EP2188879A1 - Dezentrales energienetz und verfahren zur verteilung von energie in einem dezentralen energienetz - Google Patents

Dezentrales energienetz und verfahren zur verteilung von energie in einem dezentralen energienetz

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Publication number
EP2188879A1
EP2188879A1 EP08701372A EP08701372A EP2188879A1 EP 2188879 A1 EP2188879 A1 EP 2188879A1 EP 08701372 A EP08701372 A EP 08701372A EP 08701372 A EP08701372 A EP 08701372A EP 2188879 A1 EP2188879 A1 EP 2188879A1
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EP
European Patent Office
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energy
pea
agents
power
unit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08701372A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Clemens Hoffmann
Martin Greiner
Claus Kern
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP08701372A priority Critical patent/EP2188879A1/de
Publication of EP2188879A1 publication Critical patent/EP2188879A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/008—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks involving trading of energy or energy transmission rights
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00—Systems controlled by a computer
    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q40/00—Finance; Insurance; Tax strategies; Processing of corporate or income taxes
    • G06Q40/04—Trading; Exchange, e.g. stocks, commodities, derivatives or currency exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00002—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by monitoring
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    • Y04S50/10—Energy trading, including energy flowing from end-user application to grid

Definitions

  • the invention relates to a decentralized energy network for distributing electrical energy and to a method for distributing the electrical energy in such an energy network.
  • the number of these power generation units is continuously increasing, so that a paradigm shift in the power supply takes place in such a way that the energy of power generation units is atomically distributed without any intermediate circuit of a central energy supplier to energy consumers in the energy networks.
  • the object of the invention is therefore to provide a decentralized energy network, which meets the above requirements and distributes the energy of several energy and / or power generation units meaningful depending on energy needs and energy generatable.
  • the energy network comprises a plurality of energy consumption and / or energy generation units, to each of which at least one agent is assigned, wherein the agents are networked with each other so that each agent can communicate with other agents in the energy network.
  • any change in the power output or a trade act ahead thereby avoiding large balance errors.
  • the energy network is designed in such a way that the distribution of the electrical energy in the energy network is at least partially based on monetary transactions negotiated between the agents.
  • the method according to the invention thus achieves a suitable distribution of the energy based on market mechanisms of supply and demand for energy.
  • the monetary transactions represent in particular negotiated contracts between individual agents with whom the sale or
  • the energy generation or energy supply is thus self-organizing regulated by the fact that the agents include the functionality of negotiating monetary transactions.
  • the agents include the functionality of negotiating monetary transactions.
  • the power grid can also couple to other energy networks and draw energy from other energy networks or provide surplus energy to other energy networks.
  • each agent in the power network preferably has a transaction unit which automatically negotiates prices with other agents for providing and / or purchasing energy and concludes corresponding contracts.
  • An energy consumption and / or energy generation unit assigned to The agent preferably also includes an energy meter and / or power control unit for measuring and / or controlling the power consumed and provided by the respective power and / or power generation unit to thereby determine whether or how much energy is offered for sale in the power grid may or should be purchased by purchase.
  • Each agent preferably comprises one or more communication interfaces, in particular an external communication interface for communication with other agents and / or an internal communication interface for communication with the energy consumption and / or energy generation unit (s) to which the respective agent is assigned.
  • each agent in a preferred variant of the invention comprises one or more user interfaces for accessing and setting parameters of the respective agent.
  • a particularly simple check of the parameters of an agent is made possible by the fact that a respective agent automatically generates reports about his condition. These reports can then, for example, be viewed by a user via corresponding user interfaces.
  • the negotiation of the monetary transactions is regulated by a central unit.
  • It is an energy exchange unit, which is preferably configured to collect offers and requests from the agents for energy, and to mediate purchase and sale of energy between the agents based on the offers and requests.
  • a central exchange-type trading platform is created on which the energy in the energy gienetz is traded as a commodity.
  • a suitable distribution of the energy in the energy network is easily achieved by market mechanisms.
  • the energy exchange unit in a preferred embodiment is designed such that it calculates an energy price at which the greatest number of monetary transactions takes place between the agents , This price is called the market clearing price, the calculation of which is explained in more detail in the detailed description. Based on this energy price, the energy exchange unit then mediates the buying and selling of energy.
  • the energy exchange unit is preferably configured such that this unit can be accessed by the agents to view the transactions mediated by the energy exchange unit.
  • the energy exchange unit is configured such that it can contact energy exchange units of other energy networks in order to provide energy to or from the other energy networks Respectively.
  • a monitoring unit is furthermore provided in the energy network.
  • This unit monitors the execution of the monetary transactions and the provision based thereon and the consumption of energy based thereon by the energy consumption and / or energy production units.
  • the monitoring unit has the authorization to initiate countermeasures in the presence of predetermined criteria.
  • criteria are, in particular, recognized cases of abuse or emergency situations. For example, in the case of energy shortages, it has to be ensured that they are still available Distributed energy is first distributed to public entities, such as hospitals, before being provided to other industrial facilities.
  • the countermeasures that can be carried out by the monitoring unit include the reduction and / or increase of the energy provided and / or consumed by a respective energy and / or energy generation unit; in particular, the countermeasure can also be the complete shutdown of a respective energy or power generation unit include.
  • the countermeasure may also include the issuance of a corresponding command to reduce or increase the energy provided by a respective power and / or power generation unit.
  • the agents each have electronic seals to prevent manipulation of the agents, in which case the monitoring unit preferably has the authorization to check the electronic seals of the agents.
  • the monitoring unit has the authorization to accept indications of suspected abuse and to carry out and / or initiate investigations concerning suspected misuse.
  • a management unit for managing the energy consumption and / or energy generation units belonging to the energy network and their agents is also provided in the energy network.
  • the administrative unit is preferably configured such that it registers and / or logs off agents in the energy network. In this way, the administrative unit stores how many and which energy consumption or energy generating units are involved in the energy network.
  • the administrative unit is designed in such a way that it uses an interface, in particular a website, to obtain information about the energy network. provides and allows registration and / or logoff of agents.
  • an object of the management unit is the monitoring of the energy consumption and the energy production of the energy consumption and / or energy generation units, countermeasures being determined by the management unit when energy inconsistencies and / or imbalances occur in the energy distribution and corresponding instructions and / or suggestions to the Agents are issued by the administrative unit.
  • the countermeasures may include, in particular, decoupling the energy network from other energy networks and issuing instructions to the agents to increase power generation and / or reduce the energy consumption of the energy and / or energy generation units associated with the respective agents.
  • the management unit may also optionally comprise analysis means for analyzing the energy distribution in the energy network, wherein based on the analysis, for example, corresponding statistics for later evaluation can be generated.
  • the administrative unit can offer consulting services and / or services for requesting the technical further development of the energy network.
  • the advisory services may consist of accessing a web page where relevant information for advice to the energy network users can be obtained.
  • a service for requesting further technical development may be that programs are defined by the administrative unit which, for example via monetary rewards, cause the subscribers in the network to develop better algorithms (for example for rapid decoupling of the energy network) and to make them available to the administrative unit.
  • the administrative unit provides an interface to other energy networks This means that the administrative unit is designed in such a way that it can communicate with other energy networks, in particular with administrative units of other energy networks.
  • the invention further includes a method of distributing energy in such energy network, wherein the distribution of energy in the energy network is at least partially based on monetary transactions negotiated between the agents.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of an inventive energy network.
  • PEA private energy agents
  • the term PEA is generally also used as a synonym for the associated energy generation or energy consumption unit.
  • the CHP plants can generate energy eg based on the combustion of diesel or based on the combustion of hydrogen or hydrocarbons in fuel cells.
  • the energy consumption units are in particular private households, commercial consumers (such as office buildings, public baths and the like) as well as industrial consumers.
  • the power generation units may be combined units that consume both energy as well as (excess) generated energy in the network can provide.
  • the energy network shown in FIG. 1 distributes the generated or consumed energy as evenly as possible within the network, it also being possible for excess energy to be provided to other networks, or energy can be drawn from other networks in the event of energy shortages.
  • the boundary conditions of this self-organizing energy distribution consist in the fact that on the one hand the voltage and the frequency of the electrical energy supplied should be kept constant and on the other hand an operation of the network autonomously, i. independent of other energy networks, should be possible.
  • the PEAs are interlinked such that each PEA interlinks with another
  • PEA can communicate, i. can exchange appropriate information.
  • a central local energy exchange unit LEX is provided, which can be accessed by each PEA.
  • the communication of the PEAs with one another is hereby indicated with corresponding arrows Pl, whereas the communication of the individual PEAs with the energy exchange unit LEX is reproduced with corresponding arrows P2.
  • the communication of the PEAs among each other is not limited to neighboring PEAs, but each PEA can communicate with each PEA.
  • the distribution of the energy in the energy network of FIG. 1 is essentially market-based in that the individual PEAs provide each other or with the interposition of the local energy exchange unit LEX their required or excess energy as a commodity and based on monetary transactions carry out.
  • the local energy exchange unit LEX thus essentially represents a switching unit of supply and demand of the individual PEAs, which buy or sell energy for money.
  • EP Electricity Police
  • the administrative unit IA and the monitoring unit EP preferably represent public institutions that have been defined by the PEAs belonging to the energy network, in order to perform tasks which can not be optimally controlled by pure market regulation mechanisms, such as the monitoring of the legal authorization of one Trade Acts for the purchase or sale of energy or the decoupling of the illustrated in Fig. 1 energy network of other networks.
  • the PEAs either negotiate monetary transactions for the provision or purchase of energy either with each other or with the interposition of the energy exchange unit LEX.
  • the PEAs can be assigned to any energy generation or energy consumption units, with the PEAs, for example, being divided into three classes.
  • the first class concerns micro-PEAs, which are assigned to energy consumption and / or energy generation units with a consumption or generator power of 5 kW and less.
  • the second class concerns mini-PEAs, which are assigned to energy consumption and / or energy generation units with a consumption or generator power of 30 kW and less.
