DE102022102922A1

DE102022102922A1 - Netzunabhängiges Energieversorgungssystem, Verfahren und Steuereinheit

Info

Publication number: DE102022102922A1
Application number: DE102022102922.0A
Authority: DE
Inventors: Nico Peterschmidt
Original assignee: INENSUS GmbH
Current assignee: INENSUS GmbH
Priority date: 2022-02-08
Filing date: 2022-02-08
Publication date: 2023-08-10
Also published as: WO2023152177A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein netzunabhängiges Energieversorgungssystem, eine Steuereinheit für ein netzunabhängiges Energieversorgungssystem, ein Verfahren zum Betrieb eines netzunabhängigen Energieversorgungssystems, ein Verfahren zur Auslegung eines netzunabhängigen Energieversorgungssystems und ein Computerprogrammprodukt zum Betrieb einer Steuereinheit für ein netzunabhängiges Energieversorgungssystem. Um die Verbraucher des netzunabhängigen Energieversorgungssystems zuverlässig und kostengünstig mit Energie zu versorgen, wird ein Ansatz vorgeschlagen, bei dem die Verteilung der (aufgenommenen und gespeicherten) Energie auf der Grundlage von (angenommenen) Erfahrungen hinsichtlich Angebot und Nachfrage und Erwartungen für die zukünftige Nachfrage optimiert wird, so dass grundsätzlich immer ausreichend Energie nach außen geliefert und überschüssige Energie intern zur Erlöserzeugung (d. h. zur Erzeugung handelbarer Güter und/oder Dienstleistungen) verbraucht wird. Ein bevorzugtes Beispiel für einen solchen internen Verbrauch von (überschüssiger) Energie ist der Einsatz von Krypto-Minern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein netzunabhängiges Energieversorgungssystem, eine Steuereinheit für ein netzunabhängiges Energieversorgungssystem, ein Verfahren zum Betrieb eines netzunabhängigen Energieversorgungssystems, ein Verfahren zur Auslegung eines netzunabhängigen Energieversorgungssystems und ein Computerprogrammprodukt zum Betrieb einer Steuereinheit für ein netzunabhängiges Energieversorgungssystem.
Obwohl viele Orte auf der Erde an ein öffentliches Stromnetz angeschlossen sind, gibt es immer noch viele Orte, die nicht durch ein öffentliches Stromnetz versorgt werden und wo ein Ausbau des öffentlichen Stromnetzes nicht wünschenswert oder wirtschaftlich sinnvoll oder machbar ist. In solchen Fällen kann es vorteilhaft sein, netzunabhängige Energieversorgungssysteme, auch Mini-Grids genannt, zu nutzen, die (nahezu / idealerweise) autark eine ausreichend große Menge an elektrischer Energie erzeugen können. Solche netzunabhängigen Energieversorgungssysteme können beispielhaft für (relativ) kleine (isolierte) Dörfer, Baustellen, ländliche Verarbeitungsbetriebe, die mit elektrischer Energie versorgt werden sollen, wünschenswert sein, wobei netzunabhängige Energieversorgungssysteme auch in größerem Maßstab, z. B. zur Versorgung von Städten oder ähnlichem, eingesetzt werden können.
Im Allgemeinen nutzen Mini-Netze häufig lokal verfügbare erneuerbare Energie, indem sie Vorrichtungen zur Umwandlung der jeweiligen erneuerbaren Energie in elektrische Energie enthalten. Insbesondere werden häufig Solarpaneele für Mini-Netze verwendet, um Sonnenenergie in elektrische Energie umzuwandeln, wobei die elektrische Energie dann z. B. an die verschiedenen Bewohner eines Dorfes verteilt wird, die von dem Mini-Netz versorgt werden sollen.
Für einen solchen Fall muss das Mini-Netz jedoch zum einen so ausgelegt sein, dass die Versorgung des Dorfes mit elektrischer Energie dauerhaft gewährleistet werden kann, z.B. auch an bewölkten Tagen. Kann die Nachfrage nicht in einem einigermaßen akzeptablen Maß befriedigt werden, wird das Mini-Netz wahrscheinlich nicht akzeptiert, d.h. die Kunden sind möglicherweise nicht bereit, für eine unbefriedigende Leistung zu bezahlen.
Andererseits besteht auch der Wunsch, die Investitionskosten zu minimieren, um die (begrenzte) Investition rentabel zu machen.
Häufig ist das Mini-Netz als solches im Verhältnis zum „normalen“ Bedarf überdimensioniert (um auch zu erwartende Nachfragespitzen sicher abdecken zu können), bietet aber keine lukrativen oder rentablen Möglichkeiten zur Nutzung möglicher überschüssiger elektrischer Energie, die z. B. an sonnigen Tagen auftreten kann. Daher kann der Gesamtumsatz der Solarmodule zur Erzeugung elektrischer Energie regelmäßig nicht genutzt werden und überschüssige elektrische Energie geht verloren.
Eine gewisse Entschärfung dieses Problems wird bereits durch die Einbeziehung eines Energiespeichers, z. B. in Form von Batterien, in das Mininetz erreicht. Im Zusammenhang mit der Solarenergie ist ein solcher Energiespeicher sogar unverzichtbar, wenn elektrische Energie auch während der Nacht bereitgestellt werden soll. Aufgrund der Batteriekosten ist der Einsatz von Batterien in der Regel auf Tagesmuster beschränkt und deckt nicht die saisonalen Muster der Verfügbarkeit erneuerbarer Energien oder der Stromnachfrage ab.
Daher besteht der Wunsch nach einem netzunabhängigen Energieversorgungssystem, das die Versorgung mit einer bestimmten Menge an elektrischer Energie gewährleistet und dies auf kostengünstige Weise.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein netzunabhängiges Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen, das insbesondere Folgendes umfasst: ein oder mehrere Versorgungsanschlüsse, die für den Anschluss an eine oder mehrere externe Energieverbrauchseinheiten konfiguriert sind, eine oder mehrere interne Energieverbrauchseinheiten, wobei die internen Energieverbrauchseinheiten so konfiguriert sind, dass sie elektrische Energie verbrauchen, um handelbare Waren und/oder Dienstleistungen zu erzeugen, eine oder mehrere Energiespeichervorrichtungen, die so konfiguriert sind, dass sie elektrische Energie speichern und gespeicherte elektrische Energie verteilend an den einen oder die mehreren Versorgungsterminals und die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten liefern, eine oder mehrere Energieversorgungsvorrichtungen, die so konfiguriert sind, dass sie verteilend elektrische Energie an den einen oder die mehreren Versorgungsterminals liefern, eine oder mehrere Energieversorgungsvorrichtungen, die so konfiguriert sind, dass sie den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichervorrichtungen verteilt mit elektrischer Energie versorgen, wobei die eine oder die mehreren Energieversorgungsvorrichtungen eine oder mehrere Vorrichtungen zum Sammeln erneuerbarer Energien, insbesondere eine oder mehrere Solarenergievorrichtungen, und eine Steuereinheit umfassen, die einen oder mehrere Prozessoren, einen oder mehrere Dateneingänge und einen oder mehrere Steuerdatenausgänge umfasst, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie die Verteilung von elektrischer Energie von der einen oder den mehreren Energieversorgungsvorrichtungen zu dem einen oder den mehreren Versorgungsanschlüssen, der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und der einen oder den mehreren Energiespeichervorrichtungen und die Verteilung der in der einen oder den mehreren Energiespeichervorrichtungen gespeicherten elektrischen Energie zu dem einen oder den mehreren Versorgungsanschlüssen und der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten steuert, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um Daten zu erfassen, die einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Nachfrage nach elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energieverbrauchseinheiten für einen vorbestimmten Zeitraum, einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Lieferung von elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen für den vorbestimmten Zeitraum, einen aktuellen Speicherstatus der einen oder der mehreren Energiespeichereinrichtungen anzeigen, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um basierend auf den erfassten Daten einen geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie von der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen und der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen zu bestimmen, so dass, gemäß dem geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung und für jeden beliebigen Zeitpunkt in der vorbestimmten Zeitspanne zumindest ein vorbestimmter Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energieverbrauchseinheiten gedeckt wird und das erwartete Angebot an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen zumindest in einem vorbestimmten Ausmaß auf die eine oder die mehreren Versorgungsklemmen verteilt wird, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichervorrichtungen verteilt wird, wobei zumindest ein vorbestimmter Teil jeglicher überschüssiger Energie, die nicht an die eine oder die mehreren Versorgungsanschlüsse oder an die eine oder die mehreren Energiespeichervorrichtungen geliefert wird, von der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten zur Erzeugung handelbarer Waren und/oder Dienstleistungen verwendet wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Steuereinheit für ein netzunabhängiges Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 11 vorgeschlagen, wobei das netzunabhängige Energieversorgungssystem ein oder mehrere Versorgungsanschlüsse umfasst, die für die Verbindung mit einer oder mehreren externen Energieverbrauchseinheiten konfiguriert sind, eine oder mehrere interne Energieverbrauchseinheiten, wobei die internen Energieverbrauchseinheiten so konfiguriert sind, dass sie elektrische Energie verbrauchen, um handelbare Waren und/oder Dienstleistungen zu erzeugen, eine oder mehrere Energiespeichervorrichtungen, die so konfiguriert sind, dass sie elektrische Energie speichern und gespeicherte elektrische Energie verteilend an den einen oder die mehreren Versorgungsterminals und die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten liefern, eine oder mehrere Energieversorgungsvorrichtungen, die so konfiguriert sind, dass sie verteilend elektrische Energie an den einen oder die mehreren Versorgungsterminals liefern, eine oder mehrere Energieversorgungsvorrichtungen, die so konfiguriert sind, dass sie den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichervorrichtungen verteilt mit elektrischer Energie versorgen, wobei die eine oder die mehreren Energieversorgungsvorrichtungen eine oder mehrere Vorrichtungen zum Sammeln erneuerbarer Energien, insbesondere eine oder mehrere Solarenergievorrichtungen, umfassen, wobei die Steuereinheit einen oder mehrere Prozessoren, einen oder mehrere Dateneingänge und einen oder mehrere Steuerdatenausgänge umfasst, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie Daten erfasst, die einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Nachfrage nach elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen energieverbrauchenden Einheiten für einen vorbestimmten Zeitraum, einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Lieferung von elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen für den vorbestimmten Zeitraum und einen aktuellen Speicherstatus der einen oder der mehreren Energiespeichereinrichtungen anzeigen, wobei die Steuereinheit ferner konfiguriert ist, um auf der Grundlage der erfassten Daten einen geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie von der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen und der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen zu bestimmen, so dass gemäß dem geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung und für jeden gegebenen Zeitpunkt in der vorbestimmten Zeitperiode zumindest ein vorbestimmter Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energieverbrauchseinheiten gedeckt wird und das erwartete Angebot an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen zumindest in einem vorbestimmten Ausmaß auf die eine oder die mehreren Versorgungsklemmen, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen verteilt wird, wobei zumindest ein vorbestimmter Teil der nicht an das eine oder die mehreren Versorgungsendgeräte oder an die eine oder die mehreren Energiespeicher gelieferten überschüssigen Energie von der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten zur Erzeugung von handelbaren Gütern und/oder Dienstleistungen verwendet wird, wobei die Steuereinheit ferner ausgebildet ist, über den einen oder die mehreren Steuerdatenausgänge Steuerdaten zur Steuerung auszugeben, über die einen oder mehreren Steuerdatenausgänge Steuerdaten zur Steuerung der Verteilung von elektrischer Energie von der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen an die eine oder die mehreren Versorgungsendgeräte, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen und der Verteilung von in der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen gespeicherter elektrischer Energie an die eine oder die mehreren Versorgungsendgeräte und die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten entsprechend dem geplanten zeitlichen Verlauf auszugeben.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines netzunabhängigen Energieversorgungssystems nach Anspruch 12 vorgeschlagen, das insbesondere umfasst: Zuführen von elektrischer Energie über einen oder mehrere Versorgungsanschlüsse zu einer oder mehreren externen Energieverbrauchseinheiten, Verbrauchen von elektrischer Energie zur Erzeugung von handelbaren Gütern und/oder Dienstleistungen durch eine oder mehrere interne Energieverbrauchseinheiten, elektrische Energie über einen oder mehrere Versorgungsanschlüsse an eine oder mehrere externe Energie verbrauchende Einheiten zu liefern, elektrische Energie durch eine oder mehrere interne Energie verbrauchende Einheiten zu verbrauchen, um handelbare Güter und/oder Dienstleistungen zu erzeugen, elektrische Energie durch eine oder mehrere Energiespeichervorrichtungen zu speichern, elektrische Energie, die in der einen oder den mehreren Energiespeichervorrichtungen gespeichert ist, verteilt an den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse und/oder die eine oder die mehreren internen Energie verbrauchenden Einheiten zu liefern, und elektrische Energie durch eine oder mehrere Energieversorgungsvorrichtungen zu liefern, elektrische Energie durch eine oder mehrere Energieversorgungsvorrichtungen verteilt an den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichervorrichtungen, wobei die eine oder die mehreren Energieversorgungsvorrichtungen eine oder mehrere Vorrichtungen zum Sammeln erneuerbarer Energie, insbesondere eine oder mehrere Solarenergievorrichtungen, umfassen, wobei das Verfahren ferner das Erfassen von Daten umfasst, die einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Nachfrage nach elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energieverbrauchseinheiten für eine vorbestimmte Zeitspanne, einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Lieferung von elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen für die vorbestimmte Zeitspanne und einen aktuellen Speicherstatus der einen oder der mehreren Energiespeichereinrichtungen angeben, Bestimmen eines geplanten zeitlichen Verlaufs der Verteilung der elektrischen Energie von der einen oder den mehreren Energieversorgungsvorrichtungen und der einen oder den mehreren Energiespeichervorrichtungen auf der Grundlage der erfassten Daten, so dass gemäß dem geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung und für jeden gegebenen Zeitpunkt in der vorbestimmten Zeitperiode zumindest ein vorbestimmter Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energieverbrauchseinheiten gedeckt wird und das erwartete Angebot an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen zumindest in einem vorbestimmten Ausmaß auf die eine oder die mehreren Versorgungsklemmen, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen verteilt wird, und Steuern der Verteilung von elektrischer Energie von der einen oder den mehreren Energieversorgungsvorrichtungen zu dem einen oder den mehreren Versorgungsendgeräten, der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und der einen oder den mehreren Energiespeichervorrichtungen und der Verteilung von in der einen oder den mehreren Energiespeichervorrichtungen gespeicherter elektrischer Energie zu dem einen oder den mehreren Versorgungsendgeräten und der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten, wobei zumindest ein vorbestimmter Teil jeglicher überschüssigen Energie, die nicht zu dem einen oder den mehreren Versorgungsendgeräten oder zu der einen oder den mehreren Energiespeichervorrichtungen geliefert wird, von der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten verwendet wird, um handelbare Waren und/oder Dienstleistungen zu erzeugen.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Auslegung eines netzunabhängigen Energieversorgungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, wie es in Anspruch 13 definiert ist, insbesondere Erfassen von Daten, die einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Nachfrage nach elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energieverbrauchseinheiten für einen geschätzten Auslegungszeitraum des netzunabhängigen Energieversorgungssystems angeben, einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Lieferung von elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen für den geschätzten Auslegungszeitraum, Bestimmen einer kosten- und nutzenoptimierten Anzahl und Art von internen Energieverbrauchseinheiten, Energiespeichereinrichtungen und Energieversorgungseinrichtungen durch einen Computer auf der Grundlage der erwarteten zeitlichen Verläufe, so dass, gemäß den erwarteten zeitlichen Verläufen und für jeden gegebenen Zeitpunkt im Auslegungszeitraum zumindest ein vorbestimmter Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energie verbrauchenden Einheiten gedeckt wird und die erwartete Zufuhr elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen zumindest in einem vorbestimmten Ausmaß auf die eine oder die mehreren Versorgungsklemmen verteilt wird, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen verteilt wird, wobei zumindest ein vorbestimmter Teil jeglicher überschüssigen Energie, die nicht an die eine oder die mehreren Versorgungsanschlüsse oder an die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen geliefert wird, von der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten zur Erzeugung handelbarer Waren und/oder Dienstleistungen verwendet werden kann.
