im Rahmen einer sogenannten „pull-optimizepush(POP)-strategy“ aufgefasst werden. Auf Deutsch übersetzt bedeutet dies so viel wie „herunterladen-optimieren-hochladen Strategie“. Dabei werden die ersten Einspeisedaten 6 aus der Datenbank der Steuerungszentrale 2 regelmäßig, wiederholt oder periodisch durch die Steuerungseinheiten 4 der entsprechenden Energiesubsysteme 3 abgerufen und darauf angepasste zweite Einspeisedaten 7,7' in der Datenbank gespeichert.
In einem Schritt S7 werden die zweiten Einspeisedaten 7,7' durch die Steuerungszentrale 2 empfangen. Die zweiten Einspeisedaten 7,7' können ebenfalls in der Datenbank der Steuerungszentrale 2 platziert werden.
In einem Schritt S8 steuert die Steuerungszentrale 2 den Austausch elektrischer Energie zwischen den Energiesubsysteme 3. Insbesondere steuert die Steuerungszentrale 2 den Austausch elektrischer Energie zwischen dem ersten Energiesubsystem 10 mit einem oder beiden der Energiesubsysteme 11 und 12. Beispielsweise enthalten die ersten Einspeisedaten 6 ein Angebot zur Bereitstellung einer bestimmten Energiemenge durch das erste Energiesubsysteme 10. Diesem Fall kann die Steuerungszentrale den Austausch derart steuern, dass die bestimmte Energiemenge zumindest teilweise durch die Energiesubsysteme 11 und/oder 12 entsprechend der zweiten Einspeisedaten 7,7' empfangen wird. Alternativ oder zusätzlich kann, wie oben bereits beschrieben, der Austausch elektrischer Energie zwischen der ersten Energiesubsysteme 10 und einem weiteren Energiesubsystem 3 anhand der ersten Einspeisedaten 6 des Energiesubsysteme 10 sowie anhand weiterer erster Einspeisedaten des weiteren Energiesubsystems 3 gesteuert werden. In einem anderen Beispiel enthalten die ersten Einspeisedaten 6 aus dem ersten Energiesubsystem 10 eine Nachfrage nach einer bestimmten Energiemenge.
Das Steuern gemäß Schritt S8 kann dadurch erfolgen, dass dem ersten Energiesubsystem 10 sowie den zweiten Energiesubsystemen 11 und/oder 12 jeweils eine zu übertragende Energiemenge 8,8',8” zugewiesen wird. Diese zu übertragende Energiemenge 8,8',8” kann durch die Steuerungszentrale 2 festgelegt werden. Anschließend kann die zu übertragende Energiemenge 8,8',8” durch die Steuerungszentrale 2 an die entsprechenden Energiesubsysteme 10, 11, 12 übermittelt werden. Beispielsweise liegt die Steuerungszentrale 2 mittels der zu übertragenden Energiemenge 8,8',8” fest, dass die zweiten Energiesubsysteme 11 und 12 die Nachfrage des ersten Energiesubsystems 10 nach der bestimmten Energiemenge jeweils zum Teil erfüllen müssen. Mit anderen Worten steuert die Steuerungszentrale 2 in diesem Beispiel, dass die zweiten Energiesubsysteme 11 und 12 jeweils eine Teilmenge der durch das erste Energiesubsystem 10 nachgefragten bestimmten Energiemenge an das erste Energiesubsysteme 10 übertragen.
Bei dem Steuern des Austauschs der elektrischen Energie im Schritt S8 kann eine Entfernung zwischen den Energiesubsystemen 10, 11, 12 berücksichtigt werden. Insbesondere wird eine entfernungsabhängige Durchleitungsvergütung durch die Steuerungszentrale 2 bestimmt. Vorteilhafterweise ist die Durchleitungsvergütung umso größer, je weiter die Energiesubsysteme 10, 11, 12 voneinander entfernt sind. Die Durchleitungsvergütung kann zusätzlich abhängig von einer Netzauslastung des Verteilnetz 5 sein. Insbesondere ist die Durchleitungsvergütung umso höher, je stärker das Verteilnetz 5 bereits ausgelastet ist. Diese Durchleitungsvergütung kann durch die Steuerungszentrale 2 beim Vergleichen der Vergütungskonditionen, die Teil der ersten 6 und zweiten Einspeisedaten 7 sind, berücksichtigt werden. Alternativ können in dem Schritt S3 die ersten Einspeisedaten 6 durch die Steuerungszentrale 2 derart modifiziert werden, dass diese die Durchleitungsvergütung enthalten. Beispielsweise werden in dem Schritt S3 die Einspeisedaten 6 um die Durchleitungsvergütung erweitert oder mit der Durchleitungsvergütung verrechnet.
