DE102021201883A1 - Control device and method for influencing an energy carrier material flow, stationary utilization device and mobile utilization device for using an energy carrier substance - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung (5,6) zur Beeinflussung eines Energieträgerstoffstroms eines Energieträgerstoffs zwischen einer mobilen Nutzungseinrichtung (3) und einer stationären Nutzungseinrichtung (1), mit einem Erkennungsmodul (7), das eingerichtet ist, um einen Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung (1) an Aufnahme oder Abgabe des Energieträgerstoffs zu erfassen, und mit einem Energieträgerstoffstrom-Steuerungsmodul (9), das mit dem Erkennungsmodul (7) wirkverbunden und eingerichtet ist, um in Abhängigkeit von dem durch das Erkennungsmodul (7) erkannten Bedarf ein Steuersignal zu erzeugen, das eingerichtet ist, um den Energieträgerstoffstrom zu beeinflussen.The invention relates to a control device (5, 6) for influencing an energy carrier material flow of an energy carrier material between a mobile usage device (3) and a stationary usage device (1), with a detection module (7) which is set up to detect a requirement of the stationary usage device (1st ) to record the intake or release of the energy carrier material, and with an energy carrier material flow control module (9), which is operatively connected to the recognition module (7) and set up to generate a control signal depending on the need recognized by the recognition module (7), which is set up to influence the fuel flow.
Description
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung sowie ein Verfahren zur Beeinflussung eines Energieträgerstoffstroms, eine stationäre Nutzungseinrichtung und eine mobile Nutzungseinrichtung.The invention relates to a control device and a method for influencing an energy source material flow, a stationary usage device and a mobile usage device.
In Konstellationen, in denen ein Energieträgerstoff sowohl in einer stationären Nutzungseinrichtung als auch in einer im Bereich der stationären Nutzungseinrichtung angeordneten mobilen Nutzungseinrichtung zur Energiewandlung genutzt wird, ist regelmäßig vorgesehen, dass der Energieträgerstoff aus einer stationären Speichereinrichtung der stationären Nutzungseinrichtung in eine mobile Speichereinrichtung der mobilen Nutzungseinrichtung gefördert werden kann, wenn hierzu ein Bedarf seitens der mobilen Nutzungseinrichtung besteht, beispielsweise weil die mobile Nutzungseinrichtung betankt werden soll. Darüber hinaus kann dann, wenn sowohl die mobile Nutzungseinrichtung als auch die stationäre Nutzungseinrichtung dazu eingerichtet sind, elektrische Leistung bereitzustellen, die mobile Nutzungseinrichtung bedarfsweise verwendet werden, um die stationäre Nutzungseinrichtung bei der Bereitstellung elektrischer Leistung zu unterstützen.In constellations in which an energy carrier is used for energy conversion both in a stationary utilization facility and in a mobile utilization facility arranged in the area of the stationary utilization facility, provision is regularly made for the energy carrier to be transferred from a stationary storage facility of the stationary utilization facility to a mobile storage facility of the mobile utilization facility can be promoted if there is a need for this on the part of the mobile usage device, for example because the mobile usage device is to be refueled. In addition, if both the mobile usage device and the stationary usage device are set up to provide electrical power, the mobile usage device can be used as required to support the stationary usage device in providing electrical power.
Beispielsweise erfolgt eine Stromversorgung auf in einem Hafen liegenden Schiffen in der Regel durch auf den Schiffen angeordnete Verbrennungsmotoren in Kombination mit ebenfalls auf den Schiffen angeordneten elektrischen Maschinen, die als Generatoren betrieben werden. Dies führt allerdings zu einer lokal hohen Abgasbelastung insbesondere bei großen Kreuzfahrt- und/oder Containerhäfen, aber auch bei Binnenhäfen. Um diese Belastung zu vermeiden, werden vermehrt Stromanschlüsse in den Häfen installiert, über welche die Schiffe während des Hafenaufenthalts mit elektrischer Energie versorgt werden können. Teilweise werden in solchen Häfen auch lokale Stromnetze aufgebaut, die Windkraftanlagen und/oder Photovoltaikanlagen als volatile Energiequellen aufweisen. Diese auch als Microgrids bezeichneten Stromnetze können zur Stromversorgung der Schiffe und der Hafeninfrastruktur eingesetzt werden. Um Lastschwankungen zu vermeiden, können elektrische Speicher, aber auch Stromaggregate verwendet werden, wenn durch die volatilen Energiequellen momentan zu wenig elektrische Leistung bereitgestellt wird.For example, power is supplied on ships in port, as a rule, by internal combustion engines arranged on the ships in combination with electrical machines, which are also arranged on the ships and are operated as generators. However, this leads to locally high exhaust gas pollution, particularly at large cruise and/or container ports, but also at inland ports. In order to avoid this burden, more and more power connections are being installed in the ports, via which the ships can be supplied with electrical energy while they are in port. In some ports, local power grids are also set up that have wind turbines and/or photovoltaic systems as volatile energy sources. These power grids, also known as microgrids, can be used to power ships and the port infrastructure. In order to avoid load fluctuations, electrical storage devices, but also generators can be used if the volatile energy sources are not providing enough electrical power at the moment.
Die Flexibilität solcher Einrichtungen ist insbesondere auch mit Blick auf die Nutzung von Energieträgerstoffen verbesserungsfähig.The flexibility of such facilities can be improved, particularly with regard to the use of energy sources.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung sowie ein Verfahren zur Beeinflussung eines Energieträgerstoffstroms sowie eine stationäre Nutzungseinrichtung und eine mobile Nutzungseinrichtung zu schaffen, wobei insbesondere eine flexiblere Nutzung eines Energieträgerstoffs ermöglicht sein soll.The invention is based on the object of creating a control device and a method for influencing a flow of energy carrier material, as well as a stationary usage device and a mobile usage device, in which case, in particular, more flexible use of an energy carrier material should be made possible.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.The object is achieved by providing the present technical teaching, in particular the teaching of the independent claims and the embodiments disclosed in the dependent claims and the description.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Steuereinrichtung geschaffen wird, die eingerichtet ist, um einen Energieträgerstoffstrom eines Energieträgerstoffs zwischen einer mobilen Nutzungseinrichtung und einer stationären Nutzungseinrichtung zu beeinflussen, insbesondere zu steuern. Die Steuereinrichtung weist ein Erkennungsmodul auf, das eingerichtet ist, um einen Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung an Aufnahme oder Abgabe des Energieträgerstoffs zu erfassen. Weiterhin weist die Steuereinrichtung ein Energieträgerstoffstrom-Steuerungsmodul auf, das mit dem Erkennungsmodul wirkverbunden und eingerichtet ist, um in Abhängigkeit von dem durch das Erkennungsmodul erkannten Bedarf ein Steuersignal zu erzeugen, das eingerichtet ist, um den Energieträgerstoffstrom zu beeinflussen. Mittels der Steuereinrichtung ist es somit vorteilhaft möglich, den Energieträgerstoffstrom in Abhängigkeit von dem Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung zu beeinflussen und somit insbesondere bedarfsweise den Energieträgerstoff von der mobilen Nutzungseinrichtung der stationären Nutzungseinrichtung zur Nutzung zuzuführen, oder bedarfsweise in der stationären Nutzungseinrichtung nicht genutzten Energieträgerstoff der mobilen Nutzungseinrichtung zuzuführen. Somit ist eine hochflexible Verwendung des Energieträgerstoffs möglich, wobei insbesondere die mobile Nutzungseinrichtung in die Versorgung der stationären Nutzungseinrichtung mit dem Energieträgerstoff eingebunden werden kann. Die umgekehrte Energieträgerstoffstromrichtung von der stationären Nutzungseinrichtung zu der mobilen Nutzungseinrichtung entspricht hier nicht einem konventionellen Betankungsvorgang, da der entsprechende Energieträgerstoffstrom in diese Richtung nicht durch einen Bedarf oder eine Anforderung der mobilen Nutzungseinrichtung sondern vielmehr durch einen entsprechenden Bedarf oder eine entsprechende Anforderung der stationären Nutzungseinrichtung ausgelöst wird. Vorteilhaft beeinflusst somit der Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung die Aufteilung des Energieträgerstoffs auf die mobile Nutzungseinrichtung einerseits und die stationäre Nutzungseinrichtung andererseits.The object is achieved in particular by creating a control device that is set up to influence, in particular to control, a flow of energy carrier material between a mobile usage device and a stationary usage device. The control device has a detection module that is set up to detect a need for the stationary utilization device to receive or release the energy carrier. Furthermore, the control device has an energy source material flow control module, which is operatively connected to the detection module and set up to generate a control signal, which is set up to influence the energy source material flow, depending on the need detected by the detection module. By means of the control device, it is thus advantageously possible to influence the energy carrier material flow as a function of the requirement of the stationary utilization device and thus, in particular, to supply the energy carrier material from the mobile utilization device to the stationary utilization device for use as required, or, if required, to supply energy carrier material that is not used in the stationary utilization device to the mobile utilization device to feed A highly flexible use of the energy source is thus possible, with the mobile utilization device in particular being able to be integrated into the supply of the stationary utilization device with the energy source. The reverse direction of flow of fuel from the stationary utilization facility to the mobile utilization facility does not correspond to a conventional refueling process, since the corresponding flow of fuel in this direction is not triggered by a need or a request from the mobile utilization facility, but rather by a corresponding need or a corresponding requirement from the stationary utilization facility . The requirement of the stationary usage device therefore advantageously influences the distribution of the energy source between the mobile usage device on the one hand and the stationary usage device on the other.