  • the third class includes industrial PEAs associated with energy and / or power generation units having a consumption or generator power of 30 kW and more.
  • the most important functions of a jewei- Poor PEAs can be divided into a total of seven functional classes, which are as follows:
  • Measurement functions - functions for controlling the flow of energy, user interface functions, internal communication, external communication, reporting functions, - financial functions.
  • the measuring functions may possibly be realized only a part of the functions in a PEA.
  • the time-resolved flow of the total energy and the flow of energy for specific loads and generators are monitored and stored.
  • statistical functions are implemented which calculate the average energy curve (load curve, energy production curve) for an "average day” or an "average week”.
  • the measurement functions provide power quality functions that monitor the quality of the provided frequency, voltage, and the like.
  • the functions of the PEA to control the flow of energy allow a user of the PEA to parameterize certain prescribed load curves to be met in the PEA.
  • the user may program certain reaction mechanisms that determine how the PEA should respond to significant deviations from a predetermined energy consumption behavior.
  • the PEA includes its own energy generators (eg wind generators, biomass generators and the like), the PEA controls the balance between internal and external energy production and energy consumption.
  • a PEA has different energy reduction or energy shutdown scenarios, which are carried out by the PEA when needed and which can be initiated by the administration unit IA or the monitoring unit EP from the outside, for example. Gegebe- if necessary, these scenarios can be programmed individually.
  • the user interface functions of a PEA are implemented, for example, by an internal web server, which enables the parameterization of the PEAs with the aid of a computer, in particular a commercially available PC.
  • the user interface functions also control access to the PEA from outside.
  • the parameterization of the PEA can be delegated to a service provider who offers the management of the PEAs as a service.
  • the user interface functions further include alarm mechanisms that may be programmed to inform a user of the PEA when significant deviations from a predetermined load behavior occur, such as resulting in very high energy costs due to a deviation from a given contract.
  • the alarm can be implemented acoustically, visually, by sending an SMS, email or in any other way.
  • a PEA communicates with internal generators and loads via a standardized interface through which it issues, for example, commands to turn on a generator.
  • the PEA can communicate with so-called "intelligent" loads to reduce its performance, for example, such an intelligent load can be a cooker that prevents a user from turning on another hob when a hot plate is already active can also be implemented in the form of an intelligent household, intelligent building management or in the form of small and medium-sized intelligent industrial installations.
  • a respective PEA communicates with the energy exchange unit LEX to conclude a corresponding contract to buy or sell energy.
  • the external Communication also take place directly between individual PEAs.
  • each PEA has a communication interface with the management unit IA described later, for example, to receive an instruction to reduce the load.
  • Each PEA also communicates with the monitoring unit EP described below. Furthermore, corresponding safety functions are realized via the function of the external communication.
  • a PEA According to the reporting functions, a PEA generates reports on the production and consumption of energy, reports on individual events, reports on financial statistics and reports containing proposals for the optimization of the PEA (eg recalibration of the load curve, flexible handling of contracts negotiation and like).
  • a respective PEA negotiates with other PEAs in order to purchase the energy they need or to sell an excess of energy.
  • the energy thus represents a commodity, this good is preferably traded on the energy exchange unit LEX.
  • Another function of the PEA is the autonomous realization of energy contracts through the exchange of energy LEX or directly with other PEAs.
  • a PEA preferably includes optimization algorithms to reduce the cost of purchasing energy and to maximize revenue from the sale of energy. Furthermore, further optimization mechanisms may be provided for when negotiating the contracts.
  • the financial functions also include an electronic seal which safeguards the data relevant to the monetary trade file so that a user can not manipulate it.
  • security features are implemented to protect the data on the PEAs and prevent their spying.
  • a PEA can be implemented analogously to a DSL router, wherein preferably an open-source operating system for operating the PEAs, for example Linux, is used.
  • an open-source operating system for operating the PEAs for example Linux
  • a standard user uses only the standard functionality of the router. Users with more experience can implement and dynamically customize additional functions based on the open source operating system.
  • the user interface functionality of the PEA should be sufficiently complex to provide reporting functionality, control functionality, and the like. That's why a big screen is mandatory. Because this is possible In particular, there should also be a possibility that the PEA can be connected to a standard PC. The PEA should therefore be implemented as a web server.
  • the functionalities of the energy exchange unit LEX are described below.
  • a basic idea that is based on the use of a LEX is that each act of trading is assigned an act of energy consumption or energy production.
  • the PEA is an agent acting on behalf of the corresponding consumer or generator to which the PEA is assigned.
  • a LEX should also be able to operate outside the market assigned to the local energy grid in order to buy or sell energy.
  • the main task of the LEX is to provide a platform for the local market of the individual PEAs of the power grid of Fig. 1.
  • the LEX is preferably implemented as a web server on which the PEAs can access via standardized protocols.
  • the key features of the LEX are as follows:
  • a standardized interface is provided. which the PEAs contact the LEX. You can query the current market clearing price and submit offers regarding the purchase and sale of energy and request the current status of trading records.
  • LEX calculates the price that leads to the largest number of monetary transactions to buy or sell energy, according to the offers and requests for energy. This market clearing price is determined as follows:
  • a number A 3 of PEAs would sell a total amount of electricity a : at a price p, or higher.
  • the total amount of energy that is eventually sold at a price p k is then as follows:
  • the market clearing price p M cp can be calculated, at which the largest number of transactions is carried out. Assuming a continuous presentation of the price, this market clearing price results if the following condition is met:
  • This market clearing price is carried out by the LEX and based on this price the monetary transactions between the individual PEAs are then mediated.
  • the LEX itself includes a broker function, i.
  • Each PEA can access the LEX directly without having to interpose another handler.
  • the LEX should thus have banking rights and be able to conclude the corresponding purchase contracts and manage the bank accounts of the PEAs.
  • a LEX may also be implemented as an interregional energy exchange unit to facilitate energy exchange between individual local power networks shown in FIG. For this purpose, it is optionally possible to provide an intermediate layer between the PEA and the LEX in the form of an energy handler.
  • a LEX may also, under certain circumstances, contact other or larger LEX, especially if a local Demand or a local surplus of energy.
  • the LEX can then offer the energy surplus of other LEXs or buy energy from other LEXs.
  • the LEX thus conveys contracts between distant contract partners.
  • the reporting functionality of the LEX mentioned above is particularly important as the PEAs operate very autonomously. This is because a user often desires a high degree of automation for a commodity such as electricity. Based on reporting functionality, a user can then check what amounts of energy were purchased by whom and what prices were paid for them.
  • the LEX can also have a security functionality. This security functionality should comply with the security requirements of the PEAs, as the LEX is a communication partner of the PEAs.
  • the seller sells energy that he has not put into the pool.
  • the consumer draws energy from the pool, for which he has not paid.
  • This institution is the monitoring unit EP shown in FIG.
  • This monitoring unit can be realized, for example, as a web server.
  • the basic functionalities of this unit are as follows:
  • Verification of the integrity of the electronic seal of a PEA - authorization to switch off or reduce the power of an energy producer or an energy consumer
  • the functionality of the supervision of the trade file ensures the legality of any trade act. This is done by reporting each trade act to the monitoring unit, the message being the amount of energy traded and the time of manufacture or consumption. summarizes.
  • the monitoring unit adds this trading act to an overall timetable. When the time of realization of the trade act is reached, the monitoring unit carries out measurements of both power generation and energy consumption to verify that the trading act was carried out correctly.
  • the functionality of performing measurements to track energy shortages serves to identify such energy bottlenecks that are not due to abuse.
  • Such energy bottlenecks can be caused, for example, by incorrect calibration of measuring devices, losses on the lines and the like.
  • Accurate measurements at various locations, in particular at energy plants for balancing the energy are the basis for the exact examination of the system and the detection of technical problems of all kinds.
  • the monitoring unit has the exclusive right to access the PEAs with or without appropriate court orders, depending on the situation.
  • the functionality of checking the electronic seal of a PEA allows the monitoring unit to access the PEA to verify the integrity of that seal.
  • the seal protects the data area of the PEA, which contains trade-relevant information.
  • the monitoring unit performs a variety of measurements, it can quickly identify problems in the provision or demand for electrical energy. To forestall damage, which larger public institutions, such as hospitals, public facilities and the like, the monitoring unit has the functionality of disabling or reducing the power of energy consumers. In doing so, the PEAs implement mechanisms for responding to such commands. Such a command can include time delays, it can be conditional and it can be prioritized.
  • the monitoring unit may also issue a command not tied to a condition.
  • This command includes, among other things, an increase in power or a differentiated increase or decrease in power or a shutdown of the power of individual consumers or energy producers. For example, TV shutdown can be forced because a heavy electrical appliance must remove a tree from train tracks.
  • the monitoring unit also serves to receive advertisements regarding suspected frauds.
  • the monitoring unit may also be entitled to investigate suspected cases of fraud in the energy network itself.
  • the investigations can be initiated, for example, by weaving robots.
  • the administrative unit can also serve only to initialize examinations, the examinations being carried out by human users themselves.
  • various safety aspects must be taken into account in order to implement the functionality of a police authority. These aspects include, but are not limited to, the demonstrable nature of fraudulent activity, that is, funds must be provided so that an agent on the network who has performed a particular action can not deny authorship of the action.
  • the functionalities of the management unit IA shown in FIG. 1 will be explained below. According to the energy network illustrated in Fig.
  • the PEAs involved form a kind of "island" which is managed by the management unit IA
  • the significance of such an island is that in case of problems originating in distant places of the island Island, the "inhabitants of the island” (which are the PEAs) have the opportunity to decouple themselves from the "rest of the world” and to solve their energy problems themselves Such a remote cause can be, for example, turning off one power line in another
  • the possibility of decoupling implies that the capacity of energy production and energy demand on the island are balanced, the principle of the island being "self-contained", ie islands of every possible power class down to a single household can be realized. If every household, or at least a major part of a household, owns a form of energy production (such as a photovoltaic roof), the island's operation is possible on that very small scale, at least for a certain period of time.
