DE102019212291A1

DE102019212291A1 - Steuern eines Energieaustausches

Info

Publication number: DE102019212291A1
Application number: DE102019212291.4A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2019-08-16
Filing date: 2019-08-16
Publication date: 2021-02-18
Also published as: CN114245957A; EP3984110A1; KR20220045983A; US20220337059A1; AU2020333139A1; WO2021032326A1; AU2023263448A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern eines Energieaustausches zwischen mehreren Energiesystemen (3, 3') mittels einer Steuerungszentrale (1) vorgeschlagen, wobei wenigstens eine Komponente (4) eines der Energiesysteme (3) über ein Schnittstellenmodul (2) zum Datenaustausch mit der Steuerungszentrale (1) gekoppelt und gemäß Steuerungsdaten betreibbar ist, und welches wenigstens die folgenden Schritte umfasst:- Senden eines ersten Datensatzes durch die Komponente (4) an das Schnittstellenmodul (2), wobei der erste Datensatz wenigstens ein Vorhersageprofil bezüglich eines Energieaustausches der Komponente (4) umfasst;- Senden eines zweiten Datensatzes durch das Schnittstellenmodul (2) an die Steuerungszentrale (1), wobei der zweite Datensatz wenigstens den ersten Datensatz und komponentenspezifische Daten der Komponente (4) umfasst;- Ermitteln von Steuerungsdaten durch die Steuerungszentrale (1), wobei hierbei wenigstens das mittels des zweiten Datensatzes übermittelte Vorhersageprofil und die komponentenspezifischen Daten sowie durch weitere Energiesysteme (3') an die Steuerungszentrale (1) übermittelte Daten berücksichtigt werden;- Senden der ermittelten Steuerungsdaten an das Schnittstellenmodul (2); und- Betreiben der Komponente (4) gemäß der an das Schnittstellenmodul (2) übermittelten Steuerungsdaten durch das Schnittstellenmodul (2).Weiterhin betrifft die Erfindung eine Energiemarktplattform.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Energieaustausches zwischen mehreren Energiesystemen mittels einer Steuerungszentrale. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Energiemarktplattform mittels welcher ein Energieaustausch zwischen mehreren Energiesystemen steuerbar ist.
Mittels einer Energiemarktplattform, die ebenfalls als lokaler Energiemarkt bezeichnet werden kann, können Energiesysteme (englisch: Prosumer) dezentral Energie untereinander austauschen. Typischerweise wird elektrische Energie, das heißt Strom ausgetauscht. Die Energiesysteme beziehungsweise die Prosumenten beziehungsweise die Teilnehmer des lokalen Energiemarktes geben hierbei Angebote ab, die mittels der Energiemarktplattform bestmöglich in Übereinstimmung gebracht werden (englisch: Market Matching). Basierend hierauf wird der Energieaustausch zwischen den Energiesystemen mittels der Energiemarktplattform gesteuert.
Mit anderen Worten wird der lokale Energiemarkt durch eine bezüglich der Energiesysteme zentrale Energiemarktplattform realisiert, die den Energieaustausch zwischen den Energiesystemen steuert, koordiniert und/oder managet. Somit wird der lokale Energiemarkt durch eine solche Energiemarktplattform technisch realisiert.
Ein Energiesystem ist hierbei beispielsweise ein Stadtviertel, eine Gemeinde, ein Gebäude, ein Wohngebäude, insbesondere ein Einfamilienhaus oder ein Mehrfamilienhaus, eine industrielle Anlage, ein Zusammenschluss mehrere Gebäude und/oder weitere technische Anlagen, die energietechnische Anlagen aufweisen, insbesondere im Hinblick eines Energieverbrauches, einer Energieerzeugung und/oder einer Energiespeicherung. Insbesondere in den letzten Jahren steigt die Anzahl von Wohngebäuden mit selbsterzeugter Energie, beispielsweise mittels einer Photovoltaikanlage, und Speicherung, beispielsweise mittels eines Batteriespeichers. Ein solches Wohngebäude ist ein Energiesystem, welches elektrische Energie erzeugt, verbraucht und gegebenenfalls speichert.