Die stationäre Nutzungseinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um den Energieträgerstoff zur Bereitstellung elektrischer Leistung zu nutzen. Insbesondere ist die stationäre Nutzungseinrichtung bevorzugt eingerichtet, um in dem Energieträgerstoff gebundene chemische Energie, kurz chemische Energie des Energieträgerstoffs, in elektrische Energie zu wandeln.The stationary usage device is preferably set up to use the energy carrier material to provide electrical power. In particular, the stationary utilization facility preferably set up to convert chemical energy bound in the energy carrier material, in short chemical energy of the energy carrier material, into electrical energy.
Vorzugsweise ist die mobile Nutzungseinrichtung eingerichtet, um den Energieträgerstoff zur Bereitstellung elektrischer Leistung zu nutzen. Insbesondere ist die mobile Nutzungseinrichtung bevorzugt eingerichtet, um chemische Energie des Energieträgerstoffs in elektrische Energie zu wandeln.The mobile usage device is preferably set up to use the energy carrier material to provide electrical power. In particular, the mobile utilization device is preferably set up to convert chemical energy from the energy carrier into electrical energy.
Die mobile Nutzungseinrichtung und die stationäre Nutzungseinrichtung sind vorzugsweise elektrisch miteinander wirkverbindbar, vorzugsweise miteinander wirkverbunden, derart, dass durch die stationäre Nutzungseinrichtung bereitgestellte elektrische Leistung in der mobilen Nutzungseinrichtung genutzt werden kann, und/oder derart, dass in der mobilen Nutzungseinrichtung bereitgestellte elektrische Leistung in der stationären Nutzungseinrichtung genutzt werden kann. Besonders bevorzugt kann elektrische Leistung zwischen der mobilen Nutzungseinrichtung und der stationären Nutzungseinrichtung bedarfsweise ausgetauscht werden; das heißt es kann sowohl in der mobilen Nutzungseinrichtung bereitgestellte elektrische Leistung in der stationären Nutzungseinrichtung, als auch in der stationären Nutzungseinrichtung bereitgestellte elektrische Leistung in der mobilen Nutzungseinrichtung genutzt werden.The mobile usage device and the stationary usage device can preferably be electrically connected to one another, preferably operatively connected to one another, in such a way that electrical power provided by the stationary usage device can be used in the mobile usage device, and/or in such a way that electrical power provided in the mobile usage device can be used in the stationary utilization facility can be used. Electrical power can particularly preferably be exchanged between the mobile utilization device and the stationary utilization device as required; This means that electrical power provided in the mobile utilization device can be used in the stationary utilization device, and electrical power that has been provided in the stationary utilization device can be used in the mobile utilization device.
Die Steuereinrichtung ist bevorzugt zusätzlich eingerichtet zur Steuerung eines elektrischen Energieflusses zwischen der mobilen Nutzungseinrichtung und der stationären Nutzungseinrichtung, insbesondere um bedarfsweise elektrische Energie von der stationären Nutzungseinrichtung zu der mobilen Nutzungseinrichtung, oder umgekehrt von der mobilen Nutzungseinrichtung zu der stationären Nutzungseinrichtung zu leiten.The control device is preferably additionally set up to control an electrical energy flow between the mobile usage device and the stationary usage device, in particular to conduct electrical energy from the stationary usage device to the mobile usage device, or vice versa from the mobile usage device to the stationary usage device.
Unter einem Modul ist hier insbesondere eine hardwaretechnische und/oder softwaretechnische Implementierung einer bestimmten Funktion zu verstehen. Dabei kann ein Modul eine zumindest gedanklich, vorzugsweise auch physisch trennbare Hardwareeinheit darstellen. Ein Modul kann aber genauso auch eine untrennbar integrierte, insbesondere softwaretechnisch oder hardwaretechnisch implementierte Funktionalität sein.A module is to be understood here in particular as a hardware and/or software implementation of a specific function. In this case, a module can represent a hardware unit that is at least conceptually, preferably also physically, separable. However, a module can also be an inseparably integrated functionality, in particular one that is implemented in terms of software or hardware.
Unter einem Energieträgerstoff wird insbesondere eine verstofflichte Energieform, insbesondere chemische Energie in Form eines Stoffs, sei es ein Reinstoff oder ein Stoffgemisch, verstanden. Der Energieträgerstoff ist in bevorzugter Ausgestaltung bei Raumtemperatur und Normaldruck, insbesondere bei 25 °C und 1013 mbar, gasförmig, das heißt ein Energieträgergas. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist der Energieträgerstoff ein methanhaltiges Gas, insbesondere Methan, oder ein wasserstoffhaltiges Gas, insbesondere Wasserstoff. Ein Energieträgerstoffstrom ist entsprechend insbesondere der bewegte Energieträgerstoff, insbesondere der fließende oder strömende Energieträgerstoff. Der Energieträgerstoff kann aber in bevorzugter Ausgestaltung auch ausgewählt sein aus einer Gruppe, bestehend aus Methanol, Ammoniak, und künstlichem Diesel.An energy carrier substance is understood to mean, in particular, a materialized form of energy, in particular chemical energy in the form of a substance, be it a pure substance or a mixture of substances. In a preferred embodiment, the energy carrier is gaseous at room temperature and normal pressure, in particular at 25° C. and 1013 mbar, ie an energy carrier gas. In a particularly preferred embodiment, the energy carrier is a methane-containing gas, in particular methane, or a hydrogen-containing gas, in particular hydrogen. An energy carrier material flow is accordingly in particular the moving energy carrier material, in particular the flowing or flowing energy carrier material. However, in a preferred embodiment, the fuel can also be selected from a group consisting of methanol, ammonia and synthetic diesel.
Unter einer Nutzungseinrichtung wird allgemein insbesondere eine Einrichtung verstanden, die eingerichtet ist, um den Energieträgerstoff energetisch zu nutzen, insbesondere indem die chemische Energie des Energieträgerstoffs mittels einer Umwandlungseinrichtung in eine andere Energieform umgewandelt wird, wobei die andere Energieform bevorzugt wenigstens einem Verbraucher bereitgestellt wird. In bevorzugter Ausgestaltung ist dabei der Verbraucher Teil der Nutzungseinrichtung. Ebenfalls ist bevorzugt wenigstens ein Transportmittel zum Transport der anderen Energieform zu dem Verbraucher Teil der Nutzungseinrichtung. Die Nutzungseinrichtung weist außerdem bevorzugt eine Speichereinrichtung zur Speicherung des Energieträgerstoffs auf. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist die andere Energieform elektrische Energie; das wenigstens eine Transportmittel ist insoweit bevorzugt ein elektrisches Stromnetz oder eine elektrische Stromleitung.A usage device is generally understood to mean, in particular, a device that is set up to use the energy carrier material energetically, in particular by converting the chemical energy of the energy carrier material into another form of energy by means of a conversion device, with the other form of energy preferably being made available to at least one consumer. In a preferred embodiment, the consumer is part of the usage facility. At least one means of transport for transporting the other form of energy to the consumer is also preferably part of the usage device. The usage device also preferably has a storage device for storing the energy carrier material. In a particularly preferred embodiment, the other form of energy is electrical energy; the at least one means of transport is preferably an electrical power network or an electrical power line.
Unter einem Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung an Aufnahme des Energieträgerstoffs wird insbesondere verstanden, dass der Energieträgerstoff der stationären Nutzungseinrichtung zugeführt werden soll. Unter einem Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung an Abgabe des Energieträgerstoffs wird insbesondere verstanden, dass der stationären Nutzungseinrichtung Energieträgerstoff abgenommen werden soll.A requirement of the stationary usage device to take up the energy carrier is understood in particular to mean that the energy carrier is to be supplied to the stationary usage device. A requirement of the stationary utilization device for delivery of the energy carrier is understood in particular to mean that the stationary utilization device is to be taken from energy carrier.
