DE20280327U1

DE20280327U1 - System zur Erneuerung von Kraftwerken

Info

Publication number: DE20280327U1
Application number: DE20280327U
Authority: DE
Original assignee: GAIA GROUP HELSINKI Oy
Current assignee: GAIA GROUP HELSINKI Oy
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2012-01-18
Also published as: WO2002057968A8; GB2387694B; GB0311965D0; FI20010114A; GB2387694A; FI20010114A0; WO2002057968A1

Description

System zum Steuern von Kraftwerken

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Steuern von Kraftwerken in einer verteilten Anordnung, wobei jedes Kraftwerk eine Meß- und Steuereinheit, eine Erzeugereinheit und einen Endverbraucherpunkt umfaßt.

Die gegenwärtige Energieproduktion ist hauptsächlich in großen Kraftwerken zentralisiert, von welchen aus Energie über lange Distanzen übertragen wird, wobei die Nutzung der Werke gesteuert wird, indem die variablen Kosten des Kraftwerks mit den gegenwärtigen Marktpreisen verglichen werden. Die Erzeugung von Elektrizität und Wärme findet jedoch immer mehr dezentralisiert auf Endverbraucherebene statt oder in deren unmittelbarer Umgebung. Diese Endverbraucher umfassen Hotels, Bäder, Krankenhäuser, Gewächshäuser, oder dergleichen, bei welchen der Energieverbrauch ziemlich hoch ist und es daher wirtschaftlich ist, ein unabhängiges Kraftwerk an dem betreffenden Ort einzusetzen.

In den letzten Jahren haben viele Länder separate Elektrizitätsbörsen für den Handel mit elektrischer Energie geschaffen, um zu ermöglichen, daß der Preis von elektrischer Energie in Echtzeit überwacht werden kann. Durch Angebot und Nachfrage stellt sich der Preis von Elektrizität an einer Börse auf ein Niveau ein, welches seinem echten Preis entspricht, der als Bezugsniveau dient, wenn Vergleiche zwischen der durch Elektrizitatsversorger an-0 gebotenen Abgabe und den Erzeugungskosten gemacht werden.

Aufgrund von Schwankungen der Marktpreise, Erzeugungskosten und Übertragungskosten von Elektrizität besteht ein Problem bei Endverbrauchern bzw. Endverbraucherpunkten, die durch eigene Kraftwerke versorgt werden, wie das Kostenniveau der Energieerzeugung im Verhältnis zur Ener-

gie, welche von außen gekauft wird, in einer sinnvollen und einfachen Weise bestimmt wird. Ferner wäre es vorteilhaft, wenn eine individuelle Erzeugereinheit nicht den Bedarf hat, Kapital oder personelle Resourcen für eine derartige Optimierung zu investieren, sondern die Optimierung von einem Serviceanbieter, der auf dem Gebiet spezialisiert ist, beziehen könnte.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System &iacgr;&ogr; bereitzustellen, welches die vorstehenden Nachteile vermeidet und ermöglicht, die von einem Kraftwerk erzeugte Energiemenge einfach und zuverlässig zu optimieren.

Dieses Ziel wird erreicht durch eine zentrale Einheit zum Steuern von Kraftwerken in einer verteilten Anordnung, wobei jedes Kraftwerk eine Meß- und Steuereinheit, eine Erzeugereinheit und einen Endverbraucherpunkt aufweist, wobei die zentrale Einheit zum Steuern der Kraftwerke aufweist: eine Datenbank zum Speichern von Meßdaten, welehe von den mit der zentralen Einheit verbundenen Kraftwerken und von aktualisierbaren kraftwerkspezifischen Zeitreihen- bzw. Lastgangmodellen gesammelt werden; Prognosemittel zum Bereitstellen kraftwerkspezifischer Prognosen für den Energiebedarf für die nächste Zeitperiode auf der Grundlage der Lastgangmodelle; Abrufmittel zum Abrufen von einer Preisinformation betreffend die nächste Zeitperiode aus Energiebörsen oder dergleichen; Mittel zum Berechnen von optimalen Energieniveaus für die Erzeugereinheiten der Kraftwerke auf der Grundlage einer prognostizierten Auslastung und der erhaltenen Preisinformation; und Mittel zum Übertragen von Steuerbefehlen an die Erzeugereinheiten.

Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, daß die Leistungswerte von Kraftwerken, die Preisinformation betreffend die Elektrizität und Brennstoffe, welche an den Kraftwerken verwendet werden, und andere bekannte Kosten zusammen eine einfache Basis für eine Berechnung

einer Betriebsenergie liefern, welche die Kosten der Kraftwerke optimiert. Die Steuerung der Erfindung bringt signifikante Vorteile in Bezug auf die Kosten von Kraftwerken, weil mit der Steuerung eine Optimierung automatisiert wird und diese in Echt zeit und auf der Grundlage der jüngsten Preisinformation durchgeführt wird. Wenn die Optimierung durchgeführt wird, aktualisiert das System die Leistungsdaten der Kraftwerke, die in seiner Datenbank enthalten sind, und paßt diese damit der Situation an, welche zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt vorherrscht. Zusätzlich kann die Steuerung unter Verwendung einer existierenden Einrichtung durchgeführt werden.

