DE102020128329A1

DE102020128329A1 - Method and device for stabilizing a power supply network and/or for storing its power by means of electrical heating systems

Info

Publication number: DE102020128329A1
Application number: DE102020128329.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph Löhr; Tobias Henß
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2022-04-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zum Stabilisieren eines Stromversorgungsnetzes (3) bei einem Überangebot an Strom und/oder zum Speichern von dessen elektrischer Leistung durch Bereitstellen und Zuschalten von negativer Leistung mittels elektrisch betriebener Heizanlagen (12), wobei eine Elektronikeinheit (10; 20; 30) jeder Heizanlage (12) eine Aufnahmefähigkeit für Wärmeenergie von mindestens einem direkt oder indirekt elektrisch beheizbaren Wärmespeicher (4) der Heizanlage (12) für ein vorgebbares zukünftiges Zeitintervall berechnet und zusammen mit der negativen abnehmbaren Leistung von dessen elektrischer Heizung (6) an eine Zentrale (1) meldet, die die Heizanlage (12) bei Bedarf an negativer elektrischer Leistung über die Elektronikeinheit (10; 20; 30) zuschaltet. Bevorzugt berechnet die Elektronikeinheit (10; 20; 30) der Heizanlage (12) für deren Wärmespeicher (4) aus gespeicherten Daten und/oder Messwerten zu dessen momentaner Temperatur, dessen maximal zulässiger Temperatur, dessen Volumen und der Wärmekapazität von dessen Wärmeträgermedium (Füllung) (5) die Aufnahmefähigkeit des Wärmespeichers (4). Die vorliegende Erfindung erlaubt es, die negative Leistung elektrisch betriebener Heizanlagen bei Bedarf zur Stabilisierung eines Stromversorgungsnetzes, insbesondere bei einem Überangebot an Strom, einzusetzen und Wärmespeicher der Heizanlagen als Speicher zu nutzen, wobei der Strom sinnvoll genutzt werden kann.The invention relates to a method and device for stabilizing a power supply network (3) when there is an oversupply of electricity and/or for storing its electrical power by providing and switching on negative power by means of electrically operated heating systems (12), an electronic unit (10; 20 ; 30) each heating system (12) calculates an absorption capacity for thermal energy from at least one directly or indirectly electrically heatable heat accumulator (4) of the heating system (12) for a specifiable future time interval and together with the negative removable power from its electrical heating (6). a control center (1) reports, which switches on the heating system (12) via the electronics unit (10; 20; 30) when negative electrical power is required. The electronics unit (10; 20; 30) of the heating system (12) preferably calculates for its heat accumulator (4) from stored data and/or measured values for its current temperature, its maximum permissible temperature, its volume and the heat capacity of its heat transfer medium (filling) (5) the capacity of the heat accumulator (4). The present invention allows the negative power of electrically operated heating systems to be used to stabilize a power supply network, especially when there is an oversupply of electricity, and to use heat storage of the heating systems as storage, with the electricity being used sensibly.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stabilisieren eines Stromversorgungsnetzes bei einem Überangebot an Strom und/oder zum Speichern von dessen elektrischer Leistung.The invention relates to a method and a device for stabilizing a power supply network when there is an oversupply of electricity and/or for storing its electrical power.

Stromversorgungsnetze werden in immer größerem Maße mit Windenergie und/oder Solarenergie gespeist, deren Beitrag nicht konstant, sondern von Wetter und Tageszeit/Jahreszeit abhängig ist. Leider sind Systeme zur Speicherung von elektrischer Energie nicht im wünschenswerten Maße verfügbar und die Kosten von verfügbaren Speichern sind hoch. So kann es vorkommen, dass verfügbare Leistung und abgenommene Leistung in einem Stromversorgungsnetz nicht zusammenpassen, was nicht nur bei zu wenig verfügbarer Leistung, sondern auch bei zu hoher verfügbarer Leistung ausgeglichen werden muss.Electricity supply networks are fed to an increasing extent with wind energy and/or solar energy, the contribution of which is not constant but depends on the weather and the time of day/season. Unfortunately, electrical energy storage systems are not readily available and the cost of available storage is high. It can happen that the power available and the power consumed in a power supply network do not match, which not only has to be compensated for when there is too little available power, but also when the available power is too high.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Systems, mit dem die eingangs geschilderten Probleme wenigstens teilweise überwunden werden können, wobei insbesondere angestrebt wird, dass mit dem System elektrisch betriebene Heizanlagen von einer Zentrale gesteuert und für die Stabilisierung eines Stromversorgungsnetzes und/oder zur Zwischenspeicherung von Strom eingesetzt werden können. Insbesondere soll eine Kommunikation zwischen Heizanlagen und einer Zentrale ermöglicht werden, um dieses Ziel zu erreichen.The object of the present invention is to create a system with which the problems described above can be at least partially overcome, with the aim in particular being that the system is used to control electrically operated heating systems from a control center and to stabilize a power supply network and/or to temporarily store electricity can be used. In particular, communication between heating systems and a control center should be made possible in order to achieve this goal.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen ein Verfahren und Vorrichtungen sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, veranschaulicht die Erfindung und gibt weitere Ausführungsbeispiele an.A method and devices as well as a computer program product according to the independent claims serve to solve this task. Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the respective dependent claims. The description, in particular in connection with the figures, illustrates the invention and specifies further exemplary embodiments.

Die nachfolgend dargestellte Erfindung zeigt auf, wie moderne elektrisch betriebene Heizanlagen zur Stabilisierung des Stromversorgungsnetzes und/oder zur Zwischenspeicherung von Strom beitragen können.The invention presented below shows how modern electrically operated heating systems can contribute to the stabilization of the power supply network and/or to the temporary storage of electricity.