  • the administrative unit IA represents a unit which assumes administrative tasks for each island from PEAs and implements the required administrative structures.
  • such an administrative unit comprises the following functions:
  • a new consumer can register at an administrative unit. If necessary, several administrative units may be active in a given geographical area.
  • the advantage of registering at an administrative unit is that, in the event of a remote power failure, the individual, registered unit is embedded in a wider context, so that the operation of the unit after such an event is appropriately ensured. Competition between individual administrative units is, of course, welcome, and thus there is also the possibility for the PEAs to log off at an administrative unit.
  • the administrative unit informs about the number and capacities of energy consumers or energy producers that belong to an island.
  • the website also provides access to the registration process.
  • information about the rules given for the island is given, for example which actions are performed if an island decouples, how the administrative unit deals with market-based energy distribution and the like.
  • the process of decoupling the island is initialized by the management unit, in particular, when there is a distant power failure affecting the power supply of the PEAs of the island.
  • the administrative unit has the right to specify energy controls for the energy producers and energy consumers.
  • the administrative unit includes a database in which information relating to the flexibility of the different energy producers and energy consumers. This information can be collected early on automatically through communication between the IA administrative unit and the PEAs. If, for example, the external power supply reaches a level of 30% and then suddenly fails completely, the administrative unit instructs the energy consumers to immediately reduce their energy consumption accordingly. Then, the management unit determines the power generation capacities within the island and instructs the power generators to take the necessary generation of power accordingly. In principle, such a failure of an external energy supply could also be controlled via the market. However, there is a risk that industrial plants will compete with hospitals for the purchase of energy. Therefore, it makes sense to balance the mechanisms of the free market, which is achieved through the administrative unit, which operates according to generally accepted action plans in case of emergency situations.
  • the administrative unit pursues uneven energy distributions, for example with the assistance of the monitoring unit EP, which identifies their causes. The administrative unit then proposes appropriate measures to remedy the problem. The administrative unit also provides advisory services to the individual PEAs regarding energy related products, energy saving opportunities and the like.
  • the management unit further performs analyzes based on the data obtained during operation of the power grid. be measured. From this statistics are generated, which make it possible to define appropriate measures to improve the energy supply situation of the whole network or individual energy producers and energy consumers.
  • the administrative unit may also support the technical development of the energy network by establishing appropriate programs. Of course, this can only be done based on the free market mechanism.
  • the focus of the technical development is on features which only concern the administrative unit, for example the development of better algorithms in order to carry out the rapid decoupling of the energy network.
  • the management unit also enables communication with other power networks, whereby corresponding mechanisms of cooperation with other networks can be implemented.
  • the security requirements for the administrative unit IA are similar to the security requirements for the monitoring unit EP, since the administrative unit, like the monitoring unit, is a public authority and has certain rights of execution. Thus, dangerous actions that may be performed by the management unit must be prevented, such as the management unit mistakenly disconnecting an industrial facility from the power grid. The management unit may also be the target of attacks by hackers. Therefore, access control in the administrative unit is an important security requirement.

Abstract

Um die Robustheit dezentraler Energienetze und eine geeignete Verteilung der Energie in solchen Netzen auf eine Vielzahl von Energieverbrauchseinheiten sicherzustellen, umfasst das erfindungsgemässe Energienetz entsprechende Agenten, wobei zumindest ein Agent jeder Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheit in dem dezentralen Energienetz zugeordnet ist. Die Agenten sind dabei derart untereinander vernetzt, dass jeder Agent mit anderen Agenten im Energienetz kommunizieren kann. Erfindungsgemäss setzt jeder Wechsel der Leistungsabgabe oder Leistungsaufnahme einen Handelsakt voraus, wodurch grosse Balancefehler vermieden, werden. Um diese Kopplung zwischen elektrischem und monetärem Akt praktikabel zu machen, können zwischen Erzeugern und Verbrauchern Stromabnahmeverträge verschiedenster Art geschlossen werden. Das Energienetz ist dabei derart ausgestaltet, dass die Verteilung der Energie im Netz zumindest teilweise basierend auf zwischen den Agenten ausgehandelten monetären Transaktionen erfolgt.

Description

Beschreibung
Dezentrales Energienetz und Verfahren zur Verteilung von Energie in einem dezentralen Energienetz
Die Erfindung betrifft ein dezentrales Energienetz zur Verteilung von elektrischer Energie und ein Verfahren zur Verteilung der elektrischen Energie in einem solchen Energienetz .
Die Erzeugung von Energie in elektrischen Energienetzen beruht heutzutage zunehmend auf einer Vielzahl von dezentralen Energieerzeugungseinheiten in der Form von Generatoranlagen kleiner und mittlerer Große, wie z.B. Photovoltaik-Anlagen, Windturbinen und andere dezentrale und erneuerbare Energieerzeugungsanlagen. Die Anzahl dieser Energieerzeugungseinheiten nimmt kontinuierlich zu, so dass ein Paradigmen-Wechsel in der Energieversorgung dahingehend stattfindet, dass die Energie von Energieerzeugungseinheiten atomistisch ohne Zwischen- Schaltung eines zentralen Energieversorgers auf Energieverbraucher in den Energienetzen verteilt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein dezentrales Energienetz zu schaffen, welches den obigen Anforderungen gerecht wird und die Energie von mehreren Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten sinnvoll in Abhängigkeit von Energiebedarf und generierbarer Energie verteilt.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche ge- lost. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhangigen Ansprüchen definiert.
Das erfindungsgemaße Energienetz umfasst eine Mehrzahl von Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten, wel- chen jeweils zumindest ein Agent zugeordnet ist, wobei die Agenten derart miteinander vernetzt sind, dass jeder Agent mit anderen Agenten im Energienetz kommunizieren kann. Erfin- dungsgemaß setzt jeder Wechsel der Leistungsabgabe oder Leis- tungsaufnähme einen Handelsakt voraus, wodurch große Balancefehler vermieden werden. Um diese Kopplung zwischen elektrischem und monetärem Akt praktikabel zu machen, können zwischen Erzeugern und Verbrauchern Stromabnahmevertrage ver- schiedenster Art geschlossen werden. Das Energienetz ist dabei derart ausgestaltet, dass die Verteilung der elektrischen Energie im Energienetz zumindest teilweise basierend auf zwischen den Agenten ausgehandelten monetären Transaktionen erfolgt.
Mit dem erfindungsgemaßen Verfahren wird somit eine geeignete Verteilung der Energie basierend auf Marktmechanismen von Angebot und Nachfrage an Energie erreicht. Die monetären Transaktionen stellen hierbei insbesondere ausgehandelte Vertrage zwischen einzelnen Agenten dar, mit denen der Verkauf bzw.
Kauf von bestimmten Mengen an Energie festgelegt wird. Diese Vertrage beinhalten somit auch den Preis, zu dem die Energie von einem Agenten verkauft und vom anderen Agenten gekauft wird.
Gemäß der Erfindung wird somit die Energieerzeugung bzw. E- nergiebereitstellung selbstorganisierend dadurch geregelt, dass die Agenten die Funktionalitat des Aushandelns von monetären Transaktionen beinhalten. Hierdurch wird auf einfache Weise eine dezentral geregelte, selbstorganisierende Verteilung der Energie im Netz erreicht.
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform kann sich das Energienetz auch an andere Energienetze koppeln und Energie von anderen Energienetzen beziehen bzw. überschüssige Energie an andere Energienetze bereitstellen.
Zur Durchfuhrung der obigen monetären Transaktionen weist jeder Agent im Energienetz vorzugsweise eine Transaktionsein- heit auf, welche automatisch Preise mit anderen Agenten für das Bereitstellen und/oder den Bezug von Energie aushandelt und entsprechende Vertrage abschließt. Ein einer jeweiligen Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheit zugeord- neter Agent umfasst vorzugsweise auch eine Energiemess- und/oder Energiesteuereinheit zum Messen und/oder Steuern der von der jeweiligen Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheit verbrauchten und bereitgestellten Energie, um hierdurch zu bestimmen, ob bzw. wie viel Energie im Energienetz zum Verkauf angeboten werden kann bzw. durch Kauf erworben werden sollte.
Jeder Agent umfasst vorzugsweise eine oder mehrere Kommunika- tionsschnittstellen, insbesondere eine externe Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit anderen Agenten und/oder eine interne Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit der oder den Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten, denen der jeweilige Agent zugeordnet ist.
Um einen einfachen Zugriff eines Benutzers auf die Einstellungen des Agenten zu ermöglichen, umfasst jeder Agent in einer bevorzugten Variante der Erfindung eine oder mehrere Be- nutzerschnittstellen zum Zugriff und zur Einstellung von Parametern des jeweiligen Agenten.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine besonders einfache Überprüfung der Parameter eines Agenten da- durch ermöglicht, dass ein jeweiliger Agent automatisch Berichte über seinen Zustand generiert. Diese Berichte können dann beispielsweise über entsprechende Benutzerschnittstellen von einem Benutzer eingesehen werden.
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird das Aushandeln der monetären Transaktionen durch eine zentrale Einheit geregelt. Es handelt sich hierbei um eine Energie-Austausch-Einheit, welche vorzugsweise derart ausgestaltet ist, dass sie Angebote und Anfragen der Agenten für Energie sammelt und basierend auf den Angeboten und Anfragen Kaufe und Verkaufe von Energie zwischen den Agenten vermittelt. Auf diese Weise wird eine zentrale Handelsplattform nach Art einer Börse geschaffen, auf der die Energie im Ener- gienetz als Handelsgut gehandelt wird. Somit wird auf einfache Weise durch Marktmechanismen eine geeignete Verteilung der Energie in dem Energienetz erreicht.
Um in dem Energienetz eine möglichst große Anzahl an Transaktionen zu einem bestimmten Zeitpunkt durchzufuhren, ist die Energie-Austausch-Einheit in einer bevorzugten Ausfuhrungsform derart ausgestaltet, dass sie einen Energiepreis berechnet, zu dem die größte Anzahl an monetären Transaktionen zwi- sehen den Agenten stattfindet. Dieser Preis wird als Markt- Clearing-Preis bezeichnet, wobei dessen Berechnung in der detaillierten Beschreibung naher erläutert ist. Basierend auf diesem Energiepreis vermittelt die Energie-Austausch-Einheit dann die Kaufe und Verkaufe von Energie.