Das netzunabhängige Energieversorgungssystem kann ein beliebiges System sein, das geeignet ist, elektrische Energie von einem oder mehreren Energieversorgungsgeräten zu einem oder mehreren Energieverbrauchern zu liefern, wobei das System geeignet ist, als netzunabhängiges System betrieben zu werden. Im Allgemeinen handelt es sich bei dem netzunabhängigen Energieversorgungssystem um ein lokales Netz, das räumlich auf ein lokales Gebiet, z. B. ein Dorf, eine Anlage, ein Haus, begrenzt ist und das lokale Gebiet mit elektrischer Energie versorgt. Dabei ist das netzunabhängige Energieversorgungssystem vorzugsweise nicht an ein öffentliches Stromnetz angeschlossen. Das netzunabhängige Energieversorgungssystem ist jedoch nicht auf Systeme beschränkt, die nicht an ein öffentliches Stromnetz angeschlossen sind, sondern kann auch an ein öffentliches Stromnetz angeschlossen werden, sofern das System so ausgelegt ist, dass es getrennt vom öffentlichen Stromnetz betrieben werden kann, d. h. den lokalen Bereich separat mit elektrischer Energie versorgt. Dieser „getrennte Betrieb“ gilt mindestens für zwei alternative Szenarien: Im Falle des Anschlusses an ein zuverlässiges öffentliches elektrisches Netz (oder Hauptnetz) sieht der erwähnte Aspekt der vorliegenden Erfindung vor, dass - höchstens in Ausnahmesituationen (z.B. bei einem unvorhersehbaren Anstieg des Energiebedarfs oder einem (erheblichen) Ausfall von Energieversorgungseinrichtungen) Energie aus dem Hauptnetz entnommen wird. Wenn das netzunabhängige Energieversorgungssystem jedoch an ein unzuverlässiges Hauptnetz angeschlossen ist, kann ein solches unzuverlässiges Hauptnetz in gewisser Weise mit einer fluktuierenden Energiequelle wie Windkraft oder Solarenergie gleichgesetzt werden
Das netzunabhängige Energieversorgungssystem umfasst einen oder mehrere Versorgungsanschlüsse, einen oder mehrere interne Energieverbraucher, einen oder mehrere Energiespeicher, eine oder mehrere Energieversorgungseinrichtungen und eine Steuereinheit.
Die eine oder mehreren Versorgungsklemmen sind für den Anschluss an eine oder mehrere externe Energie verbrauchende Einheiten konfiguriert. Insbesondere sind die eine oder die mehreren Versorgungsklemmen so konfiguriert, dass sie eine oder mehrere Energieversorgungseinrichtungen und eine oder mehrere Energiespeichereinrichtungen mit den externen Energieverbrauchseinheiten verbinden, so dass elektrische Energie, die von den Energieversorgungseinrichtungen erzeugt und/oder von den Energiespeichereinrichtungen gespeichert wird, den externen Energieverbrauchseinheiten zugeführt werden kann. Insbesondere verteilen die eine oder mehreren Versorgungsklemmen die von der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen und der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen gelieferte elektrische Energie an die externen Energieverbrauchseinheiten, die mit den Versorgungsklemmen verbunden sind. Vorzugsweise ist jeder Versorgungsanschluss des einen oder der mehreren Versorgungsanschlüsse mit mehreren externen Energieverbrauchern verbunden, wobei der Versorgungsanschluss dann beispielsweise Transformatoren umfassen kann, die die zugeführte elektrische Energie so umwandeln können, dass sie für die jeweiligen externen Energieverbraucher geeignet ist. Jeder Versorgungsanschluss des einen oder der mehreren Versorgungsanschlüsse kann mit einer Vielzahl von Energieversorgungseinrichtungen, die elektrische Energie erzeugen, oder nur mit einer Energieversorgungseinrichtung und ferner mit einer Vielzahl von Energiespeichereinrichtungen, die elektrische Energie speichern, oder mit einer Energiespeichereinrichtung verbunden sein. Zusätzlich oder alternativ ist jeder Versorgungsanschluss dann so konfiguriert, dass er die erzeugte und gespeicherte elektrische Energie, die von der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen und der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen geliefert wird, an die eine oder die mehreren externen Energieverbrauchseinheiten verteilt, die mit dem jeweiligen Versorgungsanschluss verbunden sind.
Bei der einen oder den mehreren externen Energieverbrauchseinheiten kann es sich um jede Art von Verbrauchseinheiten handeln, die elektrische Energie verbrauchen, um eine Funktion der jeweiligen Verbrauchseinheit durch Verbrauch der elektrischen Energie zu erfüllen. Insbesondere handelt es sich bei den externen Energieverbrauchern um elektrische Geräte, die durch das erfindungsgemäße netzunabhängige Energieversorgungssystem mit elektrischer Energie versorgt werden sollen. Es versteht sich also, dass die Versorgung der externen Energieverbraucher mit elektrischer Energie mit hoher Priorität zu erfolgen hat. Beispielhaft ist das netzunabhängige Energieversorgungssystem für die Versorgung eines Dorfes mit elektrischer Energie ausgelegt, wobei dann einzelne elektrische Geräte der im Dorf lebenden Menschen, wie z.B. Haushaltsgeräte usw., oder öffentliche elektrische Geräte, wie z.B. Straßenlaternen usw., als externe Energie verbrauchende Einheiten verstanden werden können. Zusätzlich oder alternativ kann das netzunabhängige Energieversorgungssystem so konfiguriert sein, dass es eine Anlage oder eine Baustelle mit elektrischer Energie versorgt, wobei dann alle elektrischen Geräte der Anlage oder der Baustelle, wie z. B. Maschinen, die in der Anlage oder für die Baustelle betrieben werden, als externe Energieverbraucher verstanden werden können.
Die eine oder mehreren internen Energieverbrauchseinheiten sind so konfiguriert, dass sie elektrische Energie verbrauchen, um handelbare Waren und/oder Dienstleistungen zu erzeugen. Interne Energie verbrauchende Einheiten sind jede Art von verbrauchenden Einheiten, die als eine entsprechende Funktion der verbrauchenden Einheit handelbare Güter und/oder Dienstleistungen durch den Verbrauch der elektrischen Energie erzeugen. Bei den internen Energieverbrauchseinheiten kann es sich beispielsweise um einen Server oder eine Reihe von Servern handeln, die so konfiguriert sind, dass sie elektrische Energie zur Erzeugung von Rechenleistung verbrauchen. In diesem Zusammenhang kann die Rechenleistung als handelbare Dienstleistung verstanden werden, die zum Beispiel gemietet werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann es sich bei den internen Energie verbrauchenden Einheiten um eine Anlage oder Maschine handeln, die so konfiguriert ist, dass sie elektrische Energie verbraucht, um ein handelbares Gut zu produzieren. Der Begriff „handelbare Ware“ ist weit zu verstehen, da er nicht notwendigerweise auf physisch greifbare Güter (z. B. ein hergestelltes Gerät) beschränkt ist. Insbesondere wenn die internen Energieverbrauchseinheiten elektrische Energie durch Rechenleistung verbrauchen, kann das Ergebnis eine Mischung aus Dienstleistung und Ware sein.
Bei dem oder den Energiespeicher(n) kann es sich um eine beliebige Vorrichtung handeln, die zur Speicherung von elektrischer Energie geeignet ist, wobei es sich insbesondere um einen Akkumulator oder eine Batterie handeln kann, wie sie üblicherweise für netzunabhängige Energieversorgungssysteme verwendet werden. Je nach den Umständen können auch andere Möglichkeiten zur Speicherung von elektrischer Energie zur Verfügung stehen, z.B. in Form von kinetischer oder potentieller mechanischer Energie. Der Energiespeicher ist so konfiguriert, dass er elektrische Energie speichert und die gespeicherte elektrische Energie an einen oder mehrere Versorgungsanschlüsse und an einen oder mehrere interne Energieverbraucher verteilt. Insbesondere ist die Energiespeichervorrichtung so konfiguriert, dass sie die in der Energiespeichervorrichtung gespeicherte Energie über den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse an die externen Energieverbraucher und an die internen Energieverbraucher verteilt. Insbesondere wird die elektrische Energie von dem einen oder den mehreren Energiespeichern gespeichert und auf der Grundlage von Steuerdaten, die von der unten näher beschriebenen Steuereinheit erzeugt werden, an die Versorgungsanschlüsse und an die internen Energieverbraucher verteilt.
Die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen sind so konfiguriert, dass sie die eine oder die mehreren Versorgungsklemmen, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen verteilt mit elektrischer Energie versorgen. Die Energieversorgungseinrichtungen sind so konfiguriert, dass sie elektrische Energie erzeugen und die erzeugte elektrische Energie an den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen liefern. Die Energieversorgungseinrichtungen sind insbesondere dazu eingerichtet, elektrische Energie aus einer beliebigen Energieform zu erzeugen, indem sie diese Energie in elektrische Energie umwandeln. Insbesondere ist die Energieversorgungseinrichtung so ausgelegt, dass sie elektrische Energie aus erneuerbarer Energie erzeugt, wobei die erneuerbare Energie aus allen erneuerbaren Ressourcen stammen kann, die sich nach menschlichem Zeitmaßstab auf natürliche Weise regenerieren. In diesem Zusammenhang können die Energieversorgungsvorrichtungen als Sammelvorrichtungen für erneuerbare Energie verstanden werden, wobei die erneuerbare Energie von der Sammelvorrichtung für erneuerbare Energie gesammelt und in elektrische Energie umgewandelt wird. Vorzugsweise handelt es sich bei der Sammelvorrichtung für erneuerbare Energien um eine Solarenergievorrichtung, die insbesondere mit Hilfe von Photovoltaik-Paneelen so konfiguriert ist, dass sie Sonnenenergie sammelt und in elektrische Energie umwandelt. Zusätzlich oder alternativ können die erneuerbaren Ressourcen auch Wind, Regen (z. B. durch Ernte von Energie aus dem Aufprall von Regentropfen (d. h. durch Nutzung der kinetischen Energie) oder durch vorübergehende Speicherung des Regenwassers auf einem erhöhten Niveau und anschließende Nutzung seiner potenziellen Energie), Gezeiten, Wellen und/oder Erdwärme umfassen, wobei die jeweilige Vorrichtung zum Sammeln erneuerbarer Energien dann so ausgelegt ist, dass sie die jeweilige Energie sammelt und in elektrische Energie umwandelt.
Die eine oder mehreren Energieversorgungseinrichtungen können eine Mehrzahl von Energieversorgungseinrichtungen gleichen Typs umfassen, wobei Energieversorgungseinrichtungen gleichen Typs zur Umwandlung von Energie gleichen Typs in elektrische Energie ausgebildet sind, oder unterschiedlichen Typs, wobei Energieversorgungseinrichtungen unterschiedlichen Typs zur Umwandlung von Energie unterschiedlichen Typs in elektrische Energie ausgebildet sind. Erfindungsgemäß umfassen die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen eine oder mehrere Einrichtungen zur Gewinnung erneuerbarer Energie, wobei die Energieversorgungseinrichtungen zusätzlich auch eine oder mehrere Einrichtungen zur Gewinnung nicht-erneuerbarer Energie umfassen können. Vorzugsweise handelt es sich bei der einen oder den mehreren regenerativen Energiesammelvorrichtungen um Solarenergievorrichtungen, wobei die Energieversorgungsvorrichtungen zusätzlich auch eine oder mehrere regenerative Energievorrichtungen eines anderen Typs als Solarenergie und/oder eine oder mehrere nicht-erneuerbare Energievorrichtungen umfassen können. Zusätzlich oder alternativ können die Energieversorgungseinrichtungen ein zusätzliches elektrisches Netz, insbesondere ein öffentliches elektrisches Netz, umfassen.
Das netzunabhängige Energieversorgungssystem umfasst außerdem eine Steuereinheit mit einem oder mehreren Prozessoren, einem oder mehreren Dateneingängen und einem oder mehreren Steuerdatenausgängen.
Die Steuereinheit ist so konfiguriert, dass sie die Verteilung elektrischer Energie von der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen an die eine oder die mehreren Versorgungsklemmen, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen und die Verteilung der in der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen gespeicherten elektrischen Energie an die eine oder die mehreren Versorgungsklemmen und die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten steuert. Beispielsweise kann die Steuereinheit so konfiguriert sein, dass sie die Verteilung auf der Grundlage von Daten steuert, die in die Steuereinheit eingegeben werden, insbesondere durch die Dateneingabe. Ferner kann die Steuereinheit so konfiguriert sein, dass sie die Verteilung von elektrischer Energie an den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse, den einen oder die mehreren internen Energieverbraucher und den einen oder die mehreren Energiespeicher durch Ausgabe von Steuerdaten, insbesondere durch die Steuerdatenausgabe, steuert. Die elektrische Energie, die an die eine oder mehreren Versorgungsklemmen, die eine oder mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder mehreren Energiespeichereinrichtungen verteilt wird, kann direkt von der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen geliefert werden und/oder von der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen geliefert werden. Die von der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen direkt gelieferte und/oder von der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen gelieferte elektrische Energie kann auf alle der einen oder mehreren Versorgungsanschlüsse, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen oder auf einige der einen oder mehreren Versorgungsanschlüsse, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen verteilt werden. Insbesondere kann die elektrische Energie auf einige der einen oder mehreren Versorgungsanschlüsse, der einen oder mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und der einen oder mehreren Energiespeichereinrichtungen verteilt werden und auf einige andere der einen oder mehreren Versorgungsanschlüsse, der einen oder mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und der einen oder mehreren Energiespeichereinrichtungen nicht verteilt werden. Beispielsweise kann die elektrische Energie auf alle der einen oder mehreren Versorgungsanschlüsse und einige der einen oder mehreren internen Energieverbrauchseinheiten verteilt werden und nicht auf die eine oder mehreren Energiespeichergeräte. Als weiteres Beispiel kann die elektrische Energie auf alle Versorgungsanschlüsse und alle Energiespeicher und nicht auf die internen Energieverbraucher verteilt werden.
Die Steuereinheit ist so konfiguriert, dass sie Daten erfasst, die einen erwarteten zeitlichen Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder mehrere externe Energie verbrauchende Einheiten für einen vorbestimmten Zeitraum anzeigen. Ein erwarteter zeitlicher Verlauf kann eine zeitabhängige Entwicklung eines Wertes sein, der einen Bedarf an elektrischer Energie durch die eine oder mehrere externe Energie verbrauchende Einheiten angibt. Exemplarisch kann der erwartete zeitliche Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie auf charakteristischen Parametern des einen oder der mehreren externen Energieverbraucher beruhen, wie sie z.B. vom Hersteller des jeweiligen externen Energieverbrauchers angegeben werden, und/oder kann auf einem vorbestimmten Bedarf des jeweiligen externen Energieverbrauchers beruhen, insbesondere in Abhängigkeit von seiner Betriebszeit. Zusätzlich oder alternativ kann der erwartete zeitliche Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie auf Messdaten des Bedarfs an elektrischer Energie durch den einen oder die mehreren externen Energieverbraucher beruhen. Darüber hinaus kann der erwartete zeitliche Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie ein Mittelwert von Messdaten sein, insbesondere ein gemittelter zeitabhängiger Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie des einen oder der mehreren externen Energieverbraucher. Zusätzlich oder alternativ kann der erwartete zeitliche Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie von der Modellierung eines Bedarfs an elektrischer Energie auf der Grundlage von Modellierungsparametern abhängen, wobei sich die Modellierungsparameter auf beliebige Parameter beziehen können, die den Bedarf an elektrischer Energie der externen Energie verbrauchenden Einheiten beeinflussen. Ein vorbestimmter Zeitraum kann eine beliebige Zeitspanne sein, die sich im Laufe der Zeit wiederholt. Vorzugsweise kann der vorbestimmte Zeitraum eine Stunde, ein Teil eines Tages, ein Tag, ein paar Tage, eine Woche oder ähnliches sein. Im Allgemeinen kann der erwartete zeitliche Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie auf Messdaten und/oder Modellierungsdaten aller der einen oder mehreren zu versorgenden externen Energie verbrauchenden Einheiten oder auf Messdaten und/oder Modellierungsdaten einiger der einen oder mehreren zu versorgenden externen Energie verbrauchenden Einheiten beruhen, wobei im letzteren Fall der erwartete zeitliche Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie einer Extrapolation der Messdaten und/oder Modellierungsdaten einiger der einen oder mehreren externen Energie verbrauchenden Einheiten auf alle der einen oder mehreren zu versorgenden externen Energie verbrauchenden Einheiten entsprechen kann.