Unter elektrisch betriebenen Heizanlagen werden hier Heizanlagen für mehrere Räume und/oder Verbraucher verstanden, die nicht durch Verbrennung von Brennstoffen heizen, sondern als Hauptenergiequelle elektrischen Strom aus einem Stromversorgungsnetz nutzen und mindestens einen Wärmespeicher aufweisen. Durchlauferhitzer und sogenannte (Nacht-)Stromspeicherheizungen sind daher nicht eingeschlossen. Neben Heizanlagen, die direkt durch elektrische Heizstäbe, Heizwicklungen und dergleichen beheizt werden, gehören elektrisch betriebene Wärmepumpenanlagen als indirekt elektrisch beheizt dazu, zumal solche Anlagen oft als Ergänzung (z. B. für Notbetrieb oder besonders kalte Zeiten) direkte elektrische Heizungen in ihren Wärmespeichern aufweisen. Jedenfalls sind Kompressoren von Wärmepumpen im allgemeinen leistungsstarke Verbraucher. Praktisch alle modernen elektrischen Heizanlagen mit Wärmespeicher weisen eine Elektronikeinheit auf, die die Anlage steuert, regelt und überwacht.Electrically operated heating systems are understood here to mean heating systems for several rooms and/or consumers that do not heat by burning fuels, but instead use electricity from a power supply network as the main energy source and have at least one heat accumulator. Flow heaters and so-called (night) storage heaters are therefore not included. In addition to heating systems that are heated directly by electrical heating rods, heating coils and the like, electrically operated heat pump systems are indirectly electrically heated, especially since such systems often have direct electrical heaters in their heat storage tanks as a supplement (e.g. for emergency operation or particularly cold times). . In any case, compressors in heat pumps are generally powerful consumers. Practically all modern electrical heating systems with heat storage have an electronic unit that controls, regulates and monitors the system.

Während es für andere große Stromverbraucher im Haushalt, z. B. Waschmaschinen, Wäschetrockner, Heizlüfter und Stromspeicherheizungen zumindest Planungen gibt, dass Verbraucher diese möglichst nur in Zeiten mit hoher Stromerzeugung bzw. günstigen Strompreisen betreiben und nicht bei einem Mangel an Strom, was durch sogenannte „smarte“ Stromzähler und eine Vernetzung der Geräte ermöglicht werden soll, ist dies bei Heizanlagen, insbesondere bei Heizanlagen mit Warmwasserbereitstellung bisher nicht der Fall, weil diese Anlagen jederzeit bestimmte Mindesttemperaturen liefern sollen. Bisher ist generell weder bei Haushaltsgeräten und Stromspeicherheizungen noch bei Heizanlagen vorgesehen, dass diese eventuell vorhandene Kapazitäten an negativer Leistung an eine Zentrale melden und von der Zentrale quasi als Speicher (dazu würden sich Waschmaschinen und Trockner auch wenig eignen, weil man deren Abläufe nicht beliebig unterbrechen kann, und Stromspeicherheizungen würden zwar Wärme speichern, aber damit keinen Nutzeffekt erzielen, falls niemand die Wärme braucht) oder zur Stabilisierung des Versorgungsnetzes angefordert werden. Es bleibt im Wesentlichen den Nutzern überlassen, wie sie ihre Geräte einstellen und wann sie diese betreiben.While it is important for other large electricity consumers in the household, e.g. B. Washing machines, tumble dryers, fan heaters and storage heaters, there are at least plans that consumers only operate these in times of high power generation or low electricity prices and not when there is a shortage of electricity, which is made possible by so-called "smart" electricity meters and networking of the devices should, this has not been the case with heating systems, especially with heating systems with hot water supply, because these systems are supposed to deliver certain minimum temperatures at all times. So far, it has generally not been provided for household appliances and storage heaters or heating systems that they report any negative power capacities to a control center and from the control center as a kind of storage device (washing machines and dryers would also not be very suitable for this, because their processes cannot be interrupted at will and storage heaters would store heat but would not be of any use if no one needed the heat) or be requested to stabilize the utility grid. It is essentially up to the users how they set up their devices and when they operate them.