Ferner ist die Energie-Austausch-Einheit vorzugsweise derart ausgestaltet, dass auf diese Einheit durch die Agenten zugegriffen werden kann, um die durch die Energie-Austausch- Einheit vermittelten Transaktionen einzusehen. Um gegebenen- falls auch Transaktionen außerhalb des Netzes durchzufuhren, ist die Energie-Austausch-Einheit in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung derart ausgestaltet, dass sie Energie- Austausch-Einheiten von anderen Energienetzen kontaktieren kann, um Energie den anderen Energienetzen bereitzustellen oder von diesen zu beziehen.
Um Missbrauche bei der Durchfuhrung der energetischen und monetären Transaktionen zu vermeiden, ist in einer bevorzugten Variante der Erfindung ferner eine Uberwachungseinheit in dem Energienetz vorgesehen. Diese Einheit überwacht die Durchfuhrung der monetären Transaktionen und die darauf basierende Bereitstellung und den darauf basierenden Verbrauch von Energie durch die Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten. Die Uberwachungseinheit hat hierbei die Berechti- gung, bei Vorliegen vorbestimmter Kriterien Gegenmaßnahmen einzuleiten. Solche Kriterien sind insbesondere erkannte Missbrauchsfalle oder Notfallsituationen. Beispielsweise muss bei Energieknappheit sichergestellt werden, dass die noch zur Verfugung stehende Energie zunächst an öffentliche Einheiten, wie z.B. Krankenhauser, verteilt wird, bevor sie anderen industriellen Anlagen bereitgestellt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform umfassen die von der Uberwachungseinheit durchfuhrbaren Gegenmaßnahmen die Verminderung und/oder Erhöhung der durch eine jeweilige Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheit bereitgestellten und/oder verbrauchten Energie, insbesondere kann die Gegenmaßnahme auch die komplette Abschaltung einer jeweiligen Energieverbrauchs- bzw. Energieerzeugungseinheit umfassen. Die Gegenmaßnahme kann auch die Ausgabe eines entsprechenden Befehls zur Verminderung bzw. Erhöhung der durch eine jeweilige Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheit be- reitgestellten bzw. verbrauchten Energie umfassen.
In einer weiteren, bevorzugten Ausfuhrungsform weisen die A- genten jeweils elektronische Siegel zur Vermeidung von Manipulationen der Agenten auf, wobei die Uberwachungseinheit in diesem Fall vorzugsweise die Berechtigung hat, die elektronischen Siegel der Agenten zu überprüfen. Darüber hinaus hat in einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung die Uberwachungseinheit die Berechtigung, Anzeigen von vermuteten Missbrauchen entgegenzunehmen und Untersuchungen betreffend ver- mutete Missbrauche durchzufuhren und/oder einzuleiten.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Energienetz ferner eine Verwaltungseinheit zur Verwaltung der zu dem Energienetz gehörenden Ener- gieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten und deren Agenten vorgesehen. Die Verwaltungseinheit ist dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie Agenten im Energienetz registriert und/oder abmeldet. Auf diese Weise ist in der Verwaltungseinheit hinterlegt, wie viele und welche Energie- Verbrauchs- bzw. Energieerzeugungseinheiten an dem Energienetz beteiligt sind. Insbesondere ist die Verwaltungseinheit derart ausgestaltet, dass sie über eine Schnittstelle, insbesondere eine Webseite, Informationen über das Energienetz be- reitstellt und die Registrierung und/oder das Abmelden von Agenten ermöglicht.
Vorzugsweise ist eine Aufgabe der Verwaltungseinheit die U- berwachung des Energieverbrauchs und der Energieerzeugung der Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten, wobei beim Auftreten von Energieengpassen und/oder Ungleichgewichten in der Energieverteilung Gegenmaßnahmen durch die Verwaltungseinheit bestimmt werden und entsprechende Anweisungen und/oder Vorschlage an die Agenten durch die Verwaltungseinheit ausgegeben werden. Die Gegenmaßnahmen können insbesondere eine Entkopplung des Energienetzes von anderen Energienetzen und die Ausgabe von Anweisungen an die Agenten zur Erhöhung der Energieerzeugung und/oder Verminderung des Energie- Verbrauchs der zu den jeweiligen Agenten gehörigen Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten umfassen. Die Verwaltungseinheit kann ferner gegebenenfalls Analysemittel zur Analyse der Energieverteilung in dem Energienetz umfassen, wobei basierend auf der Analyse beispielsweise entspre- chende Statistiken zur spateren Auswertung generiert werden können .
In einer weiteren Ausgestaltung können durch die Verwaltungseinheit Beratungsdienste und/oder Dienste zur Forderung der technischen Weiterentwicklung des Energienetzes angeboten werden. Die Beratungsdienste können beispielsweise darin bestehen, dass auf eine Webseite zugegriffen werden kann, auf der entsprechende Informationen zur Beratung der Energienetzteilnehmer abgerufen werden können. Ein Dienst zur Forderung der technischen Weiterentwicklung kann darin bestehen, dass über die Verwaltungseinheit Programme definiert werden, welche beispielsweise über monetäre Belohnungen die Teilnehmer im Netz dazu veranlassen, bessere Algorithmen (beispielsweise für ein schnelle Entkoppeln des Energienetzes) zu entwickeln und der Verwaltungseinheit bereitzustellen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung stellt die Verwaltungseinheit eine Schnittstelle zu anderen Energienetzen her, d.h. die Verwaltungseinheit ist derart ausgestaltet, dass sie mit anderen Energienetzen, insbesondere mit Verwaltungseinheiten von anderen Energienetzen, kommunizieren kann.
Neben dem oben beschriebenen dezentralen Energienetz umfasst die Erfindung ferner ein Verfahren zur Verteilung von Energie in einem solchen Energienetz, wobei die Verteilung der Energie im Energienetz zumindest teilweise basierend auf zwischen den Agenten ausgehandelten monetären Transaktionen erfolgt.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefugten Figur detailliert beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausfuhrungsform eines erfindungsgemaßen Energienetzes.
Nachfolgend wird eine Ausfuhrungsform eines Energienetzes be- schrieben, welches basierend auf den Prinzipien der Selbstorganisation und Dezentralisierung Energie verteilt. Hierzu umfasst das Energienetz eine Mehrzahl von einzelnen Agenten PEAs (PEA = Private Energy Agent), welche jeweils einer Ener- gieerzeugungs- und/oder Energieverbrauchseinheit in dem Netz zugeordnet sind. Im Folgenden wird der Begriff des PEAs in der Regel auch als Synonym für die dazugehörige Energieerzeu- gungs- bzw. Energieverbrauchseinheit verwendet. Die Energieerzeugungseinheiten sind dabei beispielsweise Photovoltaik- Anlagen, Windturbinen, Sterling-Motoren sowie sog. CHP- Anlagen (CHP = Combined Heat and Power) . Die CHP-Anlagen können Energie z.B. basierend auf der Verbrennung von Diesel bzw. basierend auf der Verbrennung von Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffen in Brennstoffzellen generieren. Die Energieverbrauchseinheiten sind insbesondere private Haushalte, ge- werbliche Verbraucher (wie Bürogebäude, öffentliche Bader und dergleichen) sowie industrielle Verbraucher. Gegebenenfalls können die Energieverbrauchs- bzw. Energieerzeugungseinheiten kombinierte Einheiten sein, welche sowohl Energie verbrauchen als auch (überschüssige) erzeugte Energie in dem Netz bereitstellen können.
Das in Fig. 1 gezeigte Energienetz verteilt die erzeugte bzw. verbrauchte Energie möglichst gleichmaßig innerhalb des Netzes, wobei gegebenenfalls überschüssige Energie auch anderen Netzen bereitgestellt werden kann bzw. bei Energieengpassen auch Energie aus anderen Netzen bezogen werden kann. Die Randbedingungen dieser selbstorganisierenden Energievertei- lung bestehen hierbei darin, dass zum einen die Spannung und die Frequenz der bereitgestellten elektrischen Energie konstant gehalten werden soll und zum anderen ein Betrieb des Netzes autonom, d.h. unabhängig von anderen Energienetzen, möglich sein soll. Um dies zu erreichen, sind die PEAs unter- einander derart vernetzt, dass jeder PEA mit einem anderen
PEA kommunizieren kann, d.h. entsprechende Informationen austauschen kann. Darüber hinaus ist ferner eine zentrale lokale Energie-Austausch-Einheit LEX vorgesehen, auf welche jeder PEA zugreifen kann. Die Kommunikation der PEAs untereinander ist hierbei mit entsprechenden Pfeilen Pl angedeutet, wohingegen die Kommunikation der einzelnen PEAs mit der Energie- Austausch-Einheit LEX mit entsprechenden Pfeilen P2 wiedergegeben ist. Die Kommunikation der PEAs untereinander ist dabei nicht auf benachbarte PEAs beschrankt, sondern jeder PEA kann mit jedem PEA kommunizieren.