Die Steuereinheit ist ferner dazu eingerichtet, Daten zu erfassen, die einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Lieferung von elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen für den vorbestimmten Zeitraum anzeigen. Der erwartete zeitliche Verlauf der Versorgung mit elektrischer Energie kann eine zeitabhängige Entwicklung eines für die Versorgung mit elektrischer Energie kennzeichnenden Wertes sein und kann beispielsweise auf Messdaten, insbesondere auf einem Durchschnitt von Messdaten, und/oder auf einer Modellierung einer Versorgung mit elektrischer Energie beruhen. Für den Fall, dass die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen unterschiedliche Arten von Energieversorgungseinrichtungen, insbesondere unterschiedliche Arten von einer oder mehreren regenerativen Energiegewinnungseinrichtungen, umfassen, kann ein erwarteter zeitlicher Verlauf der Versorgung mit elektrischer Energie auf mehreren untergeordneten erwarteten zeitlichen Verläufen der Versorgung mit elektrischer Energie beruhen, wobei sich jeder untergeordnete erwartete zeitliche Verlauf der Versorgung mit elektrischer Energie auf eine der Energieversorgungseinrichtungen und/oder eine Art von Energieversorgungseinrichtungen bezieht.
Die Steuereinheit ist ferner so konfiguriert, dass sie Daten erfasst, die einen aktuellen Speicherstatus des einen oder der mehreren Energiespeichergeräte anzeigen. Ein Speicherstatus der einen oder mehreren Energiespeichereinrichtungen kann ein Wert sein, der eine Menge an elektrischer Energie angibt, die von der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen gespeichert wird. Im Allgemeinen wird die Menge an elektrischer Energie, die von einer Energiespeichereinrichtung gespeichert wird, durch eine relative Skala angegeben, beispielsweise durch eine Skala mit einem Bereich von 0 bis 1 oder von 0 % bis 100 %. Der Speicherstatus kann jedoch auch durch einen beliebigen anderen Wert angegeben werden, z. B. durch einen absoluten Wert der von dem oder den Energiespeicher(n) gespeicherten elektrischen Energie. Für den Fall, dass die eine oder die mehreren Energiespeichervorrichtungen mehr als eine Energiespeichervorrichtung umfassen, ist es bevorzugt, dass jede der Speichervorrichtungen einen Unterspeicherstatus umfasst, wobei der Speicherstatus der einen oder der mehreren Energiespeichervorrichtungen dann auf allen Unterspeicherstatus basieren kann, zum Beispiel als Summe oder Durchschnitt der Unterspeicherstatus der Energiespeichervorrichtungen. Der Speicherstatus kann auf zeitabhängigen Messdaten und/oder Modellierungsdaten der elektrischen Energie beruhen, die von dem einen oder den mehreren Energiespeichern gespeichert wird. In einer Ausführungsform kann der Speicherzustand und/oder ein möglicher Unterspeicherzustand als ein Lastprofil der jeweiligen Energiespeicher und/oder der Gesamtheit der einen oder mehreren Energiespeicher verstanden werden. Vorzugsweise entspricht der aktuelle Speicherzustand dem Speicherzustand aller Energiespeicher für einen bestimmten Zeitpunkt, wobei der bestimmte Zeitpunkt in einem bestimmten Verhältnis zu dem vorgegebenen Zeitraum steht, für den Daten des erwarteten zeitlichen Verlaufs der Nachfrage nach elektrischer Energie durch die eine oder mehreren externen Energieverbrauchseinheiten und Daten des erwarteten zeitlichen Verlaufs der Lieferung von elektrischer Energie durch die eine oder mehreren Energieversorgungseinrichtungen erfasst werden. Der erwartete zeitliche Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie und der erwartete zeitliche Verlauf des Angebots an elektrischer Energie können als zeitlich synchronisiert verstanden werden, d.h. jeder zeitabhängige Wert, der einen Bedarf an elektrischer Energie anzeigt, ist eindeutig einem zeitabhängigen Wert, der ein Angebot an elektrischer Energie anzeigt, und einem zeitabhängigen Wert, der einen aktuellen Speicherstatus der einen oder mehreren Energiespeichereinrichtungen anzeigt, zugeordnet.
Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, auf der Grundlage der erfassten Daten, d.h. auf der Grundlage des erwarteten zeitlichen Verlaufs der Nachfrage nach elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energieverbraucher, des erwarteten zeitlichen Verlaufs der Bereitstellung von elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen und des aktuellen Speicherzustands der einen oder der mehreren Energiespeicher, einen geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie aus der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen und der einen oder den mehreren Energiespeichern zu ermitteln. Insbesondere wird der geplante zeitliche Verlauf der Verteilung ermittelt, indem der erwartete zeitliche Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie, der erwartete zeitliche Verlauf des Angebots an elektrischer Energie und der aktuelle Speicherzustand des einen oder der mehreren Energiespeicher zeitlich synchronisiert werden. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, den geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung so zu bestimmen, dass elektrische Energie nur von der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen oder nur von der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen oder zu einem vorgegebenen Grad von der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen und zu einem vorgegebenen Grad von der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen verteilt wird. Vorzugsweise bezieht sich der geplante zeitliche Verlauf der Verteilung auf einen zeitlichen Verlauf in der nächsten Zukunft, insbesondere in den nächsten 24 h, den nächsten 48 h, der nächsten Woche, etc.
Die Steuereinheit ist ausgebildet, den geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung so zu bestimmen, dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt in dem vorgegebenen Zeitraum, d.h. dem Zeitraum, für den Daten des erwarteten zeitlichen Verlaufs der Nachfrage nach elektrischer Energie, Daten des erwarteten zeitlichen Verlaufs der Bereitstellung von elektrischer Energie und aktuelle Speicherzustandsdaten erfasst werden, zumindest ein vorgegebener Teil der erwarteten Nachfrage nach elektrischer Energie durch die eine oder mehrere externe energieverbrauchende Einheiten erfüllt wird. Mit anderen Worten ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, eine geplante Verteilung elektrischer Energie zu ermitteln, die dauerhaft die Bedingung erfüllt, dass zumindest ein vorbestimmter Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch den einen oder die mehreren externen Energieverbraucher durch die Bereitstellung der entsprechenden Menge an elektrischer Energie gedeckt wird. Der vorbestimmte Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie kann einer Menge an elektrischer Energie entsprechen, die die eine oder die mehreren externen energieverbrauchenden Einheiten voraussichtlich zumindest während eines Teils des vorbestimmten Zeitraums verbrauchen werden. Der vorbestimmte Anteil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie wird zumindest auf der Grundlage der erfassten Daten, insbesondere auf der Grundlage des erwarteten zeitlichen Verlaufs des Bedarfs an elektrischer Energie, ermittelt. Der vorbestimmte Anteil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie kann als ein Schwellenwert des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie verstanden werden, der z.B. durch den erwarteten zeitlichen Verlauf des Bedarfs von zumindest einigen der einen oder mehreren externen energieverbrauchenden Einheiten für zumindest einen Teil des vorbestimmten Zeitraums gegeben ist, wobei ein für die von der einen oder mehreren Energieversorgungseinrichtung(en) und/oder der einen oder mehreren Energiespeichereinrichtung(en) gelieferte elektrische Energie indikativer Wert, der auf dem erwarteten zeitlichen Verlauf der Lieferung für den vorbestimmten Zeitraum und dem aktuellen Speicherstatus der einen oder mehreren Energiespeichereinrichtung(en) beruhen kann, die Schwelle des Bedarfs an elektrischer Energie nicht unterschreiten darf. Der vorbestimmte Anteil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie kann sich auf den erwarteten Bedarf an elektrischer Energie aller der einen oder mehreren externen Energie verbrauchenden Einheiten oder auf den erwarteten Bedarf an elektrischer Energie einiger der einen oder mehreren externen Energie verbrauchenden Einheiten beziehen.
Die Steuereinheit ist ferner eingerichtet, den geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie so zu bestimmen, dass die erwartete Zufuhr elektrischer Energie durch die eine oder mehrere Energieversorgungseinrichtungen zumindest zu einem vorbestimmten Grad auf die eine oder mehrere Versorgungsklemmen, die eine oder mehrere interne Energieverbrauchseinheiten und die eine oder mehrere Energiespeichereinrichtungen verteilt wird. Der vorbestimmte Grad kann sich auf einen Wert beziehen, z. B. einen relativen Wert oder eine Vielzahl von Werten, die eine entsprechende Menge an elektrischer Energie für eine entsprechende oder eine entsprechende Vielzahl der einen oder mehreren Versorgungsanschlüsse, der einen oder mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und der einen oder mehreren Energiespeichereinrichtungen angeben.
Die Steuereinheit kann beispielsweise so konfiguriert werden, dass sie die elektrische Energie in gleichem Maße oder in unterschiedlichem Maße auf die Versorgungsanschlüsse, die internen Energieverbraucher und die Energiespeicher verteilt. Insbesondere kann die Steuereinheit beispielhaft so konfiguriert werden, dass sie die elektrische Energie zu einem höheren oder niedrigeren Grad auf die Versorgungsanschlüsse und zu einem niedrigeren oder höheren Grad auf die internen Energieverbraucher und/oder die Energiespeicher verteilt. Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, jede oder mehrere der einen oder mehreren Versorgungsklemmen, der einen oder mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und der einen oder mehreren Energiespeichereinrichtungen so zu gewichten, dass die zu erwartende Zufuhr von elektrischer Energie in Abhängigkeit von der Gewichtung auf die eine oder mehreren Versorgungsklemmen, die eine oder mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder mehreren Energiespeichereinrichtungen verteilt wird. Die Steuereinheit kann dann entsprechend der Gewichtung so konfiguriert werden, dass sie die elektrische Energie in einer bestimmten Reihenfolge auf die eine oder die mehreren Versorgungsklemmen, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen verteilt. Beispielsweise ist zu einem bestimmten Zeitpunkt die Versorgung der externen Energieverbrauchseinheiten höher gewichtet als die Versorgung der internen Energieverbrauchseinheiten, so dass insbesondere für den Fall, dass die von den Energieversorgungseinrichtungen und/oder den Energiespeichereinrichtungen gelieferte elektrische Energie nicht ausreicht, um alle externen Energieverbrauchseinheiten und die internen Energieverbrauchseinheiten in dem vorbestimmten Zeitraum mit elektrischer Energie zu versorgen, die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie die elektrische Energie entsprechend der Gewichtung an die externen Energieverbrauchseinheiten und nicht oder nicht in gleichem Maße an die internen Energieverbrauchseinheiten verteilt. Das oben erwähnte „Wiegen“ kann im weitesten Sinne als eine Art Drosselung verstanden werden, wobei jedoch die externen Lasten typischerweise nicht durch „Drosselung“ gesteuert werden können, es sei denn, die Lasten selbst wären steuerbar (in diesem Fall wären solche steuerbaren Lasten (höchstwahrscheinlich) aufschiebbare Lasten). Im Rahmen der meisten Anwendungen der vorliegenden Erfindung sind die externen Lasten nicht steuerbar und daher als gegeben zu betrachten. Dennoch kann eine Abwägung oder Priorisierung in dem Sinne vorgenommen werden, dass nur ein bestimmter Prozentsatz des Gesamtbedarfs bereitgestellt wird, was bedeuten würde, dass einige der externen Lasten einfach keine Energie erhalten, da die gesamte verfügbare Versorgung bereits von anderen externen Lasten in Anspruch genommen wird. Innerhalb vernünftiger Grenzen kann eine solche Minderleistung noch akzeptiert werden.
Die Steuereinheit ist so konfiguriert, dass sie den geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung so bestimmt, dass zumindest ein vorbestimmter Teil der überschüssigen Energie, die nicht an die eine oder mehrere Versorgungsklemmen oder an den einen oder die mehreren Energiespeicher geliefert wird, von der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten zur Erzeugung handelbarer Güter und/oder Dienstleistungen verwendet wird. Elektrische Energie, die nicht durch den vorbestimmten Anteil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie abgedeckt ist, kann als überschüssige Energie verstanden werden. Bei der überschüssigen Energie kann es sich beispielsweise um elektrische Energie handeln, die bereits in den Energiespeichern gespeichert ist und von der aufgrund der erfassten Daten zu erwarten ist, dass sie nicht für den vorbestimmten Anteil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie in dem vorbestimmten Zeitraum verwendet wird. Zusätzlich oder alternativ kann es sich bei der überschüssigen Energie um elektrische Energie handeln, von der aufgrund der erfassten Daten zu erwarten ist, dass sie von den Energieversorgungseinrichtungen geliefert wird und nicht als der vorbestimmte Anteil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie verbraucht wird. Insbesondere ist die Steuereinheit für den Fall, dass zumindest ein vorbestimmter Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energieverbrauchseinheiten gedeckt wird, dazu konfiguriert, elektrische Energie, die nicht in dem vorbestimmten Teil enthalten ist, an die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten zu verteilen, um handelbare Güter und/oder Dienstleistungen zu erzeugen. Ein bekannter Ansatz, der aufschiebbare Lasten verwendet, nutzt Energie, die zu einem bestimmten Zeitpunkt verfügbar ist, wobei dies nicht mit der oben erwähnten Überschussenergie zu verwechseln ist. In einem unrealistischen Beispiel einer optimierten Lastverschiebung könnte die zeitliche Verschiebung des Bedarfs der Lasten zu einer Gesamtlast führen, die parallel zur Versorgung durch Energieaufnahme und aus Speichern verläuft. Die oben erwähnte Überschussenergie wäre die Differenz zwischen der Last und dem Energieangebot.
Es sei darauf hingewiesen, dass die (potenziell) mehreren Elemente, Vorrichtungen oder Einheiten des Energieversorgungssystems voneinander verschieden sein können. So können beispielsweise verschiedene Energieversorgungseinrichtungen unterschiedliche Energiequellen (Sonne, Wind, Gezeiten usw.) anzapfen. Ebenso können verschiedene Arten von Energiespeichern parallel verwendet werden, und auch die internen Energie verbrauchenden Einheiten können von unterschiedlicher Beschaffenheit sein.
Ganz allgemein sieht die vorliegende Erfindung ein System wie ein Mini-Grid vor, das Energieaufnahme, Energiespeicherung, Energieversorgung (nach außen) und (internen) Energieverbrauch umfasst, wobei die Verteilung der (aufgenommenen und gespeicherten) Energie auf der Grundlage von (angenommenen) Erfahrungen in Bezug auf Angebot und Nachfrage und Erwartungen für die künftige Nachfrage optimiert wird, so dass im Grunde immer ausreichend Energie nach außen geliefert wird und intern überschüssige Energie für die Generierung von Erträgen (d. h. für die Generierung von handelbaren Waren und/oder Dienstleistungen) verbraucht wird. Ein bevorzugtes Beispiel für einen solchen internen Verbrauch von (überschüssiger) Energie ist der Einsatz von Krypto-Minern.
Es ist anzumerken, dass sich dieser Ansatz von bekannten Ansätzen unterscheidet, die ein aufschiebbares Lastmanagement nutzen. Es ist zwar bekannt, dass man zeitlich wechselnde Angebote und Lasten berücksichtigt und versucht, den Betrieb eines solchen Systems zu optimieren, indem man das Auftreten von Lasten aufschiebt (d. h. zeitlich verschiebt) (z. B. indem man eine Waschmaschine mitten in der Nacht laufen lässt, wenn sonst weniger Energie verbraucht wird), müssen solche aufschiebbaren Lasten immer noch mit Energie versorgt werden (nicht notwendigerweise sofort, sondern vielleicht zu einem späteren Zeitpunkt während des Tages), während weiterhin das Problem besteht, dass ein solches System überschüssige Energie erzeugen kann, d. h. ein Angebot bereitstellen kann, für das es keine Nachfrage gibt (d. h. nicht einmal eine aufgeschobene Nachfrage). Wenn beispielsweise ein Haus mit Solarzellen ausgestattet wird, um mehr oder weniger unabhängig vom kommerziellen Netz zu sein, muss die Anzahl und/oder Größe der Solarzellen so gewählt werden, dass immer genügend Energie zur Verfügung steht (unter Berücksichtigung der Energiespeicherung und der Lastverschiebung), was jedoch in der Regel dazu führt, dass zu bestimmten Zeiten (insbesondere im Sommer) an einem Tag (oder in einer Woche oder in einem anderen durch die Größe des Energiespeichers bestimmten Zeitrahmen) mehr Energie geliefert wird, als während dieses Tages (oder dieser Woche usw.) verbraucht wird. Wenn das Haus an das Stromnetz angeschlossen ist und diese überschüssige Energie liefern kann, kann die überschüssige Energie zu Einnahmen führen. In einem netzunabhängigen Kontext ist ein solcher Verkauf von elektrischer Energie an das Hauptnetz jedoch einfach nicht möglich.