Dennoch ist es so, dass gerade Wärmespeicher von Heizanlagen und zur Warmwasserbereitstellung nicht immer auf ihrer Maximaltemperatur gehalten werden, sondern innerhalb eines vorgebbaren Temperaturbereiches, der sehr groß sein kann. Heizanlagen sollen sich einerseits aus verschiedenen Gründen nicht zu häufig an- und ausschalten, andererseits wird auch die Maximaltemperatur an keiner Stelle der Anlage wirklich dauerhaft benötigt, so dass es nach einem Aufheizen (z. b. morgens früh) zu langen Intervallen ohne Heizen und mit abnehmender Speichertemperatur kommt, was den Komfort der Nutzer nicht beeinträchtigt. Das führt jedoch auch dazu, dass (z. B. mittags, wenn viel Solarenergie zur Verfügung steht) die Wärmespeicher von vielen solchen Heizanlagen ein gewaltiges Potential an negativer Leistung (also zum Verbrauch von überschüssigem Strom oder generell zum Speichern von Strom in Wärme) zur Verfügung stellen könnten. So als Wärme gespeicherter Strom kann zwar nicht leicht wieder in Strom umgewandelt werden, aber immerhin ist die Wärme nicht verloren (jedenfalls bei angemessener Wärmeisolierung der Wärmespeicher), sondern erfordert dafür zu einer anderen Zeit weniger Strom zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Temperatur im Wärmespeicher. Dabei kommen alle Arten von Wärmespeichern in Betracht, insbesondere Wasser- oder Sole-Speicher, aber auch z. B. Latentwärmespeicher, die einen Phasenübergang zur Wärmespeicherung nutzen.Nevertheless, it is the case that heat storage tanks in heating systems and for the provision of hot water are not always kept at their maximum temperature, but within a definable temperature range, which can be very large. On the one hand, heating systems should not be switched on and off too often for various reasons, on the other hand, the maximum temperature is not really needed permanently at any point in the system, so that after heating up (e.g. early in the morning) there are long intervals without heating and with decreasing storage tank temperature , which does not affect the comfort of users. However, this also means that (e.g. at noon, when a lot of solar energy is available) the heat storage tanks of many such heating systems have an enormous potential for negative output (i.e. for the consumption of excess electricity or in general for storing electricity as heat). could provide. Electricity stored as heat cannot easily be converted back into electricity but at least the heat is not lost (at least with adequate thermal insulation of the heat accumulator), but instead requires less electricity to maintain a desired temperature in the heat accumulator at another time. All types of heat storage come into consideration, in particular water or brine storage, but also z. B. latent heat storage, which use a phase transition for heat storage.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Stabilisieren eines Stromversorgungsnetzes bei einem Überangebot an Strom und/oder zum Speichern von dessen elektrischer Leistung durch Bereitstellen und Zuschalten von negativer Leistung mittels elektrisch betriebener Heizanlagen umfasst eine Elektronikeinheit in jeder am System beteiligten Heizanlage, die eine Aufnahmefähigkeit für Wärmeenergie von mindestens einem (direkt oder indirekt) elektrisch beheizbaren Wärmespeicher der Heizanlage für ein vorgebbares zukünftiges Zeitintervall berechnet und zusammen mit der negativen Abnehmbare Leistung von dessen elektrischer Heizung an eine Zentrale meldet, die die Heizanlage bei Bedarf an negativer elektrischer Leistung über die Elektronikeinheit zuschaltet.The method according to the invention for stabilizing a power supply network when there is an oversupply of electricity and/or for storing its electrical power by providing and switching on negative power by means of electrically operated heating systems comprises an electronic unit in each heating system involved in the system, which has a capacity for heat energy of at least one (Directly or indirectly) electrically heatable heat accumulator of the heating system calculated for a predetermined future time interval and reported together with the negative removable power from its electric heating to a control center, which switches on the heating system when required to negative electrical power via the electronic unit.

Es handelt sich bei der Erfindung um mehrere Teile eines Systems aus Zentrale (deren Hauptaufgabe es ist, das Stromversorgungsnetz zu verwalten) und angeschlossenen Heizanlagen, die mit der Zentrale kommunizieren und diese unterstützen, wenn negative Leistung benötigt wird (also Verbraucher, die bei Bedarf zugeschaltet werden können). Dabei soll elektrische Energie nicht einfach nutzlos verbraucht werden, sondern in einer nützlichen Form (hier als Wärme) gespeichert werden. Wärmespeicher in typischen Heizanlagen werden, wenn eine vorgebbare Minimaltemperatur erreicht ist, beispielsweise 40 °C [Grad Celsius] durch Einschalten der Heizanlage wieder aufgeheizt bis zu einer vorgebbaren Maximaltemperatur, beispielsweise 80 °C. Vereinfacht ausgedrückt erfolgt eine sogenannte Zweipunktregelung.The invention involves several parts of a system consisting of a control panel (whose main task is to manage the power supply network) and connected heating systems that communicate with the control panel and support it when negative power is required (i.e. consumers that are switched on when necessary can become). Electrical energy should not simply be wasted but should be stored in a useful form (here as heat). When a predefinable minimum temperature is reached, for example 40° C. [degrees Celsius], heat accumulators in typical heating systems are heated up again by switching on the heating system up to a predefinable maximum temperature, for example 80° C. Put simply, a so-called two-point control takes place.

Im Allgemeinen ist es mehr oder weniger zufällig, ob ein Wärmespeicher einer Heizungsanlage gerade aufgeheizt wurde und daher keine Aufnahmefähigkeit mehr hat oder ob er seit längerer Zeit nicht mehr nachgeheizt wurde und daher eine Temperatur unter seiner Maximaltemperatur (aber oberhalb der Minimaltemperatur) hat und noch Wärme aufnehmen kann. Bei vielen angeschlossenen Heizanlagen werden (wenn nicht eine lange Zeit schon negative Leistung angefordert wurde) aufnahmefähige Anlagen statistisch verteilt immer auftreten, so dass der Zentrale entsprechend negative Leistung zur Verfügung steht. Bei Anforderung dieser Leistung entstehen auch den Eigentümern/Nutzern der Heizanlagen praktisch keine Nachteile, weil lediglich die statistische Verteilung der Aufheizperioden verändert wird. Durch z. B. einen günstigeren Strompreis bei Anforderung von negativer Leistung oder Teilnahme am System kann sogar noch ein Vorteil daraus werden.In general, it is more or less random whether a heat accumulator of a heating system has just been heated up and therefore has no capacity or whether it has not been reheated for a long time and therefore has a temperature below its maximum temperature (but above the minimum temperature) and still has heat can record. With many connected heating systems (unless negative power has been requested for a long time), receptive systems will always occur statistically distributed, so that the control center has correspondingly negative power available. When this output is required, there are practically no disadvantages for the owners/users of the heating systems, because only the statistical distribution of the heating-up periods is changed. by e.g. B. a cheaper electricity price when requesting negative power or participation in the system can even be an advantage.