Für eine Teilnahme eines Energiesystems an einem lokalen Energiemarkt ist eine Vorhersage (Prognose) des Energieverbrauches und/oder der Energieerzeugung für das jeweilige Energiesystem und für einen bestimmten zeitlichen Vorhersagehorizont vorteilhaft. Eine solche Vorhersage kann für größerer Energiesysteme, beispielsweise Wohnsiedlungen, mit ausreichender Genauigkeit ermittelt werden. Für kleinere Energiesysteme, beispielsweise einzelne Haushalte, ist eine ausreichend genaue Vorhersage aufgrund von größeren stochastischen Schwankungen, beispielsweise durch ein Einschalten und/oder Ausschalten einzelner Geräte, nur schwer möglich. Mit anderen Worten dominieren stochastische Schwankungen das Verbrauchsprofil eines Haushalts. Dadurch ergeben sich insbesondere für die Teilnahme kleinerer Energiesysteme an einem lokalen Energiemarkt, insbesondere für Einfamilienhäuser beziehungsweise einzelne Haushalte, zwei grundsätzliche Probleme.
Ersten könnte aufgrund einer ungenauen oder falschen Vorhersage, beispielsweise im Hinblick auf die Energieerzeugung mittels einer Photovoltaikanlage, das betroffene Energiesystem dem Energiemarkt eine geringere Energiemenge bereitstellen, als das Energiesystem vorab dem Energiemarkt mitgeteilt oder übermittelt hat. Dadurch muss die Energiedifferenz durch die weiteren Energiesysteme des lokalen Energiemarktes ausgeglichen und/oder aus einem bezüglich des lokalen Energiemarktes übergeordneten Energienetz bezogen werden.
Zweites könnte aufgrund einer ungenauen Vorhersage eines der Energiesysteme weniger Energie verbrauchen, als es vorab dem Energiemarkt übermittelt hat. Dadurch würde eine zu große Energiemenge durch die weiteren am lokalen Energiemarkt teilnehmenden Energiesysteme bereitgestellt werden.
Eine mögliche Lösung der zwei genannten Probleme ist eine Einplanung von Energiereserven. Beispielsweise könnten nur 75 Prozent einer prognostizierten mittels einer Photovoltaikanlage erzeugten Energiemenge dem lokalen Energiemarkt zur Verteilung an die weiteren Energiesysteme gemeldet werden. Hierdurch würde jedoch das Potential des lokalen Energiemarktes nicht vollständig ausgeschöpft und zudem könnten zusätzliche Kosten für die Teilnehmer entstehen, die eine Teilnahme an einem lokalen Energiemarkt unattraktiver erscheinen lassen könnten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Energieaustausch innerhalb eines lokalen Energiemarktes zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch eine Energiemarktplattform mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 10 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Energieaustausches zwischen mehreren Energiesystemen mittels einer Steuerungszentrale, wobei wenigstens eine Komponente eines der Energiesysteme über ein Schnittstellenmodul zum Datenaustausch mit der Steuerungszentrale gekoppelt und gemäß Steuerungsdaten betreibbar ist, umfasst wenigstens die folgenden Schritte:

- Senden eines ersten Datensatzes durch die Komponente an das Schnittstellenmodul, wobei der erste Datensatz wenigstens ein Vorhersageprofil bezüglich eines Energieaustausches der Komponente umfasst;
- Senden eines zweiten Datensatzes durch das Schnittstellenmodul an die Steuerungszentrale, wobei der zweite Datensatz wenigstens den ersten Datensatz und komponentenspezifische Daten der Komponente umfasst;
- Ermitteln von Steuerungsdaten durch die Steuerungszentrale, wobei hierbei wenigstens das mittels des zweiten Datensatzes übermittelte Vorhersageprofil und die komponentenspezifischen Daten sowie durch weitere Energiesysteme an die Steuerungszentrale übermittelte Daten berücksichtigt werden;
- Senden der ermittelten Steuerungsdaten an das Schnittstellenmodul; und
- Betreiben der Komponente gemäß der an das Schnittstellenmodul übermittelten Steuerungsdaten durch das Schnittstellenmodul.

Der Begriff des Steuerns umfasst vorliegend ebenfalls ein Regeln.
Das erfindungsgemäße Verfahren oder ein oder mehrere Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können computergestützt sein. Ebenfalls können Ausgestaltungen des Verfahrens computergestützt sein.
Durch eine Leistung innerhalb eines Zeitbereiches ergibt sich eine bestimmte Energie in diesem Zeitbereich, die bereitgestellt wird, erzeugt wird, verbraucht wird, gespeichert und/oder ausgetauscht wird. In diesem Sinne sind die Begriffe Energie und Leistung in der vorliegenden Erfindung äquivalent und sind somit untereinander austauschbar.