Die Verteilung der Energie in dem Energienetz der Fig. 1 erfolgt im Wesentlichen marktbasiert dadurch, dass die einzelnen PEAs untereinander bzw. unter Zwischenschaltung der loka- len Energie-Austausch-Einheit LEX ihre benotigte bzw. überschüssige Energie als Handelsgut bereitstellen und basierend darauf monetäre Transaktionen durchfuhren. Die lokale Energie-Austausch-Einheit LEX stellt somit im Wesentlichen eine Vermittlungseinheit von Angebot und Nachfrage der einzelnen PEAs dar, welche Energie für Geld kaufen bzw. verkaufen. Da eine reine marktgesteuerte Verteilung der Energie in Notfallen bzw. bei Missbrauch durch die PEAs unter Umstanden zu einem starken Ungleichgewicht der Energieverteilung fuhren kann, sind in der Ausfuhrungsform der Fig. 1 ferner eine Administrationseinheit IA (IA = Island Administration) und eine Uberwachungseinheit EP (EP = Electricity Police) vorgesehen, durch welche bei Notfallen bzw. bei Missbrauch Steuerungsme- chanismen zur Energieverteilung bereitgestellt werden, welche in die rein marktbasierte Verteilung der Energie eingreifen. Die Verwaltungseinheit IA und die Uberwachungseinheit EP stellen dabei vorzugsweise öffentliche Institutionen dar, welche durch die zu dem Energienetz gehörenden PEAs festge- legt wurden, um Aufgaben zu erfüllen, welche nicht optimal durch reine Marktregulierungsmechanismen gesteuert werden können, wie z.B. die Überwachung der rechtlichen Zulassigkeit eines Handelsakts zum Kauf bzw. Verkauf von Energie oder die Entkoppelung des in Fig. 1 dargestellten Energienetzes von anderen Netzen.
Im Folgenden werden die Aufgaben und die Funktionen der einzelnen Komponenten des Netzes der Fig. 1, d.h. der Agenten PEAs, der Energie-Austausch-Einheit LEX, der Verwaltungsein- heit IA und der Uberwachungseinheit EP, detailliert beschrieben.
Wie bereits erwähnt, handeln die PEAs entweder untereinander oder unter Zwischenschaltung der Energie-Austausch-Einheit LEX monetäre Transaktionen zur Bereitstellung bzw. Bezug von Energie aus. Die PEAs können dabei beliebigen Energieerzeu- gungs- bzw. Energieverbrauchseinheiten zugeordnet sein, wobei die PEAs z.B. in drei Klassen eingeteilt werden. Die erste Klasse betrifft Mikro-PEAs, welche Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten mit einer Verbrauchs- o- der Generatorleistung von 5 kW und weniger zugeordnet sind. Die zweite Klasse betrifft Mini-PEAs, welche Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten mit einer Verbrauchs- oder Generatorleistung von 30 kW und weniger zu- geordnet sind. Die dritte Klasse umfasst industrielle PEAs, welche Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten mit einer Verbrauchs- oder Generatorleistung von 30 kW und mehr zugeordnet sind. Die wichtigsten Funktionen eines jewei- ligen PEAs können in insgesamt sieben Funktionsklassen eingeteilt werden, welche wie folgt lauten:
Messfunktionen, - Funktionen zur Steuerung des Energieflusses, Benutzerschnittstellen-Funktionen, interne Kommunikation, externe Kommunikation, Berichtsfunktionen, - finanzielle Funktionen.
Es kann dabei gegebenenfalls nur ein Teil der Funktionen in einem PEA realisiert sein. Gemäß den Messfunktionen wird der zeitlich aufgelöste Fluss der Gesamtenergie und der Fluss der Energie für spezifische Lasten und Generatoren überwacht und gespeichert. Ferner werden statistische Funktionen implementiert, welche die durchschnittliche Energiekurve (Lastkurve, Energieerzeugungskurve) für einen „Durchschnittstag" bzw. eine „Durchschnittswoche" berechnen. Darüber hinaus werden durch die Messfunktionen Energiequalitatsfunktionen bereitgestellt, welche die Qualität der bereitgestellten Frequenz, Spannung, und dergleichen überwachen.
Die Funktionen des PEAs zur Steuerung des Energieflusses er- möglichen, dass ein Benutzer des PEAs bestimmte vorgeschriebene Lastkurven, welche in dem PEA erfüllt sein sollen, para- metrisieren kann. Darüber hinaus kann der Benutzer bestimmte Reaktionsmechanismen programmieren, welche festlegen, wie der PEA auf signifikante Abweichungen von einem vorbestimmten E- nergieverbrauchsverhalten reagieren soll. Falls der PEA eigene Energiegeneratoren (beispielsweise Windgeneratoren, Biomasse-Generatoren und dergleichen) umfasst, steuert der PEA die Balance zwischen interner und externer Energieerzeugung und Energieverbrauch. Darüber hinaus besitzt ein PEA unter- schiedliche Energiereduktions- bzw. Energieabschaltszenarien, welche durch den PEA bei Bedarf durchgeführt werden und welche z.B. von der Administrationseinheit IA oder der Uberwa- chungseinheit EP von außen angestoßen werden können. Gegebe- nenfalls können diese Szenarien individuell programmiert sein .
Die Benutzerschnittstellen-Funktionen eines PEAs werden bei- spielsweise durch einen internen Webserver implementiert, der die Parametrisierung des PEAs mit Hilfe eines Computers, insbesondere eines handelsüblichen PCs, ermöglicht. Mit Hilfe der Benutzerschnittstellen-Funktionen wird ferner der Zugriff auf den PEA von außerhalb gesteuert. Insbesondere kann die Parametrisierung des PEAs an einen Serviceprovider delegiert werden, der die Verwaltung des PEAs als Dienst anbietet. Die Benutzerschnittstellen-Funktionen beinhalten ferner Alarmmechanismen, welche programmiert werden können, um einen Benutzer des PEAs darüber zu informieren, wenn signifikante Abwei- chungen von einem vorbestimmten Lastverhalten auftreten, welche beispielsweise zu sehr hohen Energiekosten aufgrund einer Abweichung von einem vorgegebenen Vertrag fuhren. Der Alarm kann akustisch, optisch, durch das Versenden einer SMS, Email oder auf beliebige andere Weise implementiert werden.
Basierend auf der Funktion der internen Kommunikation kommuniziert ein PEA mit internen Generatoren und Lasten über eine standardisierte Schnittstelle, über die er beispielsweise Befehle zum Anschalten eines Generators ausgibt. Darüber hinaus kann der PEA mit sog. „intelligenten" Lasten kommunizieren, um seine Leistung zu reduzieren. Beispielsweise kann eine solche intelligente Last ein Herd sein, der verhindert, dass ein Benutzer eine weitere Herdplatte einschaltet, wenn bereits eine Herdplatte aktiv ist. Intelligente Lasten können auch in der Form eines intelligenten Haushaltes, eines intelligenten Gebaudemanagements oder in der Form von intelligenten industriellen Anlagen kleiner und mittlerer Große realisiert werden.
Basierend auf der Funktion der externen Kommunikation kommuniziert ein jeweiliger PEA mit der Energie-Austausch-Einheit LEX, um einen entsprechenden Vertrag zum Kauf bzw. Verkauf von Energie zu schließen. Darüber hinaus kann die externe Kommunikation auch direkt zwischen einzelnen PEAs stattfinden. Ferner weist jeder PEA eine Kommunikationsschnittstelle zu der weiter unten beschriebenen Verwaltungseinheit IA auf, um beispielsweise eine Anweisung zur Reduzierung der Last zu empfangen. Jeder PEA kommuniziert auch mit der weiter unten noch naher beschriebenen Uberwachungseinheit EP. Ferner werden über die Funktion der externen Kommunikation entsprechende Sicherheitsfunktionen realisiert.
Gemäß den Berichtsfunktionen erzeugt ein PEA Berichte über die Erzeugung und den Verbrauch von Energie, Berichte über einzelne Ereignisse, Berichte über finanzielle Statistiken und Berichte, welche Vorschlage zur Optimierung des PEAs enthalten (z.B. Rekalibrierung der Lastkurve, flexible Handha- bung des Aushandelns von Vertragen und dergleichen) .
Gemäß den finanziellen Funktionen verhandelt ein jeweiliger PEA mit anderen PEAs, um entsprechend benotigte Energie zu kaufen bzw. einen Uberschuss an Energie zu verkaufen. Die E- nergie stellt somit ein Handelsgut dar, wobei dieses Gut vorzugsweise über die Energie-Austausch-Einheit LEX gehandelt wird. Eine weitere Funktion des PEAs ist die autonome Realisation von Energievertragen unter Vermittlung der Energie- Austausch-Einheit LEX oder direkt mit anderen PEAs. Darüber hinaus umfasst ein PEA vorzugsweise Optimierungsalgorithmen, um die Kosten für den Einkauf von Energie zu reduzieren und die Einnahmen beim Verkauf von Energie zu maximieren. Ferner sind gegebenenfalls weitere Optimierungsmechanismen beim Aushandeln der Vertrage vorgesehen. Die finanziellen Funktionen beinhalten ferner ein elektronisches Siegel, welche die für die monetären Handelsakte relevanten Daten sichern, so dass ein Benutzer sie nicht manipulieren kann. Darüber hinaus sind Sicherheitsfunktionen implementiert, um die Daten auf den PEAs zu schützen und deren Ausspähen zu verhindern.
Wie oben erwähnt, soll durch einen PEA insbesondere die autonome Realisation von Energievertragen erreicht werden. Das bedeutet, dass ein PEA in den meisten Fallen autonom handeln sollte. Unter bestimmten allgemeinen Regeln, die durch den Benutzer des PEAs vorgegeben sind, soll er in der Lage sein, Standardsituationen zum Aushandeln von monetären Transaktionen betreffend den Kauf und Verkauf von Energie durchzufuh- ren.
Falls solche Standardsituationen unter bestimmten Bedingungen von vorgegebenen Profilen abweichen, wird der Benutzer darüber informiert und kann manuell einschreiten. Um neben den elementaren Funktionalitaten eines PEAs zu einem spateren Zeitpunkt auch noch weitere intelligente Funktionalitaten hinzuzufügen, sollte eine generische Plattform zur Implementierung des PEAs verwendet werden.
Ein PEA kann analog zu einem DSL-Router realisiert werden, wobei vorzugsweise ein Open-Source-Betriebssystem zum Betrieb des PEAs, beispielsweise Linux, verwendet wird. Ein Standard- Benutzer verwendet dabei nur die Standard-Funktionalitaten des Routers. Benutzer mit mehr Erfahrung können basierend auf dem Open-Source-Betriebssystem weitere Funktionen implementieren und dynamisch anpassen.