Die Steuerinformationen im Rahmen der zu übertragenden Energiemenge 8,8',8” werden in einem Schritt S9, S9', S9” durch die entsprechenden Energiesubsysteme 10, 11, 12 empfangen. Entsprechend der zu übertragenden Energiemenge 8, 8', 8” können die Energiesubsysteme 10, 11, 12 anschließend eine tatsächliche Energiemenge 9,9' übertragen. Im vorliegenden Beispiel übermitteln die zweiten Energiesubsysteme 11 und 12 eine tatsächliche Energiemenge 9,9' entsprechend der zu übertragenden Energiemenge 8, 8', 8”.
Vorliegend wird zusätzlich ein Abweichungsmaß bestimmt, welches eine Abweichung zwischen der tatsächlich übertragenen Energiemenge 9,9' und der zu übertragenden Energiemenge 8,8',8” charakterisiert beziehungsweise quantifiziert. Kann die zu übertragende Energiemenge 8,8',8” durch eines der zweiten Energiesubsysteme 11 oder 12 nicht vollständig bereitgestellt werden, so wird dies mittels des Abweichungsmaßes berücksichtigt. Zusätzlich kann anhand des Abweichungsmaßes eine Abweichungsvergütung beziehungsweise eine Vertragsstrafe durch die Steuerungszentrale 2 festgelegt werden.
Insgesamt kann durch jedes der Energiesubsysteme 3 beziehungsweise die entsprechende Steuerungseinheiten 4 im Rahmen erster Einspeisedaten 6 und/oder zweite Einspeisedaten 7 ein jeweiliges Tupel an nachgefragter beziehungsweise angebotener Energiemenge und den maximalen Kohlenstoffdioxidemissionen an die Steuerungszentrale 2 übermittelt werden. Diese Tupel können durch die Steuerungszentrale 2 in deren Datenbank hinterlegt werden. Die Steuerungszentrale 2 versucht hierbei stets die in der Datenbank hinterlegten Einspeisedaten 6, 7 beziehungsweise Tupel zu „matchen“, also miteinander zu verknüpfen. In weiterer Ausgestaltung können die Einspeisedaten 6, 7 statt des Tupels einen Tripel umfassen, der zusätzlich ein jeweiliges Zeitintervall t, für welches das Angebot beziehungsweise die Nachfrage gültig ist, und/oder eine Preis pro Energiemenge angibt. Ergeben sich in der Datenbank passende Einspeisedaten 6, 7, also beispielsweise ein Angebot und eine Nachfrage für eine Energiemenge in einem bestimmten Zeitintervall t mit einer maximalen Kohlenstoffdioxidemission, so kann die Steuerungszentrale 2 einen Energieaustausch entsprechend der passenden Einspeisedaten 6, 7 steuern.
Bei dem vorgestellten Verfahren können individuelle Netzentgelte für einzelne „Transaktionen“ definiert werden. Eine Transaktion findet hierbei statt, wenn ein Energiesubsystem 3 eine bestimmte Menge elektrischer Energie an einem bestimmten Ort in einem bestimmten Zeitintervall t erzeugt und ein anderes Energiesubsysteme 3 diese Menge elektrischer Energie abzüglich der Verluste an einem anderen Ort in dem gleichen Zeitintervall t verbraucht. Die Durchleitungsvergütung (auch Netzentgelte genannt) können individuell festgelegt werden, da jedes Energiesubsystem 3 aktuelle Einspeisedaten, welche auch als Gebote ähnlich einer Auktion ausgeführt sein können, in der Datenbank einsehen kann und so individuell zugeschnittene Netzentgelte auf die Gebote addiert werden können. Die Netzentgelte können orts- und zeitabhängig sein. Hierbei kann zur Bestimmung der Netzentgelte ein Modell des Verteilnetzes 5 Berücksichtigung finden. Die Netzentgelte können entweder direkt von der Steuerungszentrale 2 oder von einem Dritten, insbesondere dem Netzbetreiber, festgelegt werden. Durch die individuellen Netzentgelte kann ein systemdienliches Verhalten angereizt werden. Beispielsweise findet in diesem Fall vornehmlich lokale Erzeugung und Verbrauch statt. Weiterhin ergeben sich hieraus folgende weitere Vorteile: Die bestehende technische Netzinfrastruktur des Verteilnetzes 5 (elektrisches Netz, Transformatoren, Schalter und weiteres) wird besser ausgelastet. Hierdurch werden andernfalls notwendige Investitionen in zusätzliche Infrastruktur vermieden. Ebenso wird die bestehende Infrastruktur nicht überlastet.