Bei der Steuerungszentrale kann es sich um eine bezüglich der Energiesysteme zentrale Koordinationsplattform (Energiemarktplattform) handeln, insbesondere um einen zentralen Server. Hierbei ist die Steuerungszentrale bezüglich des Steuern des Energieaustausches zentral, das heißt diese muss nicht örtlich zentralisiert vorliegen. Beispielsweise ist die Steuerungszentrale räumlich verteilt in einem oder mehreren Rechenzentren (englisch: distributed computing). Mit anderen Worten ist die Steuerungszentrale eine zum gemeinschaftlichen Steuern des Energieaustausches zwischen den Energiesystemen ausgebildete Steuereinheit.
Die Energiesysteme weisen typischerweise energietechnische Anlagen auf, beispielsweise Erzeugungsanlagen, Verbrauchsanlagen und/oder Speicheranlagen für eine oder mehrere Energieformen. Die Energiesysteme sind typischerweise über ein bezüglich des Energieaustausches spezifisches Energienetz wenigstens teilweise miteinander gekoppelt, typischerweise wenigstens über ein Stromnetz.
Die Steuerungszentrale kann weiterhin über ein Datennetzwerk, insbesondere über das Internet, mit den Energiesystemen kommunizieren und Daten beziehungsweise Datensätze austauschen. Dabei muss die Steuerungszentrale nicht zwangsläufig in der durch das Energiesystem abgedeckten Region liegen oder Bestanteil des Energiesystems sein. Besonders bevorzugt ist die Steuerungszentrale Bestandteil einer lokalen Energiemarktplattform. Die lokale Energiemarktplattform steuert beziehungsweise koordiniert den Energieaustausch zwischen den Energiesystemen. Die Steuerungszentrale kann besonders bevorzugt einen lokalen Energiemarkt ausbilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bezieht sich das Vorhersageprofil auf die Komponente selbst. Es erfolgt somit eine auf die Komponenten runtergebrochene Vorhersage, welche Komponente tatsächlich für die Erzeugung, für den Verbrauch und/oder für die Speicherung der auszutauschenden Energie vorgesehen ist. Dadurch wird die Vorhersage beziehungsweise das Vorhersageprofil bezüglich seiner Genauigkeit verbessert. Insbesondere werden stochastische Einschaltprozesse verbessert mittels des Vorhersageprofils abgebildet.
Die Komponente, beispielsweise eine Kaffeemaschine, übermittelt das Vorhersageprofil bezüglich des Energieaustausches, das heißt bezüglich der Energie, die die Komponente innerhalb eines zukünftigen Zeitbereiches erzeugt, verbraucht und/oder speichert, an das Schnittstellenmodul (englisch: Gateway). Dies erfolgt mittels des ersten Datensatzes. Mit anderen Worten umfasst der erste Datensatz das Vorhersageprofil beziehungsweise die Information über das Vorhersageprofil.
Weiterhin sind im Schnittstellenmodul komponentenspezifische Informationen über die Komponente hinterlegt. Diese komponentenspezifischen Informationen, die als Daten vorliegen, können eine Leistung, ein Wirkungsgrad, eine Leistungszahl, eine Kohlenstoffdioxidemission, ein maximaler Preis für den Bezug einer Energie, ein minimaler Preis für die Erzeugung und/oder Speicherung einer Energie, und/oder weitere Informationen sein, die beispielsweise ein Nutzer der Komponente hinterlegt hat.
Die komponentenspezifischen Informationen werden zusammen mit dem von der Komponente an das Schnittstellenmodul übermittelten Vorhersageprofil an die Steuerungszentrale übermittelt. Dies erfolgt mittels des zweiten Datensatzes, wobei der zweite Datensatz aus zwei Datensätzen zusammengesetzt sein kann. Entscheidend ist lediglich, dass der zweite Datensatz die komponentenspezifischen Daten/Informationen sowie das Vorhersageprofil als Information umfasst.
Das Schnittstellenmodul kann hierbei eine bezüglich des Energiesystems zentrale Schnittstelle zur Steuerungszentrale ausbilden. Mit anderen Worten können innerhalb des Schnittstellenmoduls für mehrere Komponenten des Energiesystems jeweilige komponentenspezifische Daten beziehungsweise Informationen hinterlegt sein, und jede der Komponenten übermittelt ein jeweiliges Vorhersageprofil an das Schnittstellenmodul. Die komponentenspezifischen Daten und die Vorhersageprofile werden dann durch das Schnittstellemodul in diesem Sinne zentralisiert an die Steuerungszentrale übermittelt. Vorteilhafterweise ist es dadurch nicht erforderlich, jede einzelne Komponente des Energiesystems an die Steuerungszentrale bezüglich des Datenaustausches einzeln anzubinden. Außerdem können die komponentenspezifischen Daten beziehungsweise Informationen und/oder die Vorhersageprofile wenigstens einmalig in dem Schnittstellenmodul hinterlegt werden.