Zur Realisation eines Energienetzes gemäß der Fig. 1 ist es notwendig, dass die Betreiber/Benutzer einzelner Energie- Verbrauchs- bzw. Energieerzeugungseinheiten bereit sind, einen entsprechenden PEA zu erwerben. Dies wird insbesondere dann erreicht, wenn die Energieerzeuger die Energieverbraucher zur Verwendung eines PEAs dadurch veranlassen, dass sie verbilligte Energietarife bereitstellen, wenn ein PEA von ei- nem Verbraucher eingesetzt wird. Der Preis für die Anschaffung eines PEAs sollte dabei zu den jahrlichen Energieverbrauchskosten in einem Verhältnis von 1:1 bis zu 2:1 stehen.
Die Benutzerschnittstellen-Funktionalitat des PEAs sollte ausreichend komplex sein, um Berichtsfunktionalitaten, Steue- rungsfunktionalitaten und dergleichen zu gewahrleisten. Deshalb ist ein großer Bildschirm obligatorisch. Da dies mogli- cherweise zu einem nicht mehr akzeptablen Preis für den PEA fuhrt, sollte insbesondere auch die Möglichkeit bestehen, dass der PEA mit einem handelsüblichen PC verbunden werden kann. Der PEA sollte deshalb als Webserver implementiert sein.
Nachfolgend werden die Funktionalitaten der Energie- Austausch-Einheit LEX beschrieben. Eine grundlegende Idee, auf der die Verwendung einer LEX beruht, besteht darin, dass jedem Handelsakt ein Akt des Energieverbrauchs bzw. der Energieerzeugung zugeordnet ist. Der PEA ist dabei ein Agent, der im Namen des entsprechenden Verbrauchers bzw. Generators handelt, dem der PEA zugeordnet ist. Neben lokalen Funktionen betreffend das Messen und das Steuern der lokalen Nachfrage und des lokalen Angebots an Energie sollte eine LEX auch außerhalb des, dem lokalen Energienetz zugeordneten Marktes a- gieren können, um Energie zu kaufen bzw. zu verkaufen. Die Hauptaufgabe der LEX besteht jedoch in dem Bereitstellen einer Plattform für den lokalen Markt der einzelnen PEAs des Energienetzes der Fig. 1. Die LEX ist dabei vorzugsweise als Webserver implementiert, auf dem die PEAs über standardisierte Protokolle zugreifen können. Die wichtigsten Funktionen der LEX sind wie folgt:
- Sammeln von Angeboten und Anfragen,
Berechnung eines sog. Markt-Clearing-Preises, Realisation von Vertragen,
Anzeige von Handelsaktivitaten auf einer Webseite, Verhandeln mit anderen und größeren LEXs, um eine Uber- bzw. Unterversorgung an Energie zu berücksichtigen,
Berichterstattung an Energieerzeuger und Energieverbraucher .
Es können dabei gegebenenfalls nur ein Teil der Funktionen in einer LEX realisiert sein.
Zur Realisation der Funktionalitat des Sammeins von Angeboten und Anfragen ist eine standardisierte Schnittstelle vorgese- hen, über welche die PEAs die LEX kontaktieren. Sie können den aktuellen Markt-Clearing-Preis abfragen und Angebote betreffend den Kauf und Verkauf von Energie abgeben und den aktuellen Status von Handelsakten anfordern.
Gemäß der Funktionalitat der Berechnung des Markt-Clearing- Preises wird durch die LEX derjenige Preis berechnet, der gemäß den Angeboten und Nachfragen an Energie zu der größten Anzahl an monetären Transaktionen zum Kauf bzw. Verkauf von Energie fuhrt. Dieser Markt-Clearing-Preis wird dabei wie folgt ermittelt:
Es wird angenommen, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt t insgesamt N1 PEAs eine Gesamtmenge von n± Elektrizität (in kWh) zu einem Preis von P1 kaufen wurden. Naturlich wurden diese PEAs auch die gleiche Menge an Energie/Elektrizität zu einem niedrigeren Preis kaufen. Deshalb wurde bei einem vorgegebenen Preis pk eine Gesamtmenge an Elektrizität gekauft werden, welche wie folgt lautet:
Hierbei wird über alle Preise summiert, welche großer als pk sind, d.h. die Preise sind wie folgt geordnet:
P,ι<P,< Pι+ι ■
Umgekehrt gilt, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt t eine Anzahl A3 von PEAs eine Gesamtmenge von Elektrizität a: zu ei- nem Preis p-, oder hoher verkaufen wurden. Die Gesamtmenge an Energie, die schließlich zu einem Preis pk verkauft wird, lautet dann wie folgt:
j-0 Aus diesen aggregierten Angeboten und Anfragen kann schließlich der Markt-Clearing-Preis pMcp berechnet werden, zu dem die größte Anzahl an Transaktionen durchgeführt wird. Geht man von einer kontinuierlichen Darstellung des Preises aus, ergibt sich dieser Markt-Clearing-Preis, wenn folgende Bedingung erfüllt ist:
∞ P PMMCCPP
J n{p)dp = ^a(p)dp .
PMCP
Die Berechnung dieses Markt-Clearing-Preises wird durch die LEX durchgeführt und basierend auf diesem Preis werden dann die monetären Transaktionen zwischen den einzelnen PEAs vermittelt.
Damit die LEX die entsprechenden monetären Transaktionen realisieren kann, beinhaltet die LEX selbst eine Broker- Funktion, d.h. jeder PEA kann auf die LEX direkt zugreifen, ohne dass ein weiterer Handler dazwischengeschaltet ist. Die LEX sollte somit Bankrechte haben und die entsprechenden Kaufvertrage abschließen können sowie die Bankkonten der PEAs verwalten können. Gegebenenfalls kann eine LEX auch als interregionale Energie-Austausch-Einheit realisiert sein, um einen Energieaustausch zwischen einzelnen lokalen, in Fig. 1 gezeigten Energienetzen zu ermöglichen. Hierzu kann gegebe- nenfalls eine Zwischenschicht zwischen dem PEA und der LEX in der Form eines Energie-Handlers vorgesehen sein.
Um Handelsaktivitaten für PEAs einsehbar zu machen, werden solche Aktivitäten auf einer Webseite wiedergegeben, welche von den einzelnen Verbrauchern bzw. Energieerzeugern besucht werden kann. Diese Seite kann somit eine Plattform sein, um neue Marktentwicklungen anzuregen, die Verbraucher zu informieren, und Trends und Schätzungen an die Verbraucher zu kommunizieren .
Eine LEX kann ferner unter gewissen Umstanden auch andere bzw. größere LEX kontaktieren, insbesondere wenn ein lokaler Bedarf bzw. ein lokaler Uberschuss an Energie besteht. Die LEX kann dann den Energieuberschuss anderen LEXs anbieten bzw. Energie von anderen LEXs kaufen. Die LEX vermittelt somit Vertrage zwischen entfernt auseinander liegenden Ver- tragspartnern .
Die oben erwähnte Berichts-Funktionalitat der LEX ist besonders wichtig, da die PEAs sehr autonom arbeiten. Dies liegt daran, dass ein Benutzer häufig einen hohen Grad an Automati- sierung für ein Gut wie Elektrizität wünscht. Basierend auf der Berichts-Funktionalitat kann ein Benutzer dann überprüfen, welche Energiemengen von wem gekauft wurden und welche Preise dafür bezahlt wurden.
Die LEX kann darüber hinaus eine Sicherheits-Funktionalitat aufweisen. Diese Sicherheits-Funktionalitat sollte den Sicherheitsanforderungen der PEAs entsprechen, da die LEX ein Kommunikationspartner der PEAs ist.
Nachfolgend werden die Funktionalitaten der Uberwachungsein- heit in der Form der Elektrizitatspolizei EP erläutert. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein Unterschied von elektrischer Energie als Handelsgut zu anderen Gutern darin besteht, dass elektrische Energie nicht unterscheidbar ist. Der Verkaufer von Elektrizität kann die übertragene Elektrizitatsmenge nicht mit entsprechenden Kennzeichnungen versehen, welche eindeutig den Ursprung der Energie angeben. Es gibt somit keine zwischengeschaltete Instanz, welche die Übertragung eines Energiepakets nachverfolgen kann. Jeder Verkaufer stellt vielmehr die verkaufte Energiemenge, die er erzeugt hat, in einen gemeinsamen Pool und der Verbraucher entnimmt eine entsprechende Energiemenge aus dem Pool gemäß dem Zertifikat, mit dem er die Energiemenge gekauft hat. Es treten somit im Wesentlichen zwei verschiedene Arten von Betrugsmoglichkeiten auf:
Der Verkaufer verkauft Energie, welche er nicht in den Pool gestellt hat. Der Verbraucher entnimmt Energie aus dem Pool, für welche er nicht bezahlt hat.
Es besteht somit die Notwendigkeit für eine Kontrollinstanz, welche berechtigt ist, die Rechtmaßigkeit von Handelsakten zu überprüfen, und welche ferner die Berechtigung hat, bei entsprechenden Betrugsfallen einzuschreiten. Diese Institution ist die in Fig. 1 gezeigte Uberwachungseinheit EP. Diese U- berwachungseinheit kann beispielsweise als Webserver reali- siert werden. Die grundlegenden Funktionalitaten dieser Einheit sind wie folgt:
Überwachung von Handelsakten, Überprüfung der Erfüllung von Vertragen, - Durchfuhrung von Messungen zur Nachverfolgung von Energieengpassen,
Zugriffsrecht auf die PEAs,
Überprüfung der Integrität des elektronischen Siegels eines PEAs, - Berechtigung, ein Abschalten bzw. eine Verminderung der Leistung eines Energieerzeugers oder eines Energieverbrauchers anzuweisen,
Berechtigung, ein Abschalten oder eine Leistungsverminderung eines Energieerzeugers oder Energieverbrauchers zu erzwingen,
Entgegennahme von Anzeigen bezuglich eines vermuteten
Missbrauchs,
Durchfuhrung von Untersuchungen betreffend vermuteten
Missbrauch .
Es können dabei gegebenenfalls nur ein Teil der Funktionalitaten in einer EP realisiert sein.