Die Steuereinrichtung ist bevorzugt insbesondere durch geeignete hardwaretechnische Ausgestaltung und/oder durch eine geeignete, auf der Steuereinrichtung ablaufende Software oder ein auf der Steuereinrichtung ablaufendes Computerprogrammprodukt eingerichtet, um die oben erläuterte Funktionalität auszuführen.The control device is preferably set up in particular by suitable hardware design and/or by suitable software running on the control device or a computer program product running on the control device in order to carry out the functionality explained above.
Zur Erfindung gehört insoweit auch ein Computerprogrammprodukt, welches Anweisungen umfasst, aufgrund derer die oben beschriebene Funktionalität der Steuereinrichtung bereitgestellt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Steuereinrichtung läuft.In this respect, the invention also includes a computer program product which comprises instructions on the basis of which the functionality of the control device described above is provided when the computer program product runs on the control device.
Dass das Energieträgerstoffstrom-Steuerungsmodul eingerichtet ist, um den Energieträgerstoffstrom zu beeinflussen, bedeutet insbesondere, dass es eingerichtet ist, um den Energieträgerstoffstrom zu steuern. Insbesondere ist das Energieträgerstoffstrom-Steuerungsmodul bevorzugt eingerichtet, um den Energieträgerstoffstrom zwischen der mobilen Nutzungseinrichtung und der stationären Nutzungseinrichtung zu initialisieren. Zusätzlich ist das Energieträgerstoffstrom-Steuerungsmodul bevorzugt eingerichtet, um eine Richtung des Energieträgerstoffstroms zwischen der mobilen Nutzungseinrichtung und der stationären Nutzungseinrichtung, insbesondere von der mobilen Nutzungseinrichtung zu der stationären Nutzungseinrichtung - oder umgekehrt - vorzugeben, vorzugsweise zu ändern. Insbesondere erfolgt diese Beeinflussung/Steuerung in Abhängigkeit von dem durch das Erkennungsmodul erkannten Bedarf durch das erzeugte Steuersignal.The fact that the energy source material flow control module is set up to influence the energy source material flow means, in particular, that it is set up to control the fuel flow. In particular, the energy source material flow control module is preferably set up to initialize the energy source material flow between the mobile usage device and the stationary usage device. In addition, the fuel flow control module is preferably set up to specify, preferably change, a direction of the fuel flow between the mobile utilization facility and the stationary utilization facility, in particular from the mobile utilization facility to the stationary utilization facility—or vice versa. In particular, this influencing/control takes place as a function of the need recognized by the recognition module by the generated control signal.
Insbesondere ist das Energieträgerstoffstrom-Steuerungsmodul bevorzugt eingerichtet, um wenigstens eine Ventileinrichtung und/oder wenigstens eine Fördereinrichtung, insbesondere eine Pumpe, entsprechend anzusteuern, um den Energieträgerstoffstrom zu beeinflussen.In particular, the fuel flow control module is preferably set up to correspondingly control at least one valve device and/or at least one delivery device, in particular a pump, in order to influence the fuel flow.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung eingerichtet zur Beeinflussung eines Energieträgerstoffstroms eines Energieträgerstoffs zwischen einer Mehrzahl von mobilen Nutzungseinrichtungen und genau einer stationären Nutzungseinrichtung, oder zwischen genau einer mobilen Nutzungseinrichtung und einer Mehrzahl von stationären Nutzungseinrichtungen, oder zwischen einer Mehrzahl von mobilen Nutzungseinrichtungen und einer Mehrzahl von stationären Nutzungseinrichtungen. Die verschiedenen Energieträgerstoffströme können so besonders flexibel und bedarfsgerecht beeinflusst werden.In a preferred embodiment, the control device is set up to influence an energy carrier material flow of an energy carrier material between a plurality of mobile usage devices and precisely one stationary usage device, or between exactly one mobile usage device and a plurality of stationary usage devices, or between a plurality of mobile usage devices and a plurality of stationary usage devices usage facilities. The various energy carrier material flows can thus be influenced in a particularly flexible and needs-based manner.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Energieträgerstoffstrom-Steuerungsmodul eingerichtet ist, um den Energieträgerstoffstrom zusätzlich in Abhängigkeit von wenigstens einem Mobilitätsparameter der mobilen Nutzungseinrichtung zu beeinflussen. Unter einem Mobilitätsparameter wird dabei insbesondere ein Parameter verstanden, der einen Zustand der mobilen Nutzungseinrichtung kennzeichnet, für einen Zustand der mobilen Nutzungseinrichtung charakteristisch ist, und/oder einen Zustand der mobilen Nutzungseinrichtung beeinflusst. Der Mobilitätsparameter ist somit insbesondere ein Betriebsparameter der mobilen Nutzungseinrichtung. Vorteilhaft kann durch Berücksichtigen des wenigstens einen Mobilitätsparameters neben dem Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung auch ein Bedarf der mobilen Nutzungseinrichtung in Bezug auf den Energieträgerstoff berücksichtigt werden. Somit kann der Energieträgerstoff noch flexibler und zugleich besonders effizient zwischen der mobilen Nutzungseinrichtung und der stationären Nutzungseinrichtung aufgeteilt werden.According to a development of the invention, it is provided that the fuel flow control module is set up to additionally influence the fuel flow as a function of at least one mobility parameter of the mobile utilization device. A mobility parameter is understood to mean, in particular, a parameter that characterizes a state of the mobile use device, is characteristic of a state of the mobile use device, and/or influences a state of the mobile use device. The mobility parameter is thus in particular an operating parameter of the mobile usage device. Advantageously, by taking into account the at least one mobility parameter, in addition to the requirement of the stationary utilization facility, a requirement of the mobile utilization facility with regard to the energy source can also be taken into account. In this way, the energy carrier can be divided even more flexibly and at the same time particularly efficiently between the mobile utilization facility and the stationary utilization facility.
Ist die Steuereinrichtung - wie im Folgenden noch erläutert - als stationäre Steuereinrichtung ausgebildet -, weist sie bevorzugt ein Parameter-Empfangsmodul auf, das eingerichtet ist, um den wenigstens einen Mobilitätsparameter von der mobilen Nutzungseinrichtung zu erhalten, insbesondere zu empfangen. Ist dagegen die Steuereinrichtung - wie ebenfalls im Folgenden noch erläutert - als mobile Steuereinrichtung ausgebildet und insbesondere der mobilen Nutzungseinrichtung zugeordnet, ist sie vorzugsweise eingerichtet, um den wenigstens einen Mobilitätsparameter auf andere Weise, insbesondere mittels wenigstens eines Sensors, insbesondere an der mobilen Nutzungseinrichtung zu erfassen, und/oder um den wenigstens einen Mobilitätsparameter selbst zu generieren.If the control device—as explained below—is designed as a stationary control device, it preferably has a parameter receiving module that is set up to receive, in particular to receive, the at least one mobility parameter from the mobile usage device. If, on the other hand, the control device - as also explained below - is designed as a mobile control device and in particular assigned to the mobile usage device, it is preferably set up to record the at least one mobility parameter in a different way, in particular by means of at least one sensor, in particular on the mobile usage device , and/or to generate the at least one mobility parameter itself.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Mobilitätsparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Speicherzustand einer mobilen Speichereinrichtung der mobilen Nutzungseinrichtung; einem momentanen Energieträgerstoffverbrauch einer mobilen Umwandlungseinrichtung der mobilen Nutzungseinrichtung; einem - insbesondere prognostizierten - Trennzeitpunkt, zu dem eine Trennung einer stoffübertragenden Verbindung zwischen der mobilen Nutzungseinrichtung und der stationären Nutzungseinrichtung vorgenommen wird; einem vorbestimmten Soll-Speicherfüllstand der mobilen Speichereinrichtung, und einer Wetterlage am Ort der mobilen Nutzungseinrichtung und/oder entlang einer vorbestimmten Bewegungsroute für die mobile Nutzungseinrichtung. Die hier ausdrücklich genannten Mobilitätsparameter haben jeweils einen Einfluss auf den momentanen oder zukünftigen Bedarf der mobilen Nutzungseinrichtung an dem Energieträgerstoff. Es ist daher vorteilhaft, zumindest einen dieser Mobilitätsparameter, bevorzugt alle diese Mobilitätsparameter, in der Steuereinrichtung zur Beeinflussung des Energieträgerstoffstroms heranzuziehen. Insbesondere kann so vorteilhaft vermieden werden, dass die mobile Speichereinrichtung zu dem Trennzeitpunkt einen zu geringen Speicherfüllstand, das heißt eine zu geringe Menge an dem Energieträgerstoff, aufweist, was einen sicheren Betrieb der mobilen Nutzungseinrichtung unabhängig von der stationären Nutzungseinrichtung beeinträchtigen würde.According to a development of the invention, it is provided that the at least one mobility parameter is selected from a group consisting of: a memory state of a mobile memory device of the mobile usage device; an instantaneous energy carrier consumption of a mobile conversion device of the mobile utilization device; a—particularly predicted—separation point in time at which a material-transmitting connection between the mobile utilization device and the stationary utilization device is separated; a predetermined target storage level of the mobile storage device, and a weather situation at the location of the mobile utilization device and/or along a predetermined movement route for the mobile utilization device. The mobility parameters expressly mentioned here each have an influence on the current or future requirement of the mobile utilization device for the energy source. It is therefore advantageous to use at least one of these mobility parameters, preferably all of these mobility parameters, in the control device to influence the flow of energy carrier material. In particular, it can advantageously be avoided that the mobile storage device has too low a storage level at the time of disconnection, i.e. too little quantity of the energy source, which would impair safe operation of the mobile utilization device independently of the stationary utilization device.