Die Steuerungszentrale ermittelt basierend auf den an ihr übermittelten Vorhersageprofil und basierend auf den an ihr übermittelten komponentenspezifischen Daten die Steuerungsdaten für die Komponente. Hierbei beziehen sich die Steuerungsdaten auf den Betrieb der Komponente, das heißt beispielsweise auf einen Startzeitpunkt und Endzeitpunkt des Betriebes der Komponente und/oder auf eine Freigabe des Betriebes der Komponente und/oder auf eine für den Betrieb der Komponente vorgesehene Energiemenge beziehungsweise Leistung, die durch die Komponente erzeugt, verbraucht und/oder gespeichert und/oder anderweitig genutzt wird. Die Steuerungszentrale berücksichtigt hierbei ebenfalls die durch die weiteren Energiesysteme an die Steuerungszentrale übermittelten Daten, beispielsweise über eine Energieerzeugung, einen Energieverbrauch und/oder eine Energiespeicherung der jeweiligen weiteren Energiesysteme. Dadurch steuert und/oder koordiniert die Steuerungszentrale den Energieaustausch zwischen den Energiesystemen. Weiterhin kann dadurch ein lokaler Energiemarkt realisiert werden, wobei eine erfindungsgemäße lokale Energiemarktplattform die Steuerungszentrale umfasst.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die ermittelten Steuerungsdaten an das Schnittstellenmodul des Energiesystems, welches die Komponente umfasst, übermittelt, beispielsweise mittels eines dritten Datensatzes.
Anschließend wird die Komponente gemäß der an das Schnittstellenmodul übermittelten Steuerungsdaten durch das Schnittstellenmodul betrieben. Mit anderen Worten erteilt das Schnittstellenmodul der Komponente bezüglich der Erzeugung einer bestimmten Energiemenge, bezüglich dem Verbrauch einer bestimmten Energiemenge und/oder bezüglich der Speicherung einer bestimmten Energiemenge und/oder bezüglich des Zeitpunktes oder Zeitraumes der Energieerzeugung, des Energieverbrauchs und/oder der Energiespeicherung durch die Komponente eine Freigabe. Die genannten Energiemengen beziehungsweise Leistungen werden typischerweise ebenfalls durch die Steuerungszentrale ermittelt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass diese ein Lastmanagement ermöglicht. Beispielsweise können Informationen über den Verbrauch der Komponente einem Nutzer der Komponente und/oder des Energiesystems bereitgestellt werden. Dadurch wird der Energieverbrauch optimierbar, beispielsweise durch den Nutzer, sodass das Energienetz und/oder ein übergeordnetes Energienetz entlastet werden kann. Weiterhin wird dadurch das Energienetz stabilisiert. Eine zusätzliche Regelung über die Frequenz des Energienetzes kann jedoch vorgesehen sein.
Ferner wird durch die vorliegende Erfindung ein echtzeitfähiger lokaler Energiemarkt ermöglicht, der ebenfalls in Zeiten, in denen auf überregionaler Ebene Netzengpässe vorliegen und sich Inselnetze (englisch: Microgrids) ausbilden, betreibbar ist. Dieses gilt analog für echte Inselnetze.
Die erfindungsgemäße Energiemarktplattform umfasst eine Steuerungszentrale zum Steuern eines Energieaustausches zwischen mehreren Energiesystemen, wobei die Energiesysteme für den Energieaustausch mittels eines für die auszutauschende Energie spezifischen Energienetzes, insbesondere einem Stromnetz, wenigstens teilweise untereinander gekoppelt sind. Die erfindungsgemäße Energiemarktplattform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungszentrale und die Energiesysteme zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen ausgebildet sind.
Die erfindungsgemäße Energiemarktplattform bildet somit einen lokalen Energiemarkt aus. Hierbei wird der Energieaustausch zwischen den teilnehmenden Energiesystemen durch die Steuerungszentrale gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen gesteuert und/oder koordiniert. Insbesondere bildet die erfindungsgemäße Energiemarktplattform in Verbindung mit den Energiesystemen ein dezentrales Energiesystem aus.
Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen Verfahren gleichartige und gleichwertige Vorteile und Ausgestaltungen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Vorhersageprofil durch die Komponente bereitgestellt und/oder durch die Komponente ermittelt.