Im Folgenden wird die Erfindung im näheren Detail mit Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele und die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen

Figur 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Erfindung ist ;

Figur 2 ein Flußdiagramm des Ablaufes im Steuersystem der Erfindung ist; und

Figur 3 optimierte Energien zeigt, welche für ein Kraftwerk auf der Grundlage unterschiedlicher Lasten und Elektrizitätspreise berechnet wurden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Das erfindungsgemäße System wird mit den Diagrammen in den Figuren 1 und 2 veranschaulicht. Eine einfachste Form einer Anordnung, welche die Steuerung implementiert, umfaßt eine zentrale Einheit 1, welche mit einer oder mehreren Erzeugereinheiten, z.B. Kraftwerken 2, über eine bekannte Datenübertragungsverbindung verbunden ist. Die zentrale Einheit verwendet die Datenübertragungsverbindung, um Daten der Kennwerte der Kraftwerke und des Energieverbrauches an den Endverbraucherpunkten zu sammeln,

und überträgt umgekehrt Steuerbefehle an die Kraftwerke, um eine optimale Kontrolle davon bereitzustellen.

Die Steuerung gemäß der Erfindung umfaßt einen Schritt des Sammelns 3 von Meßdaten von den Kraftwerken an der zentralen Einheit. Die zentrale Einheit ist vor Ort bei dem Serviceanbieter angeordnet, z.B. oder im einfachsten Fall bei der Erzeugereinheit. Obwohl in der Regel eine Mehrzahl von Erzeugereinheiten mit einer einzigen zentralen Einheit verbunden ist, ist die Erfindung nicht auf die Verwendung in Verbindung mit einer Mehrzahl von Einheiten beschränkt, sondern kann auch in Verbindung mit einer einzigen Erzeugereinheit angewendet werden. Die Meßdaten, welche an die zentrale Einheit übertragen werden, umfassen die Energie, welche an der Erzeugereinheit erzeugt wird, die Brennstoffmenge, welche während des letzten Zeitschrittes verbraucht wurde, und die Anteile der elektrischen Energie und der Wärmeenergie in der erzeugten Energie.

Die Meßdaten, welche an die zentrale Einheit übertragen werden, werden verarbeitet 4, damit sie für den beabsichtigten Zweck geeignet sind, und eine Datenbank 6, welche in der zentralen Einheit angeordnet ist, wird auf der Grundlage der verbrauchten Energiemenge, der Energieanteile und Erzeugungseffizienz aktualisiert 5. Die Datenbank der zentralen Einheit enthält Lastgangmodelle, welche dort für jeden Endverbraucherpunkt einer mit der zentralen Einheit verbundenen Erzeugereinheit gespeichert sind, wodurch es möglich ist, den Energieverbrauch im nächsten Zeitschritt genau abzuschätzen. Gleichzeitig mit der Speicherung der vorgenannten Daten in der Datenbank der zentralen Einheit werden die Lastgangmodelle gegebenenfalls auf der Grundlage des aktuellen Verbrauchs aktualisiert 7.

Die zentrale Einheit verwendet sodann das Lastgangmodell als eine Basis für eine Berechnung 8 einer Prognose des

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Energiebedarfs für jeden Endverbraucherpunkt 2 für die nächste Zeitperiode, der mit der zentralen Einheit verbunden ist. Da ein Lastgangmodell Daten über den aktuellen Energieverbrauch während der vorausgehenden Zeitschritte enthält, ist diese Berechnung einfach. Kraftwerkspezifische Lastgangmodelle stellen den Energieverbrauch des fraglichen Endverbraucherpunktes dar. Wenn der aktuelle Verbrauch während des vorausgehenden Zeitschrittes erheblich von dem aktuellen Verbrauch in entsprechenden periodisch wiederkehrenden Zeitabschnitten des Lastgangmodells abweicht, kann der Energieverbrauch des nächsten Zeitschrittes verändert werden, falls dies gewünscht ist. Es wird jedoch angemerkt, daß sich das Lastgangmodell schrittweise selbst anpaßt, und das Modell ermöglicht eine zuverlässige Schätzung des Energieverbrauchs für den nächsten Zeitschritt.

Gemäß der Erfindung wird eine Preis information für die nächste Zeitperiode in die zentrale Einheit von Energiebörsen 10 oder dergleichen abgerufen 9. Eine Energiebörse bzw. -markt bestimmt den Marktpreis von Brennstoffen und elektrischer Energie für eine spezielle darauffolgende Zeitperiode. Beispielsweise legt eine Elektrizitätsbörse einen sog. Kassakurs (spot price) für Elektrizität fest, und Elektrizitatsversorger verpflichten sich, Elektrizität zu diesem Preis für eine darauffolgende Stunde zu verkaufen. Die Echtzeitpreise von Brennstoffen können ebenfalls anhand anderer ähnlicher Börsen überprüft werden, welche schnell auf Änderungen in den Märkten reagieren und aktuelle Brennstoffpreise angeben. Ein Beispiel für andere mögliche Energiebörsen ist eine Naturgasbörse. Zusätzlich werden die Übertragungskosten und die Kaufpreise von Elektrizität in der zentralen Einheit aktualisiert .