Die mobile Speichereinrichtung ist vorzugsweise ein Tank. Der Trennzeitpunkt ist vorzugsweise ein Abfahrtszeitpunkt der mobilen Nutzungseinrichtung von der stationären Nutzungseinrichtung, insbesondere der Zeitpunkt eines Auslaufens eines Schiffs aus einem Hafen. Der vorbestimmte Soll-Speicherfüllstand ist vorzugsweise ein Speicherfüllstand der mobilen Speichereinrichtung, den diese insbesondere zu dem Trennzeitpunkt aufweisen soll, insbesondere um zu gewährleisten, dass die mobile Nutzungseinrichtung eine vorbestimmte Bewegungsroute ohne Beeinträchtigung absolvieren kann. Die Wetterlage am Ort der mobilen Nutzungseinrichtung und/oder entlang der vorbestimmten Bewegungsroute hat insbesondere Einfluss auf den Energieträgerstoffverbrauch der mobilen Umwandlungseinrichtung.The mobile storage device is preferably a tank. The separation time is preferably a departure time of the mobile usage device from the stationary usage device, in particular the time when a ship leaves a port. The predetermined target storage level is preferably a storage level of the mobile storage device, which this particular which should have at the time of separation, in particular to ensure that the mobile utilization device can complete a predetermined movement route without being impaired. The weather situation at the location of the mobile usage device and/or along the predetermined movement route has a particular influence on the energy carrier consumption of the mobile conversion device.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung als stationäre Steuereinrichtung ausgebildet ist. Das Erkennungsmodul ist dabei eingerichtet, um den Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung zu ermitteln. Insbesondere ist die stationäre Steuereinrichtung bevorzugt der stationären Nutzungseinrichtung zugeordnet. Insbesondere ist bevorzugt die stationäre Steuereinrichtung die Steuereinrichtung der stationären Nutzungseinrichtung. In vorteilhafter Weise kann so die Steuereinrichtung unmittelbar die stationäre Nutzungseinrichtung überwachen sowie deren Bedarf an Energieträgerstoff - bevorzugt auch vorausschauend - ermitteln und entsprechend den Energieträgerstoffstrom steuern.According to a development of the invention, it is provided that the control device is designed as a stationary control device. The detection module is set up to determine the need of the stationary usage device. In particular, the stationary control device is preferably assigned to the stationary utilization device. In particular, the stationary control device is preferably the control device of the stationary utilization device. Advantageously, the control device can thus directly monitor the stationary utilization device and determine its need for energy carrier material—preferably also in a foresighted manner—and correspondingly control the energy carrier material flow.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung als mobile Steuereinrichtung eingerichtet und der mobilen Nutzungseinrichtung zugeordnet ist. Insbesondere ist die Steuereinrichtung bevorzugt die Steuereinrichtung der mobilen Nutzungseinrichtung, insbesondere eine zentrale Steuereinrichtung oder ein zentrales Steuergerät der mobilen Nutzungseinrichtung. Das Erkennungsmodul weist bevorzugt ein Empfangsmodul auf, das eingerichtet ist, um ein Anforderungssignal von der stationären Nutzungseinrichtung zu empfangen. Außerdem weist das Erkennungsmodul bevorzugt ein Interpretationsmodul auf, das eingerichtet ist, um das Anforderungssignal darauf zu prüfen, ob die stationäre Nutzungseinrichtung - mit dem Anforderungssignal - eine Abgabe oder eine Annahme - durch die mobile Nutzungseinrichtung - des Energieträgerstoffs anfordert. Das Energieträgerstoffstrom-Steuerungsmodul ist dabei eingerichtet, um den Energieträgerstoffstrom in Abhängigkeit von dem durch das Interpretationsmodul geprüften Anforderungssignal zu beeinflussen. Insbesondere ist das Energieträgerstoffstrom-Steuerungsmodul eingerichtet, um den Energieträgerstoffstrom in Abhängigkeit von einem Prüfergebnis des Interpretationsmoduls zu beeinflussen. Vorteilhaft kann auf diese Weise der Energieträgerstoffstrom lokal in der mobilen Nutzungseinrichtung und gleichwohl abhängig von dem Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung beeinflusst, insbesondere gesteuert werden. Die Steuerung des Energieträgerstoffstroms erfolgt dabei insbesondere - bis auf das Anforderungssignal - unabhängig von einer Steuerung der stationären Nutzungseinrichtung.According to a development of the invention, it is provided that the control device is set up as a mobile control device and assigned to the mobile utilization device. In particular, the control device is preferably the control device of the mobile usage device, in particular a central control device or a central control unit of the mobile usage device. The recognition module preferably has a receiving module that is set up to receive a request signal from the stationary utilization device. In addition, the recognition module preferably has an interpretation module that is set up to check the request signal to determine whether the stationary utilization device—with the request signal—requests delivery or acceptance—by the mobile utilization device—of the energy source. The fuel flow control module is set up to influence the fuel flow as a function of the request signal checked by the interpretation module. In particular, the energy carrier material flow control module is set up to influence the energy carrier material flow as a function of a test result from the interpretation module. In this way, the energy source material flow can advantageously be influenced, in particular controlled, locally in the mobile utilization device and at the same time depending on the requirements of the stationary utilization device. The control of the energy source material flow is carried out in particular - apart from the request signal - independently of a controller of the stationary utilization device.
Das Anforderungssignal kann in vorteilhafter Weise als einfaches logisches Signal ausgestaltet sein, insbesondere indem beispielsweise eine Anforderung zur Abgabe von Energieträgerstoff durch einen im Vergleich zu Masse auf einem positiven Spannungsniveau liegenden Signalpegel angezeigt wird, wobei eine Anforderung zur Annahme des Energieträgerstoffs durch ein im Vergleich zu Masse negatives Spannungsniveau des Signalpegels gekennzeichnet ist - oder umgekehrt. Das Interpretationsmodul kann dabei insbesondere als einfacher Diskriminator oder Komparator ausgebildet sein, der eingerichtet ist, um das Spannungsniveau des Signalpegels des Anforderungssignals festzustellen. Insbesondere kann das Interpretationsmodul in das Energieträgerstoffstrom-Steuerungsmodul integriert sein, sei es als hardwaretechnische Komponente oder Baugruppe, oder als Softwarefunktion. Selbstverständlich ist aber auch eine komplexere Ausgestaltung des Anforderungssignals und entsprechend auch des Interpretationsmoduls möglich.The request signal can advantageously be embodied as a simple logic signal, in particular in that, for example, a request to release energy carrier is indicated by a signal level that is at a positive voltage level compared to ground, with a request to accept the energy carrier being indicated by a voltage level that is positive compared to ground negative voltage level of the signal level is marked - or vice versa. In this case, the interpretation module can be designed in particular as a simple discriminator or comparator which is set up to determine the voltage level of the signal level of the request signal. In particular, the interpretation module can be integrated into the fuel flow control module, be it as a hardware component or assembly, or as a software function. Of course, a more complex configuration of the request signal and accordingly also of the interpretation module is also possible.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine stationäre Nutzungseinrichtung geschaffen wird, die eingerichtet ist zur Nutzung des Energieträgerstoffs, wobei die stationäre Nutzungseinrichtung eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung oder eine Steuereinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Außerdem weist die stationäre Nutzungseinrichtung eine stationäre Verbindungseinrichtung auf, die eingerichtet ist, um die stationäre Nutzungseinrichtung, insbesondere eine stationäre Speichereinrichtung der stationären Nutzungseinrichtung, die eingerichtet ist zur Speicherung des Energieträgerstoffs, stoffübertragend, das heißt insbesondere strömungstechnisch, mit einer mobilen Nutzungseinrichtung, insbesondere mit einer mobilen Speichereinrichtung der mobilen Nutzungseinrichtung, zu verbinden. In Zusammenhang mit der stationären Nutzungseinrichtung verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Steuereinrichtung erläutert wurden.The object is also achieved by creating a stationary usage device that is set up to use the energy carrier material, the stationary usage device having a control device according to the invention or a control device according to one of the exemplary embodiments described above. In addition, the stationary usage device has a stationary connection device that is set up to connect the stationary usage device, in particular a stationary storage device of the stationary usage device, which is designed to store the energy carrier material, in a material-transferring manner, i.e. in particular fluidically, with a mobile usage device, in particular with a mobile storage device of the mobile usage device to connect. In connection with the stationary usage device, the advantages that have already been explained in connection with the control device are realized in particular.