Mit anderen Worten ist die Komponente vorteilhafterweise dazu ausgebildet das Vorhersageprofil bereitzustellen, beispielsweise durch den Hersteller der Komponente, und/oder das Vorhersageprofil zu ermitteln, beispielsweise basierend auf Messungen. Dadurch wird vorteilhafterweise das Vorhersageprofil möglichst nahe an der Erzeugung, dem Verbrauch und/oder der Speicherung der Energie ermittelt, nämlich durch die Komponente, die die Energie tatsächlich erzeugt, verbraucht und/oder speichert. Insbesondere wird dadurch die Genauigkeit des Vorhersageprofils verbessert.
Alternativ oder ergänzend kann das Vorhersageprofil durch eine smarte Infrastruktur des Energiesystems ermittelt und/oder bereitgestellt werden. So ist beispielsweise eine Überwachung einer oder mehrerer Steckdosen, an welchen die Komponenten angeschlossen ist, denkbar. Dadurch wird das Vorhersageprofil durch die smarte Infrastruktur des Energiesystem (englisch: Smart Home), beispielsweise KNX, bereitgestellt und/oder ermittelt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das die Komponente umfassende Energiesystem das Schnittstellenmodul.
Mit anderen Worten weist das Energiesystem vorteilhafterweise eine bezüglich der Komponenten zentralisierte Schnittstelle (Gateway) zur Steuerungszentrale auf. Hierdurch können bidirektional Daten/Informationen zwischen dem Schnittstellemodul und der Steuerungszentrale, insbesondere die Vorhersageprofile, die komponentenspezifischen Daten, die ermittelten Steuerungsdaten und/oder weitere Daten/Informationen ausgetauscht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden/wird als Vorhersageprofil ein Verbrauchsprofil bezüglich eines Energieverbrauches, ein Erzeugungsprofil bezüglich einer Energieerzeugung und/oder ein Speicherprofil bezüglich einer Energiespeicherung verwendet.
Vorteilhafterweise kann dadurch jede Last bezüglich der Komponente berücksichtigt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Steuerungsdaten zeitlich kontinuierlich ermittelt.
Dadurch wird vorteilhafterweise das Steuern des Energieaustausches verbessert. Alternativ kann eine diskretes, periodisches oder regelmäßiges Ermitteln der Steuerungsdaten vorgesehen sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Steuerungsdaten durch ein Lösen eines Optimierungsproblems ermittelt.
Grundsätzlich ist ein Steuern und/oder eine Koordination des Energieaustausches zwischen den Energiesystemen erforderlich. Das ist insbesondere deshalb der Fall, da der Austausch bezüglich einer zu optimierenden Größe möglichst effizient erfolgen soll. Die zu optimierende Größe wird im Rahmen von Optimierungsproblemen als Zielfunktion bezeichnet. Mit anderen Worten soll der Energieaustausch derart gesteuert werden, dass dieser bezüglich der Zielfunktion möglichst optimal ist. Hierzu wird die Zielfunktion optimiert, das heißt möglichst minimiert oder maximiert. Mit anderen Worten wird hierzu die Steuerungszentrale verwendet, die eine Optimierung durchführt, das heißt ein Optimierungsproblem löst. Die Zielfunktion kann die Emissionen der Energiesysteme, beispielsweise Kohlenstoffdioxidemissionen, oder Betriebskosten der Energiesysteme charakterisieren oder modellieren. Durch die Optimierung wird somit sichergestellt, dass der Energieverbrauch durch eine entsprechende Energieerzeugung möglichst optimal, das heißt beispielsweise durch eine möglichst geringe Kohlenstoffdioxidemission beziehungsweise Gesamtkohlenstoffdioxidemission der Energiesysteme, gedeckt wird. Hierbei erfolgt die eigentliche Optimierung, das heißt das Lösen des Optimierungsproblems, aufgrund der hohen Komplexität des Problems mittels numerischer Verfahren (Optimierungsverfahren). Die Lösung des Optimierungsproblems liegt dann, zumindest in einem Zeitbereich, den Steuerungsdaten und somit einer möglichst optimalen Steuerung der Komponente des Energiesystems beziehungsweise der Komponenten der Energiesysteme zugrunde.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Komponente ein Vorhersagemodul, wobei durch das Vorhersagemodul das Vorhersageprofil bereitgestellt und/oder ermittelt wird, und es wird der das Vorhersageprofil umfassende erste Datensatz durch das Vorhersagemodul an das Schnittstellenmodul gesendet.
Dadurch kann vorteilhafterweise die Genauigkeit des Vorhersageprofils verbessert werden. Insbesondere ist ein Rückgriff auf fest und/oder vorab gespeicherte Vorhersageprofile, beispielsweise vom Hersteller der Komponente, nicht erforderlich, sondern die Komponente kann mittels des Vorhersagemoduls das Vorhersageprofil selbst ermitteln. Diesbezüglich bildet die Komponente somit eine intelligente (englisch: Smart) Einheit aus.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ermittelt das Vorhersagemodul das Vorhersageprofil, wobei das Ermitteln des Vorhersageprofils basierend auf Messungen, einem Benutzungsprofil oder Nutzerprofil, auf Wetterdaten und/oder auf historischen Daten erfolgt.