Ein Teil des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung findet sich in den folgenden Überlegungen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass die (wirtschaftliche und/oder technische) Machbarkeit eines Mini-Netzes ein zweifaches Problem darstellt. Wie bereits erwähnt, muss das Mini-Netz, um von den Kunden „akzeptiert“ zu werden, in der Lage sein, Nachfragespitzen abzudecken, wenn nicht alle, so doch zumindest die meisten davon. Mit anderen Worten: Die Dienstleistung der Bereitstellung elektrischer Energie muss zumindest bis zu einem gewissen Grad zuverlässig sein. Der einfache Ansatz, das Mini-Netz überdimensioniert zu gestalten (z. B. einfach mehr Solarzellen und mehr Batterien bereitzustellen), ist (normalerweise) mit zu hohen Investitionskosten verbunden.
In einem netzgebundenen Szenario kann überschüssige Energie, die von einem solchen überdimensionierten System gewonnen wird, an das Netz verkauft werden, was zumindest eine gewisse Investitionsrendite ermöglicht. Im netzunabhängigen Szenario ist diese Möglichkeit jedoch nicht gegeben. Die Schwierigkeit besteht hier darin, dass die verfügbare Überschussenergie nicht übertragbar ist. Zwar könnte man in Erwägung ziehen, andere Möglichkeiten der Investitionsrendite in das Mini-Netz einzubeziehen (z. B. durch Einbeziehung von Krypto-Minern als zusätzliche Verbraucher), doch würde dies nur die Nachfrage erhöhen. Dies könnte zwar einen gewissen Nutzen haben, z. B. im Hinblick auf die Verringerung des Verhältnisses zwischen Spitzenverbrauch und Durchschnittsverbrauch (aufgrund des konstanten Verbrauchs der zusätzlichen Krypto-Miner), doch führt dies auch zu einem Anstieg der Gesamtinvestitionen auf der Angebotsseite.
Es wurde erkannt, dass die Bereitstellung interner Energie verbrauchender Einheiten wie Krypto-Miner (die die Energie in etwas umwandeln, das übertragbar ist und eine Rendite abwirft) zusammen mit einer Priorisierung der Nachfrage der externen Energie verbrauchenden Einheiten (die sicherstellt, dass die externe Nachfrage ausreichend gedeckt ist) und einer Identifizierung der verfügbaren Energie über einen bestimmten Zeitraum (d. h. nicht nur unter Berücksichtigung des aktuellen Angebots und der aktuellen Nachfrage, sondern auch unter Berücksichtigung des gesamten Energieangebots während eines Tages zusammen mit den verfügbaren Speicherkapazitäten) eine optimierte Nutzung der verfügbaren Energie ermöglicht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform eines Aspekts der Erfindung umfassen die eine oder mehreren internen energieverbrauchenden Einheiten einen oder mehrere Krypto-Miner. Ein Krypto-Miner kann ein beliebiger Computer sein, der so konfiguriert ist, dass er Rechenleistung für das Mining von Kryptowährungen bereitstellt. In einem solchen Fall ist die interne Energieverbrauchseinheit so konfiguriert, dass sie vorübergehend die Kryptowährung selbst als handelbare Ware und/oder die Verarbeitungsleistung zum Mining von Kryptowährung als Dienstleistung bereitstellt. Dies hat den Vorteil, dass überschüssige Energie, die nicht an den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse oder an den einen oder die mehreren Energiespeicher geliefert wird, verwendet werden kann, um die Krypto-Miner mit elektrischer Energie zu versorgen und Verarbeitungsleistung zum Mining von Kryptowährung bereitzustellen. Zusätzlich oder alternativ zu den Krypto-Minern können die internen energieverbrauchenden Einheiten eine Anlage oder eine Maschine umfassen, wobei die handelbaren Waren und/oder Dienstleistungen dazu dienen, die Anlage oder die Maschine vorübergehend zu betreiben, um vorübergehend Waren herzustellen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eines Aspekts der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, vergangene Bedarfsdaten zu erfassen, die einen tatsächlichen zeitlichen Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder mehrere externe Energie verbrauchende Einheiten anzeigen, und die vergangenen Bedarfsdaten zu verarbeiten, um Daten zu erfassen, die den erwarteten zeitlichen Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie anzeigen. Insbesondere können die vergangenen Bedarfsdaten als historische Messdaten verstanden werden, die einen tatsächlichen zeitlichen Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie anzeigen, wobei es bevorzugt ist, dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die vergangenen Bedarfsdaten über die Zeit zu erfassen. Exemplarisch können sich die vergangenen Bedarfsdaten auf den Bedarf an elektrischer Energie der jüngsten Vergangenheit, insbesondere der letzten Stunden, Tage, Wochen, beziehen, wobei dann der erwartete zeitliche Verlauf des Bedarfs aus den vergangenen Bedarfsdaten der jüngsten Vergangenheit, beispielsweise durch Extrapolation, abgeleitet werden kann. Vorzugsweise basiert der erwartete zeitliche Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie auf Vergangenheitsdaten zumindest der letzten 48 h, wobei die Berücksichtigung eines (viel) längeren Zeitraums (viel) mehr Daten zulässt. Zusätzlich oder alternativ zur Berücksichtigung eines Zeitraums in der unmittelbaren Vergangenheit können sich die Vergangenheitsdaten auf den Bedarf an elektrischer Energie in der ferneren Vergangenheit beziehen, beispielsweise in einem vorbestimmten Zeitraum, der dem vorbestimmten Zeitraum des von der Steuereinheit zu erfassenden erwarteten zeitlichen Verlaufs des Bedarfs an elektrischer Energie entspricht. In einem Beispiel ist der vorgegebene Zeitraum des von der Steuereinheit zu erfassenden erwarteten zeitlichen Verlaufs die erste Woche im Februar, wobei sich dann die vergangenen Bedarfsdaten auf den Bedarf an elektrischer Energie im Februar des Vorjahres oder auf einen Durchschnitt des Bedarfs an elektrischer Energie im Februar mehrerer Vorjahre beziehen können. Dabei ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass sie vergangene Bedarfsdaten für die Bestimmung des geplanten zeitlichen Verlaufs der Verteilung der elektrischen Energie berücksichtigt und damit die Genauigkeit des geplanten zeitlichen Verlaufs der Verteilung der elektrischen Energie erhöht. Neben saisonalen oder kalendarischen Zusammenhängen können auch andere Zusammenhänge zur Abschätzung des zukünftigen Bedarfs aus der Vergangenheit berücksichtigt werden, z.B. im Hinblick auf ein bestimmtes Ereignis (z.B. ein im Fernsehen übertragenes Fußballspiel) in der Vergangenheit, das im betrachteten Zeitrahmen angesetzt ist.
In einer bevorzugten Variante der obigen Ausführungsform ist die Steuereinheit ferner so konfiguriert, dass sie zusammen mit den Vergangenheitsbedarfsdaten entsprechende Vergangenheitsbedarfsparameterdaten erfasst, die einen oder mehrere vergangene Bedarfsparameter anzeigen, die in einer Ursache-Wirkungs-Beziehung zu dem Bedarf stehen, und dass sie aktuelle und/oder erwartete Bedarfsparameterdaten erfasst, die den einen oder die mehreren Bedarfsparameter zum aktuellen Zeitpunkt und/oder zu einem zukünftigen Zeitpunkt innerhalb des vorbestimmten Zeitraums anzeigen, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie die Vergangenheitsbedarfsdaten verarbeitet, um unter Verwendung der Vergangenheitsbedarfsparameterdaten und der aktuellen und/oder erwarteten Bedarfsparameterdaten Daten zu erfassen, die den erwarteten zeitlichen Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie anzeigen. Vergangene Bedarfsparameterdaten können beliebige Daten sein, die den Bedarf an elektrischer Energie beeinflussen können. Zu den vergangenen Bedarfsparameterdaten können insbesondere Parameter gehören, die den Bedarf an elektrischer Energie direkt beeinflussen, wie z.B. die Anzahl der mit elektrischer Energie zu versorgenden externen Energie verbrauchenden Einheiten, die Anzahl der mit elektrischer Energie zu versorgenden Personen oder Häuser des netzunabhängigen Energieversorgungssystems. Zusätzlich oder alternativ können die vergangenen Bedarfsparameterdaten auch Daten enthalten, die den Bedarf an elektrischer Energie indirekt beeinflussen, wie die Jahreszeit, in der die externen Energieverbraucher versorgt werden sollen, ein Standort, an dem die zu versorgenden externen Energieverbraucher positioniert sind, usw. In solchen Fällen werden die vergangenen Bedarfsparameterdaten mit einem entsprechenden Bedarf an elektrischer Energie in Verbindung gebracht, z. B. kann der Bedarf an elektrischer Energie im Winter im Vergleich zum Bedarf an elektrischer Energie im Sommer aufgrund von Beleuchtung und/oder Heizung steigen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eines Aspekts der Erfindung ist die Steuereinheit konfiguriert, um vergangene Versorgungsdaten zu erfassen, die einen tatsächlichen zeitlichen Verlauf der Versorgung mit elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen anzeigen, und um die vergangenen Versorgungsdaten zu verarbeiten, um Daten zu erfassen, die den erwarteten zeitlichen Verlauf der Versorgung mit elektrischer Energie anzeigen. Bei den vergangenen Versorgungsdaten kann es sich um historische Messdaten handeln, die einen tatsächlichen zeitlichen Verlauf der Versorgung anzeigen, wobei die vergangenen Versorgungsdaten vorzugsweise zeitabhängige Messdaten sind. Beispielsweise können sich die vergangenen Versorgungsdaten auf die Versorgung der einen oder mehreren Energieversorgungseinrichtungen, insbesondere der Solarenergieeinrichtungen, der jüngsten Vergangenheit, insbesondere der letzten Stunden, Tage, Wochen etc. In einem solchen Fall kann der erwartete zeitliche Verlauf der Versorgung beispielhaft aus den vergangenen Versorgungsdaten der jüngsten Vergangenheit abgeleitet werden, beispielsweise durch Extrapolation. Zusätzlich oder alternativ können sich die vergangenen Versorgungsdaten auf die Versorgung mit elektrischer Energie der einen oder mehreren Energieversorgungseinrichtungen, insbesondere der Solarenergieeinrichtungen, in einem vorbestimmten Zeitraum beziehen, der dem vorbestimmten Zeitraum des von der Steuereinheit zu erfassenden erwarteten zeitlichen Verlaufs der Versorgung mit elektrischer Energie entspricht. Der vorbestimmte Zeitraum umfasst beispielsweise einen vollen Tag, zwei volle Tage usw. Dabei ist die Steuereinheit ausgebildet, die bisherigen Versorgungsdaten der Energieversorgungseinrichtungen, insbesondere der Solarenergieeinrichtungen, für den vorbestimmten Zeitraum zur Bestimmung des geplanten zeitlichen Verlaufs der Verteilung der elektrischen Energie zu berücksichtigen und damit die Genauigkeit des geplanten zeitlichen Verlaufs der Verteilung der elektrischen Energie zu erhöhen.ln einer bevorzugten Variante der obigen Ausführungsform ist die Steuereinheit ferner konfiguriert, um zusammen mit den vergangenen Versorgungsdaten entsprechende vergangene Versorgungsparameterdaten zu erfassen, die einen oder mehrere vergangene Versorgungsparameter anzeigen, die in einer Ursache-Wirkungs-Beziehung mit der Versorgung stehen, und um aktuelle und/oder erwartete Versorgungsparameterdaten zu erfassen, die den einen oder die mehreren Versorgungsparameter zum aktuellen Zeitpunkt und/oder zu einem zukünftigen Zeitpunkt innerhalb des vorbestimmten Zeitraums anzeigen, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um die vergangenen Versorgungsdaten zu verarbeiten, um Daten zu erfassen, die den erwarteten zeitlichen Verlauf der Versorgung mit elektrischer Energie unter Verwendung der vergangenen Versorgungsparameterdaten und der aktuellen und/oder erwarteten Versorgungsparameterdaten anzeigen. Vergangene Versorgungsparameter können beliebige Parameter sein, die die Versorgung mit elektrischer Energie der einen oder mehreren Energieversorgungseinrichtungen beeinflussen können. Die eine oder die mehreren Energieversorgungsvorrichtungen umfassen eine oder mehrere Erfassungsvorrichtungen für erneuerbare Energien, d. h., vergangene Versorgungsparameter, die den zeitlichen Verlauf der Versorgung beeinflussen, können beliebige Parameter sein, die die von den Erfassungsvorrichtungen für erneuerbare Energien zu liefernde, d. h. zu erfassende und umzuwandelnde Energiemenge beeinflussen. Zu den vergangenen Versorgungsparametern können insbesondere Daten gehören, die z. B. auf das Wetter hinweisen, insbesondere auf das aktuelle und lokale Wetter, das sich auf die Geräte zur Erfassung erneuerbarer Energien auswirken kann, wie z. B. die Bewölkung, die Jahreszeit, der Standort der Energieversorgungsgeräte usw. Vorzugsweise handelt es sich bei den regenerativen Energiegewinnungseinrichtungen um Solarenergieeinrichtungen, wobei dann vergangene Versorgungsparameter, die den erwarteten zeitlichen Verlauf der Versorgung beeinflussen, auch Parameter sein können, die eine Einstrahlung der Sonnenstrahlung auf die Solarenergieeinrichtungen beeinflussen, wie eine relative Position der Solarenergieeinrichtungen zur Sonnenstrahlungsrichtung, eine Verschattung usw. Zusätzlich oder alternativ können vergangene Einspeiseparameterdaten auch Daten umfassen, die auf der Grundlage vergangener Parameterdaten berechnet werden, insbesondere können vergangene Einspeiseparameterdaten erwartete zeitliche Verlaufsdaten umfassen. Vorzugsweise umfassen die vergangenen Versorgungsparameterdaten auch Wettervorhersagedaten. Die Steuereinheit ist dann konfiguriert, um aktuelle und/oder erwartete Versorgungsparameterdaten wie Wetterdaten zu erfassen, die anzeigen, dass das Wetter in einer Ursache-Wirkungs-Beziehung mit der Versorgung, insbesondere mit der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen, steht, und um aktuelle und/oder erwartete Versorgungsparameterdaten zu erfassen, die den einen oder die mehreren Versorgungsparameter zum aktuellen Zeitpunkt und/oder zu einem zukünftigen Zeitpunkt innerhalb des vorbestimmten Zeitraums anzeigen, und um die vergangenen Versorgungsdaten weiter zu verarbeiten, um Daten zu erfassen, die den erwarteten zeitlichen Verlauf der Versorgung mit elektrischer Energie anzeigen. Vorzugsweise beträgt der vorbestimmte Zeitraum, für den der erwartete zeitliche Verlauf der Versorgung erfasst wird, 48 h, wobei es sich versteht, dass dieser Zeitrahmen nicht zwingend ist und auch einen anderen Bereich abdecken kann, z.B. 36 h oder 60 h. Durch die Berücksichtigung vergangener Versorgungsparameter bei der Erfassung des erwarteten zeitlichen Verlaufs der Versorgung mit elektrischer Energie kann die Genauigkeit der Bestimmung des geplanten zeitlichen Verlaufs der Verteilung weiter erhöht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eines Aspekts der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, stochastische Optimierung und/oder maschinelles Lernen zur Bestimmung des geplanten zeitlichen Verlaufs der Verteilung der elektrischen Energie zu verwenden. Insbesondere dann, wenn für die Erfassung des erwarteten zeitlichen Verlaufs der Nachfrage nach elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energieverbrauchseinheiten und/oder des erwarteten zeitlichen Verlaufs der Lieferung von elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen eine große Menge an Daten berücksichtigt wird, beispielsweise in Form von Vergangenheitsnachfragedaten, Vergangenheitsnachfrageparameterdaten, Vergangenheitslieferdaten und/oder Vergangenheitslieferparameterdaten, kann eine stochastische Optimierung und/oder maschinelles Lernen der jeweiligen Daten die Genauigkeit der Bestimmung der Verteilung der elektrischen Energie weiter erhöhen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eines Aspekts der Erfindung ist die Steuereinheit ferner dazu eingerichtet, den geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie so zu bestimmen, dass zu einem beliebigen Zeitpunkt in dem vorgegebenen Zeitraum der Speicherzustand des einen oder der mehreren Energiespeicher innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Der vorbestimmte Bereich kann als absoluter Bereich der Menge an elektrischer Energie, die von jedem der einen oder mehreren Energiespeicher gespeichert werden kann, oder als relativer Bereich, wie oben erwähnt, angegeben werden. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn der Speicherzustand jedes der einen oder mehreren Energiespeicher einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, den geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie so zu bestimmen, dass der Speicherzustand jedes der einen oder mehreren Energiespeicher 90 %, besonders bevorzugt 70 %, nicht überschreitet. Die Bestimmung des geplanten zeitlichen Verlaufs der Verteilung der elektrischen Energie derart, dass der Speicherzustand jedes der einen oder mehreren Energiespeicher einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet, erhöht die Lebensdauer des jeweiligen einen oder der mehreren Energiespeicher und verringert das Risiko irreversibler Schäden an Energiespeichern mit einer hohen Menge an elektrischer Energie, die von den Energiespeichern gespeichert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eines Aspekts der Erfindung umfassen die eine oder mehreren Energieversorgungseinrichtungen eine oder mehrere nicht erneuerbare Energieversorgungseinrichtungen, insbesondere einen oder mehrere Generatoren auf Basis fossiler Brennstoffe, und/oder einen oder mehrere Netzanschlüsse. Im Allgemeinen ist das netzunabhängige Energieversorgungssystem dazu ausgebildet, ein Dorf, eine Anlage oder dergleichen mit elektrischer Energie zu versorgen. Insbesondere für den Fall, dass der Platz für die Installation des netzunabhängigen Energieversorgungssystems begrenzt ist, begrenzt werden soll und/oder bereits ein alternatives Energieversorgungssystem vorhanden ist, kann das System zusätzlich zu der einen oder den mehreren Einrichtungen zur Gewinnung erneuerbarer Energie nicht-erneuerbarer Energieversorgungseinrichtungen umfassen. Die Steuereinheit ist dann so konfiguriert, dass sie den geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie aus den erneuerbaren und den nicht-erneuerbaren Energiesammelvorrichtungen derart bestimmt, dass z.B. für den Fall, dass die erfassten Daten des erwarteten zeitlichen Verlaufs der Versorgung mit elektrischer Energie darauf hindeuten, dass der vorbestimmte Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energieverbrauchseinheiten zu einem bestimmten Zeitpunkt gemäß dem geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung nicht gedeckt werden würde, der vorbestimmte Teil des erwarteten Bedarfs zusätzlich aus den nicht-erneuerbaren Energiesammelvorrichtungen geliefert wird. Die Möglichkeit, das netzunabhängige Energieversorgungssystem zusätzlich mit elektrischer Energie aus nicht-erneuerbaren Energieversorgungseinrichtungen zu versorgen, hat den weiteren Vorteil, dass der Platzbedarf und/oder die benötigten Ressourcen zur Installation des netzunabhängigen Energieversorgungssystems verringert werden können.