Bevorzugt berechnet die Elektronikeinheit der Heizanlage für deren Wärmespeicher aus gespeicherten Daten und/oder Messwerten zu dessen momentaner Temperatur, dessen maximal zulässiger Temperatur, dessen Volumen und der Wärmekapazität von dessen Füllung die Aufnahmefähigkeit des Wärmespeichers. Im einfachsten Fall einer direkten elektrischen Beheizung kann die Elektronikeinheit Informationen (z. B. aus Erfahrungswerten) speichern, die ausdrücken, wie lange der Wärmespeicher bei seiner aktuellen Temperatur mindestens noch Wärme aufnehmen kann (bei bekannter Abnehmbare Leistung der elektrischen Beheizung - z. B. von 3 bis 10 kW [Kilowatt]), wenn die Heizanlage eingeschaltet wird, bis die Maximaltemperatur erreicht wird. Bei Wärmepumpen ist die Berechnung möglicherweise etwas umfangreicher, weil sie außer von der Abnehmbare Leistung eines Kompressors, die möglicherweise auch variabel einstellbar ist, auch von der Temperatur einer Wärmequelle abhängen kann, der die Wärmepumpe Wärme entzieht, jedoch ist auch das für moderne Elektronikeinheiten solcher Wärmepumpen mit vorhandenen Daten berechenbar. Die Aufnahmefähigkeit eines Wärmespeichers berechnet sich im Übrigen aus dessen Volumen, der Wärmekapazität pro Volumeneinheit seines Inhaltes und dem Temperaturabstand von aktueller Temperatur zur Maximaltemperatur. Bei einem Latentwärmespeicher muss ggf. noch die Wärmekapazität, die durch einen Phasenübergang hinzukommt, berücksichtigt werden.The electronic unit of the heating system preferably calculates the absorption capacity of the heat accumulator for its heat accumulator from stored data and/or measured values for its instantaneous temperature, its maximum permissible temperature, its volume and the thermal capacity of its filling. In the simplest case of direct electrical heating, the electronics unit can store information (e.g. from empirical values) that expresses how long the heat accumulator can at least absorb heat at its current temperature (if the removable power of the electrical heating is known - e.g. from 3 to 10 kW [kilowatt]) when the heating system is switched on until the maximum temperature is reached. In the case of heat pumps, the calculation may be a bit more extensive because, in addition to the power that can be drawn from a compressor, which may also be variably adjustable, it can also depend on the temperature of a heat source from which the heat pump extracts heat, but this is also the case for modern electronic units of such heat pumps calculable with existing data. The absorption capacity of a heat accumulator is calculated from its volume, the heat capacity per unit volume of its content and the temperature difference between the current temperature and the maximum temperature. In the case of a latent heat storage device, the heat capacity that is added by a phase transition may also have to be taken into account.

Da es nicht erwünscht ist, Heizanlagen häufig an und aus zu schalten, kann die Zentrale nicht für kurze Zeitintervalle negative Leistung anfordern (die Heizanlagen brauchen Zeit zum Starten und Durchführen von Schutzabfragen etc.). Es geht also typischerweise um negative Leistung für mehrere Minuten, z. B. 3 bis 25 min [Minuten], insbesondere 10 bis 15 min. Nur wenn eine Heizanlage so viel Wärmekapazität im Wärmespeicher verfügbar hat, dass ein Betrieb für ein solches vorgebbares Zeitintervall dieser Größenordnung möglich ist, wird eine Verfügbarkeit an die Zentrale gemeldet. Daher ist es bevorzugt, nur dann eine vorhandene Aufnahmefähigkeit für mindestens dieses Zeitintervall an die Zentrale zu melden, wobei die Elektronikeinheit der Zentrale die Möglichkeit gibt, die elektrische Heizanlage für ein Zeitintervall einzuschalten oder nach einem entsprechenden Signal der Zentrale die elektrische Heizanlage selbst einschaltet. Normalerweise wird weiterhin die Elektronikeinheit den Aufheizvorgang steuern und dabei alle Sicherheitsaspekte berücksichtigen, so dass nur das Signal zum Aufheizen von der Zentrale kommt. Es ist aber auch möglich, der Zentrale einen Durchgriff auf bestimmte Funktionen einzuräumen.Since it is not desirable to switch heaters on and off frequently, the panel cannot request negative power for short periods of time (the heaters need time to start up and perform protection polls, etc.). It is therefore typically about negative performance for several minutes, e.g. B. 3 to 25 min [minutes], in particular 10 to 15 min. Only when a heating system has so much heat capacity available in the heat accumulator that operation is possible for such a specifiable time interval of this magnitude is availability reported to the control center. Therefore, it is preferable to report an existing receptivity for at least this time interval to the control center, with the electronic unit of the control center giving the possibility to switch on the electric heating system for a time interval or to switch on the electric heating system itself after a corresponding signal from the control room. Normally, the electronic unit will continue to control the heating process, taking into account all safety aspects, so only the signal for heating comes from the headquarters. However, it is also possible to grant the control center access to certain functions.