Dadurch kann die Genauigkeit des Vorhersageprofils weiter verbessert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden/wird ein Batteriespeicher, eine Photovoltaikanlage, eine Ladestation für elektrische Fahrzeuge, eine Wärmepumpe, ein Heizstab, ein Waschmaschine, ein Trockner, ein Waschtrockner, ein Backofen, ein Herd und/oder ein Kaffeeautomat gemäß den übermittelten Steuerungsdaten durch das Schnittstellenmodul betrieben.
Bevorzugt werden mehrere Komponenten des Energiesystems, insbesondere alle Komponenten des Energiesystems, gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihre Ausgestaltungen betrieben. Die obengenannten Komponenten sind besonders für private Haushalte, beispielsweise Einfamilienhäuser oder Mehrfamilienhäuser, oder Mietshäuser von Vorteil.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Figur schematisiert einen lokalen Energiemarkt mit einer Steuerungszentrale zum Steuern eines Energieaustausches zwischen mehreren Energiesystemen gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente können in der Figur mit denselben Bezugszeichen versehen sein.
Die Figur zeigt einen lokalen Energiemarkt mit einer Steuerungszentrale 1.
Die Steuerungszentrale 1 ist zum Steuern beziehungsweise Koordinieren von Energieaustauchen zwischen mehreren Energiesystemen 3, 3' vorgesehen oder ausgebildet. Die Energiesysteme 3, 3' sind über ein Energienetz, insbesondere ein Stromnetz, welches den Energieaustausch ermöglicht, miteinander gekoppelt. Weiterhin können die Energiesysteme 3, 3' grundsätzlich mit der Steuerungszentrale 1 Daten beziehungsweise Informationen austauschen, beispielsweise über eine oder mehrere Datenverbindungen, insbesondere über das Internet. In der Figur sind im Wesentlichen drei Datenaustausche 12, 21, 42 dargestellt.
Jedes der der Energiesysteme 3, 3' übermittelt bei Bedarf ein Angebot für eine Erzeugung, einen Verbrauch und/oder eine Speicherung einer bestimmten Energiemenge an die Steuerungszentrale 1. Die Steuerungszentrale 1 bringt anschließend basierend auf diesen übermittelten Daten die Erzeugung, Verbrauch und/oder Speicherung aller Energiesysteme 3, 3' in bestmöglicher Übereinstimmung, wobei weitere Randbedingungen und Anforderungen berücksichtigt werden können. Insbesondere können Preisvorstellungen berücksichtigt werden.
Wenigstens eines der Energiesysteme 3, 3' umfasst ein Schnittstellenmodul 2. Das Energiesystem 3 umfasst das Schnittstellenmodul 2, welches zum Datenaustausch mit der Steuerungszentrale 1 vorgesehen ist. Die weiteren Energiesysteme sind zusammenfassend mit dem Bezugszeichen 3' gekennzeichnet.
Das Energiesystem 3 weist mehrere Komponenten 4, 4' auf, wobei die weiteren Komponenten zusammenfassend mit dem Bezugszeichen 4' gekennzeichnet sind. Die Komponenten 4, 4' sind mit dem Schnittstellenmodul 2 zum Datenaustausch gekoppelt. Das Schnittstellenmodul 2 bildet somit bezüglich der Komponenten und ihres Datenaustausches eine zentralisierte Datenschnittstelle zur Steuerungszentrale 1 aus.
Zunächst sind innerhalb des Schnittstellenmoduls 2 komponentenspezifische Daten bezüglich der Komponente 4 hinterlegt. Beispielsweise physikalische und/oder betriebliche Randbedingungen und/oder ein maximaler Preis für einen Energieverbrauch und/oder ein minimaler Preis für eine Energieerzeugung.
Die Komponente 4 ist dazu ausgebildet ein Vorhersageprofil für einen zukünftigen oder zu erwartenden Energieaustausch, das heißt für eine zukünftige oder zu erwartende Energieerzeugung durch die Komponente 4, für einen zukünftigen oder zu erwartenden Energieverbrauch durch die Komponente 4 und/oder für eine zukünftige oder zu erwartende Energiespeicherung durch die Komponente 4, bereitzustellen und/oder zu ermitteln. Hierzu kann die Komponente 4 ein Vorhersagemodul aufweisen.