Die Gebotsabgabe der einzelnen Akteure („Push“ und „POP“-Strategy) erfolgt jeweils nach Lösen eines Optimierungsproblems (beispielsweise Optimalsteuerung oder Betriebsoptimierung, kurz Optimierung). Hierbei spielen aktuelle Messwerte, die den Systemzustand kennzeichnen, als auch Prognosen eine Rolle. Für die „Push-Strategie“ kann ein Referenzpreis verwendet werden um eine Betriebsoptimierung des Energiesubsystems durchzuführen. Die hierbei ermittelte Energiemenge kann nach Preisabschlag beziehungsweise Preis aufschlagen (Gewinn gegenüber dem Referenzpreis) an die Steuerungszentrale 2 übermittelt werden.
Die ausgehandelten Energiemengen müssen von jeweils jeder Steuerungseinheiten 4 für jeweils jedes Energiesubsysteme 3 bei der folgenden Betriebsoptimierung berücksichtigt werden und eine Planung zum Austausch von Energie, welche durch die Steuerungszentrale 2 aufgestellt wird, entsprechend eingehalten werden (Kommunikation der Planung z.B. an eine Regeleinheit). Bei Abweichungen, die größer als ein definierter (absoluter oder relativer) Toleranzbereich sind, werden (individualisierte) Strafzahlungen fällig.
Das vorgestellte Verfahren kann auch für „Ausfallsituationen“ verwendet werden. In diesen Situationen fällt beispielsweise ein technisches Aggregat eines Energiesubsystems 3 (beispielsweise ein BHKW) für eine bestimmte Zeit aus. Oder die Vorhersage der solaren Erzeugung eines Energiesubsystems ist für einen bestimmten Tag besonders schlecht. Jede Steuerungseinheit 4 kann diesen Ausfall oder die falsche Vorhersage bei der Optimierung berücksichtigen und mittels entsprechender Einspeisedaten ein entsprechendes Gebot an die Steuerungszentrale 2 übermitteln, um sich anderweitig elektrische Energie zu beschaffen und so einen Ausfall oder eine Nichterfüllung seiner Gebote zu verhindern.
Die 3 zeigt eine exemplarische Datenbank zum Austausch von Energie, das auch als „open order book“ bezeichnet werden kann.
Eine erste Spalte C1 kennzeichnet den jeweiligen Akteur A1,...,A3. Ein Akteur A1,...,A3 kann zu einem Energiesubsystem korrespondieren. Alternativ oder ergänzend kann ein Akteur A1,...,A3 mehrere Energiesubsysteme umfassen.
Eine zweite Spalte C2 korrespondiert zur Angebotsform, das heißt ob Energie erzeugt/bereitgestellt oder empfangen und/oder verbraucht wird. Hierbei steht „Buy“ für einen Empfang/Verbrauch der Energie und „Sell“ für eine Erzeugung/Bereitstellung von Energie.
Eine dritte Spalte C3 gibt die jeweilige Energiemenge an, beispielswiese in Kilowattstunden, die Empfangen und/oder bereitgestellt beziehungsweise erzeugt wird.
Eine vierte Spalte C4 kennzeichnet die mit der Erzeugung/Bereitstellung und/oder dem Empfang der Energie zugehörige maximale Kohlenstoffdioxidemission. Beispielsweise ist Akteur A2 bereit für maximal 400 Gramm CO₂ pro Kilowattstunde 20 Kilowattstunden Energie zu empfangen. Akteur A3 kann mittels Gas 5 Kilowattstunden mit (minimal) 500 Gramm CO₂ pro Kilowattstunde bereitstellen. Somit liegt keine Übereinstimmung zwischen diesen zwei beispielhaften Angeboten vor. Allerdings kann Akteur A3 mittels einer Photovoltaikanlage ebenfalls 20 Kilowattstunden mit 0 Gramm CO₂ pro Kilowattstunde bereitstellen. Somit liegt eine Übereinstimmung dieser Angebote vor und Akteur A3 könnte an Akteur A2 liefern. Hierbei ist erkennbar, dass die Kohlenstoffdioxidemissionen einer der entscheidenden Kriterien für die Übereinstimmung von Angeboten sind. Stimmen die Angebote in diesem Sinne überein, so kann grundsätzlich ein Austausch der Energie zwischen den genannten Akteuren/Energiesubsystemen erfolgen. Der Austausch kann von weiteren Größen, die mittels der Einspeisedaten übermittelt worden sind, abhängen. Der möglichst optimale Austausch wird dann mittels einer Optimierung ermittelt. Dadurch wird ein vorteilhafter lokaler Energiemarkt ausgebildet.