Die stationäre Nutzungseinrichtung ist vorzugsweise weiter eingerichtet, um elektrisch mit der mobilen Nutzungseinrichtung verbunden zu werden, insbesondere um elektrische Leistung zwischen der stationären Nutzungseinrichtung und der mobilen Nutzungseinrichtung bedarfsweise auszutauschen.The stationary usage device is preferably also set up to be electrically connected to the mobile usage device, in particular to exchange electrical power between the stationary usage device and the mobile usage device as required.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die stationäre Nutzungseinrichtung eine stationäre Umwandlungseinrichtung zur Umwandlung von chemischer Energie des Energieträgerstoffs in elektrische Energie aufweist, sowie wenigstens eine volatile Energiequelle elektrischer Energie, wobei die stationäre Umwandlungseinrichtung und die volatile Energiequelle über ein elektrisches Stromnetz miteinander und mit wenigstens einem Verbraucher leistungsübertragend verbunden sind.According to a development of the invention, it is provided that the stationary utilization device has a stationary conversion device for converting chemical energy of the energy carrier into electrical energy, and at least one volatile energy source of electrical energy, with the stationary conversion device and the volatile energy source being connected to one another and to one another via an electrical power network at least are power-transmittingly connected to a consumer.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist auch eine mobile Umwandlungseinrichtung der mobilen Nutzungseinrichtung, die eingerichtet ist zur Umwandlung von chemischer Energie des Energieträgerstoffs in elektrische Energie, mit demselben elektrischen Stromnetz leistungsübertragend verbunden.According to a preferred embodiment, a mobile conversion device of the mobile utilization device, which is set up to convert chemical energy of the energy carrier into electrical energy, is also connected to the same electrical power grid in a power-transmitting manner.
Das Erkennungsmodul der Steuereinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um den Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Zustandsparameter der volatilen Energiequelle, von einem Speicherfüllstand der stationären Energiespeichereinrichtung, und von einem Lastzustand des wenigstens einen Verbrauchers zu ermitteln. Auf diese Weise kann der Energieträgerstoff insbesondere bevorzugt in Abhängigkeit von einem momentanen Zustand der volatilen Energiequelle im Vergleich zu einem momentanen Lastzustand des wenigstens einen Verbrauchers und insbesondere unter Berücksichtigung des Speicherfüllstands des stationären Energiespeichers auf die mobile Nutzungseinrichtung und die stationäre Nutzungseinrichtung aufgeteilt werden.The detection module of the control device is preferably set up to determine the requirement of the stationary utilization device as a function of a status parameter of the volatile energy source, of a storage level of the stationary energy storage device, and of a load status of the at least one consumer. In this way, the energy carrier can be divided between the mobile usage device and the stationary usage device, particularly preferably depending on a current state of the volatile energy source compared to a current load state of the at least one consumer and in particular taking into account the storage level of the stationary energy storage device.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Zustandsparameter ein Parameter, der charakteristisch ist dafür, wieviel Energie die volatile Energiequelle momentan bereitstellen kann. Handelt es sich bei der volatilen Energiequelle um eine Windkraft- oder Photovoltaikanlage, kann der Zustandsparameter beispielsweise eine momentane Wetterlage sein oder von einer momentanen Wetterlage abhängen.In a preferred embodiment, the state parameter is a parameter that is characteristic of how much energy the volatile energy source can currently provide. If the volatile energy source is a wind power plant or a photovoltaic system, the status parameter can be a current weather situation, for example, or can depend on a current weather situation.
Insbesondere ist das Erkennungsmodul bevorzugt eingerichtet, um einen Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung an Aufnahme des Energieträgerstoffs zu erkennen, wenn der Speicherfüllstand der stationären Energiespeichereinrichtung einen unteren Schwellwert unterschreitet, und zugleich der Zustandsparameter der volatilen Energiequelle im Verhältnis zu dem momentanen Lastzustand des wenigstens einen Verbrauchers anzeigt, dass die volatile Energiequelle zu wenig elektrische Energie liefert, um den wenigstens einen Verbraucher zu betreiben. Es kann dann Energieträgerstoff von der mobilen Nutzungseinrichtung an die stationäre Nutzungseinrichtung übertragen werden, um dort in der stationären Umwandlungseinrichtung chemische Energie des Energieträgerstoffs in elektrische Energie umwandeln und diese dem wenigstens einen Verbraucher zuführen zu können. Umgekehrt kann das Erkennungsmodul einen Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung an Abgabe des Energieträgerstoffs erkennen, wenn insbesondere der momentane Speicherfüllstand der stationären Energiespeichereinrichtung einen oberen Schwellenwert überschreitet und zugleich der Zustandsparameter der volatilen Energiequelle im Verhältnis zu dem momentanen Lastzustand des wenigstens einen Verbrauchers anzeigt, dass die volatile Energiequelle mehr elektrische Energie bereitstellt, als der wenigstens eine Verbraucher benötigt. Es kann dann mittels der überschießenden, durch die volatile Energiequelle bereitgestellten elektrischen Energie bevorzugt in einer geeigneten Einrichtung, insbesondere in der stationären Umwandlungseinrichtung, Energieträgerstoff erzeugt werden, der dann insbesondere in der mobilen Speichereinrichtung der mobilen Nutzungseinrichtung gespeichert werden kann.In particular, the detection module is preferably set up to detect a need for the stationary usage device to absorb the energy carrier material when the storage level of the stationary energy storage device falls below a lower threshold value, and at the same time indicates the status parameter of the volatile energy source in relation to the current load status of the at least one consumer, that the volatile energy source supplies too little electrical energy to operate the at least one consumer. Energy carrier material can then be transferred from the mobile usage device to the stationary usage device in order to convert chemical energy of the energy carrier material into electrical energy there in the stationary conversion device and to be able to supply this to the at least one consumer. Conversely, the detection module can detect a need for the stationary usage device to release the energy source if, in particular, the current storage level of the stationary energy storage device exceeds an upper threshold value and at the same time the status parameter of the volatile energy source in relation to the current load status of the at least one consumer indicates that the volatile energy source provides more electrical energy than the at least one consumer needs. Using the excess electrical energy provided by the volatile energy source, energy carrier material can then be generated, preferably in a suitable device, in particular in the stationary conversion device, which can then be stored in particular in the mobile storage device of the mobile utilization device.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung weist hierzu die stationäre Nutzungseinrichtung einen Elektrolyseur auf, der eingerichtet ist, um elektrische Energie aus dem elektrischen Stromnetz in chemische Energie insbesondere in Form des Energieträgerstoffs, zu wandeln. Insbesondere ist der Elektrolyseur bevorzugt eingerichtet, um mittels Zufuhr elektrischer Energie Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, wobei der derart erzeugte Wasserstoff als Energieträgerstoff verwendet oder weiter zu dem Energieträgerstoff verarbeitet, beispielsweise in Methan oder Methanol umgewandelt wird. Vorzugsweise ist die stationäre Umwandlungseinrichtung als Elektrolyseur betreibbar.In a particularly preferred embodiment, the stationary utilization device has an electrolyzer for this purpose, which is set up to convert electrical energy from the electrical power grid into chemical energy, in particular in the form of the energy carrier. In particular, the electrolyzer is preferably set up to split water into hydrogen and oxygen by supplying electrical energy, with the hydrogen produced in this way being used as an energy carrier or further processed into the energy carrier, for example being converted into methane or methanol. The stationary conversion device can preferably be operated as an electrolyzer.
In bevorzugter Ausgestaltung weist die stationäre Nutzungseinrichtung zusätzlich ein Kraftwerk auf, sei es ein Kleinkraftwerk oder ein größeres Kraftwerk, um elektrische Leistung bereitzustellen. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Kohlekraftwerk, ein Gaskraftwerk, ein Kernkraftwerk oder eine andere Art konventionelles Kraftwerk handeln.In a preferred embodiment, the stationary utilization facility also has a power plant, be it a small power plant or a larger power plant, to provide electrical power. This can be, for example, a coal-fired power plant, a gas-fired power plant, a nuclear power plant or another type of conventional power plant.
Die stationäre Nutzungseinrichtung ist vorzugsweise eine Hafeninfrastruktur zur Energieversorgung eines Hafens, insbesondere eines Kreuzfahrthafens, eines Containerhafens, und/oder eines Binnenhafens. Das elektrische Stromnetz ist vorzugsweise ein Klein-Stromnetz oder lokales Stromnetz, insbesondere ein sogenanntes Microgrid.The stationary usage device is preferably a port infrastructure for supplying energy to a port, in particular a cruise port, a container port and/or an inland port. The electrical power grid is preferably a small power grid or local power grid, in particular a so-called microgrid.