Gemäß einer Ausführungsform meldet die Elektronikeinheit jeder Heizanlage die Aufnahmefähigkeit in regelmäßigen Abständen oder auf Anfrage der Zentrale, jedenfalls sofern Aufnahmefähigkeit besteht. Da viele Anlagen mit der Zentrale kommunizieren müssen, ist es sinnvoll, nur dann eine Kommunikation durchzuführen, wenn dies erforderlich und nützlich ist. Insofern ist eine Kommunikation auf Anfrage der Zentrale eine weitere Möglichkeit bzw. Alternative. Da allerdings nach einer solchen Anfrage viele Antworten gleichzeitig eingehen könnten, ist auch eine regelmäßige Mitteilung auf „Initiative“ der Elektronikeinheiten eine gute Möglichkeit. Jedenfalls braucht nur eine Meldung zu erfolgen, wenn Aufnahmefähigkeit, also Bereitschaft für negative Leistung, besteht. Soweit die Zentrale für die Auswahl geeigneter Heizanlagen für eine benötigte negative Leistung auch deren abnehmbare Leistungen braucht, können diese entweder jeweils mit übermittelt werden oder sie werden einmal übermittelt mit einer Identifikation der betreffenden Heizanlage und dann in der Zentrale gespeichert. Allerdings kann sich die abnehmbare Leistung einer Heizanlage mit den Umweltbedingungen oder aus anderen Gründen ändern, weshalb eine aktuelle Übermittlung besser als eine gespeicherte eventuell ungenaue Angabe ist. Die Zentrale kann dann entscheiden, welche Heizanlagen für eine gerade benötigte negative Leistung zugeschaltet werden. Noch vor Ablauf eines begonnenen Zeitintervalls mit zugeschalteter negativer Leistung, kann der ganze Vorgang wiederholt werden, wobei die schon zugeschalteten Heizanlagen auch weiter zugeschaltet bleiben können, wenn sie noch verfügbar sind. Es ist aber auch eine gleichmäßige Verteilung auf verfügbare Anlagen nach statistischen oder anderen Kriterien möglich.According to one embodiment, the electronics unit of each heating system reports the capacity to absorb at regular intervals or upon request of the center, at least if there is capacity to absorb. Since many systems need to communicate with the central office, it makes sense to only communicate when it is necessary and useful. In this respect, communication upon request from the head office is another option or alternative. However, since many answers could be received at the same time after such a request, regular communication on the “initiative” of the electronic units is also a good option. In any case, a notification only needs to be made if there is receptivity, i.e. readiness for negative performance. Insofar as the control center also needs the removable power for the selection of suitable heating systems for a required negative power, these can either be transmitted in each case or they are transmitted once with an identification of the heating system in question and then stored in the control center. However, the removable output of a heating system can change with environmental conditions or for other reasons, which is why an up-to-date transmission is better than a stored information that may be inaccurate. The control center can then decide which heating systems are switched on for a negative output that is currently required. The whole process can be repeated before the end of a time interval that has already started with the negative power switched on, and the heating systems that have already been switched on can also remain switched on if they are still available. However, it is also possible to have an even distribution over available systems based on statistical or other criteria.

Insbesondere wird die Zentrale solange und in dem Umfang negative Leistung durch Einschalten von Heizanlagen einspeisen, wie negative Leistung benötigt wird und verfügbar ist.In particular, the control center will feed in negative power by switching on heating systems for as long and to the extent that negative power is required and available.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zum Stabilisieren eines Stromversorgungsnetzes bei einem Überangebot an Strom und/oder zum Speichern von elektrischer Leistung durch Bereitstellen und Zuschalten von negativer Leistung mittels einer elektrischen Heizanlage vorgeschlagen. Hierbei weist die Heizanlage mindestens einen (direkt oder indirekt) elektrisch beheizbaren Wärmespeicher und eine Elektronikeinheit auf, wobei die Elektronikeinheit eingerichtet ist, die Aufnahmefähigkeit des Wärmespeichers für Wärmeenergie in einem vorgebbaren zukünftigen Zeitintervall aus Messwerten und/oder gespeicherten Daten zu berechnen und wobei die Elektronikeinheit zur Kommunikation mit einer Zentrale eingerichtet ist, um die Aufnahmefähigkeit und die abnehmbare Leistung einer elektrischen Beheizung des Wärmespeichers zu übermitteln und Signale zum Einschalten der Heizanlage von der Zentrale zu empfangen und auszuführen.According to a further aspect, a device is proposed for stabilizing a power supply network when there is an oversupply of electricity and/or for storing electrical power by providing and switching on negative power by means of an electrical heating system. The heating system has at least one (directly or indirectly) electrically heatable heat accumulator and an electronics unit, the electronics unit being set up to calculate the capacity of the heat accumulator for heat energy in a specifiable future time interval from measured values and/or stored data and the electronics unit for Communication is set up with a center to transmit the capacity and the removable power of an electric heater of the heat storage and to receive and execute signals to turn on the heating system from the center.

Eine so ausgestattete und eingerichtete Heizanlage ist geeignet, sich einer Zentrale für die Lieferung negativer Leistung (also als zuschaltbarer Verbraucher) anzubieten, wenn ihr Wärmespeicher noch genügend Wärme für eine Beheizung über ein vorgegebenes Zeitintervall aufnehmen kann. Da es nicht auf höchste Präzision bei der Berechnung der verbleibenden Wärmekapazität ankommt, ist diese Betrachtung mit einfachsten Mitteln (Messungen, Erfahrungswerten, einfache Rechenoperationen etc.) möglich, wobei ein beliebiger Sicherheitsabstand zur Maximaltemperatur vorgesehen werden kann. Auch wird durch die Teilnahme an dem System kein Sicherheitsmerkmal der Heizungsanlage übergangen, so dass auch bei falscher Berechnung keine Überhitzung stattfinden kann, da die Anlage rechtzeitig abschaltet.A heating system equipped and set up in this way is suitable for offering itself to a control center for the supply of negative power (i.e. as a consumer that can be switched on) if its heat store can still absorb enough heat for heating over a specified time interval. Since the calculation of the remaining heat capacity does not depend on maximum precision, this consideration can be carried out using the simplest means (measurements, empirical values, simple arithmetic operations, etc.), with any safety margin to the maximum temperature being provided. Also, by participating in the system, no safety feature of the heating system is ignored, so that no overheating can occur even if the calculation is incorrect, since the system switches off in good time.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird lediglich ein (ohnehin in jedem Wärmespeicher vorhandener) Temperatursensor zur Messung der aktuellen Temperatur im Wärmespeicher benötigt, wobei die Elektronikeinheit Daten enthält für die Berechnung einer Dauer zum Erreichen einer Maximaltemperatur bei Einschalten der Heizanlage. Dabei kann es sich um gespeicherte Kalibrierdaten, Erfahrungswerte oder anderweitig eingegebene bzw. ermittelte Daten handeln. Für das hier betrachtete System ist nur eine geringe Genauigkeit erforderlich, so dass die Wärmekapazität eines Wärmespeichers durch eine einzige Zahl charakterisiert werden kann, die (bei Kenntnis der abnehmbare Leistung der elektrischen Heizung) nur mit der zur Verfügung stehenden Temperaturdifferenz multipliziert die Zeit ergibt, die bis zum Erreichen der Maximaltemperatur ab Einschalten der Heizanlage vergehen wird. Ist diese größer als das vorgebbare Zeitintervall, kann Verfügbarkeit gemeldet werden.In a preferred embodiment, only one temperature sensor (present in every heat accumulator anyway) is required to measure the current temperature in the heat accumulator, with the electronic unit containing data for calculating the time it takes to reach a maximum temperature when the heating system is switched on. This can be stored calibration data, empirical values or data entered or determined in some other way. Only a low level of accuracy is required for the system considered here, so that the thermal capacity of a heat storage tank can be characterized by a single number which (if the removable power of the electric heater is known) multiplied by the available temperature difference results in the time that until the maximum temperature is reached after switching on the heating system. If this is greater than the definable time interval, availability can be reported.