Die Netzanschlüsse sind in diesem Zusammenhang in einem „einseitigen“ Sinne zu verstehen, d. h. es kann zwar vorgesehen sein, dass das Energieversorgungssystem Energie aus dem Netz bezieht, es ist jedoch nicht vorgesehen, dass das Energieversorgungssystem auch Energie an das Netz liefert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eines Aspekts der Erfindung ist die Steuereinheit eine lokale Steuereinheit oder die Steuereinheit umfasst einen oder mehrere entfernte Server und eine oder mehrere lokale Verarbeitungseinrichtungen, wobei der eine oder die mehreren entfernten Server dazu eingerichtet sind, auf der Grundlage der erfassten Daten den geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie mit oder ohne Zusammenarbeit mit der einen oder den mehreren lokalen Verarbeitungseinrichtungen zu bestimmen, wobei die eine oder mehrere lokale Verarbeitungseinrichtung(en) ausgebildet ist/sind, den geplanten zeitlichen Verlauf zur Steuerung der Verteilung der elektrischen Energie zu verarbeiten, oder ein oder mehrere entfernte Server und eine oder mehrere lokale Schalteinrichtung(en), wobei die eine oder mehrere lokale Schalteinrichtung(en) ausgebildet ist/sind, Anweisungen von dem einen oder den mehreren entfernten Servern zur Steuerung der Verteilung der elektrischen Energie umzusetzen. Insbesondere für den Fall, dass für die von der Steuereinheit des netzunabhängigen Energieversorgungssystems erfassten Daten eine große Datenmenge berücksichtigt wird und/oder eine ausreichend große Datenmenge, die für die von der Steuereinheit des netzunabhängigen Energieversorgungssystems erfassten Daten berücksichtigt wird, auch für andere Aufgaben verwendet werden kann, beispielsweise um für Daten berücksichtigt zu werden, die von einer anderen Steuereinheit für ein anderes netzunabhängiges Energieversorgungssystem erfasst werden, kann die Steuereinheit des netzunabhängigen Energieversorgungssystems einen oder mehrere Remote-Server umfassen.
Je nach den besonderen Umständen kann ein optimaler Punkt zwischen einer Implementierung, bei der die gesamte Verarbeitung und Berechnung lokal durchgeführt wird, und einer Implementierung gefunden werden, bei der diese Verarbeitung und Berechnung auf einem entfernten Server erfolgt, der lediglich Steueranweisungen an eine lokale Einheit zur Ausführung gibt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm mit Computerprogrammcodemitteln vorgeschlagen, um eine Steuereinheit gemäß Anspruch 11 zu veranlassen, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 12 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf der Steuereinheit ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einem geeigneten Medium, wie beispielsweise einem optischen Speichermedium oder einem nichtflüchtigen Festkörpermedium, bereitgestellt, gespeichert und/oder verteilt werden. Das Computerprogramm kann zusammen mit oder als Teil von anderer Hardware geliefert werden, kann aber auch in anderer Form verteilt werden, beispielsweise über das Internet oder andere drahtgebundene oder drahtlose Telekommunikationssysteme.
Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sind insbesondere in den abhängigen Ansprüchen definiert, während weitere vorteilhafte Merkmale, Ausführungsformen und Implementierungen für den Fachmann aus der obigen Erläuterung und der folgenden Diskussion ersichtlich sind.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert und beispielhaft erläutert, wobei

1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer ersten beispielhaften Ausführungsform des netzunabhängigen Energieversorgungssystems gemäß der Erfindung zeigt,
2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Steuereinheit für ein netzunabhängiges Energieversorgungssystem gemäß der Erfindung zeigt,
3 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Steuereinheit für ein netzunabhängiges Energieversorgungssystem gemäß der Erfindung zeigt,
4 einen beispielhaft ermittelten zeitlichen Verlauf für ein netzunabhängiges Energieversorgungssystem im Sinne der Erfindung zeigt,
ein schematisches Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zum Betrieb des netzunabhängigen Energieversorgungssystems zeigt,
6 ein schematisches Flussdiagramm einiger Aspekte einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens zum Betrieb des netzunabhängigen Energieversorgungssystems zeigt, und
ein schematisches Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zur Auslegung eines netzunabhängigen Energieversorgungssystems gemäß der Erfindung zeigt.

In den beigefügten Zeichnungen und den Erläuterungen zu diesen Zeichnungen sind Elemente, die miteinander in Beziehung stehen oder sich entsprechen, - soweit zweckmäßig - durch entsprechende oder ähnliche Bezugszeichen gekennzeichnet, unabhängig davon, ob die Elemente Teil derselben Ausführungsform sind oder nicht.
1 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer ersten beispielhaften Ausführungsform des netzunabhängigen Energieversorgungssystems gemäß der Erfindung. Das netzunabhängige Energieversorgungssystem 100 gemäß 1 umfasst einen Versorgungsanschluss 110, der für den Anschluss an eine Vielzahl von externen Energieverbrauchern 111, 112 und 113 konfiguriert ist. Das netzunabhängige Energieversorgungssystem 100 umfasst ferner eine interne Energieverbrauchseinheit 120, beispielsweise in Form eines Krypto-Miners, der so konfiguriert ist, dass er elektrische Energie verbraucht, um handelbare Waren und/oder Dienstleistungen 121 zu erzeugen, beispielsweise in Form des Minings von Kryptowährung. Das netzunabhängige Energieversorgungssystem 100 umfasst ferner eine Energiespeichervorrichtung 130, die so konfiguriert ist, dass sie elektrische Energie speichert und gespeicherte elektrische Energie verteilend an das Versorgungsterminal 110 und den Krypto-Miner 120 liefert. Das System 100 umfasst ferner eine Vielzahl von Energieversorgungsvorrichtungen 140, die so konfiguriert sind, dass sie dem Versorgungsterminal 110, der internen Energieverbrauchseinheit 120 und der Energiespeichervorrichtung 130 verteilt elektrische Energie zuführen. Die Mehrzahl von Energieversorgungseinrichtungen 140 umfasst in dieser Ausführungsform als erneuerbare Energiegewinnungseinrichtung eine Mehrzahl von Solarenergieeinrichtungen 141 sowie eine nicht-erneuerbare Energieversorgungseinrichtung, insbesondere einen Generator 142 auf Basis fossiler Brennstoffe und einen Netzanschluss 143. 1 zeigt ferner die Steuereinheit 150 mit einem Dateneingang 151 und einem Steuerdatenausgang 152. Die Steuereinheit 150 ist dazu ausgebildet, die Verteilung von elektrischer Energie von den Energieversorgungseinrichtungen 140, d.h. den Solarenergieeinrichtungen 141, dem fossilbasierten Generator 142 und dem Netzanschluss 143, zu dem Versorgungsterminal 110, der internen Energieverbrauchseinheit 120 und der Energiespeichereinrichtung 130 zu steuern und die Verteilung der in der Energiespeichereinrichtung 130 gespeicherten elektrischen Energie zu dem Versorgungsterminal 110 und der internen Energieverbrauchseinheit 120 zu steuern.
Die Steuereinheit 150 ist ferner so konfiguriert, dass sie Daten erfasst, die einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Nachfrage nach elektrischer Energie durch die externen Energieverbrauchseinheiten 111, 112 und 113 für einen vorbestimmten Zeitraum, einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Lieferung von elektrischer Energie durch die Energieversorgungseinrichtungen 140 für den vorbestimmten Zeitraum und einen aktuellen Speicherstatus der Energiespeichereinrichtung 130 angeben. Bei den erfassten Daten kann es sich um beliebige Daten handeln, die den zeitlichen Verlauf der Nachfrage nach elektrischer Energie durch die externen Energieverbraucher 111, 112, 113 für einen vorbestimmten Zeitraum, einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Bereitstellung von elektrischer Energie durch die Energieversorgungseinrichtungen 140, d.h. die Solarenergieeinrichtungen 141, den fossilbasierten Generator 142 und den Netzanschluss 143 oder einen aktuellen Speicherzustand der Energiespeichereinrichtung 130 beeinflussen. Insbesondere können die erfassten Daten auf Daten beruhen, die über die Dateneingabe 151 erfasst wurden, beispielsweise auf charakteristischen Parametern der externen Energieverbraucher 111, 112, 113, auf vergangenen Daten der Lieferung von elektrischer Energie der Energieversorgungseinrichtungen, auf vergangenen Daten der Nachfrage nach elektrischer Energie der externen Energieverbraucher 111, 112, 113 usw. Insbesondere können die erfassten Daten auch auf vergangenen Bedarfsparameterdaten und/oder vergangenen Versorgungsparameterdaten beruhen. Beispielhaft kann der zeitliche Verlauf der Nachfrage nach elektrischer Energie auf der Grundlage von charakteristischen Parametern der externen Energieverbrauchseinheiten 111, 112, 113 und/oder Messdaten der Nachfrage nach elektrischer Energie der externen Energieverbrauchseinheiten 111, 112, 113 erfasst werden, und ferner kann der zeitliche Verlauf der Versorgung mit elektrischer Energie auf der Grundlage von Daten erfasst werden, die das Wetter anzeigen, insbesondere Wettervorhersagen, die auf vergangenen Wetterdaten wie Temperatur, Feuchtigkeit, Bewölkung basieren, d.h. auf vergangenen Versorgungsparameterdaten, und/oder die Messdaten, die die Effizienz der Sammelvorrichtungen für erneuerbare Energie 141 anzeigen. Darüber hinaus umfassen die erfassten Daten auch den aktuellen Speicherstatus der Energiespeichereinrichtung 130.
Die Steuereinheit 150 ist dazu ausgebildet, auf der Grundlage der erfassten Daten einen geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie aus den Energieversorgungseinrichtungen 140 und der Energiespeichereinrichtung 130 derart zu bestimmen, dass gemäß dem geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung für jeden beliebigen Zeitpunkt in dem vorbestimmten Zeitraum zumindest ein vorbestimmter Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch die externen Energieverbrauchseinheiten 111, 112, 113 gedeckt wird und das erwartete Angebot an elektrischer Energie durch die Energieversorgungseinrichtungen 140 zumindest in einem vorbestimmten Ausmaß an das Versorgungsendgerät 110 verteilt wird, wobei zumindest ein vorbestimmter Teil der nicht an das Versorgungsendgerät 110 oder die Energiespeichereinrichtung 130 gelieferten überschüssigen Energie von der internen Energieverbrauchseinheit 130 zur Erzeugung von handelbaren Gütern und/oder Dienstleistungen 121 verwendet wird. Vorzugsweise beträgt die vorbestimmte Zeitspanne 48 h. Die vorbestimmte Zeitspanne kann jedoch auch 12 h, 24 h, mehrere Tage usw. betragen.
Das netzunabhängige Energieversorgungssystem 100 kann so konfiguriert werden, dass es z. B. ein Dorf mit elektrischer Energie versorgt. In diesem Zusammenhang können alle elektrischen Geräte, wie z. B. elektrische Geräte der Bewohner des Dorfes, z. B. Haushaltsgeräte, oder alle öffentlichen elektrischen Geräte, wie z. B. Straßenlaternen, als externe energieverbrauchende Einheiten 111, 112, 113 verstanden werden. In diesem Beispiel kann der vorbestimmte Anteil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie direkt dem erwarteten Bedarf an elektrischer Energie des Dorfes entsprechen. Für den Fall, dass die Sammelvorrichtungen für erneuerbare Energie 141 mehr als den vorbestimmten Anteil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie liefern, ist die Steuereinheit 150 so konfiguriert, dass sie die elektrische Energie so verteilt, dass der mehr als der vorbestimmte Anteil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie in der Energiespeichereinrichtung 130 gespeichert wird oder der internen Energieverbrauchseinheit 120 zugeführt werden kann, wobei die Steuereinheit 150 so konfiguriert ist, dass sie die elektrische Energie auf der Grundlage der erfassten Daten verteilt.
Die interne Energieverbrauchseinheit 120 gemäß 1 ist als Krypto-Miner realisiert und die handelbare Ware und/oder Dienstleistung 121 dient dem Mining von Kryptowährungen. Zusätzlich oder alternativ kann die interne Energieverbrauchseinheit 120 aber auch eine Maschine oder eine Anlage sein, die zur temporären Herstellung von handelbaren Gütern konfiguriert ist.
Die Steuereinheit 150 kann stochastische Optimierung und/oder maschinelles Lernen zur Bestimmung des geplanten zeitlichen Verlaufs der Verteilung der elektrischen Energie verwenden. Insbesondere dann, wenn für die Bestimmung der Verteilung der elektrischen Energie Daten der jüngeren Vergangenheit des Bedarfs und der jüngeren Vergangenheit des Angebots berücksichtigt werden, für die eine stochastische Optimierung und/oder maschinelles Lernen verwendet werden kann, kann die elektrische Energie so verteilt werden, dass die von den erneuerbaren Energieerfassungsgeräten gelieferte Energie nicht durch die Lieferung der elektrischen Energie an die externen Energieverbraucher und die maximale Kapazität des Energiespeichers 130 begrenzt ist. Insbesondere die Steuereinheit 150, die so konfiguriert ist, dass sie die elektrische Energie auf der Grundlage der erfassten Daten verteilt, wie oben erwähnt, ermöglicht es, die Verteilung der elektrischen Energie zu optimieren, die hauptsächlich durch die Verfügbarkeit der zu verwendenden erneuerbaren Energie begrenzt ist.