Die volatile Energiequelle ist insbesondere eine erneuerbare oder regenerative Energiequelle, in bevorzugter Ausgestaltung eine Windkraftanlage oder eine Photovoltaikanlage.The volatile energy source is in particular a renewable or regenerative energy source, in a preferred embodiment a wind turbine or a photovoltaic system.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine mobile Nutzungseinrichtung geschaffen wird, die eingerichtet ist zur Nutzung des Energieträgerstoffs. Die mobile Nutzungseinrichtung weist dabei eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung oder eine Steuereinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf, sowie außerdem eine mobile Verbindungseinrichtung, die eingerichtet ist, um die mobile Nutzungseinrichtung, insbesondere eine mobile Speichereinrichtung der mobilen Nutzungseinrichtung, die eingerichtet ist zur Speicherung des Energieträgerstoffs, stoffübertragend, insbesondere strömungstechnisch, mit einer stationären Nutzungseinrichtung, insbesondere einer stationären Speichereinrichtung der stationären Nutzungseinrichtung, zu verbinden. In Zusammenhang mit der mobilen Nutzungseinrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der stationären Nutzungseinrichtung und der Steuereinrichtung erläutert wurden.The object is also achieved by creating a mobile usage device that is set up to use the energy carrier. The mobile usage device has a control device according to the invention or a control device according to one of the exemplary embodiments described above, as well as a mobile connection device that is set up in order to connect the mobile usage device, in particular a mobile storage device of the mobile usage device, which is set up for storing the energy source, in a substance-transferring manner, in particular fluidically, to a stationary usage device, in particular a stationary storage device of the stationary usage device. In connection with the mobile usage device, there are in particular the advantages that have already been explained in connection with the stationary usage device and the control device.
Die mobile Nutzungseinrichtung weist bevorzugt außerdem eine mobile Umwandlungseinrichtung auf, die eingerichtet ist zur Umwandlung von chemischer Energie des Energieträgerstoffs in elektrische Energie.The mobile utilization device preferably also has a mobile conversion device that is set up to convert chemical energy from the energy carrier into electrical energy.
Die mobile Nutzungseinrichtung ist bevorzugt außerdem eingerichtet, um elektrisch mit der stationären Nutzungseinrichtung wirkverbunden zu werden, insbesondere so, dass elektrische Leistung zwischen der mobilen Nutzungseinrichtung und der stationären Nutzungseinrichtung ausgetauscht werden kann.The mobile usage device is preferably also set up to be electrically connected to the stationary usage device, in particular in such a way that electrical power can be exchanged between the mobile usage device and the stationary usage device.
Die mobile Nutzungseinrichtung weist bevorzugt wenigstens einen Verbraucher auf, der mit der mobilen Umwandlungseinrichtung elektrisch leistungsübertragend verbunden ist. Dabei kann es sich insbesondere um einen Verbraucher in einem Bordnetz, besonders bevorzugt um eine Klimatisierungseinrichtung, der mobilen Nutzungseinrichtung handeln.The mobile usage device preferably has at least one consumer which is connected to the mobile conversion device in an electrically power-transmitting manner. This can in particular be a consumer in an on-board network, particularly preferably an air conditioning device, of the mobile usage device.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mobile Nutzungseinrichtung als Fahrzeug, in besonders bevorzugter Ausgestaltung als Schifffahrzeug, insbesondere als Yacht, Kreuzfahrtschiff, Containerschiff oder Binnenschiff, ausgebildet ist. Dabei verwirklichen sich in besonderer Weise die bereits zuvor genannten Vorteile, insbesondere in Kombination mit einer als Hafeninfrastruktur ausgebildeten stationären Nutzungseinrichtung.According to a development of the invention, it is provided that the mobile usage device is designed as a vehicle, in a particularly preferred embodiment as a ship vehicle, in particular as a yacht, cruise ship, container ship or inland waterway vessel. In this way, the previously mentioned advantages are realized in a special way, especially in combination with a stationary usage facility designed as a port infrastructure.
Wenigstens eine Umwandlungseinrichtung, ausgewählt aus der mobilen Umwandlungseinrichtung und der stationären Umwandlungseinrichtung, ist in bevorzugter Ausgestaltung als Brennstoffzelle ausgebildet. Bevorzugt sind sowohl die mobile Umwandlungseinrichtung als auch die stationäre Umwandlungseinrichtung jeweils als Brennstoffzelle ausgebildet.At least one conversion device, selected from the mobile conversion device and the stationary conversion device, is designed as a fuel cell in a preferred embodiment. Both the mobile conversion device and the stationary conversion device are preferably designed as fuel cells.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zur Beeinflussung, insbesondere Steuerung, eines Energieträgerstoffstroms zwischen einer mobilen Nutzungseinrichtung und einer stationären Nutzungseinrichtung geschaffen wird, wobei ein Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung an Aufnahme oder Abgabe des Energieträgerstoffs erfasst wird, und wobei der Energieträgerstoffstrom in Abhängigkeit von dem erfassten Bedarf beeinflusst, insbesondere gesteuert wird. In Zusammenhang mit dem Verfahren verwirklichen sich insbesondere die bereits in Zusammenhang mit der Steuereinrichtung, der stationären Nutzungseinrichtung und der mobilen Nutzungseinrichtung erläuterten Vorteile.The object is also achieved by creating a method for influencing, in particular controlling, an energy source material flow between a mobile utilization device and a stationary utilization device, wherein a requirement of the stationary utilization device for intake or release of the energy source material is detected, and wherein the energy source material flow depends on influenced by the recorded need, in particular controlled. In connection with the method, the advantages already explained in connection with the control device, the stationary utilization device and the mobile utilization device are realized in particular.
Der Energieträgerstoff wird vorzugsweise in der stationären Nutzungseinrichtung verwertet, insbesondere zur Erzeugung elektrischer Leistung verwendet. Insbesondere wird bevorzugt chemische Energie des Energieträgerstoffs in der stationären Nutzungseinrichtung in elektrische Energie gewandelt.The energy source is preferably utilized in the stationary usage device, in particular used to generate electrical power. In particular, chemical energy of the energy carrier is preferably converted into electrical energy in the stationary utilization device.
Vorzugsweise wird auch in der mobilen Nutzungseinrichtung chemische Energie des Energieträgerstoffs in elektrische Energie gewandelt.Chemical energy of the energy carrier is preferably also converted into electrical energy in the mobile utilization device.
Vorzugsweise wird elektrische Leistung zwischen der mobilen Nutzungseinrichtung und der stationären Nutzungseinrichtung ausgetauscht.Electrical power is preferably exchanged between the mobile utilization device and the stationary utilization device.
Vorzugsweise wird der Energieträgerstoffstrom zusätzlich in Abhängigkeit von wenigstens einem Mobilitätsparameter der mobilen Nutzungseinrichtung beeinflusst, wobei der Mobilitätsparameter bevorzugt ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Speicherfüllstand einer mobilen Speichereinrichtung der mobilen Nutzungseinrichtung; einem momentanen Energieträgerstoffverbrauch einer mobilen Umwandlungseinrichtung der mobilen Nutzungseinrichtung; einem - insbesondere prognostizierten - Trennzeitpunkt der Trennung einer stoffübertragenden Verbindung zwischen der mobilen Nutzungseinrichtung und der stationären Nutzungseinrichtung, insbesondere einem Abfahrtzeitpunkt der mobilen Nutzungseinrichtung von der stationären Nutzungseinrichtung; einem vorbestimmten Soll-Speicherfüllstand der mobilen Speichereinrichtung; und einer Wetterlage am Ort der mobilen Nutzungseinrichtung und/oder entlang einer vorbestimmten Bewegungsroute der mobilen Nutzungseinrichtung.Preferably, the fuel flow is additionally influenced as a function of at least one mobility parameter of the mobile usage device, wherein the mobility parameter is preferably selected from a group consisting of: a storage level of a mobile storage device of the mobile usage device; an instantaneous energy carrier consumption of a mobile conversion device of the mobile utilization device; a—particularly predicted—separation time of the separation of a material-transmitting connection between the mobile usage device and the stationary usage device, in particular a departure time of the mobile usage device from the stationary usage device; a predetermined target storage level of the mobile storage device; and a weather situation at the location of the mobile usage device and/or along a predetermined movement route of the mobile usage device.