Wenn die Preisinformation, welche für die nächste Zeitperiode, wie etwa die nächste Stunde, benötigt wird, erstellt wurde, berechnet 11 die zentrale Einheit die opti-

malen Energien der damit verbundenen Erzeugereinheiten auf der Grundlage der Auslastungs- und Preisprognosen und überträgt 12 Steuerbefehle an die Meß- und Steuereinrichtung der Produktionseinheiten. Die optimale Energie wird für jede Erzeugereinheit berechnet, indem die Möglichkeit von unterschiedlichen Alternativen in Bezug auf die Kosten verglichen werden.

Das Maß an optimaler Energie hängt z.B. von dem Kaufpreis &iacgr;&ogr; der elektrischen Energie, deren Übertragungskosten, dem Marktpreis des Brennstoffes, welcher bei der Erzeugereinheit verwendet wird, und der Kapazität der Erzeugereinheit ab. Mit anderen Worten umfaßt eine Optimierung einen Vergleich der Kosten der lokalen Produktion mit einer konkurrierenden Alternative, welche typischerweise in elektrischer Energie, welche zu einem Marktpreis von einem Elektrizitatsversorger gekauft wird, deren Übertragung bei den aktuellen Gebühren, und thermischer Energie besteht, welche von einem Wärmeversorger gekauft wird.

Mit anderen Worten unterliegt die ökonomisch optimale Steuerung regelmäßigen Schwankungen aufgrund der Änderungen im Verbrauch und den Preisen. Ein ausgeprägter individueller Faktor, welcher als die Steuerung beeinflussend genannt werden kann, ist beispielsweise der Marktpreis von Brennstoff, wie etwa Naturgas, welcher bei einer Erzeugereinheit verwendet wird, wenn dessen Preis bis zu einem Ausmaß erschwinglich ist, bei welchem es profitabel ist, die Erzeugereinheit bei maximaler Energie oder auf einem Niveau in der Nähe vom Maximalwert laufen zu lassen, wobei der mit der Erzeugereinheit verbundene Endverbraucherpunkt diejenige elektrische Energie abnimmt, die er benötigt, und der Rest der erzeugten Elektrizität zu dem Marktpreis in das Netz für den Verbrauch durch andere Endverbraucher verkauft wird.

Ein anderes Extrem bei der Optimierung ist eine Situation, bei welcher der Preis der für den Kauf verfügbaren

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Elektrizität so niedrig ist, daß eine unabhängige Elektrizitätserzeugung ökonomisch nicht praktikabel ist. Selbst wenn keine Änderungen in dem Einkaufspreis von Elektrizität auftreten würden, hängt die optimale Steuerung von der benötigten Energiemenge und beispielsweise von dem Verhältnis der benötigten Elektrizität zur benötigten thermischen Energie ab.

Meistens schwankt die Situation zwischen den zwei Extremen, und daher bringt eine Optimierung, welche in Zeitschritten, beispielsweise in Intervallen von einer Stunde, durchgeführt wird, den besten ökonomischen Nutzen für die Erzeugereinheit. Figur 3 zeigt als Beispiel optimale Werte, welche bei unterschiedlichen Lasten und Elektrizitätspreisen berechnet wurden. Die Kurven zeigen den durch Optimierung erhaltenen Ertrag als FIM/Stunde als eine Funktion der Energie der Erzeugereinheit. Die Spitzenwerte der Kurven zeigen daher die wirtschaftlichste Betriebsenergie der Erzeugereinheit.

Es ist für den Fachmann offensichtlich, daß mit dem Fortschritt der Technologie die Grundidee der Erfindung in verschiedenen Weisen ausgeführt werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsbeispiele sind daher nicht auf die vorgenannten Beispiele beschränkt, jedoch können diese innerhalb des Schutzbereiches der Ansprüche variieren.

Claims

Zentrale Einheit zum Steuern von Kraftwerken in einer verteilten Anordnung, wobei jedes Kraftwerk eine Meß- und Steuereinheit, eine Erzeugereinheit und einen Endverbraucherpunkt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Einheit (1) zum Steuern der Kraftwerke (2) aufweist:
eine Datenbank (6) zum Speichern von Meßdaten, welche von den mit der zentralen Einheit (1) verbundenen (3) Kraftwerken und von aktualisierbaren kraftwerkspezifischen Lastgangmodellen gesammelt werden;
Prognosemittel (8) zum Bereitstellen kraftwerkspezifischer Prognosen für den Energiebedarf für die nächste Zeitperiode auf der Grundlage der Lastgangmodelle;
Abrufmittel (9) zum Abrufen von einer Preisinformation betreffend die nächste Zeitperiode aus Energiebörsen (10) oder dergleichen;
Mittel zum Berechnen (11) von optimalen Energieniveaus für die Erzeugereinheiten der Kraftwerke auf der Grundlage einer prognostizierten Auslastung und der erhaltenen Preisinformation; und
Mittel zum Übertragen (12) von Steuerbefehlen an die Erzeugereinheiten.