2 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Steuereinheit für ein netzunabhängiges Energieversorgungssystem gemäß der Erfindung. Die in 2 dargestellte Steuereinheit 250 kann beispielhaft für das in 1 dargestellte System 100 verwendet werden. Die Steuereinheit 250 umfasst zwei Prozessoren, insbesondere einen Prozessor, der zur Datenerfassung ausgebildet ist, d.h. eine Erfassungseinheit 253, und einen Prozessor, der zur Bestimmung der Verteilung der elektrischen Energie ausgebildet ist, d.h. eine Bestimmungseinheit 254. Die in 2 dargestellte Steuereinheit 250 umfasst ferner einen Dateneingang 251 und einen Steuerdatenausgang 252. Die Steuereinheit 250, insbesondere die Erfassungseinheit 253, ist dazu ausgebildet, Daten zu erfassen, die einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Nachfrage nach elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energieverbrauchseinheiten 111, 112, 113 für einen vorbestimmten Zeitraum, einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Bereitstellung von elektrischer Energie durch die Energieversorgungseinrichtungen 140, insbesondere die regenerativen Energiegewinnungseinrichtungen 141, für den vorbestimmten Zeitraum und einen aktuellen Speicherzustand der Energiespeichereinrichtung 130 anzeigen. Die Erfassungseinheit 253 ist ferner dazu ausgebildet, die erfassten Daten der Bestimmungseinheit 254 zur Verfügung zu stellen. Die Bestimmungseinheit 254 der Steuereinheit 250 ist dazu ausgebildet, die erfassten Daten zu empfangen und anhand der erfassten Daten einen geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie von den Energieversorgungseinrichtungen 140, insbesondere den Erneuerbare-Energien-Erfassungseinrichtungen 141, und der Energiespeichereinrichtung 130 zu bestimmen. Die Bestimmungseinheit 254 ist ausgebildet, den geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie so zu bestimmen, dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt in dem vorbestimmten Zeitraum zumindest ein vorbestimmter Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen energieverbrauchenden Einheiten 111, 112, 113 gedeckt wird. Die Ermittlungseinheit 254 ist ferner dazu ausgebildet, den geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung von elektrischer Energie derart zu ermitteln, dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt das erwartete Angebot an elektrischer Energie durch die Energieversorgungseinrichtungen 140, insbesondere die regenerativen Energieerfassungseinrichtungen 141, in einem vorbestimmten Ausmaß auf das Versorgungsterminal 110, die interne Energieverbrauchseinheit 120 und die Energiespeichereinrichtung 130 verteilt wird. Ferner ist die Ermittlungseinheit 254 dazu ausgebildet, den geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie derart zu ermitteln, dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt zumindest ein vorbestimmter Anteil der nicht an das Versorgungsterminal 110 oder die Energiespeichereinrichtung 130 gelieferten überschüssigen Energie von der einen oder mehreren internen Energieverbrauchseinheiten 120 zur Erzeugung von handelbaren Gütern und/oder Dienstleistungen genutzt wird. Die Steuereinheit 250 ist dann ausgebildet, über den Steuerdatenausgang 252 Steuerdaten auszugeben, um entsprechend dem geplanten zeitlichen Verlauf die Verteilung von elektrischer Energie von den Energieversorgungseinrichtungen 140, insbesondere den Erneuerbare-Energien-Erfassungseinrichtungen 141, an das Versorgungsterminal 110, die interne Energieverbrauchseinheit 120 und die Energiespeichereinrichtung 130 und die Verteilung von in der Energiespeichereinrichtung 130 gespeicherter elektrischer Energie an das Versorgungsterminal 110 und die interne Energieverbrauchseinheit 120 zu steuern.
3 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Steuereinheit für ein netzunabhängiges Energieversorgungssystem gemäß der Erfindung. Die Steuereinheit 350 in 3 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform kann als eine integrierte Vorhersage-, Optimierungs- und Steuereinheit für ein netzunabhängiges Energieversorgungssystem gemäß der Erfindung verstanden werden, wobei die Steuereinheit 350 eine Vorhersageeinheit 351, eine Optimierungseinheit 352 und eine Steuereinheit 353 umfassen kann.
Die Vorhersageeinheit 351 umfasst einen Eingang zur Aufnahme von Eingangsdaten wie Wetterdaten, charakteristische Parameter usw., wie bereits oben erwähnt. Die Vorhersageeinheit 351 ist so konfiguriert, dass sie in Form eines erwarteten zeitlichen Verlaufs des Bedarfs an elektrischer Energie den Bedarf der einen oder mehreren externen Energie verbrauchenden Einheiten 361 für einen vorgegebenen Zeitraum vorhersagt. Die eine oder die mehreren externen Energieverbraucher können dabei als hoch priorisiert verstanden werden. Die Vorhersageeinheit 351 ist ferner dazu ausgebildet, in Form eines erwarteten zeitlichen Verlaufs der Versorgung mit elektrischer Energie die Versorgung durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen für den vorbestimmten Zeitraum vorherzusagen, insbesondere für die erneuerbaren Energieeinrichtungen 362, die vorzugsweise Solarenergieeinrichtungen sind. Zusätzlich kann die Vorhersageeinheit 351 so konfiguriert sein, dass sie anhand eines erwarteten zeitlichen Verlaufs der Lieferung von elektrischer Energie die Lieferung durch eine oder mehrere nicht-erneuerbare Energieversorgungseinrichtungen 363 vorhersagt, beispielsweise einen Generator auf Basis fossiler Brennstoffe oder andere erneuerbare oder nicht-erneuerbare Energieversorgungseinrichtungen, die in dem netzunabhängigen Energieversorgungssystem enthalten sind. Insbesondere kann die Vorhersageeinheit 351 so konfiguriert werden, dass sie maschinelles Lernen verwendet.
Die Optimierungseinheit 352 der Steuereinheit 350 ist dazu ausgebildet, die Verteilung der elektrischen Energie zu optimieren, indem sie auf der Grundlage der von der Vorhersageeinheit 351 erfassten Daten den geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie ermittelt, wie oben bereits ausführlich beschrieben. Insbesondere ist die Optimierungseinheit 352 ausgebildet, als erfasste Daten einen aktuellen Speicherzustand des einen oder der mehreren Energiespeicher 364 zur Ermittlung des geplanten zeitlichen Verlaufs der Verteilung der elektrischen Energie einzubeziehen. Insbesondere kann die Optimierungseinheit 352 ausgebildet sein, eine stochastische Optimierung und/oder maschinelles Lernen zur Ermittlung des geplanten zeitlichen Verlaufs der Verteilung der elektrischen Energie zu verwenden.
Die Steuereinheit 353 ist dann so konfiguriert, dass sie Steuerausgangsdaten 371 ausgibt, um die Verteilung der Versorgung mit elektrischer Energie zu steuern, wie bereits oben erwähnt, insbesondere um die Verteilung der Versorgung mit elektrischer Energie so zu steuern, dass zumindest ein vorbestimmter Teil jeglicher überschüssiger Energie, die nicht an das eine oder die mehreren Versorgungsterminal(e) oder die eine oder die mehreren Energiespeichergeräte geliefert wird, von der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten verwendet wird, um handelbare Waren und/oder Dienstleistungen zu erzeugen. Es ist bevorzugt, dass die internen Energieverbrauchseinheiten Krypto-Miner umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie elektrische Energie für das Mining von Kryptowährungen verbrauchen. Insbesondere ist die Steuereinheit 353 so konfiguriert, dass sie die elektrische Energieversorgung steuert, um die verfügbare elektrische Energie vollständig zu verbrauchen, während sie die externen Energieverbrauchseinheiten, d. h. die externen Energieverbrauchseinheiten mit hoher Priorität, permanent mit elektrischer Energie versorgt.
4 zeigt einen beispielhaft ermittelten zeitlichen Verlauf für ein netzunabhängiges Energieversorgungssystem gemäß der Erfindung. Insbesondere zeigt 4 ein oberes Diagramm, in dem die elektrische Energie, die z.B. in kW angegeben ist, über die Zeit dargestellt ist. In dem oberen Diagramm ist ein beispielhafter erwarteter zeitlicher Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie 410 durch die eine oder mehrere externe Energie verbrauchende Einheit(en) für einen vorgegebenen Zeitraum dargestellt, wie er von der Steuereinheit, beispielsweise der Steuereinheit 150, 250, 350, berechnet werden kann. Der erwartete zeitliche Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie 410 kann beispielsweise auf vergangenen Bedarfsdaten und/oder auf charakteristischen Parametern der einen oder mehreren externen Energieverbrauchseinheiten basieren, wie sie beispielsweise vom Hersteller der jeweiligen externen Energieverbrauchseinheiten vorgegeben werden. Zusätzlich zeigt das obere Diagramm einen beispielhaften erwarteten zeitlichen Verlauf der Bereitstellung von elektrischer Energie 420 durch die eine oder mehrere Energieversorgungseinrichtungen für den vorbestimmten Zeitraum. Vorzugsweise umfassen die Vorrichtungen zur Gewinnung erneuerbarer Energie eine oder mehrere Solarenergievorrichtungen, wobei der erwartete zeitliche Verlauf der Lieferung von elektrischer Energie 420 die von den Solarenergievorrichtungen gelieferte elektrische Energie angibt. Der erwartete zeitliche Verlauf der Lieferung von elektrischer Energie 420 kann beispielsweise auf der Grundlage von Wetterdaten, insbesondere Wettervorhersagedaten aus dem Internet, auf der Grundlage vergangener Wetterdaten wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Bewölkung, d.h. vergangener Versorgungsparameterdaten, ermittelt werden, und/oder die Messdaten sind indikativ für die Effizienz der erneuerbaren Energiegewinnungsvorrichtungen. 4 illustriert zusätzlich in einem unteren Diagramm einen aktuellen Speicherstatus 430 des einen oder der mehreren Energiespeichergeräte über die Zeit. Insbesondere ist der aktuelle Speicherstatus ein Indikator für die Menge an elektrischer Energie, die von dem einen oder den mehreren Energiespeichergeräten gespeichert wird, und kann beispielsweise auf einer relativen Skala von 0 % bis 100 % angegeben werden.
Weiterhin zeigt das obere Diagramm in 4 einen beispielhaft geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie 440 von der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen und der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen zu dem einen oder den mehreren Versorgungsterminals und der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten. Vorzugsweise umfassen die eine oder mehreren internen Energieverbrauchseinheiten einen oder mehrere Krypto-Miner.
In diesem Zusammenhang zeigt das Monosternchen in 4 einen Zeitpunkt an, zu dem der Bedarf an elektrischer Energie der einen oder mehreren externen Energieverbrauchseinheiten auf der Grundlage der erfassten Daten voraussichtlich ansteigen wird, und wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, Steuerdaten auszugeben, um entsprechend dem geplanten zeitlichen Verlauf die Verteilung elektrischer Energie so zu steuern, dass eine Versorgung der einen oder mehreren Versorgungsendgeräte und der einen oder mehreren internen Energieverbrauchseinheiten aufrechterhalten wird, und die überschüssige Energie zur Erzeugung handelbarer Güter und/oder Dienstleistungen, insbesondere zum Mining von Kryptowährung, zu verwenden. Insbesondere ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass sie Steuerdaten ausgibt, damit die Krypto-Miner aus überschüssiger Energie, die sonst verloren ginge, handelbare Güter und/oder Dienstleistungen erzeugen.
Weiterhin zeigt das Doppel-Sternchen in 4 einen Zeitpunkt an, an dem ein vorbestimmter Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder mehrere externe Energie verbrauchende Einheiten gedeckt ist, und wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie Steuerdaten ausgibt, um entsprechend dem geplanten zeitlichen Verlauf die Verteilung der elektrischen Energie so zu steuern, dass die eine oder mehreren internen Energie verbrauchenden Einheiten nicht mit elektrischer Energie versorgt werden, so dass die Versorgung der einen oder mehreren externen Energie verbrauchenden Einheiten mit elektrischer Energie für jeden beliebigen Zeitpunkt gewährleistet werden kann. Die Steuereinheit ist beispielsweise so konfiguriert, dass sie den Bedarf und die Solarenergie für die nächsten Tage vorhersagt und die Krypto-Miner herunterfährt, um die Batteriekapazität voll auszunutzen und so die maximale Energiemenge von den Energieversorgungseinrichtungen zu nutzen und die maximale Erzeugung von handelbaren Gütern und/oder Dienstleistungen durch die internen Energieverbrauchseinheiten, insbesondere die Krypto-Miner, zu erreichen, während die Versorgung der externen Energieverbrauchseinheiten mit elektrischer Energie gewährleistet wird.
Ferner zeigt das dreifache Sternchen in 4 einen Zeitpunkt an, zu dem die erwartete Versorgung mit elektrischer Energie durch die eine oder mehrere Energieversorgungseinrichtungen zumindest zu einem vorbestimmten Grad auf die eine oder mehrere Versorgungsklemmen, die eine oder mehrere interne Energieverbrauchseinheiten und die eine oder mehrere Energiespeichereinrichtungen verteilt ist. Auch in diesem Fall ist die Steuereinheit ausgebildet, Steuerdaten zur Steuerung der Verteilung elektrischer Energie auszugeben, so dass zumindest ein vorbestimmter Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder mehreren externen Energieverbrauchseinheiten gedeckt wird. Insbesondere ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Versorgung der internen Energieverbraucher entsprechend dem geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung elektrischer Energie zu erhöhen, insbesondere auch dann, wenn der aktuelle Speicherzustand des einen oder der mehreren Energiespeicher einen geringen Bestand an gespeicherter elektrischer Energie anzeigt, beispielsweise auch an einem bewölkten Tag, solange die Versorgung der externen Energieverbraucher mit elektrischer Energie für die vorgegebene Zeit gewährleistet ist. Die Steuereinheit kann beispielsweise so konfiguriert werden, dass sie die Zufuhr elektrischer Energie zu den internen Energieverbrauchern, insbesondere den Krypto-Minern, langsam erhöht, damit der eine oder die mehreren Energiespeicher in der folgenden Nacht die Versorgung der externen Energieverbraucher mit elektrischer Energie gewährleisten können.
5 zeigt ein schematisches Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zum Betrieb des netzunabhängigen Energieversorgungssystems. Das Verfahren 500 zum Betrieb des netzunabhängigen Energieversorgungssystems umfasst den Schritt 510 der Versorgung einer oder mehrerer externer Energieverbrauchseinheiten mit elektrischer Energie über einen oder mehrere Versorgungsanschlüsse, beispielsweise den Versorgungsanschluss 110. Das Verfahren 500 umfasst ferner den Schritt 520 des Verbrauchs elektrischer Energie durch eine oder mehrere interne Energieverbrauchseinheiten, z. B. die interne Energieverbrauchseinheit 120, um handelbare Waren und/oder Dienstleistungen zu erzeugen. Das Verfahren 500 umfasst ferner den Schritt 530 des Speicherns elektrischer Energie durch eine oder mehrere Energiespeichereinrichtungen, beispielsweise die Energiespeichereinrichtung 130. Des Weiteren umfasst das Verfahren 500 den Schritt 540, in dem elektrische Energie, die in der einen oder den mehreren Energiespeichervorrichtungen 130 gespeichert ist, verteilt an den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse 110 und/oder die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten 210 geliefert wird. Als nächster Schritt 550 umfasst das Verfahren 500 die Lieferung von elektrischer Energie, die in der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten 120 und der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen 130 gespeichert ist, durch eine oder mehrere Energieversorgungsvorrichtungen, einschließlich einer oder mehrerer Sammlungsvorrichtungen für erneuerbare Energie 141, an die eine oder die mehreren Versorgungsanschlüsse 110. Insbesondere umfasst die eine oder die mehreren Sammelvorrichtungen für erneuerbare Energie 141 eine oder mehrere Solarenergievorrichtungen.