Um an dem System effektiv teilnehmen zu können, weist die Elektronikeinheit ein Kommunikationsmodul zur bidirektionalen Kommunikation mit der Zentrale auf. Die Kommunikation kann drahtlos erfolgen (auch mittels Internet) oder auf dem Stromversorgungsnetz oder gesonderten Leitungen übertragen werden. Da viele Elektronikeinheiten ohnehin für Fernwartung über das Internet eingerichtet sind, kann auch hier eine entsprechende Technik angewendet werden.In order to be able to participate effectively in the system, the electronics unit has a communication module for bidirectional communication with the control center. The communication can take place wirelessly (also via the Internet) or be transmitted over the power supply network or separate lines. Since many electronic units are already set up for remote maintenance via the Internet, a corresponding technology can also be used here.

Ein weiterer Aspekt betrifft auch eine Zentrale zum Stabilisieren eines Stromversorgungsnetzes bei einem Überangebot an Strom und/oder zum Speichern von elektrischer Leistung durch Bereitstellen und Zuschalten von negativer Leistung mittels elektrischer Heizanlagen, wobei die Zentrale zur Kommunikation mit mehreren Heizanlagen eingerichtet ist und Informationen von den Heizanlagen über deren aktuell verfügbare Aufnahmefähigkeit für Wärmeenergie in einem zukünftigen vorgebbaren Zeitintervall und deren zuschaltbare abnehmbare Leistung sammelt und bei Bedarf an negativer Leistung einige oder alle Heizanlagen mit verfügbarer Aufnahmefähigkeit nach vorgebbaren Kriterien gleichzeitig oder nacheinander für vorgebbare Einschaltintervalle einschaltet und danach ausschaltet.A further aspect also relates to a control center for stabilizing a power supply network when there is an oversupply of electricity and/or for storing electrical power by providing it Len and switching on of negative power by means of electrical heating systems, the control center is set up for communication with several heating systems and collects information from the heating systems about their currently available capacity for heat energy in a future specifiable time interval and their switchable removable power and, if necessary, some negative power or all heating systems with available absorption capacity according to predeterminable criteria simultaneously or one after the other for predeterminable switch-on intervals and then off.

Die Erfindung eröffnet eine zusätzliche Möglichkeit für Stromnetzbetreiber, mit zu hohen verfügbaren Leistungen zumindest für Zeiträume von Minuten bis Stunden sinnvoll und umweltschonend umzugehen. Die Nutzung von Heizanlagen zur Lieferung von negativer Leistung ist umweltschonend, weil die erzeugte Wärme ohnehin zu anderer Zeit mit Strom aus dem gleichen Versorgungsnetz erzeugt werden müsste, und sogar in lokalen Netzen praktikabel, die nicht im Verbund mit anderen großen Netzen stehen und daher nicht leicht Leistung zukaufen oder verkaufen können.The invention opens up an additional possibility for electricity network operators to deal with excessively high available power in a sensible and environmentally friendly manner, at least for periods of minutes to hours. The use of heating systems to supply negative power is environmentally friendly because the heat generated would have to be generated at another time with electricity from the same supply network anyway, and is even practicable in local networks that are not connected to other large networks and are therefore not easy Buy or sell service.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch die umgekehrte Vorgehensweise umfasst, nämlich bestimmte laufende Heizanlagen zeitweise ausschalten und die in deren Wärmespeichern gespeicherte Wärme zur Überbrückung eines Zeitintervalls ohne Nachheizen zu nutzen, wenn gerade zu wenig Leistung im Versorgungsnetz zur Verfügung steht. Zwar wird es im Allgemeinen zur Regelung von kurzzeitigen Schwankungen im Netz ausreichen, nach dem oben beschriebenen Muster Heizanlagen zuzuschalten und auch wieder abzuschalten, jedoch funktioniert das beschriebene System auch umgekehrt, indem Anlagen, die gerade laufen, der Zentrale melden, wie weit sie von einer Mindesttemperatur im Wärmespeicher entfernt sind und ob sie für ein vorgebbares Zeitintervall abgeschaltet werden können, ohne dass diese Mindesttemperatur unterschritten wird. Die letztere Bedingung ist zwar nicht allein durch eine Temperaturmessung zu lösen, da Heizanlagen typischerweise besonders dann laufen, wenn Verbraucher gerade viel Wärme abnehmen, so dass der momentane (oder der für das Zeitintervall erwartete) Wärmeverbrauch berücksichtigt werden muss. Moderne Elektronikeinheiten von Heizanlagen können aber auch solche Informationen bereitstellen, die zumindest statistisch mit einer genügenden Wahrscheinlichkeit zutreffen, um bei einer Vielzahl von angeschlossenen Heizanlagen genügend Spielraum zum Regeln eines Versorgungsnetzes zu haben. Dafür sind keine weiteren Vorrichtungen erforderlich, sondern nur geeignete Programme in der Zentrale und in den Elektronikeinheiten.It should be noted that the invention also includes the reverse procedure, namely switching off certain running heating systems temporarily and using the heat stored in their heat storage tanks to bridge a time interval without reheating when there is just too little power available in the supply network. Although it is generally sufficient to control short-term fluctuations in the network to switch heating systems on and off again according to the pattern described above, the system described also works in reverse, with systems that are currently running reporting to the control center how far they are from a Minimum temperature in the heat accumulator are removed and whether they can be switched off for a predetermined time interval without falling below this minimum temperature. The latter condition cannot be solved by measuring the temperature alone, since heating systems typically run when consumers are using a lot of heat, so that the current heat consumption (or the heat consumption expected for the time interval) must be taken into account. However, modern electronic units of heating systems can also provide such information which, at least statistically, applies with a sufficient probability to have enough leeway for controlling a supply network with a large number of connected heating systems. No additional devices are required for this, just suitable programs in the control panel and in the electronic units.