Durch die Funktionalitat der Überwachung der Handelsakte wird die Rechtmaßigkeit jedes Handelsakts sichergestellt. Dies erfolgt dadurch, dass jeder Handelsakt an die Uberwachungseinheit gemeldet wird, wobei die Meldung die gehandelte Energiemenge und die Zeit der Herstellung bzw. des Verbrauchs um- fasst. Die Uberwachungseinheit fugt diesen Handelsakt in ein Gesamtzeitschema ein. Wenn der Zeitpunkt der Realisation des Handelsakts erreicht ist, fuhrt die Uberwachungseinheit Messungen sowohl der Energieerzeugung als auch des Energie- Verbrauchs durch, um zu überprüfen, ob der Handelsakt korrekt durchgeführt wurde.
Die Funktionalitat der Durchfuhrung von Messungen, um Energieengpasse zu verfolgen, dient dazu, solche Energieengpasse zu ermitteln, deren Ursache nicht auf Missbrauch beruht. Solche Energieengpasse können ihre Ursache beispielsweise in einer falschen Eichung von Messeinrichtungen, Verlusten auf den Leitungen und dergleichen haben. Genaue Messungen an verschiedenen Stellen, insbesondere an Energieanlagen zum Balan- eieren der Energie, sind die Basis zur genauen Überprüfung des Systems und der Detektion von technischen Problemen jeder Art.
Gemäß der Funktionalitat des Zugriffs auf die PEAs hat die Uberwachungseinheit das exklusive Recht, auf die PEAs mit o- der ohne entsprechende Gerichtsbeschlüsse in Abhängigkeit von der jeweiligen Situation zuzugreifen. Zur Überwachung von Handelsakten gibt es einen Standardzugriff auf den jeweiligen PEA. Dieser Zugriff ist durch einen kryptographischen Mecha- nismus gesichert, so dass nur die Uberwachungseinheit auf diese Daten zugreifen kann.
Gemäß der Funktionalitat der Überprüfung des elektronischen Siegels eines PEAs wird es ermöglicht, dass die Uberwachungs- einheit auf den PEA zugreifen kann, um die Unversehrtheit dieses Siegels zu überprüfen. Das Siegel schützt hierbei den Datenbereich des PEAs, der handelsrelevante Informationen enthalt .
Da die Uberwachungseinheit eine Vielzahl von Messungen durchfuhrt, kann sie Probleme bei der Bereitstellung bzw. bei der Nachfrage von elektrischer Energie schnell erkennen. Um Schaden zuvorzukommen, welche größere öffentliche Institutionen, wie Krankenhauser, öffentliche Einrichtungen und dergleichen, betreffen, hat die Uberwachungseinheit die Funktionalitat, ein Abschalten oder eine Verminderung der Leistung von Energieverbrauchern bzw. Energieerzeugern anzuordnen. Hierbei implementieren die PEAs Mechanismen, wie auf solche Kommandos zu reagieren ist. Ein solches Kommando kann Zeitverzogerungen beinhalten, es kann an Bedingungen geknüpft sein und es kann priorisiert sein.
In Notfallen, bei denen Schaden vermieden werden sollen, kann die Uberwachungseinheit ferner einen nicht an eine Bedingung geknüpften Befehl ausgeben. Dieser Befehl umfasst unter anderem ein Heraufsetzen der Leistung oder ein differenziertes Heraufsetzen bzw. Herabsetzen der Leistung bzw. ein Abschal- ten der Leistung von einzelnen Verbrauchern bzw. Energieerzeugern. Beispielsweise kann das Abschalten von Fernsehern erzwungen werden, da ein schweres elektrisches Gerat einen Baum von Bahngleisen entfernen muss.
Gemäß einer weiteren Funktionalitat dient die Uberwachungseinheit auch zur Entgegennahme von Anzeigen betreffend vermutete Betrugereien.
Die Uberwachungseinheit kann ferner bei vermuteten Betrugs- fallen im Energienetz selbst dazu berechtigt sein, Untersuchungen durchzufuhren. Die Untersuchungen können beispielsweise durch Webroboter eingeleitet werden. Die Verwaltungseinheit kann ferner auch nur zur Initialisierung von Untersuchungen dienen, wobei die Untersuchungen selbst durch mensch- liehe Benutzer vorgenommen werden.
Bei der Implementierung der Uberwachungseinheit sind verschiedene Sicherheitsaspekte zu beachten, um die Funktionalitat einer polizeilichen Instanz zu realisieren. Diese Aspekte betreffen unter anderem die Nachweisbarkeit von Betrugereien, d.h. es müssen Mittel bereitgestellt werden, dass ein Agent im Netzwerk, der eine bestimmte Aktion ausgeführt hat, die Urheberschaft für diese Aktion nicht abstreiten kann. Nachfolgend werden die Funktionalitaten der in Fig. 1 gezeigten Verwaltungseinheit IA erläutert. Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Energienetz bilden die daran beteiligten PEAs eine Art von „Insel", welche über die Verwaltungseinheit IA verwaltet wird. Die Bedeutung einer solchen Insel besteht darin, dass im Falle von Problemen, welche ihre Ursache an weit entfernten Orten der Insel haben, die „Einwohner der Insel" (welche die PEAs darstellen) die Möglichkeit haben, sich von dem „Rest der Welt" zu entkoppeln und ihre Energieprobleme selbst zu losen. Eine solche weit entfernte Ursache kann beispielsweise das Abschalten einer Hochspannungsleitung in einem anderen Land sein. Die Möglichkeit der Entkopplung impliziert, dass die Kapazitäten der Energieerzeugung und der E- nergienachfrage auf der Insel ausbalanciert sind. Das Prinzip der Insel ist „selbstahnlich", d.h. Inseln von jeder möglichen Leistungsklasse bis hin zu einem einzelnen Haushalt können realisiert werden. Falls jeder Haushalt oder wenigstens ein größerer Teil eines Haushalts eine Art der Energieerzeu- gung besitzt (wie z.B. ein photovoltaisches Dach) ist zumindest für eine bestimmte Zeit die Operation der Insel auf diesem sehr kleinen Maßstab möglich.
Die Verwaltungseinheit IA stellt erfindungsgemaß eine Einheit dar, welche administrative Aufgaben für jede Insel aus PEAs übernimmt und die erforderlichen administrativen Strukturen implementiert. Insbesondere umfasst eine solche Verwaltungseinheit folgende Funktionen:
- Registrieren und Abmeldung von PEAs bei der Verwaltungseinheit,
Verwalten einer Webseite mit Informationen über die Insel, Durchfuhren des Entkoppeins der Insel, - Überwachen von Leistungsungleichgewichten, Beratungsleistungen, Analyse, technische Entwicklung der Insel, Kommunikation mit anderen Inseln.
Es können dabei gegebenenfalls nur ein Teil der Funktionen in einer IA realisiert sein.
Gemäß der Funktionalitat der Registrierung bzw. des Abmeldens kann sich ein neuer Verbraucher an einer Verwaltungseinheit registrieren. In einem vorgegebenen geographischen Bereich können gegebenenfalls mehrere Verwaltungseinheiten aktiv sein. Der Vorteil des Registrierens an einer Verwaltungseinheit besteht darin, dass im Falle eines weit entfernten Stromausfalls die individuelle, registrierte Einheit in einen größeren Zusammenhang eingebettet ist, so dass in geeigneter Weise der Betrieb der Einheit nach einem solchen Ereignis si- chergestellt ist. Wettbewerb zwischen einzelnen Verwaltungseinheiten ist naturlich erwünscht und es besteht somit auch die Möglichkeit für die PEAs, sich bei einer Verwaltungseinheit abzumelden.
Über eine Webseite informiert die Verwaltungseinheit über die Anzahl und die Kapazitäten der Energieverbraucher bzw. Energieerzeuger, welche zu einer Insel gehören. Die Webseite ermöglicht auch den Zugriff auf den Registrierungsvorgang. Darüber hinaus werden Informationen über die für die Insel vor- gegebenen Regeln gegeben, beispielsweise welche Aktionen durchgeführt werden, falls sich eine Insel entkoppelt, wie die Verwaltungseinheit mit der marktbasierten Energieverteilung umgeht und dergleichen.
Der Vorgang des Entkoppeins der Insel wird von der Verwaltungseinheit insbesondere dann initialisiert, wenn ein weit entfernter Stromausfall auftritt, der Einfluss auf die Energieversorgung der PEAs der Insel hat.
Zur Durchfuhrung der Entkopplung der Insel hat die Verwaltungseinheit die Berechtigung, den Energieerzeugern und Energieverbrauchern Energiesteuerungen vorzugeben. Die Verwaltungseinheit beinhaltet eine Datenbank, in der Informationen bezuglich der Flexibilität der unterschiedlichen Energieerzeuger und Energieverbraucher enthalten sind. Diese Informationen können frühzeitig automatisch über eine Kommunikation zwischen der Verwaltungseinheit IA und den PEAs gesammelt werden. Falls beispielsweise die externe Energieversorgung einen Pegel von 30 % erreicht und dann plötzlich komplett ausfallt, weist die Verwaltungseinheit die Energieverbraucher an, ihren Energieverbrauch sofort entsprechend zu reduzieren. Dann bestimmt die Verwaltungseinheit die Energieerzeugungska- pazitaten innerhalb der Insel und weist die Energieerzeuger an, die entsprechend notwendige Erzeugung von Energie zu u- bernehmen. Prinzipiell konnte ein solcher Ausfall einer externen Energieversorgung auch über den Markt gesteuert werden. Jedoch besteht dann die Gefahr, dass industrielle AnIa- gen bezuglich des Erwerbs von Energie mit Krankenhausern konkurrieren. Deshalb ist es sinnvoll, die Mechanismen des freien Marktes auszubalancieren, was über die Verwaltungseinheit erreicht wird, welche nach allgemein anerkannten Aktionsplanen im Falle von Notfallsituationen arbeitet.