Das Vorhersageprofil wird durch die Komponente 4 an das Schnittstellemodul 2 gesendet (Datenaustausch 42). Mit anderen Worten umfasst das Schnittstellemodul 2 als Information das Vorhersageprofil der Komponente 4 und die komponentenspezifischen Daten.
Soll die Komponente 4 betrieben werden, beispielsweise möchte ein Nutzer des Energiesystems 3 seine Kaffeemaschine einschalten, dann wird das Vorhersageprofil zusammen mit den komponentenspezifischen Daten als zweiter Datensatz an die Steuerungszentrale 1 durch das Schnittstellemodul 2 gesendet (Datenaustausch 12). Mit anderen Worten sind nun in der Steuerungszentrale 1 das Vorhersageprofil und die komponentenspezifischen Daten hinterlegt. Ebenso übermitteln die weiteren Energiesysteme 3' entsprechende Daten für einen Verbrauch, eine Erzeugung und/oder Speicherung von Energie, insbesondere elektrischer Energie, an die Steuerungszentrale 1.
Die Steuerungszentrale 1 bringt mittels einer numerischen Optimierung die verschiedenen Informationen/Angebote für Erzeugung, Verbrauch und Speicherung kontinuierlich bestmöglich in Übereinstimmung (englisch: Market Matching). Liegt beispielsweise für einen Energieverbrauch eine solche Übereinstimmung mit einer Energieerzeugung, beispielsweise durch ein weiteres der Energiesysteme 3' vor, so wird dieses Ergebnis in Form von Steuerungsdaten an das Schnittstellenmodul 2 übermittelt (Datenaustausch 21). Das Schnittstellemodul 2 gibt anschließend basierend auf dem Ergebnis beziehungsweise den Steuerungsdaten den Betrieb der Komponente 4 frei. Mit anderen Worten wird die Komponente 4 nach den ermittelten und übermittelten Steuerungsdaten betrieben. Dadurch wird ebenfalls der Energieaustausch zwischen den Energiesystemen 3, 3' gesteuert.
Bevorzugt weisen die korrespondierenden Datenaustausche 12, 21, 42 eine geringe Latenzzeit auf. Insbesondere sind Latenzzeiten im Bereich von 0 Sekunden bis 2 Sekunden, insbesondere im Bereich von 0,5 Sekunden bis 1 Sekunde von Vorteil. Dementsprechend sind die Steuerungszentrale 1 und das Schnittstellenmodul 2 ausgestaltet beziehungsweise ausgebildet.
Ein weiterer Vorteil ist, dass das Verbrauchsprofil durch eine aggregierte Messung am Netzanschlusspunkt erfolgen kann. Dadurch sind aufwendige und teure Messgeräte für die Komponente 4 und für die weitere Komponenten 4' nicht erforderlich. Diese können jedoch ergänzend vorgesehen sein.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des obenstehend beschriebenen Verfahren ist, dass das Schnittstellenmodul 2 und/oder die Komponente 4 eine Benutzerschnittstelle aufweist, die es einem Nutzer der Komponente 4 und/oder des Energiesystems 3 ermöglicht, den Einschaltvorgang der Komponente 4 und somit ihren Betrieb zu unterbinden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn nicht ausreichend Energie, beispielsweise innerhalb des lokalen Energiemarktes, vorhanden ist. Weiterhin könnte ein Nutzer der Komponente 4 und/oder des Energiesystems 3 mittels der Benutzerschnittstelle der Steuerungszentrale 1 übermitteln, dass der Betrieb der Komponente 4 in jedem Fall erfolgen soll. Dies kann durch Reservekapazitäten erfolgen, die gegebenenfalls durch den Nutzer höher zu vergüten sind.
Grundsätzlich ist es für jede der Komponenten 4, 4' des Energiesystems 3 vorteilhaft, wenn das Vorhersageprofil vor einem Betrieb der jeweiligen Komponente 4, 4' frühestmöglich an die Steuerungszentrale 1 übermittelt beziehungsweise gesendet wird. Dadurch können vorteilhafterweise möglichst viele Vorhersageprofile, insbesondere Verbrauchsprofile, berücksichtigt werden. Eine Photovoltaikanlage könnte mittels eines Fish-Eyes ausreichend gute kurzfristige Vorhersagen ermitteln, beispielsweise für die nächsten 5 bis 10 Minuten (Vorhersagehorizont). In Verbindung mit Wettervorhersagen beziehungsweise Wetterdaten und einer Auswertung historischer Daten diesbezüglich, könnte ein neuronales Netz ebenfalls längerfristige Vorhersagen mit einem längeren Vorhersagehorizont, ermitteln und/oder bereitstellen. Bestenfalls wird das oder werden die Vorhersageprofile der Komponenten 4, 4' des Energiesystems 3 mit einem längeren Vorhersagehorizont an die Steuerungszentrale 1 durch das Schnittstellenmodul 2 übermittelt, da dadurch das Steuern der Energieaustausche zwischen den Energiesysteme 3, 3' verbessert wird.