Die Erläuterungen zum Verfahren können zur näheren Charakterisierung der Vorrichtung herangezogen werden, und umgekehrt. Die Vorrichtung kann auch so eingerichtet sein, dass damit das Verfahren durchgeführt wird.The explanations of the method can be used for a more detailed characterization of the device, and vice versa. The device can also be set up in such a way that the method is carried out with it.

Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass die beschriebenen Vorrichtungen die angegebenen Verfahrensschritte ausführen. Sowohl die Zentrale als auch die einzelnen Elektronikeinheiten werden von Programmen gesteuert, die von Zeit zu Zeit geändert und/oder aktualisiert werden. Hier kann z. B. ein solches Computerprogrammprodukt eingesetzt werden.The invention also relates to a computer program product comprising instructions which cause the devices described to carry out the method steps indicated. Both the control panel and the individual electronic units are controlled by programs that are changed and/or updated from time to time. Here z. B. such a computer program product can be used.

Ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf das diese jedoch nicht beschränkt ist, und die Funktionsweise des Verfahrens werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar:

1: ein System aus Zentrale und Heizanlagen.

A schematic embodiment of the invention, to which it is not limited, and the mode of operation of the method will now be explained in more detail with reference to the drawing. It shows:

1 : a system of central and heating systems.

1 zeigt schematisch ein System von Zentrale 1 und Stromversorgungsnetz 3 mit mehreren angeschlossenen elektrischen Heizanlagen 12, von denen hier nur eine mit ihren wichtigen Einzelheiten dargestellt ist. Jede Heizungsanlage 12 enthält aber mindestens einen Wärmespeicher 4 gefüllt mit einem Wärmeträgermedium 5 (meist Wasser oder Sole). Der Wärmespeicher 4 wird mit einer elektrischen Heizung 6 beheizt. Im einfachsten Fall ist dies ein elektrisches Heizelement, es kann aber auch z. B. ein Kondensator eines elektrisch betriebenen Wärmepumpenkreislaufes sein. Von dem Wärmespeicher 4 werden Wärmeverbraucher 8 und/oder Warmwasserverbraucher 9 je nach deren Bedarf gespeist. Dabei kühlt sich der Wärmespeicher 4 ab, was von einem Temperatursensor 7 gemessen wird. Die aktuelle Temperatur wird an eine Elektronikeinheit 10 weitergeleitet, die im Übrigen für die Steuerung und Regelung der ganzen Heizungsanlage 12 dient. Die Elektronikeinheit 10 verfügt über gespeicherte Daten, Kennlinien, Kennfelder, Kalibrierkurven und dergleichen, darunter auch Informationen über die Wärmekapazität des Wärmespeichers 4 und/oder die Zeit, die die elektrische Heizung 6 benötigt, um den Wärmespeicher 4 von einer aktuellen Temperatur auf eine vorgebbare Maximaltemperatur zu bringen. Ergibt sich dabei, dass die Heizanlage 12 für ein vorgebbares Zeitintervall eingeschaltet werden kann, ohne dass die Maximaltemperatur überschritten wird, so wird dies über ein Kommunikationsmodul 11 an ein entsprechendes Kommunikationsmodul 2 der Zentrale 1 gemeldet. Diese Meldung kann neben einer Identifizierung der meldenden Anlage auch die elektrische abnehmbare Leistung (also die elektrische Leistung, die die Anlage bei ihrem normalen Betrieb im vorgebbaren Zeitintervall benötigen wird) der Heizanlage 12 enthalten, sofern diese in der Zentrale 1 nicht schon hinterlegt ist. Die Kommunikationsmodule 2 und 11 sind für eine bidirektionale Kommunikation ausgelegt, da außer einer Meldung der Elektronikeinheit 10 auch Signale zum Ein- und Ausschalten der Heizanlage 12 mit der Zentrale 1 ausgetauscht werden müssen. Die Übermittlung der Signale kann über das Stromversorgungsnetz 3, andere Leitungen oder drahtlos erfolgen. Das ganze System enthält weitere Heizanlagen 12 mit Elektronikeinheiten 20, 30 und Kommunikationsmodulen 21, 31, von denen hier symbolisch noch zwei dargestellt sind. Für eine gute Funktion des Systems ist aber eine große Zahl von angeschlossenen Heizanlagen 12 sinnvoll, da diese nur statistisch zur Regelung bzw. Stabilisierung des Stromversorgungsnetzes 3 zur Verfügung stehen. Ziel der Erfindung ist es daher auch, möglichst viele elektrisch betriebene Heizanlagen 12 für eine mögliche Teilnahme an dem beschriebenen System zu ertüchtigen 1 shows schematically a system of control center 1 and power supply network 3 with several connected electrical heating systems 12, of which only one is shown here with its important details. However, each heating system 12 contains at least one heat accumulator 4 filled with a heat transfer medium 5 (usually water or brine). The heat accumulator 4 is heated with an electric heater 6 . In the simplest case, this is an electric heating element, but it can also be z. B. be a capacitor of an electrically operated heat pump circuit. Heat consumers 8 and/or hot water consumers 9 are fed from the heat accumulator 4 depending on their needs. The heat accumulator 4 cools down in the process, which is measured by a temperature sensor 7 . The current temperature is forwarded to an electronic unit 10 which is also used to control and regulate the entire heating system 12 . Electronic unit 10 has stored data, characteristic curves, characteristic diagrams, calibration curves and the like, including information about the heat capacity of heat accumulator 4 and/or the time required for electric heater 6 to bring heat accumulator 4 from a current temperature to a specifiable maximum temperature bring to. If the result is that the heating system 12 can be switched on for a definable time interval without the maximum temperature being exceeded, then this is reported via a communication module 11 to a corresponding communication module 2 of the control center 1 . In addition to an identification of the reporting system, this report can also include the electrical power that can be drawn off (i.e. the electrical power that the system uses during normal operation in the definable time interval will need) of the heating system 12, if this is not already stored in the control center 1. The communication modules 2 and 11 are designed for bidirectional communication since, in addition to a message from the electronic unit 10, signals for switching the heating system 12 on and off must also be exchanged with the control center 1. The signals can be transmitted via the power supply network 3, other lines or wirelessly. The whole system contains additional heating systems 12 with electronic units 20, 30 and communication modules 21, 31, of which two are symbolically shown here. For the system to function properly, however, a large number of connected heating systems 12 makes sense, since these are only available statistically for controlling or stabilizing the power supply network 3 . The aim of the invention is therefore also to upgrade as many electrically operated heating systems 12 as possible for possible participation in the system described