Um die Spannung und die Frequenz im Energienetz stabil zu halten, sind in herkömmlichen Energienetzen üblicherweise E- nergieausgleichs-Anlagen vorhanden, welche schlechte Abschatzungen von Leitungsverlusten, die falsche Durchfuhrung von Vertragen, falsche Messungen oder ahnliches kompensieren.
Solche Ausgleichs-Anlagen fuhren immer zu zusatzlichen Verlusten. Um die Verwendung solcher Energieausgleichs-Anlagen möglichst zu reduzieren, verfolgt die Verwaltungseinheit ungleichmäßige Energieverteilungen, beispielsweise unter Zuhil- fenahme der Uberwachungseinheit EP, welche deren Ursachen i- dentifiziert . Die Verwaltungseinheit schlagt dann entsprechende Maßnahmen zur Behebung des Problems vor. Die Verwaltungseinheit bietet ferner Beratungsdienste für die einzelnen PEAs bezuglich energiebezogener Produkte, Energiesparmoglich- keiten und dergleichen an.
Die Verwaltungseinheit fuhrt ferner Analysen basierend auf den Daten durch, welche bei dem Betrieb des Energienetzes ge- messen werden. Hieraus werden Statistiken generiert, welche es ermöglichen, entsprechende Maßnahmen zu definieren, um die Energieversorgungssituation des Gesamtnetzes bzw. einzelner Energieerzeuger und Energieverbraucher zu verbessern.
Die Verwaltungseinheit kann ferner die technische Entwicklung des Energienetzes durch die Festlegung entsprechender Programme unterstutzen. Dies kann naturlich auch nur basierend auf dem Mechanismus des freien Marktes durchgeführt werden. Der Fokus der technischen Entwicklung liegt jedoch auf Merkmalen, welche nur die Verwaltungseinheit betreffen, beispielsweise die Entwicklung von besseren Algorithmen, um das schnelle Entkoppeln des Energienetzes durchzufuhren.
Die Verwaltungseinheit ermöglicht ferner die Kommunikation mit anderen Energienetzen, wodurch entsprechende Mechanismen der Zusammenarbeit mit anderen Netzen implementiert werden können .
Die Sicherheitsanforderungen an die Verwaltungseinheit IA sind ahnlich zu den Sicherheitsanforderungen an die Uberwa- chungseinheit EP, denn die Verwaltungseinheit stellt analog zur Uberwachungseinheit eine öffentliche Instanz dar und besitzt bestimmte Ausfuhrungsrechte. Es müssen somit gefahrli- che Aktionen, welche durch die Verwaltungseinheit möglicherweise durchfuhrbar sind, verhindert werden, wie z.B., dass die Verwaltungseinheit fälschlicherweise eine industrielle Anlage von dem Energienetz trennt. Die Verwaltungseinheit kann ferner das Ziel von Angriffen von Hackern sein. Deshalb ist eine Zugangskontrolle in der Verwaltungseinheit eine wichtige Sicherheitsanforderung.

Claims

Patentansprüche
1. Dezentrales Energienetz mit einer Mehrzahl von Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten, welchen je- weils zumindest ein Agent (PEA) zugeordnet ist, wobei die A- genten (PEA) derart untereinander vernetzt sind, dass jeder Agent (PEA) mit anderen Agenten (PEA) im Energienetz kommunizieren kann, und wobei das Energienetz derart ausgestaltet ist, dass die Verteilung der Energie im Energienetz zumindest teilweise basierend auf zwischen den Agenten (PEA) ausgehandelten monetären Transaktionen erfolgt.
2. Energienetz nach Anspruch 1, bei dem das Energienetz derart ausgestaltet ist, dass es Energie von anderen Energienet- zen beziehen kann und/oder anderen Energienetzen bereitstellen kann.
3. Energienetz nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jeder Agent (PEA) eine Transaktionseinheit umfasst, welche automatisch Preise mit anderen Agenten (PEA) für das Bereitstellen und/oder den Bezug von Energie aushandelt und entsprechende Vertrage abschließt.
4. Energienetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein einer jeweiligen Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten zugeordneter Agent (PEA) eine Energie- mess- und/oder Energiesteuereinheit zum Messen und/oder Steuern der von der jeweiligen Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten verbrauchten und bereitgestellten E- nergie umfasst.
5. Energienetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeder Agent (PEA) eine oder mehrere Kommunikationsschnittstellen umfasst, insbesondere eine externe Kommunika- tionsschnittstelle zur Kommunikation mit anderen Agenten
(PEA) und/oder eine interne Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit der oder den Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten, denen der Agent (PEA) zugeordnet ist .
6. Energienetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeder Agent (PEA) eine oder mehrere Benutzerschnittstellen zum Zugriff und zur Einstellung von Parametern des jeweiligen Agenten (PEA) umfasst.
7. Energienetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein jeweiliger Agent (PEA) derart ausgestaltet ist, dass er automatisch Berichte über seinen Zustand generiert.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Energienetz eine lokale Energie-Austausch-Einheit (LEX) umfasst, über welche die Agenten (PEA) im Betrieb des Energienetzes die monetären Transaktionen aushandeln.
9. Energienetz nach Anspruch 8, bei dem die Energie- Austausch-Einheit (LEX) derart ausgestaltet ist, dass sie An- geböte und Anfragen der Agenten (PEA) für Energie sammelt und basierend auf den Angeboten und Anfragen Kaufe und Verkaufe von Energie zwischen den Agenten (PEA) vermittelt.
10. Energienetz nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Energie- Austausch-Einheit (LEX) derart ausgestaltet ist, dass sie einen Energiepreis berechnet, zu dem die größte Anzahl an monetären Transaktionen zwischen den Agenten (PEA) stattfindet, und basierend auf diesem Energiepreis die Kaufe und Verkaufe von Energie vermittelt.
11. Energienetz nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem auf die Energie-Austausch-Einheit (LEX) durch die Agenten
(PEA) zugegriffen werden kann, um die durch die Energie- Austausch-Einheit (LEX) vermittelten Transaktionen einzuse- hen.
12. Energienetz nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Energie-Austausch-Einheit (LEX) derart ausgestaltet ist, dass sie Energie-Austausch-Einheiten (LEX) von anderen Energienetzen kontaktieren kann, um Energie den anderen Energienetzen bereitzustellen oder von diesen zu beziehen.
13. Energienetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Energienetz eine Uberwachungseinheit (EP) umfasst, welche im Betrieb des Energienetzes die Durchfuhrung der monetären Transaktionen und die darauf basierende Bereitstellung und den darauf basierenden Verbrauch von Energie durch die Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten überwacht und die Berechtigung hat, auf die jeweiligen Agenten (PEA) zuzugreifen und bei Vorliegen vorbestimmter Kriterien Gegenmaßnahmen einzuleiten.
14. Energienetz nach Anspruch 13, bei dem die Gegenmaßnahmen die Verminderung und/oder Erhöhung der durch eine jeweilige Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheit bereitgestellten und/oder verbrauchten Energie und/oder die Ausgabe eines entsprechenden Befehls zur Verminderung und/oder Erho- hung der durch eine jeweilige Energieverbrauchs- und/oder E- nergieerzeugungseinheit bereitgestellten und/oder verbrauchten Energie umfassen.
15. Energienetz nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Agenten (PEA) elektronische Siegel zur Vermeidung von Manipulationen der Agenten (PEA) aufweisen und die Uberwachungseinheit (EP) ferner die Berechtigung hat, die elektronischen Siegel der Agenten (PEA) zu überprüfen.
16. Energienetz nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem die Uberwachungseinheit (EP) die Berechtigung hat, Anzeigen von vermuteten Missbrauchen entgegenzunehmen und Untersuchungen betreffend vermutete Missbrauche durchzufuhren und/oder zu veranlassen.
17. Energienetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Energienetz eine Verwaltungseinheit (IA) zur Verwaltung der zu dem Energienetz gehörenden Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheit und deren Agenten (PEA) um- fasst .
18. Energienetz nach Anspruch 17, bei dem die Verwaltungsein- heit (IA) derart ausgestaltet ist, dass sie Agenten (PEA) im
Energienetz registriert und abmeldet.
19. Energienetz nach Anspruch 17 oder 18, bei dem die Verwaltungseinheit (IA) derart ausgestaltet ist, dass sie über eine Schnittstelle, insbesondere eine Webseite, Informationen über das Energienetz bereitstellt und die Registrierung und/oder das Abmelden von Agenten (PEA) ermöglicht.
20. Energienetz nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem die Verwaltungseinheit (IA) den Energieverbrauch und die E- nergieerzeugung der Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheiten überwacht und beim Auftreten von Energieengpassen und/oder Ungleichgewichten in der Energieverteilung Gegenmaßnahmen bestimmt und entsprechende Anweisungen und/oder Vorschlage an die Agenten (PEA) ausgibt.
21. Energienetz nach Anspruch 20, bei dem die Gegenmaßnahmen eine Entkopplung des Energienetzes von anderen Energienetzen und die Ausgabe von Anweisungen an die Agenten (PEA) zur Er- hohung der Energieerzeugung und/oder Verminderung des Energieverbrauchs der zu den jeweiligen Agenten (PEA) gehörigen Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungseinheit umfassen.
22. Energienetz nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei dem die Verwaltungseinheit (IA) Analysemittel zur Analyse der E- nergieverteilung in dem Energienetz umfasst.
23. Energienetz nach einem der Ansprüche 17 bis 22, bei dem die Verwaltungseinheit (IA) derart ausgestaltet ist, dass sie Beratungsdienste und/oder Dienste zur Forderung der technischen Weiterentwicklung des Energienetzes anbietet.
24. Energienetz nach einem der Ansprüche 17 bis 23, bei dem die Verwaltungseinheit (IA) derart ausgestaltet ist, dass sie mit anderen Energienetzen, insbesondere mit Verwaltungseinheiten (IA) von anderen Energienetzen, kommunizieren kann.
25. Verfahren zur Verteilung von Energie in einem Energienetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verteilung der Energie im Energienetz zumindest teilweise basierend auf zwischen den Agenten (PEA) ausgehandelten monetären Transaktionen erfolgt.
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