In einer weitere vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Schnittstellenmodul 2 derart ausgestaltet sein, dass zunächst innerhalb des Energiesystems 3 (energiesystemintern) eine energiesysteminterne Erzeugung mit einem energiesysteminternen Verbrauch möglichst in Übereinstimmung gebracht wird. Mit anderen Worten umfasst das Schnittstellenmodul 2 die Steuerungszentrale 1 und/oder eine weitere entsprechend ausgestaltete Steuerungszentrale.
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: Steuerungszentrale
2: Schnittstellenmodul
3, 3': Energiesystem
4, 4': Komponente
12: Datenaustausch
21: Datenaustausch
42: Datenaustausch

Claims

Verfahren zum Steuern eines Energieaustausches zwischen mehreren Energiesystemen (3, 3') mittels einer Steuerungszentrale (1), wobei wenigstens eine Komponente (4) eines der Energiesysteme (3) über ein Schnittstellenmodul (2) zum Datenaustausch mit der Steuerungszentrale (1) gekoppelt und gemäß Steuerungsdaten betreibbar ist, umfassend die Schritte: - Senden eines ersten Datensatzes durch die Komponente (4) an das Schnittstellenmodul (2), wobei der erste Datensatz wenigstens ein Vorhersageprofil bezüglich eines Energieaustausches der Komponente (4) umfasst; - Senden eines zweiten Datensatzes durch das Schnittstellenmodul (2) an die Steuerungszentrale (1), wobei der zweite Datensatz wenigstens den ersten Datensatz und komponentenspezifische Daten der Komponente (4) umfasst; - Ermitteln von Steuerungsdaten durch die Steuerungszentrale (1), wobei hierbei wenigstens das mittels des zweiten Datensatzes übermittelte Vorhersageprofil und die komponentenspezifischen Daten sowie durch weitere Energiesysteme (3') an die Steuerungszentrale (1) übermittelte Daten berücksichtigt werden; - Senden der ermittelten Steuerungsdaten an das Schnittstellenmodul (2); und - Betreiben der Komponente (4) gemäß der an das Schnittstellenmodul (2) übermittelten Steuerungsdaten durch das Schnittstellenmodul (2).
Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das Vorhersageprofil durch die Komponente (4) bereitgestellt und/oder durch die Komponente (4) ermittelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass das die Komponente (4) umfassende Energiesystem (3) das Schnittstellenmodul (2) umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass als Vorhersageprofil ein Verbrauchsprofil bezüglich eines Energieverbrauches, ein Erzeugungsprofil bezüglich einer Energieerzeugung und/oder ein Speicherprofil bezüglich einer Energiespeicherung verwendet werden/wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Steuerungsdaten zeitlich kontinuierlich ermittelt werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Steuerungsdaten durch ein Lösen eines Optimierungsproblems ermittelt werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Komponente (4) ein Vorhersagemodul umfasst, wobei durch das Vorhersagemodul das Vorhersageprofil bereitgestellt und/oder ermittelt wird, und der das Vorhersageprofil umfassende erste Datensatz durch das Vorhersagemodul an das Schnittstellenmodul (2) gesendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass das Vorhersagemodul das Vorhersageprofil ermittelt, wobei das Ermitteln des Vorhersageprofils basierend auf Messungen, einem Benutzungsprofil, auf Wetterdaten und/oder auf historischen Daten erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass ein Batteriespeicher, eine Photovoltaikanlage, eine Ladestation für elektrische Fahrzeuge, eine Wärmepumpe, ein Heizstab, ein Waschmaschine, ein Trockner, ein Waschtrockner, ein Backofen, ein Herd und/oder ein Kaffeeautomat gemäß den übermittelten Steuerungsdaten durch das Schnittstellenmodul (2) betrieben werden/wird.
Energiemarktplattform, umfassend eine Steuerungszentrale (1) zum Steuern eines Energieaustausches zwischen mehreren Energiesystemen (3, 3'), wobei die Energiesysteme (3, 3') für den Energieaustausch mittels eines für die auszutauschende Energie spezifischen Energienetzes wenigstens teilweise untereinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungszentrale (1) und die Energiesysteme (3, 3') zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.