Das Verfahren 500 umfasst ferner den Schritt 560 des Erfassens von Daten, die einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Nachfrage nach elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energieverbrauchseinheiten 111, 112, 113 für einen vorbestimmten Zeitraum, einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Lieferung von elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen 130 für den vorbestimmten Zeitraum und einen aktuellen Speicherstatus der einen oder der mehreren Energiespeichereinrichtungen angeben. Ferner umfasst das Verfahren 500 den Schritt 570 des Bestimmens, basierend auf den erfassten Daten, eines geplanten zeitlichen Verlaufs der Verteilung der elektrischen Energie von der einen oder den mehreren Energieversorgungsvorrichtungen 140 und der einen oder den mehreren Energiespeichervorrichtungen 130, so dass gemäß dem geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung und für jeden gegebenen Zeitpunkt in der vorbestimmten Zeitperiode zumindest ein vorbestimmter Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energieverbrauchseinheiten 111, 112, 113 gedeckt wird und das erwartete Angebot an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen 130 zumindest in einem vorbestimmten Ausmaß auf die eine oder die mehreren Versorgungsklemmen 110, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten 120 und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen 130 verteilt wird. Als nächsten Schritt 580 umfasst das Verfahren 500 das Steuern der Verteilung von elektrischer Energie von der einen oder den mehreren Energieversorgungsvorrichtungen 140 zu dem einen oder den mehreren Versorgungsanschlüssen 110, der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten 120 und der einen oder den mehreren Energiespeichervorrichtungen 130 und die Verteilung der in der einen oder den mehreren Energiespeichervorrichtungen 130 gespeicherten elektrischen Energie zu dem einen oder den mehreren Versorgungsanschlüssen 110 und der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten 120, wobei zumindest ein vorbestimmter Teil der überschüssigen Energie, die nicht an das eine oder die mehreren Versorgungsendgeräte 110 oder an die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen 130 geliefert wird, von der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten 120 verwendet wird, um handelbare Waren und/oder Dienstleistungen 121 zu erzeugen.
6 zeigt ein schematisches Flussdiagramm einiger Aspekte einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens zum Betrieb des netzunabhängigen Energieversorgungssystems. Das Flussdiagramm 600 veranschaulicht insbesondere die Eingangsdaten 610, die in die erfindungsgemäße Steuereinheit eingegeben werden können. Beispielhaft können erste Eingabedaten 611 prognostizierte Wetterdaten, insbesondere aus dem Internet, umfassen, die auf Temperaturdaten, Feuchtigkeitsdaten, Bewölkungsgrad etc. basieren können. Die Steuereinheit des netzunabhängigen Energieversorgungssystems kann dann konfiguriert werden, um basierend auf den ersten Eingangsdaten 611 einen erwarteten zeitlichen Verlauf von Wetterdaten 612 zu erfassen, wie beispielsweise prognostizierte Wetterdaten, die in einem kausalen Zusammenhang mit der Bereitstellung von elektrischer Energie der einen oder mehreren Energieversorgungseinrichtungen stehen. Zusätzlich oder alternativ können zweite Eingangsdaten 613, die sich auf einen Bedarf an elektrischer Energie der externen Energieverbraucher beziehen, und/oder dritte Eingangsdaten 614, die sich auf charakteristische Parameter der externen Energieverbraucher, der internen Energieverbraucher und/oder der Energieversorgungseinrichtungen beziehen, in die Steuereinheit für das netzunabhängige Energieversorgungssystem eingegeben werden. Die Eingabedaten können sich insbesondere auf einen zeitlichen Verlauf von Daten einschließlich Metadaten wie die Uhrzeit, den Wochentag, die Jahreszeit etc. beziehen. Die Steuereinheit ist so konfiguriert, dass sie die Eingabedaten 620 verarbeitet und entsprechende Daten 630 erfasst, die den erwarteten zeitlichen Verlauf des Angebots an elektrischer Energie 631 und den erwarteten zeitlichen Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie 632 anzeigen können. Zusätzlich kann die Steuereinheit konfiguriert sein, um Daten zu erfassen, die einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Wartung 633 der Komponenten des netzunabhängigen Energieversorgungssystems anzeigen.
Die Steuereinheit ist ferner konfiguriert, um 640 einen geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie zu bestimmen, wobei es bevorzugt ist, dass die Steuereinheit konfiguriert ist, um stochastische Optimierung und/oder maschinelles Lernen zur Bestimmung des geplanten zeitlichen Verlaufs der Verteilung zu verwenden. Die Steuereinheit ist ferner dazu konfiguriert, entsprechend dem geplanten zeitlichen Verlauf Steuerausgangsdaten 650 auszugeben, d.h. die Verteilung der elektrischen Energie von der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen an die eine oder die mehreren Versorgungsendgeräte, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen und die Verteilung der in der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen gespeicherten elektrischen Energie an die eine oder die mehreren Versorgungsendgeräte und die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten. Insbesondere können die Steuerungsausgangsdaten 650 einen Zeitplan für die Speicherung elektrischer Energie durch die eine oder mehreren Energiespeichereinrichtungen 651, eine Strategie für den Betrieb einer oder mehrerer nicht erneuerbarer Energieversorgungseinrichtungen 652, insbesondere eines oder mehrerer Generatoren auf der Basis fossiler Brennstoffe, als zusätzliche eine oder mehrere Energieversorgungseinrichtungen, einen Zeitplan für die Wartung der Einrichtungen des netzunabhängigen Energieversorgungssystems usw. umfassen. Diese Daten können dann z.B. für die Auslegung und/oder den Betrieb eines netzunabhängigen Energieversorgungssystems gemäß der Erfindung verwendet werden.
7 zeigt ein schematisches Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zur Auslegung eines netzunabhängigen Energieversorgungssystems gemäß der Erfindung. Das Verfahren 700 zur Auslegung eines netzunabhängigen Energieversorgungssystems, wie es beispielsweise in 1 dargestellt ist, umfasst den Schritt 710 des Erfassens von Daten, die einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Nachfrage nach elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energieverbrauchseinheiten, beispielsweise die externen Energieverbrauchseinheiten 111, 112, 113, für einen geschätzten Auslegungszeitraum des netzunabhängigen Energieversorgungssystems, beispielsweise des Systems 100, und einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Lieferung von elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungsvorrichtungen, beispielsweise die Energieversorgungsvorrichtungen 140, insbesondere die Sammelvorrichtungen für erneuerbare Energie 141, für den geschätzten Auslegungszeitraum angeben. Ferner umfasst das Verfahren 700 den Schritt 720 des Bestimmens, durch einen Computer, einer Kosten-Nutzen-optimierten Anzahl und Art von internen Energieverbrauchseinheiten, beispielsweise der internen Energieverbrauchseinheit 120, der Energiespeichereinrichtungen 141 und der Energieversorgungseinrichtungen 130, basierend auf den erwarteten zeitlichen Verläufen, so dass gemäß den erwarteten zeitlichen Verläufen und für jeden gegebenen Zeitpunkt in dem Auslegungszeitraum zumindest ein vorbestimmter Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder mehrere externe Energieverbrauchseinheiten 111, 112, 113 gedeckt wird, und das erwartete Angebot an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen 140 zumindest in einem vorbestimmten Ausmaß auf die eine oder die mehreren Versorgungsanschlüsse 110, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten 120 und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen 130 verteilt wird, wobei zumindest ein vorbestimmter Teil jeder überschüssigen Energie, die nicht an die eine oder die mehreren Versorgungsanschlüsse 110 oder an die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen 130 geliefert wird, von der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten 120 verwendet werden kann, um handelbare Güter und/oder Dienstleistungen 121 zu erzeugen.
Es sei darauf hingewiesen, dass Ansätze für den Entwurf konventioneller Mini-Netze bekannt sind, wobei dieser bekannte Entwurfsansatz gemäß der vorliegenden Erfindung lediglich dahingehend modifiziert werden kann, dass für das Entwurfsergebnis des konventionellen Entwurfsansatzes eine optimierte Anzahl und Art der internen Energie verbrauchenden Einheiten bestimmt wird. Während bei einer solchen Modifikation im Wesentlichen zwei einzelne Optimierungen vorgenommen werden (eine für die Anzahl und Art der Energiespeicher und Energieversorgungseinrichtungen und eine weitere für die Anzahl und Art der internen Energie verbrauchenden Einheiten (z. B. Krypto-Miner)), kann durch die Integration der Optimierungen ein besseres Ergebnis erzielt werden.
Im Folgenden werden weitere Überlegungen zum Hintergrund der Erfindung beschrieben.
Netzunabhängige Systeme nach dem Stand der Technik, wie z.B. netzunabhängige Solaranlagen, müssen in der Regel überdimensioniert sein, um die Versorgung des Kunden, z.B. eines Dorfes, mit elektrischer Energie stets zu gewährleisten. Auf der anderen Seite kann das volle Stromerzeugungspotential nicht genutzt werden. Das erfindungsgemäße System umfasst eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, Steuerdaten auszugeben, um die Verteilung der Versorgung mit elektrischer Energie neben Energiespeichern und möglichen Dieselgeneratoren aus flexiblen elektrischen flexiblen Lasten, d.h. internen Energieverbrauchern, insbesondere in Form von Krypto-Minern, zu steuern, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, mittels künstlicher Intelligenz Daten zu erfassen und z.B. durch Simulationen das Systemverhalten in den kommenden Stunden, z.B. den kommenden 48 Stunden, zu bestimmen. Somit kann eine minimale Anzahl von Krypto-Minern eingesetzt werden, um eine maximale Versorgung zu erreichen, wobei die Versorgung der externen Energie verbrauchenden Einheiten vorrangig gewährleistet wird.
Netzunabhängige Solarbatteriesysteme unterliegen der saisonalen Verfügbarkeit von Solarenergie, z. B. kann während bewölkter Zeiten in Regenzeiten oder im Sommer und Winter weniger Energie geliefert werden. Angemessen dimensionierte Systeme haben aufgrund der Saisonalität einen Stromüberschuss von 20 bis 30 %. Hinzu kommt, dass in vielen Fällen der Strombedarf im Laufe der Jahre nach der Inbetriebnahme langsam ansteigt (vielleicht dargestellt als Dorf, in dem immer mehr Häuser und Glühbirnen entstehen). Wie sich dieser Strombedarf im Laufe der Zeit entwickelt und welchen Tagesmustern er folgen wird, lässt sich vor der Elektrifizierung kaum vorhersagen. Andererseits sollen Stromausfälle vermieden werden, um die Zufriedenheit der Stromkunden hoch zu halten. Daher werden netzunabhängige Solarbatteriesysteme regelmäßig überdimensioniert.
In vielen Fällen werden 60 bis 80 % des Stromerzeugungspotenzials nicht genutzt, insbesondere in den ersten Jahren nach der Inbetriebnahme. Wartungsfreie Krypto-Miner in Mini-Netzen können überschüssigen Strom verbrauchen und ihn in Krypto-Einnahmen umwandeln. Die Anforderungen des Mining an das Datenvolumen sind gering, so dass der Ansatz auch in ländlichen Gebieten mit einfacher Internetanbindung möglich ist. Wenn die Krypto-Miner jedoch nur in den wenigen Sonnenstunden eingeschaltet werden, in denen die Batterie voll aufgeladen ist und überschüssiger Strom zur Verfügung steht, führt eine große Miner-Kapazität mit sehr hohen Investitionskosten und wenigen Nutzungsstunden zu langen Amortisationszeiten und geringer Rentabilität.
Solche Probleme können durch das erfindungsgemäße netzunabhängige Energieversorgungssystem gelöst werden. Insbesondere ist die Steuereinheit des Systems so konfiguriert, dass sie mit Hilfe künstlicher Intelligenz (maschinelles Lernen) die Solarstromerzeugung und den Strombedarf für die kommenden 48 Stunden prognostiziert. Diese Daten werden automatisch in einen fortschrittlichen stochastischen Optimierer eingespeist, um die Betriebsoption zu berechnen, die den geringsten Energieüberschuss erzeugt. Eine Steuereinheit schaltet die Miner entsprechend den neuesten Optimierungsergebnissen, die z. B. alle 15 Minuten aktualisiert werden, schrittweise hoch oder runter. Rückmeldungen von Wechselrichtern und Verbrauchszählern über das MODBUS-Protokoll zu den Energieflüssen innerhalb des Systems und dem Ladezustand der Batterien sowie aktuelle Daten zur Bewertung von Kryptowährungen und Mining-Belohnungen werden verwendet, um den Startpunkt der Projektion in jedem Zyklus zu aktualisieren.
Auf diese Weise kann der Controller beispielsweise die Bergleute nachts einschalten und die Batterien entladen, wenn er weiß, dass die Batterie am nächsten Tag durch sonniges Wetter und geringen Strombedarf wieder aufgeladen wird. In einem anderen Fall kann der Controller die Bergwerke mittags abschalten, wenn er weiß, dass bei bewölktem Wetter und hoher Nachfrage nur genug Energie in der Batterie verbleibt, um die Abend- und Nachtlast zu decken. Auf diese Weise ersetzen einige wenige Miner mit geringen Investitionskosten, die lange Zeit in Betrieb sind, Anlagen mit hohen Investitionskosten und machen das Krypto-Mining in Mini-Netzen zu einem profitablen Unterfangen (solange die netzunabhängigen Solarsysteme groß genug sind, ca. > 25 kWp Solar-PV, aber vorzugsweise »100 kWp). Im Vergleich zu netzgebundenen Krypto-Mining-Projekten ist überschüssiger Strom aus Mini-Netzen kostenlos und fast täglich verfügbar (je nach Systemgröße). Selbst der Teil des Stroms, der durch die Batterie fließt, kostet bei den derzeitigen Preisen für Li-Ion (LiFePo)-Batterien deutlich unter 0,05 USD/kWh. Andererseits können durch die Mining-Aktivität Einnahmen von bis zu 0,40 USD/kWh erzielt werden. Der Algorithmus funktioniert mit Systemen, die ausschließlich mit erneuerbaren Energien betrieben werden, kann aber auch Solar-Batterie-Diesel-Hybridsysteme steuern, bei denen wir nicht nur den Betrieb von Krypto-Minern, sondern gleichzeitig auch den Betrieb von Dieselgeneratoren optimieren (z. B. Einschalten von Dieselgeneratoren bei lang anhaltendem bewölktem Wetter mit hohem Strombedarf, um Systemabschaltungen zu vermeiden).
Auch wenn in den Zeichnungen verschiedene Aspekte oder Merkmale der Erfindung in Kombination dargestellt sind, wird der Fachmann - sofern nicht anders angegeben - erkennen, dass die gezeigten und erörterten Kombinationen nicht erschöpfend sind und Variationen davon möglich sind. Insbesondere können entsprechende Elemente oder Merkmalskomplexe zwischen verschiedenen Ausführungsformen gegenseitig ausgetauscht werden.
Obwohl die Erfindung hauptsächlich beschrieben wird, um als Energieversorgungsgeräte Solarenergiegeräte einzuschließen, ist die Erfindung nicht auf Solarenergiegeräte beschränkt. Insbesondere können die eine oder mehrere Energieversorgungsvorrichtungen zum Beispiel Vorrichtungen umfassen, die elektrische Energie aus einer anderen Form erneuerbarer Ressourcen wie Wind, Regen, Gezeiten, Wellen und/oder Erdwärme usw. liefern.
Obwohl die Erfindung hauptsächlich beschrieben wird, um als interne Energie verbrauchende Einheiten Krypto-Miner zu umfassen, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Insbesondere können die internen Energie verbrauchenden Einheiten beispielsweise zusätzlich oder alternativ eine Anlage oder eine Maschine umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie elektrische Energie verbraucht, um ein handelbares Gut zu produzieren.
Obwohl das erfindungsgemäße netzunabhängige Energieversorgungssystem hauptsächlich zur Versorgung eines Dorfes mit elektrischer Energie beschrieben wird, ist die Erfindung nicht auf netzunabhängige Energieversorgungssysteme zur Versorgung eines Dorfes mit elektrischer Energie beschränkt. Insbesondere kann sich das netzunabhängige Energieversorgungssystem gemäß der Erfindung auch auf ein autarkes elektrisches Energieversorgungs- und -nachfragesystem wie ein Haus, eine Anlage usw. beziehen.