Bevorzugt wird der Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Zustandsparameter einer volatilen Energiequelle, einem Speicherfüllstand einer stationären Energiespeichereinrichtung der stationären Nutzungseinrichtung, und einem Lastzustand von wenigstens einem mit einer stationären Umwandlungseinrichtung der stationären Nutzungseinrichtung elektrisch verbundenen Verbraucher ermittelt.The requirement of the stationary usage device is preferably determined as a function of a status parameter of a volatile energy source, a storage level of a stationary energy storage device of the stationary usage device, and a load status of at least one consumer electrically connected to a stationary conversion device of the stationary usage device.
Insbesondere wenn ein Schiff längere Zeit in einem Hafen liegt, kann dessen Speichereinrichtung zur Speicherung, auch Zwischenspeicherung, des Energieträgerstoffs genutzt werden.In particular, if a ship is in a port for a longer period of time, its storage device can be used for storing, including intermediate storage, the energy carrier material.
Die mobile Umwandlungseinrichtung des Schiffs kann als Generator für Regelenergie oder Grundlasterzeugung in dem elektrischen Stromnetz des Hafens genutzt werden.The ship's mobile conversion facility can be used as a generator for control energy or base load generation in the port's electrical power grid.
An Bord des Schiffes erzeugte, überschüssige elektrische Leistung kann in das Stromnetz des Hafens eingespeist werden, beispielsweise bei einem Überschuss elektrischer Leistung aufgrund von Kraft-Wärmekopplung an Bord des Schiffs, insbesondere bei Wärmeführung.Excess electrical power generated on board the ship can be fed into the power grid of the port, for example in the case of an excess electrical power due to combined heat and power generation on board the ship, in particular in the case of heat management.
Wird in der Hafeninfrastruktur zu viel elektrische Energie regenerativ bereitgestellt, kann über den Elektrolyseur der Energieträgerstoff erzeugt und in der stationären Speichereinrichtung und/oder in der mobilen Speichereinrichtung eingelagert werden. Ebenso kann, wenn zu wenig elektrische Energie an Land regenerativ bereitgestellt wird, der in der mobilen Speichereinrichtung vorhandene Energieträgerstoff für die Stromerzeugung durch die stationäre Umwandlungseinrichtung an Land genutzt werden.If too much electrical energy is provided in a regenerative manner in the port infrastructure, the energy carrier can be generated via the electrolyser and stored in the stationary storage device and/or in the mobile storage device. Likewise, if too little electrical energy is provided regeneratively on land, the energy carrier material present in the mobile storage device can be used to generate electricity by the stationary conversion device on land.
Dabei muss beachtet werden, dass zum Auslaufen des Schiffs die erforderliche Menge an Energieträgerstoff an Bord ist. Dies kann bevorzugt durch ein Umpumpen des Energieträgerstoffs zwischen der mobilen Speichereinrichtung und der stationären Speichereinrichtung erreicht werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Energieträgerstoff auch zwischen verschiedenen mobilen Speichereinrichtungen, oder zwischen der mobilen Speichereinrichtung und verschiedenen stationären Speichereinrichtungen, oder zwischen verschiedenen mobilen Speichereinrichtungen und der stationären Speichereinrichtung, oder zwischen verschiedenen mobilen Speichereinrichtungen und verschiedenen stationären Speichereinrichtungen umgepumpt werden.It must be ensured that the required amount of fuel is on board when the ship leaves port. This can preferably be achieved by pumping the energy carrier between the mobile storage device and the stationary storage device. Alternatively or additionally, the energy source can also be pumped between different mobile storage devices, or between the mobile storage device and different stationary storage devices, or between different mobile storage devices and the stationary storage device, or between different mobile storage devices and different stationary storage devices.
Es ist auch möglich, dass bei einem zu hohen Überschuss an Energieträgerstoff der überschüssige Energieträgerstoff zu günstigen Konditionen auf dem Markt angeboten wird. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn sowohl die mobile Speichereinrichtung als auch die stationäre Speichereinrichtung einen Speicherfüllstand oberhalb vorbestimmter Schwellenwerte aufweisen.It is also possible that if there is too much excess energy, the excess energy will be offered on the market at favorable conditions. This can be the case in particular if both the mobile storage device and the stationary storage device have a storage level above predetermined threshold values.
Es ist auch möglich, den Energieträgerstoff insbesondere mittels des Elektrolyseurs in optimalen Betriebsmodi zu erzeugen unter Berücksichtigung einer Wettervorhersage, des Ablegezeitpunkts des Schiffs und der gewünschten Speicherfüllstände.It is also possible to generate the energy carrier, in particular by means of the electrolyser, in optimal operating modes, taking into account a weather forecast, the time at which the ship departs and the desired storage levels.
Ebenso kann, wenn bekannt ist, wann mehrere für die Stromerzeugung nutzbare Schiffe vor Anker liegen, ein solcher Zeitpunkt für die Revision anderer Energieerzeugungsanlagen wie beispielsweise der stationären Umwandlungseinrichtung oder eines zusätzlichen Kraftwerks genutzt werden.Likewise, if it is known when several ships that can be used for power generation are at anchor, such a point in time can be used to inspect other power generation systems such as the stationary conversion facility or an additional power plant.
Die mobilen Umwandlungseinrichtungen der Schiffe können auch als zusätzliche Stromaggregate eingesetzt werden. Dabei können sie als Grundlast- oder Regelenergiequellen betrachtet werden. Wenn die regenerativ erzeugte Energie nicht ausreicht, können durch das Energiemanagement die mobilen Umwandlungseinrichtungen als Energiequellen genutzt werden. Der dazu benötigte Energieträgerstoff kann aus den mobilen Speichereinrichtungen oder aus der stationären Speichereinrichtung entnommen werden.The ships' mobile conversion devices can also be used as additional power generators. They can be viewed as base load or balancing energy sources. If the regeneratively generated energy is not sufficient, the mobile conversion devices can be used as energy sources through energy management. The energy carrier required for this can be taken from the mobile storage devices or from the stationary storage device.
Die hier vorgeschlagenen Vorgehensweisen sind nicht nur für verstofflichte Energie, das heißt für den Energieträgerstoff, sondern auch direkt für Strom, insbesondere in Zusammenhang mit Batteriespeichern an Land oder auf Schiffen, anwendbar.The procedures proposed here can be used not only for materialized energy, i.e. for the energy carrier, but also directly for electricity, especially in connection with battery storage systems on land or on ships.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer stationären Nutzungseinrichtung mit einem Ausführungsbeispiel einer mobilen Nutzungseinrichtung sowie Ausführungsbeispielen von Steuereinrichtungen zur Steuerung eines Energieträgerstoffstroms.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. The single figure shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a stationary usage device with an exemplary embodiment of a mobile usage device and exemplary embodiments of control devices for controlling a flow of energy carrier material.
Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer stationären Nutzungseinrichtung 1, eingerichtet zur Nutzung eines Energieträgerstoffs, in Kombination mit einem Ausführungsbeispiel einer mobilen Nutzungseinrichtung 3, die ebenfalls eingerichtet ist zur Nutzung des Energieträgerstoffs. Die Figur zeigt ergänzend auch noch eine weitere mobile Nutzungseinrichtung 3.The only figure shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a stationary usage device 1, set up for using an energy carrier, in combination with an exemplary embodiment of a
Die stationäre Nutzungseinrichtung 1 weist eine erste, als stationäre Steuereinrichtung ausgebildete Steuereinrichtung 5 auf, die eingerichtet ist zur Beeinflussung, insbesondere Steuerung, eines Energieträgerstoffstroms des Energieträgerstoffs zwischen der mobilen Nutzungseinrichtung 3 und der stationären Nutzungseinrichtung 1. Die erste Steuereinrichtung 5 weist ein Erkennungsmodul 7 auf, das eingerichtet ist, um einen Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung 1 an Aufnahme oder Abgabe des Energieträgerstoffs zu erfassen. Sie weist außerdem ein Energieträgerstoffstrom-Steuerungsmodul 9 auf, das mit dem Erkennungsmodul 7 wirkverbunden und eingerichtet ist, um in Abhängigkeit von dem durch das Erkennungsmodul 7 erkannten Bedarf ein Steuersignal zu erzeugen, das eingerichtet ist, um den Energieträgerstoffstrom zu beeinflussen, insbesondere zu steuern, vorzugsweise zu initialisieren, und/oder eine Richtung des Energieträgerstoffstroms vorzugeben. Insbesondere ist das Steuersignal bevorzugt eingerichtet zur Ansteuerung hierfür geeigneter, nicht dargestellter Ventileinrichtungen und/oder Fördereinrichtungen, insbesondere Pumpen.The stationary usage device 1 has a
Insbesondere ist das Erkennungsmodul 7 der ersten Steuereinrichtung 5 eingerichtet, um den Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung 1 zu ermitteln.In particular, the
Die mobile Nutzungseinrichtung 3 weist eine zweite Steuereinrichtung 6 auf, die ebenfalls eingerichtet ist zur Beeinflussung, insbesondere Steuerung, des Energieträgerstoffstroms zwischen der mobilen Nutzungseinrichtung 3 und der stationären Nutzungseinrichtung 1. Die zweite Steuereinrichtung 6 ist eine mobile Steuereinrichtung, die hier insbesondere der mobilen Nutzungseinrichtung 3 zugeordnet und ganz besonders bevorzugt die zentrale Steuereinrichtung der mobilen Nutzungseinrichtung 3 ist. Auch diese zweite Steuereinrichtung 6 weist ein Erkennungsmodul 7 und ein Energieträgerstoffstrom-Steuerungsmodul 9 auf. Dabei weist das Erkennungsmodul 7 der zweiten Steuereinrichtung 6 ein Empfangsmodul 11 auf, das eingerichtet ist um ein Anforderungssignal von der stationären Nutzungseinrichtung 1, insbesondere von der ersten Steuereinrichtung 5, zu empfangen, sowie außerdem ein Interpretationsmodul 13, das eingerichtet ist, um das Anforderungssignal darauf zu prüfen, ob die stationäre Nutzungseinrichtung 1 eine Abgabe oder eine Annahme des Energieträgerstoffs durch die mobile Nutzungseinrichtung 3 anfordert. Das Energieträgerstoffstrom-Steuerungsmodul 9 der zweiten Steuereinrichtung 6 ist insbesondere eingerichtet, um den Energieträgerstoffstrom in Abhängigkeit von dem durch das Interpretationsmodul 13 geprüften Anforderungssignal zu beeinflussen, insbesondere zu steuern. Dabei ist es bevorzugt ebenfalls eingerichtet, um entsprechende Ventileinrichtungen und/oder Fördereinrichtungen, insbesondere Pumpen, geeignet anzusteuern.The
Die stationäre Nutzungseinrichtung 1 weist außerdem eine stationäre Verbindungseinrichtung 15 auf, die eingerichtet ist, um die stationäre Nutzungseinrichtung 1 stoffübertragend, das heißt insbesondere strömungstechnisch, mit der mobilen Nutzungseinrichtung 3 zu verbinden, insbesondere um eine stationäre Speichereinrichtung 17 der stationären Nutzungseinrichtung 1 mit einer mobilen Speichereinrichtung 19 der mobilen Nutzungseinrichtung 3 stoffübertragend, insbesondere strömungstechnisch zu verbinden. Die Speichereinrichtungen 17, 19 sind dabei jeweils eingerichtet zur Speicherung des Energieträgerstoffs.The stationary usage device 1 also has a
In entsprechender Weise weist bevorzugt auch die mobile Nutzungseinrichtung 3 eine mobile Verbindungseinrichtung 21 zur stoffübertragenden Verbindung der mobilen Speichereinrichtung 19 mit der stationären Speichereinrichtung 17 auf.In a corresponding manner, the
Die stationäre Nutzungseinrichtung 1 weist außerdem eine stationäre Umwandlungseinrichtung 23 auf, die eingerichtet ist zur Umwandlung von chemischer Energie des Energieträgerstoffs in elektrische Energie. Entsprechend weist die mobile Nutzungseinrichtung 3 eine mobile Umwandlungseinrichtung 25 auf, die eingerichtet ist zur Umwandlung chemischer Energie des Energieträgerstoffs in elektrische Energie.The stationary utilization device 1 also has a
Die Umwandlungseinrichtungen 23, 25 sind bevorzugt als Brennstoffzellen ausgebildet.The
Vorzugsweise sind die stationäre Nutzungseinrichtung 1 und die mobile Nutzungseinrichtung 3 elektrisch derart miteinander verbunden, dass elektrische Leistung zwischen der stationären Nutzungseinrichtung 1 und der mobilen Nutzungseinrichtung 3 ausgetauscht werden kann. Die Steuereinrichtungen 5, 6 sind bevorzugt eingerichtet, um den Austausch von elektrischer Leistung zwischen der stationären Nutzungseinrichtung 1 und der mobilen Nutzungseinrichtung 3 bedarfsweise zu steuern.The stationary usage device 1 and the
Zumindest eine Steuereinrichtung 5, 6, ausgewählt aus der ersten Steuereinrichtung 5 und der zweiten Steuereinrichtung 6, ist bevorzugt eingerichtet, um den Energieträgerstoffstrom zusätzlich in Abhängigkeit von wenigstens einem Mobilitätsparameter der mobilen Nutzungseinrichtung 3 zu beeinflussen. Insbesondere ist das entsprechende Energieträgerstoffstrom-Steuerungsmodul 9 der entsprechenden Steuereinrichtung 5, 6 derart ausgebildet. Bevorzugt sind beide Energieträgerstoffstrom-Steuerungsmodule 9 der Steuereinrichtungen 5, 6 in dieser Weise ausgebildet.At least one
Der wenigstens eine Mobilitätsparameter ist bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Speicherfüllstand der mobilen Speichereinrichtung 19; einem momentanen Energieträgerstoffverbrauch der mobilen Umwandlungseinrichtung 25; einem insbesondere prognostizierten Trennzeitpunkt der Trennung der stoffübertragenden Verbindung zwischen der mobilen Nutzungseinrichtung 3 und der stationären Nutzungseinrichtung 1, insbesondere einem prognostizierten oder planmäßigen Abfahrtszeitpunkt der mobilen Nutzungseinrichtung 3 von der stationären Nutzungseinrichtung 1; einem vorbestimmten Soll-Speicherfüllstand der mobilen Speichereinrichtung 19, und einer Wetterlage im Bereich der mobilen Nutzungseinrichtung 3 und/oder entlang einer vorbestimmten Bewegungsroute der mobilen Nutzungseinrichtung 3.The at least one mobility parameter is preferably selected from a group consisting of: a memory level of the
Die stationäre Nutzungseinrichtung 1 weist außerdem bevorzugt wenigstens eine volatile Energiequelle 27 als Quelle elektrischer Energie, insbesondere - wie hier dargestellt - eine Windkraftanlage, und/oder eine Photovoltaikanlage, auf, sowie wenigstens einen elektrischen Verbraucher 29, wobei die stationäre Umwandlungseinrichtung 23, die volatile Energiequelle 27 und der wenigstens eine Verbraucher 29 über ein elektrisches Stromnetz 31 leistungsübertragend verbunden sind. Vorzugsweise ist auch die mobile Umwandlungseinrichtung 25 leistungsübertragend mit demselben Stromnetz 31 elektrisch verbunden.The stationary usage device 1 also preferably has at least one
Das Erkennungsmodul 7 der ersten Steuereinrichtung 5 ist insbesondere eingerichtet, um den Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung 1 in Abhängigkeit von einem Zustandsparameter der volatilen Energiequelle 27, einem Speicherfüllstand der stationären Energiespeichereinrichtung 17, und einem Lastzustand des wenigstens einen Verbrauchers 29 zu ermitteln.The
Die stationäre Nutzungseinrichtung 1 ist vorzugsweise eine Hafeninfrastruktur eines Hafens, insbesondere zur Versorgung des Hafens mit elektrischer Leistung.The stationary usage device 1 is preferably a port infrastructure of a port, in particular for supplying the port with electrical power.
Die mobile Nutzungseinrichtung 3 ist vorzugsweise ein Fahrzeug 33, insbesondere ein Schifffahrzeug.The
Der elektrische Verbraucher 29 ist hier beispielhaft ein Hafenkran 37.The
Die stationäre Umwandlungseinrichtung 23 kann bevorzugt als Elektrolyseur betrieben werden, wenn ein Überschuss an elektrischer Energie in dem Stromnetz 31 vorhanden ist, um diesen Überschuss an elektrischer Energie in chemische Energie in Form des Energieträgerstoffs zu wandeln.The
In bevorzugter Ausgestaltung weist die stationäre Nutzungseinrichtung 1 zusätzlich noch ein Kraftwerk 39 zur Bereitstellung elektrischer Leistung auf, wobei das Kraftwerk 39 mit dem Stromnetz 31 elektrisch leistungsübertragend verbunden ist. Das Kraftwerk 39 kann dabei als konventionelles Kraftwerk, insbesondere Kohlekraftwerk, Gaskraftwerk, Kernkraftwerk oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein.In a preferred embodiment, the stationary utilization facility 1 also has a
Im Rahmen eines Verfahrens zur Beeinflussung des Energieträgerstoffstroms zwischen der stationären Nutzungseinrichtung 1 und der mobilen Nutzungseinrichtung 3 wird bevorzugt ein Bedarf der stationären Nutzungseinrichtung 1 an Aufnahme oder Abgabe des Energieträgerstoffs erfasst, und der Energieträgerstoffstrom wird in Abhängigkeit von dem erfassten Bedarf beeinflusst, insbesondere gesteuert.As part of a method for influencing the energy source material flow between the stationary usage device 1 and the
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