Die vorliegende Erfindung erlaubt es, die negative Leistung elektrisch betriebener Heizanlagen bei Bedarf zur Stabilisierung eines Stromversorgungsnetzes, insbesondere bei einem Überangebot an Strom, einzusetzen und Wärmespeicher der Heizanlagen als Speicher zu nutzen, wobei der Strom sinnvoll genutzt werden kann.The present invention allows the negative power of electrically operated heating systems to be used to stabilize a power supply network, especially when there is an oversupply of electricity, and to use heat storage of the heating systems as storage, with the electricity being used sensibly.

BezugszeichenlisteReference List

11: Zentraleheadquarters
22: Kommunikationsmodul der ZentraleCentral communication module
33: Stromversorgungsnetzpower grid
44: Wärmespeicherheat accumulator
55: Wärmeträgermedium (Wasser)heat transfer medium (water)
66: Elektrische Heizung (Heizelement)Electric heater (heating element)
77: Temperatursensortemperature sensor
88th: Wärmeverbraucherheat consumers
99: Warmwasserverbraucherhot water consumer
10 , 20, 3010, 20, 30: Elektronikeinheitelectronics unit
11 , 21, 3111, 21, 31: Kommunikationsmodulcommunication module
1212: Heizanlageheating system

Claims

Method for stabilizing a power supply network (3) when there is an oversupply of electricity and/or for storing its electrical power by providing and switching on negative power by means of electrically operated heating systems (12), with an electronic unit (10; 20; 30) of each heating system ( 12) calculates the capacity for thermal energy of at least one electrically heatable thermal store (4) of the heating system (12) for a specifiable future time interval and reports it to a control center (1) together with the negative power that can be drawn from its electrical heating (6), which The heating system (12) switches on when there is a need for negative electrical power via the electronic unit (10; 20; 30).

procedure after claim 1 , wherein the electronics unit (10; 20; 30) of the heating system (12) for its heat accumulator (4) from stored data and/or measured values for its current temperature, its maximum permissible temperature, its volume and the thermal capacity of its (filling) heat transfer medium (5) calculates the capacity of the heat accumulator (4).

procedure after claim 1 or 2 , wherein if there is capacity for at least one predeterminable time interval, the electronics unit (10) gives the control center (1) the option of switching on the electrical heating system (12) for a time interval or, after a corresponding signal from the control center (1), the electrical heating system (12) turns itself on.

Method according to one of the preceding claims, in which the electronics unit (10; 20; 30) of each heating system (12) reports the capacity to receive it at regular intervals or on request to the control center (1), at least if there is capacity to receive it.

Method according to one of the preceding claims, in which the control center (1) feeds in negative power by switching on heating systems (12) for as long and to the extent that negative power is required and available.

Device for stabilizing a power supply network (3) when there is an oversupply of electricity and/or for storing electrical power by providing and switching on negative power by means of an electrical heating system (12), the heating system (12) having at least one electrically heatable heat storage device (4) and an electronic unit (10; 20; 30), wherein the electronic unit (10; 20; 30) is set up to calculate the capacity of the heat accumulator (4) for thermal energy in a predeterminable future time interval from measured values and/or stored data and wherein the electronics unit (10) is set up for communication with a control center (1) in order to transmit the capacity and the removable power of an electric heater (6) of the heat accumulator (4). teln and signals to turn on the heating system (12) from the control center (1) to receive and execute.

device after claim 6 , wherein a temperature sensor (7) for measuring the current temperature in the heat accumulator (4) is present, and wherein the electronics unit (10; 20; 30) contains data for calculating the time it takes to reach a maximum temperature when the heating system (12) is switched on.

device after claim 6 or 7 , wherein the electronics unit (10; 20; 30) has a communication module (11; 21; 31) for bidirectional communication with the control center (1).

Center (1) for stabilizing a power supply network (3) in the event of an oversupply of electricity and/or for temporarily storing electrical power by providing and switching on negative power by means of electrical heating systems (12), the center being set up to communicate with a number of heating systems (12). and to collect information from the heating systems (12) about their currently available capacity for thermal energy in a future predeterminable time interval and their connectable, removable power and, if negative power is required, some or all heating systems (12) with available capacity according to predeterminable criteria at the same time or switch on successively for definable switch-on intervals and then switch off.

A computer program product comprising instructions that cause the device to operate according to any one of Claims 6 until 9 the method steps according to one of Claims 1 until 5 executes