Typischerweise geben Verbraucher eine maximale Kohlenstoffdioxidemission an, zu welcher sie bereit sind, eine bestimmte Energiemenge zu verbrauchen. Die Erzeuger geben typischerweise eine minimale oder die Kohlenstoffdioxidemission an, die mit der Erzeugung einer bestimmten Energiemenge verbunden ist.
Eine fünfte Spalte C5 korrespondiert zur jeweiligen Form oder Art der Bereitstellung der Energie. Beispielsweise stellt Akteur A1 seine 30 Kilowattstunden mittels einer Photovoltaikanlage (PV) bereit.
Eine sechste Spalte C6 kann zum Preis der Energie, beispielsweise Preis pro Energiemenge, insbesondere Preis pro Kilowattstunde, oder einer Lieferzeit und/oder Empfangszeit der Energie korrespondieren. Ferner können weitere Spalten, die übermittelte Größen der Einspeisedaten repräsentieren, vorgesehen sein. Weiterhin können weitere Akteure und/oder weitere Angebote („Sell“ oder „Buy“) der Akteure A1,...,A3, das heißt weitere Zeilen vorgesehen sein.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist somit, dass die Kohlenstoffdioxidemissionen, zu welchen ein Energiesubsystem bereit ist Energie zu empfangen und/oder zu verbrauchen, und zu welchen ein weiteres Energiesubsystem bereit ist Energie bereitzustellen und/oder zu erzeugen, beim Steuern des Austausches der Energie, insbesondere mittels einer Optimierung, berücksichtigt werden.
Bezugszeichenliste

1: Energiesystem
2: Steuerungszentrale
3: Energiesubsystem
4: Steuerungseinheit
5: Verteilnetz
6: Einspeisedaten
7: Einspeisedaten
8: Energiemenge
9: Energiemenge
10: Energiesubsystem
11: Energiesubsystem
12: Energiesubsystem
20: Steuerungseinheit
21: Steuerungseinheit
22: Steuerungseinheit
S1...S10: Verfahrensschritte
C1...C6: Spalten der Datenbank
A1...A3: Akteure

Claims

Verfahren zum Steuern eines Austauschs von Energie in einem Energiesystem (1) mit mehreren Energiesubsystemen (3), welche jeweils für den Austausch von Energie untereinander verbunden sind, mit den Schritten: - Empfangen erster Einspeisedaten (6) aus einem ersten (10) der Energiesubsysteme (3) durch eine Steuerungszentrale (2), wobei die ersten Einspeisedaten (6) jeweilige Emissionen und/oder Primärenergieeinsätze, insbesondere maximale Kohlenstoffdioxidemissionen, des ersten Energiesubsystems (10) zum Empfangen und/oder zur Bereitstellung von Energie umfassen, - Übermitteln der ersten Einspeisedaten (6) an ein zweites (11, 12) aus den mehreren Energiesubsystemen (3), - Empfangen von an die ersten Einspeisedaten (6) angepassten zweiten Einspeisedaten (7) aus dem zweiten Energiesubsystem (11, 12) durch die Steuerungszentrale (2), wobei die zweiten Einspeisedaten (7) jeweilige Emissionen und/oder Primärenergieeinsätze, insbesondere maximale Kohlenstoffdioxidemissionen, des zweiten Energiesubsystems (11, 12) zum Empfangen und/oder zur Bereitstellung von Energie umfassen, und - Steuern des Austauschs von Energie zwischen dem ersten (10) und dem zweiten Energiesubsystem (11, 12) entsprechend der ersten (6) und zweiten Einspeisedaten (7) durch die Steuerungszentrale (2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Einspeisedaten (6, 7) jeweilige Vergütungskonditionen des ersten beziehungsweise zweiten Energiesubsystems (10, 11, 22) zum Empfangen und/oder zur Bereitstellung von Energie umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ersten (6) und die zweiten Einspeisedaten (7) auf ein gemeinsames Zeitintervall beziehen, in welchem der Austausch der Energie erfolgen soll.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Einspeisedaten (6) durch das erste Energiesubsystem (10) in Abhängigkeit von einem Systemzustand des ersten Energiesubsystems (10) bestimmt werden und/oder die zweiten Einspeisedaten (7) durch das zweite Energiesubsystem (11, 12) in Abhängigkeit von einem Systemzustand des zweiten Energiesubsystems (11, 12) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Systemzustand des ersten Energiesubsystems (10) und/oder des zweiten Energiesubsystems (11, 12) auf einer Messung und/oder einer Prognose basiert.