Bezugszeichenliste

100: System
110: Versorgungsklemme
111, 112, 113: externe energieverbrauchende Einheiten
120: interne Energieverbrauchseinheit
130: Energiespeichervorrichtung
140: Energieversorgungseinrichtung
141: Vorrichtung zur Erfassung erneuerbarer Energien
142: Generator auf Basis fossiler Brennstoffe
143: Netzanschluss
150, 250, 350: Steuergerät
151, 251: Dateneingabe
152, 252: Steuerdatenausgabe
253: Erfassungseinheit
254: Bestimmungseinheit
351: Vorhersageeinheit
352: Optimierungseinheit
353: Kontrolleinheit

Claims

Netzunabhängiges Energieversorgungssystem (100), umfassend: einen oder mehrere Versorgungsanschlüsse (110), die zum Anschluss an eine oder mehrere externe Energieverbrauchseinheiten (111, 112, 113) konfiguriert sind, eine oder mehrere interne Energie verbrauchende Einheiten (120), wobei die internen Energie verbrauchenden Einheiten (120) so konfiguriert sind, dass sie elektrische Energie verbrauchen, um handelbare Waren und/oder Dienstleistungen (121) zu erzeugen eine oder mehrere Energiespeichervorrichtungen (130), die so konfiguriert sind, dass sie elektrische Energie speichern und gespeicherte elektrische Energie verteilend an den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse (110) und die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten (120) liefern, eine oder mehrere Energieversorgungsvorrichtungen (140), die so konfiguriert sind, dass sie den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse (110), die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten (120) und die eine oder die mehreren Energiespeichervorrichtungen (130) verteilend mit elektrischer Energie versorgen, wobei die eine oder die mehreren Energieversorgungsvorrichtungen (140) eine oder mehrere Vorrichtungen (141) zum Sammeln erneuerbarer Energie, insbesondere eine oder mehrere Solarenergievorrichtungen, umfassen, und eine Steuereinheit (150, 250, 350) mit einem oder mehreren Prozessoren, einem oder mehreren Dateneingängen (151) und einem oder mehreren Steuerdatenausgängen (152), wobei die Steuereinheit (150, 250, 350) so konfiguriert ist, dass sie Folgendes steuert - die Verteilung von elektrischer Energie von der einen oder den mehreren Energieversorgungsvorrichtungen (140) zu dem einen oder den mehreren Versorgungsanschlüssen (110), der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten (120) und der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen (130) und - die Verteilung von elektrischer Energie, die in der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen (130) gespeichert ist, an den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse (110) und die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten (120), wobei die Steuereinheit (150, 250, 350) konfiguriert ist, um Daten zu erfassen, die anzeigen - einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Nachfrage nach elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energieverbrauchseinheiten (111, 112, 113) für eine vorbestimmte Zeitspanne, - einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Lieferung von elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen (130) für die vorbestimmte Zeitspanne, und - einen aktuellen Speicherstatus der einen oder mehreren Energiespeichereinrichtungen (130), wobei die Steuereinheit (150, 250, 350) konfiguriert ist, um auf der Grundlage der erfassten Daten einen geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie von der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen (140) und der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen (130) zu bestimmen, so dass gemäß dem geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung und für jeden gegebenen Zeitpunkt in dem vorbestimmten Zeitraum - zumindest ein vorbestimmter Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen energieverbrauchenden Einheiten (111, 112, 113) gedeckt wird, und - die erwartete Lieferung von elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen (140) zumindest in einem vorbestimmten Ausmaß auf die eine oder die mehreren Versorgungsanschlüsse (110), die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten (120) und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen (130) verteilt wird, wobei zumindest ein vorbestimmter Teil jeglicher überschüssiger Energie, die nicht an das eine oder die mehreren Versorgungsendgeräte (110) oder an die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen (130) geliefert wird, von der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten (120) verwendet wird, um handelbare Waren und/oder Dienstleistungen (121) zu erzeugen.
Netzunabhängiges Energieversorgungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren internen Energie verbrauchenden Einheiten (120) einen oder mehrere Krypto-Miner umfassen.
Netzunabhängiges Energieversorgungssystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (150, 250, 350) so konfiguriert ist, dass sie vergangene Bedarfsdaten erfasst, die einen tatsächlichen zeitlichen Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder mehrere externe energieverbrauchende Einheiten (111, 112, 113) anzeigen, und die vergangenen Bedarfsdaten verarbeitet, um Daten zu erfassen, die den erwarteten zeitlichen Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie anzeigen.
Netzunabhängige Energieversorgungssystem (100) nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit (150, 250, 350) ferner konfiguriert ist, um zusammen mit den vergangenen Bedarfsdaten entsprechende vergangene Bedarfsparameterdaten zu erfassen, die einen oder mehrere vergangene Bedarfsparameter anzeigen, die in einer Ursache-Wirkungs-Beziehung mit dem Bedarf stehen, und um aktuelle und/oder erwartete Bedarfsparameterdaten zu erfassen, die den einen oder die mehreren Bedarfsparameter zum aktuellen Zeitpunkt und/oder zu einem zukünftigen Zeitpunkt innerhalb des vorbestimmten Zeitraums anzeigen, wobei die Steuereinheit (150, 250, 350) so konfiguriert ist, dass sie die vergangenen Bedarfsdaten verarbeitet, um unter Verwendung der vergangenen Bedarfsparameterdaten und der aktuellen und/oder erwarteten Bedarfsparameterdaten Daten zu erfassen, die den erwarteten zeitlichen Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie anzeigen.
Netzunabhängiges Energieversorgungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (150, 250, 350) so konfiguriert ist, dass sie vergangene Versorgungsdaten erfasst, die einen tatsächlichen zeitlichen Verlauf der Versorgung mit elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen (140) anzeigen, und dass sie die vergangenen Versorgungsdaten verarbeitet, um Daten zu erfassen, die den erwarteten zeitlichen Verlauf der Versorgung mit elektrischer Energie anzeigen.
Netzunabhängiges Energieversorgungssystem (100) nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit (150, 250, 350) ferner konfiguriert ist, um zusammen mit den vergangenen Versorgungsdaten entsprechende vergangene Versorgungsparameterdaten zu erfassen, die einen oder mehrere vergangene Versorgungsparameter anzeigen, die in einer Ursache-Wirkungs-Beziehung mit der Versorgung stehen, und um aktuelle und/oder erwartete Versorgungsparameterdaten zu erfassen, die den einen oder die mehreren Versorgungsparameter zum aktuellen Zeitpunkt und/oder zu einem zukünftigen Zeitpunkt innerhalb des vorbestimmten Zeitraums anzeigen, wobei die Steuereinheit (150, 250, 350) so konfiguriert ist, dass sie die vergangenen Versorgungsdaten verarbeitet, um unter Verwendung der vergangenen Versorgungsparameterdaten und der aktuellen und/oder erwarteten Versorgungsparameterdaten Daten zu erfassen, die den erwarteten zeitlichen Verlauf der Versorgung mit elektrischer Energie anzeigen.
Netzunabhängiges Energieversorgungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (150, 250, 350) so konfiguriert ist, dass sie stochastische Optimierung und/oder maschinelles Lernen für die Bestimmung des geplanten zeitlichen Verlaufs der Verteilung der elektrischen Energie verwendet.
Netzunabhängiges Energieversorgungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (150, 250, 350) ferner dazu ausgebildet ist, den geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie so zu bestimmen, dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt in der vorgegebenen Zeitspanne der Speicherzustand der einen oder mehreren Energiespeichereinrichtungen (130) innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
Netzunabhängiges Energieversorgungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eine oder mehreren Energieversorgungseinrichtungen (140) eine oder mehrere nicht-erneuerbare Energieversorgungseinrichtungen (142, 143), insbesondere einen oder mehrere Generatoren (142) auf Basis fossiler Brennstoffe, und/oder einen oder mehrere Netzanschlüsse (143) umfassen.
Netzunabhängiges Energieversorgungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (150, 250, 350) eine lokale Steuereinheit ist oder die Steuereinheit umfasst: - einen oder mehrere entfernte Server und eine oder mehrere lokale Verarbeitungseinrichtungen, wobei der eine oder die mehreren entfernten Server ausgebildet sind, um auf der Grundlage der erfassten Daten den geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie mit oder ohne Zusammenarbeit mit der einen oder den mehreren lokalen Verarbeitungseinrichtungen zu bestimmen, wobei die eine oder die mehreren lokalen Verarbeitungseinrichtungen ausgebildet sind, um den geplanten zeitlichen Verlauf zur Steuerung der Verteilung der elektrischen Energie zu verarbeiten, oder - einem oder mehreren entfernten Servern und einer oder mehreren lokalen Schalteinrichtungen, wobei die eine oder die mehreren lokalen Schalteinrichtungen ausgebildet sind, Anweisungen von dem einen oder den mehreren entfernten Servern zur Steuerung der Verteilung der elektrischen Energie umzusetzen.
Steuereinheit (150, 250, 350) für ein netzunabhängiges Energieversorgungssystem (100), wobei das netzunabhängige Energieversorgungssystem (100) umfasst: einen oder mehrere Versorgungsanschlüsse (110), die zum Anschluss an eine oder mehrere externe Energieverbrauchseinheiten (111, 112, 113) konfiguriert sind, eine oder mehrere interne Energie verbrauchende Einheiten (120), wobei die internen Energie verbrauchenden Einheiten (120) so konfiguriert sind, dass sie elektrische Energie verbrauchen, um handelbare Waren und/oder Dienstleistungen (121) zu erzeugen, eine oder mehrere Energiespeichervorrichtungen (130), die so konfiguriert sind, dass sie elektrische Energie speichern und gespeicherte elektrische Energie verteilend an den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse (110) und die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten (120) liefern, eine oder mehrere Energieversorgungsvorrichtungen (140), die so konfiguriert sind, dass sie den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse (110), die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten (120) und die eine oder die mehreren Energiespeichervorrichtungen (130) distributiv mit elektrischer Energie versorgen, wobei die eine oder die mehreren Energieversorgungsvorrichtungen (140) eine oder mehrere Vorrichtungen (141) zum Sammeln erneuerbarer Energie, insbesondere eine oder mehrere Solarenergievorrichtungen, umfassen, wobei die Steuereinheit (150, 250, 350) einen oder mehrere Prozessoren, einen oder mehrere Dateneingänge (151) und einen oder mehrere Steuerdatenausgänge (152) umfasst, wobei die Steuereinheit (150, 250, 350) so konfiguriert ist, dass sie Daten erfasst, die indikativ sind für - einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Nachfrage nach elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen energieverbrauchenden Einheiten (111, 112, 113) für eine vorbestimmte Zeitperiode, - einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Lieferung von elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen (140) für die vorbestimmte Zeitspanne, und - einem aktuellen Speicherzustand der einen oder mehreren Energiespeichereinrichtungen (130), wobei die Steuereinheit (150, 250, 350) ferner konfiguriert ist, um auf der Grundlage der erfassten Daten einen geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung der elektrischen Energie von der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen (140) und der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen (130) zu bestimmen, so dass gemäß dem geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung und für jeden gegebenen Zeitpunkt in dem vorbestimmten Zeitraum - zumindest ein vorbestimmter Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen energieverbrauchenden Einheiten (111, 112, 113) gedeckt wird, und - die erwartete Lieferung von elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen (140) zumindest in einem vorbestimmten Ausmaß auf die eine oder die mehreren Versorgungsanschlüsse (110), die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten (120) und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen (130) verteilt wird, wobei zumindest ein vorbestimmter Teil jeglicher überschüssiger Energie, die nicht an das eine oder die mehreren Versorgungsendgeräte (110) oder an die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen (130) geliefert wird, von der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten (120) verwendet wird, um handelbare Waren und/oder Dienstleistungen (121) zu erzeugen, wobei die Steuereinheit (150, 250, 350) ferner dazu ausgebildet ist, über den einen oder die mehreren Steuerdatenausgänge (152) Steuerdaten auszugeben, zur Steuerung gemäß dem geplanten zeitlichen Verlauf - der Verteilung der elektrischen Energie von der einen oder den mehreren Energieversorgungseinrichtungen (140) auf die eine oder die mehreren Versorgungsklemmen (110), die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten (120) und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen (130) und - der Verteilung von elektrischer Energie, die in der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen (130) gespeichert ist, an den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse (110) und die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten (120).
Verfahren (500) zum Betreiben eines netzunabhängigen Energieversorgungssystems, umfassend Liefern (510) von elektrischer Energie über einen oder mehrere Versorgungsanschlüsse an eine oder mehrere externe Energieverbrauchseinheiten, Verbrauchen (520) von elektrischer Energie durch eine oder mehrere interne Energieverbrauchseinheiten, um handelbare Waren und/oder Dienstleistungen zu erzeugen, Speichern (530) von elektrischer Energie durch eine oder mehrere Energiespeichereinrichtungen, Zuführen (540) von elektrischer Energie, die in der einen oder den mehreren Energiespeichervorrichtungen gespeichert ist, zur Verteilung an den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse und/oder die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten, und Zuführen (550) von elektrischer Energie, die in der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen gespeichert ist, zu dem einen oder den mehreren Versorgungsanschlüssen und/oder der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten, und Zuführen (550) von elektrischer Energie, die in der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen gespeichert ist, zu der einen oder den mehreren Versorgungsanschlüssen und/oder der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten, und wobei das Verfahren (550) ferner umfasst: Erfassen (560) von Daten, die Folgendes anzeigen - einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Nachfrage nach elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen energieverbrauchenden Einheiten für eine vorbestimmte Zeitspanne, - einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Lieferung von elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen für die vorbestimmte Zeitspanne, und - einen aktuellen Speicherstatus der einen oder mehreren Energiespeichereinrichtungen, Bestimmen (570) eines geplanten zeitlichen Verlaufs der Verteilung der elektrischen Energie von der einen oder den mehreren Energieversorgungsvorrichtungen und der einen oder den mehreren Energiespeichervorrichtungen auf der Grundlage der erfassten Daten, so dass gemäß dem geplanten zeitlichen Verlauf der Verteilung und für jeden gegebenen Zeitpunkt in der vorbestimmten Zeitperiode - zumindest ein vorbestimmter Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energie verbrauchenden Einheiten gedeckt wird, und - das erwartete Angebot an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen zumindest in einem vorbestimmten Ausmaß auf die eine oder die mehreren Versorgungsklemmen, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen verteilt wird, und Steuern (580) - der Verteilung der elektrischen Energie von der einen oder den mehreren Energieversorgungsvorrichtungen zu dem einen oder den mehreren Versorgungsanschlüssen, der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und der einen oder den mehreren Energiespeichervorrichtungen und - der Verteilung der in der einen oder den mehreren Energiespeichereinrichtungen gespeicherten elektrischen Energie an den einen oder die mehreren Versorgungsanschlüsse und die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten, wobei zumindest ein vorbestimmter Teil jeglicher überschüssiger Energie, die nicht an das eine oder die mehreren Versorgungsendgeräte oder an die eine oder die mehreren Energiespeichergeräte geliefert wird, von der einen oder den mehreren internen Energieverbrauchseinheiten verwendet wird, um handelbare Waren und/oder Dienstleistungen zu erzeugen.
Verfahren (700) zur Auslegung eines netzunabhängigen Energieversorgungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend Erfassen (100) von Daten, die Folgendes anzeigen - einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Nachfrage nach elektrischer Energie durch die eine oder mehrere externe Energie verbrauchende Einheiten für einen geschätzten Auslegungszeitraum des netzunabhängigen Energieversorgungssystems, - einen erwarteten zeitlichen Verlauf der Lieferung von elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen für den geschätzten Auslegungszeitraum, Bestimmen (200), durch einen Computer, einer Kosten-Nutzen-optimierten Anzahl und Art von internen Energieverbrauchseinheiten, Energiespeichervorrichtungen und Energieversorgungsvorrichtungen, basierend auf den erwarteten zeitlichen Verläufen, so dass, gemäß den erwarteten zeitlichen Verläufen und für jeden gegebenen Zeitpunkt in dem Auslegungszeitraum, - zumindest ein vorbestimmter Teil des erwarteten Bedarfs an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren externen Energie verbrauchenden Einheiten gedeckt wird, und - das erwartete Angebot an elektrischer Energie durch die eine oder die mehreren Energieversorgungseinrichtungen zumindest in einem vorbestimmten Ausmaß auf die eine oder die mehreren Versorgungsklemmen, die eine oder die mehreren internen Energieverbrauchseinheiten und die eine oder die mehreren Energiespeichereinrichtungen verteilt wird, wobei zumindest ein vorbestimmter Teil jeglicher überschüssiger Energie, die nicht an das eine oder die mehreren Versorgungsendgeräte oder an das eine oder die mehreren Energiespeichergeräte geliefert wird, von dem einen oder den mehreren internen Energieverbrauchern zur Erzeugung handelbarer Güter und/oder Dienstleistungen verwendet werden kann.
Computerprogrammprodukt mit Computerprogrammcode-Mitteln, um eine Steuereinheit (150, 250, 350) nach Anspruch 11 zu veranlassen, die Schritte des Verfahrens (500) nach Anspruch 12 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf der Steuereinheit (150, 250, 350) ausgeführt wird.