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der ersten (6) beziehungsweise zweiten Einspeisedaten (7) ein Optimierungsproblem, insbesondere im Sinne einer Optimalsteuerung oder Betriebsoptimierung, durch das erste Energiesubsystem (10) und/oder das zweite Energiesubsystem (11, 12) basierend auf dem jeweiligen Systemzustand gelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Abweichung zwischen einem zuvor prognostizierten Systemzustand für ein Zeitintervall und einem später festgestellten Systemzustand für dasselbe Zeitintervall die ersten (6) beziehungsweise zweiten Einspeisedaten (7) derart bestimmt werden, dass die Abweichung minimiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchleitungsvergütung für ein zum Austausch der Energie genutztes Verteilnetz (5) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchleitungsvergütung zusammen mit den ersten Einspeisedaten (6) an das zweite Energiesubsystem (11, 12) übermittelt und/oder die ersten Einspeisedaten (6) entsprechend der Durchleitungsvergütung angepasst werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchleitungsvergütung abhängig von einer Entfernung zwischen dem ersten (10) und dem zweiten Energiesubsystem (11, 12) und/oder abhängig von einer Netzauslastung des Verteilnetzes (5) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Steuern des Austauschs der Energie zwischen dem ersten (10) und dem zweiten Energiesubsystem (11, 12) eine zu übertragende Energiemenge (8) und bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nachdem der Austausch elektrischer Energie erfolgt ist, eine tatsächlich übertragene Energiemenge (9) bestimmt und abhängig davon ein Abweichungsmaß bestimmt wird, welches eine Abweichung zwischen der zu übertragenden Energiemenge (8) und der tatsächlich übertragenen Energiemenge (9) charakterisiert.
Steuerungszentrale (2), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Energiesystem (1), mit - mehreren Steuerungseinheiten (4) zum Steuern eines jeweiligen Energiesubsystems (3) in Bezug auf einen Austausch von Energie des Energiesubsystems (3) mit anderen Energiesubsystemen (3), und - einer Steuerungszentrale - zum Empfangen erster Einspeisedaten (6) aus einem ersten (10) der Energiesubsysteme (3), wobei die ersten Einspeisedaten (6) jeweilige Emissionen und/oder Primärenergieeinsätze, insbesondere maximale Kohlenstoffdioxidemissionen, des ersten Energiesubsystems (10) zum Empfang und/oder zur Bereitstellung von Energie umfassen, - zum Übermitteln der ersten Einspeisedaten (6) an ein zweites (11, 12) aus den mehreren Energiesubsystemen (3), - zum Empfangen von an die ersten Einspeisedaten (6) angepassten zweiten Einspeisedaten (7) aus dem zweiten Energiesubsystem (11, 12), wobei die zweiten Einspeisedaten (7) jeweilige Emissionen und/oder Primärenergieeinsätze, insbesondere maximale Kohlenstoffdioxidemissionen, des zweiten Energiesubsystems (11, 12) zum Empfang und/oder zur Bereitstellung von Energie umfassen, und - zum Steuern des Austauschs von Energie zwischen dem ersten (10) und dem zweiten Energiesubsystem (11, 12) entsprechend der ersten (6) und zweiten Einspeisedaten (7) .
Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Steuerungszentrale (2) eines Energiesystems (1) ladbar ist, mit Programmcodemitteln, um die Schritte des Verfahrens zum Steuern eines Austauschs elektrischer Energie nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen, wenn das Programm in der Steuerungszentrale (2) des Energiesystems (1) ausgeführt wird.
Speichermedium mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein Computerprogramm nach Anspruch 15 umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Speichermediums in einer Steuerungszentrale (2) eines Energiesystems (1) ein Verfahren zum Steuern eines Austauschs elektrischer Energie nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchführen.