EP2777119A2 - Method for providing control power with an energy generator and an energy consumer - Google Patents

Method for providing control power with an energy generator and an energy consumer

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Publication number
EP2777119A2
EP2777119A2 EP12781067.9A EP12781067A EP2777119A2 EP 2777119 A2 EP2777119 A2 EP 2777119A2 EP 12781067 A EP12781067 A EP 12781067A EP 2777119 A2 EP2777119 A2 EP 2777119A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power
energy
consumer
control power
generator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12781067.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Georg Markowz
Wolfgang SCHWEISSTHAL
Carsten Kolligs
Anna FLEMMING
Dennis GAMRAD
Sébastien COCHET
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.)
Steag Power Saar GmbH
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Degussa GmbH
Evonik Industries AG
Steag Power Saar GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Degussa GmbH, Evonik Industries AG, Steag Power Saar GmbH filed Critical Evonik Degussa GmbH
Publication of EP2777119A2 publication Critical patent/EP2777119A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • 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
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy

Definitions

  • the present invention relates to a method for providing control power for a power grid in which control power is provided, and to an apparatus for carrying out such a method.
  • Electricity grids are used to distribute electricity in large areas to many users and to provide energy to households and industry. Energy producers mostly in the form of power plants provide the required energy. As a rule, power generation is planned and provided based on the forecasted consumption.
  • Both the generation and the consumption of energy can lead to unplanned fluctuations. These can arise on the energy producer side, for example, in that a power plant or part of the power grid fails or, for example, in the case of renewable energies such as wind, that the energy production is higher than predicted. Consumers may also experience unexpectedly high or low consumption. For example, the failure of a portion of the grid, which cuts off some consumers from the power supply, can lead to a sudden reduction in power consumption.
  • the desired AC frequency is, for example, in Europe 50,000 Hz. This frequency is often referred to as the desired frequency.
  • a reduction in consumption compared to the plan results in an increase in the frequency of planned power generation by the energy producers, as well as an increase in electricity production compared to the planned consumption plan.
  • a reduction in performance compared to the energy producers' plan leads to a reduction in the Mains frequency at scheduled consumption, the same applies to an increase in consumption compared to the plan when scheduled production.
  • the required balancing power sources generally need to be operated at part load to accommodate or release additional energy as needed.
  • a power plant it would need to be run at partial load to provide additional positive control power when needed.
  • a consumer would have to be driven at partial load in order to be able to increase the load when additional negative control power is required.
  • These partial load modes are usually disadvantageous.
  • part-load operation leads to lower efficiency of power generation and higher specific emissions.
  • With reduced use of capacity increased specific fixed costs. Consumers operating at partial load reduce their productivity and efficiency.
  • An electrolysis plant used for chemical production has a lower productivity according to the load reduction, and only a smaller proportion of the consumed energy is converted into the product, that is, more energy is needed for the same amount of product.
  • the disadvantage is that for the provision of the regulatory capacity, these sources are usually driven in partial load and only if they just provide maximum control power, can be operated at full load and thus the losses are correspondingly high.
  • US 2006/122738 A1 discloses an energy management system comprising a power generator and an energy store, the energy store being chargeable by the power generator.
  • Increasingly favored renewable energies such as wind power or photovoltaic power plants, are enabled to deliver its energy more evenly into the power grid.
  • the disadvantage of this is that in this way a single power plant can be stabilized, but all other disturbances and fluctuations in the power grid can not be intercepted.
  • a method for the provision of control power in which a combustible gas is generated and stored with renewable energies.
  • the combustible gas can be reconverted exactly in periods of high residual load of the power grid.
  • the power of a gas power plant is increased when a positive control power is requested.
  • the disadvantage of this is that the gas power plant is operated only at a full control request at high power and thus high efficiency, so only in rare cases.
  • the disadvantage of this is that there is currently no way to power producers or energy consumers to provide control power as efficiently as possible to operate in the operation to provide power without control and thus the best possible efficiency, and also for a long time to control power To provide stabilization of the power grid. Overdimensioning is in any case uneconomical.
  • control power by means of energy generators or energy consumers, which can be operated at the most optimal conditions, especially at the highest possible efficiency. So should the control power suppliers have the most efficient energy yield.
  • the energy producers or energy consumers should be able to selectively provide a sufficient amount of positive or negative control power regardless of the magnitude and direction of the deviation of the grid frequency.
  • the energy producer and the energy consumer can be operated as a control power supplier.
  • the process should be as simple and inexpensive as possible.
  • the process should be able to be carried out with as few process steps as possible, whereby they should be simple and reproducible.
  • the subject of the present invention is therefore a method for providing control power for a power grid in which control power is provided, which is characterized in that a power generator and an energy consumer are operated together, whereby the power which the power consumer takes from the power grid is throttled. to provide positive control power and throttling the power that the power generator supplies to the power grid to provide negative control power.
  • a power plant is used as the energy generator, preferably a coal-fired power station, gas-fired power plant or a hydroelectric power station, and / or as an energy consumer an industrial production plant, in particular an electrolysis plant or an industrial production plant for the provision of a metal, preferably of aluminum or steel.
  • the energy producers and the energy consumers are to be devices which are counted on the basis of the amount of the control power provided to the large-scale installations in the industrial sense.
  • a steam power plant a coal power plant, a nuclear power plant, an oil power plant, a solar thermal power plant, a gas and steam combined cycle power plant (Gu D power plant), a biomass cogeneration plant, a gas turbine power plant, a power generator, a hydroelectric power plant, a geothermal power plant and / or a combined heat and power can be used.
  • an energy storage in particular an accumulator, preferably a Li-ion accumulator, or a pool of energy storage is operated together with the energy generator and the energy consumer and the energy storage, in particular the Accumulator is operated such that it is prioritized in the provision of positive and / or negative control power to the power consumer and the power generator, preferably the energy storage, in particular the accumulator has a capacity of at least 4 kWh, preferably of at least 10 kWh, particularly preferably at least 50 kWh, very particularly preferably at least 250 kWh.
  • the capacity of electrochemical energy storage can be at least 40 Ah, preferably about 100 Ah.
  • the heat storage must be operated together with a device for producing electricity from the stored thermal energy.
  • the energy store in particular the accumulator, is used to prevent overshoots above the rated power and / or to accelerate the time change of the power in the event of a change in the control power to be provided.
  • a direct-current consumer such as, for example, an electrolysis
  • an accumulator can be advantageously integrated into the intermediate DC voltage circuit of the consumer, so that the cost of the power electronics can be eliminated or reduced.
  • the tolerance with regard to the amount of the control power provided and the tolerance in determining the frequency deviation, etc. is to be understood by the network operator to be certain deviations between an ideal nominal power due to technical conditions, such as the measurement accuracy in determining the control power supplied or the grid frequency and the actual control power actually delivered.
  • the tolerance may be granted by the network operator, but could also comply with a legal requirement.
  • the tolerances used in the various methods in particular the choice of bandwidth in the dead band, vary depending on the time of day, the day of the week or the season. For example, within a period of 5 minutes to 5 minutes after the hour change, tolerances may be more narrowly defined. This is due to the fact that often very rapid frequency changes take place here. It may be in the interest of transmission system operators that there are lower tolerances and thus the control energy supply is more secure in the sense of sharper.
  • control power it may be provided within the scope of the specifications for the provision of control power that, in particular, more energy is absorbed from the network than is fed in by the energy store. This can be done by virtue of the fact that according to the regulations, including the procedure set out above, preference is given to a very large amount of negative control power whereas, according to the regulations including the procedure set out above, only the at least guaranteed power is preferably provided at positive control power.
  • an average of at least 0.1% more energy is withdrawn from the network than is supplied, in particular at least 0.2%, preferably at least 0.5%, more preferably at least 1.0%, especially preferably 5%, these values being based on a Average measured over a period of at least 15 minutes, preferably at least 4 hours, more preferably at least 24 hours and especially preferably at least 7 days, and refer to the energy fed.
  • the control power provision set out above can be used to extract a maximum of energy from the network, whereby the maximum possible negative control power is provided, whereas only a minimum of positive control power is provided.
  • the energy thus extracted from the network can be sold via the energy trade described above, preferably at times when the highest possible price is to be achieved.
  • forecasts of the price development based on historical data can be used.
  • the state of charge of the energy store at the time of a planned sale of energy may preferably be at least 70%, particularly preferably at least 80% and particularly preferably at least 90% of the storage capacity, the state of charge after sale preferably not exceeding 80%, in particular not more than 70% and especially preferably at most 60% of the storage capacity amounts.

Abstract

The current invention relates to a method for providing control power for a power network, in which control power is provided, wherein an energy generator and an energy consumer are jointly operated, and wherein the power that the energy consumer draws from the power network is throttled in order to provide a positive control power and the power that the energy generator supplies to the power network is throttled in order to provide a negative control power. The current invention further relates to a device for carrying out such a method.

Description

„Verfahren zur Bereitstellung von Regelleistung mit einem Energieerzeuger und einem Energieverbraucher" "Method of providing control power to an energy producer and an energy consumer"
Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von Regelleistung für ein Stromnetz bei dem Regelleistung bereitgestellt wird, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens. The present invention relates to a method for providing control power for a power grid in which control power is provided, and to an apparatus for carrying out such a method.
Stromnetze werden verwendet, um Strom in großen Gebieten auf viele Nutzer zu verteilen und Haushalte und Industrie mit Energie zu versorgen. Energieerzeuger meist in Form von Kraftwerken stellen dazu die benötigte Energie bereit. In der Regel wird die Stromerzeugung auf den prognostizierten Verbrauch hin geplant und bereitgestellt. Electricity grids are used to distribute electricity in large areas to many users and to provide energy to households and industry. Energy producers mostly in the form of power plants provide the required energy. As a rule, power generation is planned and provided based on the forecasted consumption.
Sowohl beim Erzeugen als auch dem Verbrauchen von Energie kann es jedoch zu ungeplanten Schwankungen kommen. Diese können auf der Energieerzeugerseite beispielsweise dadurch entstehen, dass ein Kraftwerk oder ein Teil des Stromnetzes ausfällt oder zum Beispiel im Fall erneuerbarer Energien wie Wind, dass die Energieerzeugung höher ausfällt als prognostiziert. Auch bezüglich der Verbraucher kann es zu unerwartet hohen oder niedrigen Verbräuchen kommen. Der Ausfall eines Teils des Stromnetzes beispielsweise, der einige Verbraucher von der Energieversorgung abschneidet, kann zu einer plötzlichen Reduzierung des Stromverbrauchs führen. Both the generation and the consumption of energy can lead to unplanned fluctuations. These can arise on the energy producer side, for example, in that a power plant or part of the power grid fails or, for example, in the case of renewable energies such as wind, that the energy production is higher than predicted. Consumers may also experience unexpectedly high or low consumption. For example, the failure of a portion of the grid, which cuts off some consumers from the power supply, can lead to a sudden reduction in power consumption.
Dies führt im Allgemeinen dazu, dass es in Stromnetzen durch ungeplante und/oder kurzfristige Abweichungen von Leistungserzeugung und/oder -verbrauch zu Schwankungen der Netzfrequenz kommt. Die gewünschte Wechselstromfrequenz beträgt beispielsweise in Europa 50,000 Hz. Diese Frequenz wird häufig auch als Sollfrequenz bezeichnet. Eine Verringerung des Verbrauchs gegenüber dem Plan führt zu einer Erhöhung der Frequenz bei planmäßig erzeugter Leistung durch die Energieerzeuger, gleiches gilt für eine Erhöhung der Stromproduktion gegenüber dem Plan bei planmäßigem Verbrauch. Eine Verringerung der Leistung gegenüber dem Plan der Energieerzeuger führt dagegen zu einer Verringerung der Netzfrequenz bei plangemäßem Verbrauch, gleiches gilt für eine Erhöhung des Verbrauchs gegenüber dem Plan bei plangemäßer Erzeugung. This generally results in power network fluctuations due to unplanned and / or short-term variations in power generation and / or consumption. The desired AC frequency is, for example, in Europe 50,000 Hz. This frequency is often referred to as the desired frequency. A reduction in consumption compared to the plan results in an increase in the frequency of planned power generation by the energy producers, as well as an increase in electricity production compared to the planned consumption plan. On the other hand, a reduction in performance compared to the energy producers' plan leads to a reduction in the Mains frequency at scheduled consumption, the same applies to an increase in consumption compared to the plan when scheduled production.
Aus Gründen der Netzstabilität ist es erforderlich, diese Abweichungen in einem definierten Rahmen zu halten. Dazu muss je nach Höhe und Richtung der Abweichung gezielt positive Regelleistung durch Zuschalten von zusätzlichen Erzeugern, wie z. B. Kraftwerken, und/oder Abschalten von Verbrauchern oder negative Regelleistung durch Abschalten von Erzeugern und/oder Hinzuschalten von Verbrauchern bereitgestellt werden. Es besteht allgemein der Bedarf an einer wirtschaftlichen und effizienten Bereitstellung dieser Regelleistungen, wobei die Anforderungen an die bereitzuhaltenden Kapazitäten und die Dynamik der Regelleistungsquellen je nach Charakteristik des Stromnetzes variieren können. For reasons of network stability, it is necessary to keep these deviations within a defined range. For this purpose, depending on the amount and direction of the deviation targeted positive control performance by adding additional producers, such. As power plants, and / or shutdown of consumers or negative control power by switching off generators and / or add consumers are provided. There is a general need for economical and efficient provision of these balancing services, where the requirements for the capacities to be kept and the dynamics of the balancing power sources may vary depending on the characteristics of the electricity grid.
In Europa gibt es beispielsweise ein Regelwerk (UCTE Handbook), das drei verschiedene Kategorien an Regelleistung beschreibt. Darin sind auch die jeweiligen Anforderungen an die Regelleistungsarten festgelegt. Die Regelleistungsarten unterscheiden sich unter anderem in den Anforderungen an die Dynamik und die Dauer der Leistungserbringung. Außerdem werden sie unterschiedlich hinsichtlich der Randbedingungen eingesetzt. Primärregelleistung (PRL) ist unabhängig vom Ort der Verursachung der Störung europaweit von allen eingebundenen Quellen zu erbringen und zwar im Wesentlichen proportional zur aktuellen Frequenzabweichung. Die absolut maximale Leistung ist bei Frequenzabweichungen von minus 200 mHz und (absolut) darunter zu erbringen, die absolut minimale Leistung ist bei Frequenzabweichungen von plus 200 mHz und darüber zu erbringen. Hinsichtlich der Dynamik gilt, dass aus dem Ruhezustand die jeweils (betragsmäßig) maximale Leistung innerhalb von 30 Sekunden bereitgestellt werden muss. Demgegenüber sind Sekundärregelleistung (SRL) und Minutenreserveleistung (MRL) in den Bilanzräumen zu erbringen, in denen die Störung aufgetreten ist. Ihre Aufgabe ist es, die Störung möglichst schnell zu kompensieren und somit dafür zu sorgen, dass die Netzfrequenz wieder möglichst schnell, vorzugsweise spätestens nach 15 Minuten wieder im Sollbereich liegt. Hinsichtlich der Dynamik werden an die SRL und die MRL geringere Anforderungen gestellt (5 beziehungsweise 15 Minuten bis zur vollen Leistungserbringung nach Aktivierung), gleichzeitig sind diese Leistungen auch über längere Zeiträume bereitzustellen als Primärregelleistung. In den bisher betriebenen Stromnetzen wird ein Großteil der Regelenergie von konventionellen Kraftwerken, insbesondere Kohle- und Atomkraftwerken bereitgestellt. Zwei grundsätzliche Problemstellungen resultieren hieraus. Zum einen werden die konventionellen, Regelleistung bereitstellenden Kraftwerke nicht bei Volllast und damit maximalen Wirkungsgraden, sondern leicht unterhalb derselben betrieben, um bei Bedarf positive Regelleistung bereitstellen zu können, gegebenenfalls über einen theoretisch unbegrenzten Zeitraum. In Europe, for example, there is a set of rules (UCTE Handbook) that describes three different categories of control power. This also defines the respective requirements for the control power types. The types of balancing power differ, among other things, in the demands on the dynamics and the duration of the service provision. In addition, they are used differently with respect to the boundary conditions. Primary control power (PRL), regardless of the location of the fault, is to be delivered across Europe from all embedded sources, essentially in proportion to the actual frequency deviation. The absolute maximum power is to be provided at frequency deviations of minus 200 mHz and (absolute) below, the absolute minimum power is to be provided at frequency deviations of plus 200 mHz and above. With regard to dynamics, it is necessary to provide the (maximum) performance within 30 seconds from hibernation. In contrast, secondary control power (SRL) and minute reserve power (MRL) are to be provided in the balancing rooms in which the fault has occurred. Their task is to compensate for the disturbance as quickly as possible and thus to ensure that the grid frequency is back within the desired range as quickly as possible, preferably at the latest after 15 minutes. In terms of dynamics, the SRLs and the MRLs have lower requirements (5 or 15 minutes to full service provision after activation), while at the same time these services must be provided for longer periods than primary control capacity. In the power grids operated so far, a large part of the control energy is provided by conventional power plants, in particular coal and nuclear power plants. Two fundamental problems result from this. On the one hand, the conventional power plants providing control power are not operated at full load and thus maximum efficiencies, but slightly below them in order to be able to provide positive control power if required, possibly over a theoretically unlimited period of time.
Für eine langfristige Bereitstellung von Regelleistung müssen die erforderlichen Regelleistungs-Quellen also im Allgemeinen in Teillast betrieben werden, um je nach Bedarf zusätzliche Energie aufnehmen oder abgeben zu können. Sollte beispielsweise ein Kraftwerk eingesetzt werden, so müsste dies in Teillast gefahren werden, um bei Bedarf auch zusätzliche positive Regelleistung bereitstellen zu können. Analog müsste ein Verbraucher in Teillast gefahren werden, um bei Anforderung zusätzlicher negativer Regelleistung die Last erhöhen zu können. Diese Teillastfahrweisen sind in der Regel nachteilig. Bei den meisten konventionellen Kraftwerken (z. B. Steinkohlekraftwerke oder Gaskraftwerke) führt der Teillastbetrieb zu einem niedrigeren Wirkungsgrad der Stromerzeugung und höheren spezifischen Emissionen. Außerdem entstehen bei reduzierter Nutzung der Kapazität erhöhte spezifische Fixkosten. Bei Verbrauchern, die in Teillast betrieben werden, reduziert sich die Produktivität und ebenfalls der Wirkungsgrad. Eine Elektrolyseanlage, die für die chemische Produktion eingesetzt wird, hat entsprechend der Lastreduktion eine geringere Produktivität und es wird nur ein geringerer Anteil der verbrauchten Energie in das Produkt umgesetzt, das heißt, dass für die gleiche Produktmenge eine größere Menge Energie benötigt wird. Nachteilig ist also, dass für die Vorhaltung des Regelvermögens diese Quellen meist in Teillast gefahren werden und nur, wenn sie gerade maximale Regelleistung erbringen, in Volllast betrieben werden können und somit die Einbußen entsprechend hoch sind. Thus, for a long-term provision of control power, the required balancing power sources generally need to be operated at part load to accommodate or release additional energy as needed. For example, should a power plant be used, it would need to be run at partial load to provide additional positive control power when needed. Analogously, a consumer would have to be driven at partial load in order to be able to increase the load when additional negative control power is required. These partial load modes are usually disadvantageous. For most conventional power plants (eg coal-fired power plants or gas-fired power plants), part-load operation leads to lower efficiency of power generation and higher specific emissions. In addition, with reduced use of capacity increased specific fixed costs. Consumers operating at partial load reduce their productivity and efficiency. An electrolysis plant used for chemical production has a lower productivity according to the load reduction, and only a smaller proportion of the consumed energy is converted into the product, that is, more energy is needed for the same amount of product. The disadvantage is that for the provision of the regulatory capacity, these sources are usually driven in partial load and only if they just provide maximum control power, can be operated at full load and thus the losses are correspondingly high.
Die US 2006/122738 A1 offenbart ein Energiemanagementsystem umfassend einen Energieerzeuger und einen Energiespeicher, wobei der Energiespeicher durch den Energieerzeuger aufladbar ist. Dadurch soll ein Energieerzeuger, der im normalen Betrieb keine gleichmäßige Energieerzeugung gewährleistet, wie zum Beispiel die zunehmend favorisierten erneuerbaren Energien, wie Windkraft- oder Photovoltaikkraftwerke, in die Lage versetzt werden, seine Energie gleichmäßiger ins Stromnetz abzugeben. Nachteilig ist hieran, dass hierdurch zwar ein einzelnes Kraftwerk stabilisiert werden kann, alle anderen Störungen und Schwankungen des Stromnetzes aber nicht abgefangen werden. US 2006/122738 A1 discloses an energy management system comprising a power generator and an energy store, the energy store being chargeable by the power generator. This should be an energy producer, which does not guarantee a uniform energy production in normal operation, such as Increasingly favored renewable energies, such as wind power or photovoltaic power plants, are enabled to deliver its energy more evenly into the power grid. The disadvantage of this is that in this way a single power plant can be stabilized, but all other disturbances and fluctuations in the power grid can not be intercepted.
Ferner ist es aus der WO 2010 042 190 A2 und der JP 2008 178 215 A bekannt, Energiespeicher zur Bereitstellung von positiver und negativer Regelleistung zu verwenden. Wenn die Netzfrequenz einen Bereich um die gewünschte Netzfrequenz verlässt, wird entweder Energie aus dem Energiespeicher bereitgestellt oder in den Energiespeicher aufgenommen, um die Netzfrequenz zu regulieren. Auch die DE 10 2008 046 747 A1 schlägt vor, einen Energiespeicher in einem Inselstromnetz derart zu betreiben, dass der Energiespeicher zur Kompensation von Verbrauchsspitzen und Verbrauchsminima eingesetzt wird. Furthermore, it is known from WO 2010 042 190 A2 and JP 2008 178 215 A to use energy storage for the provision of positive and negative control power. When the grid frequency leaves a range around the desired grid frequency, either energy is provided from the energy store or added to the energy store to regulate the grid frequency. DE 10 2008 046 747 A1 also proposes operating an energy store in an island power grid in such a way that the energy store is used to compensate for consumption peaks and consumption minima.
In dem Artikel„Optimizing a Battery Energy Storage System for Primary Frequency Control" von Oudalov et al., in IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 22, No. 3, August 2007, wird die minimale Kapazität eines Akkumulators bestimmt, damit dieser nach den europäischen Normen (grid code) Regelleistung bereitstellen kann. In the article "Optimizing a Battery Energy Storage System for Primary Frequency Control" by Oudalov et al., In IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 22, No. 3, August 2007, the minimum capacity of an accumulator is determined to be can provide control power to European standards (grid code).
Aus der DE 10 2008 002 839 A1 ist es bekannt, Energieverbraucher in Form von Fahrstühlen derart zu betreiben, dass nicht gebrauchte Fahrstühle einer ganzen Region zur Bereitstellung von negativer Regelleistung in obere Stockwerke gefahren werden. Wenn also negative Regelleistung benötigt wird, wird die Leistung eines Verbrauchers erhöht. From DE 10 2008 002 839 A1 it is known to operate energy consumers in the form of elevators in such a way that unused elevators of an entire region are driven to upper floors to provide negative control power. Thus, if negative control power is needed, the power of a load is increased.
Aus der DE 10 2009 018 126 A1 ist ein Verfahren zur Bereitstellung von Regelleistung bekannt, bei dem ein brennbares Gas mit erneuerbaren Energien erzeugt und gespeichert wird. Das brennbare Gas kann dabei genau in Zeiträumen mit hoher residualer Last des Stromnetzes rückverstromt werden. Dabei wird also die Leistung eines Gaskraftwerks erhöht, wenn eine positive Regelleistung angefordert wird. Nachteilig ist hieran, dass das Gaskraftwerk nur bei einer vollen Regelanforderung bei hoher Leistung und damit bei hohem Wirkungsgrad betrieben wird, also nur in seltenen Fällen. Nachteilig ist hieran also, dass es derzeit keine Möglichkeit gibt, Energieerzeuger oder Energieverbraucher zur Bereitstellung von Regelleistung möglichst genauso effizient, wie im Betrieb zur Bereitstellung von Leistung ohne Regelung und damit bei Best möglichem Wirkungsgrad, und auch über längere Zeit zu betreiben, um Regelleistung zur Stabilisierung des Stromnetzes zur Verfügung zu stellen. Die Überdimensionierung ist in jedem Fall unwirtschaftlich. From DE 10 2009 018 126 A1 a method for the provision of control power is known, in which a combustible gas is generated and stored with renewable energies. The combustible gas can be reconverted exactly in periods of high residual load of the power grid. Thus, the power of a gas power plant is increased when a positive control power is requested. The disadvantage of this is that the gas power plant is operated only at a full control request at high power and thus high efficiency, so only in rare cases. The disadvantage of this is that there is currently no way to power producers or energy consumers to provide control power as efficiently as possible to operate in the operation to provide power without control and thus the best possible efficiency, and also for a long time to control power To provide stabilization of the power grid. Overdimensioning is in any case uneconomical.
In Anbetracht des Stands der Technik ist es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein technisch verbessertes Verfahren zur Bereitstellung von Regelleistung für ein Stromnetz, bei dem Regelleistung bereitgestellt wird zur Verfügung zu stellen, das nicht mit den Nachteilen herkömmlicher Verfahren behaftet ist. In view of the state of the art, it is an object of the present invention to provide a technically improved method for providing control power for a power grid in which control power is provided, which does not involve the disadvantages of conventional methods.
Insbesondere soll es hierbei ermöglicht werden Regelleistung mittels Energieerzeugern oder Energieverbrauchern bereitzustellen, die bei möglichst optimalen Bedingungen, ganz besonders bei möglichst hohem Wirkungsgrad, betrieben werden können. So sollen auch die Regelleistungslieferanten eine möglichst effiziente Energieausbeute aufweisen. In particular, it should be possible in this case to provide control power by means of energy generators or energy consumers, which can be operated at the most optimal conditions, especially at the highest possible efficiency. So should the control power suppliers have the most efficient energy yield.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll möglichst außerdem dazu geeignet sein, die notwendige Regelleistung möglichst schnell bereitzustellen. If possible, the method according to the invention should also be suitable for providing the necessary control power as quickly as possible.
Insbesondere sollen die Energieerzeuger oder Energieverbraucher unabhängig von der Höhe und Richtung der Abweichung der Netzfrequenz gezielt eine ausreichende Menge an positiver oder negativer Regelleistung bereitstellen können. Dadurch können der Energieerzeuger und der Energieverbraucher als Regelleistungslieferant betrieben werden. In particular, the energy producers or energy consumers should be able to selectively provide a sufficient amount of positive or negative control power regardless of the magnitude and direction of the deviation of the grid frequency. As a result, the energy producer and the energy consumer can be operated as a control power supplier.
Weiterhin sollte das Verfahren möglichst einfach und kostengünstig durchgeführt werden können. Darüber hinaus sollte das Verfahren mit möglichst wenigen Verfahrensschritten durchgeführt werden können, wobei dieselben einfach und reproduzierbar sein sollten. Furthermore, the process should be as simple and inexpensive as possible. In addition, the process should be able to be carried out with as few process steps as possible, whereby they should be simple and reproducible.
Weitere nicht explizit genannte Aufgaben ergeben sich aus dem Gesamtzusammenhang der nach folgenden Beschreibung, Beispiele und Ansprüche. Gelöst werden diese sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch ein Verfahren mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Zweckmäßige Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahren zur Bereitstellung von Regelleistung für ein Stromnetz bei dem Regelleistung bereitgestellt wird werden in den Unteransprüchen 2 bis 9 unter Schutz gestellt. Ferner hat Patentanspruch 10 eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens zum Gegenstand, während zweckmäßige Abwandlungen dieser Vorrichtung in den Unteransprüchen 1 1 und 12 unter Schutz gestellt werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Bereitstellung von Regelleistung für ein Stromnetz bei dem Regelleistung bereitgestellt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Energieerzeuger und ein Energieverbraucher gemeinsam betrieben werden, wobei die Leistung, die der Energieverbraucher dem Stromnetz entnimmt, gedrosselt wird, um eine positive Regelleistung bereitzustellen und die Leistung, die der Energieerzeuger ins Stromnetz einspeist, gedrosselt wird, um eine negative Regelleistung bereitzustellen. Other tasks not explicitly mentioned arise from the overall context of the following description, examples and claims. These are solved as well as other tasks that are not explicitly mentioned, but which are readily derivable or deducible from the contexts discussed in the introduction, by a method having all the features of patent claim 1. Advantageous modifications of the method according to the invention for the provision of control power for a power grid in which control power is provided are provided in the subclaims 2 to 9 under protection. Furthermore, claim 10 has an apparatus for carrying out such a method to the object, while appropriate modifications of this device in the subclaims 1 1 and 12 are put under protection. The subject of the present invention is therefore a method for providing control power for a power grid in which control power is provided, which is characterized in that a power generator and an energy consumer are operated together, whereby the power which the power consumer takes from the power grid is throttled. to provide positive control power and throttling the power that the power generator supplies to the power grid to provide negative control power.
Unter einem gemeinsamen Betreiben des Energieerzeugers und des Energieverbrauchers ist vorliegend zu verstehen, dass beide nicht unabhängig voneinander betrieben werden, sondern über eine gemeinsame Steuerung gesteuert werden. In the present case, a common operation of the energy producer and the energy consumer means that both are not operated independently of one another, but are controlled by a common control.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können des Weiteren unter anderem die folgenden Vorteile erzielt werden: By the method according to the invention, among others, the following advantages can be achieved:
Hierdurch gelingt es auf nicht vorhersehbare Weise ein Verfahren zur Bereitstellung von Regelleistung für ein Stromnetz zu realisieren, das nicht mit den Nachteilen herkömmlicher Verfahren behaftet ist. This makes it possible to realize a method for providing control power for a power grid in an unforeseeable way, which is not associated with the disadvantages of conventional methods.
Insbesondere wird es hierbei ermöglicht Regelleistung mittels Energieerzeugern und Energieverbrauchern bereitzustellen, die vorwiegend bei optimalen Bedingungen, wie z. B. bei hohem Wirkungsgrad, betrieben werden. In particular, it is hereby possible to provide control power by means of energy producers and energy consumers, which are mainly in optimal conditions, such as. B. at high efficiency, operated.
Außerdem weisen die Energieerzeuger und Energieverbraucher eine effizientere Energieausbeute als Regelleistungslieferanten auf, als herkömmliche einzeln oder unabhängig voneinander eingesetzte Energieerzeuger und Energieverbraucher zur Bereitstellung von Regelleistung. In addition, the energy producers and energy consumers have a more efficient energy yield than regular power suppliers, as conventional or individually Independently used energy producers and energy consumers to provide control power.
Insbesondere können die Energieerzeuger und Energieverbraucher unabhängig von dem Betrag und dem Vorzeichen der Abweichung der Netzfrequenz gezielt eine ausreichende Menge an positiver oder negativer Regelleistung bereitstellen. In particular, the energy producers and energy consumers can selectively provide a sufficient amount of positive or negative control power regardless of the amount and the sign of the deviation of the grid frequency.
Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren sehr einfach und kostengünstig durchgeführt werden. In addition, the inventive method can be carried out very easily and inexpensively.
Darüber hinaus kann das Verfahren mit relativ wenigen Verfahrensschritten durchgeführt werden, wobei dieselben einfach und reproduzierbar sind. Unter einer Drosselung eines Energieerzeugers beziehungsweise eines Energieverbrauchers versteht man erfindungsgemäß eine Reduzierung der Leistung, die dem Stromnetz zugeführt beziehungsweise entnommen wird. Hierbei ist es im Unterschied zum bekannten Stand der Technik entscheidend, dass bei einem Bedarf an positiver Regelleistung im Stromnetz nicht der Energieerzeuger in seiner Leistung gesteigert wird, sondern der Energieverbraucher in seiner Leistung reduziert wird. Umgekehrt verhält es sich bei einem Bedarf an negativer Regelleistung, wobei nicht, wie im Stand der Technik bekannt, der Energieverbraucher in seiner Leistung gesteigert wird, sondern der Energieerzeuger in seiner Leistung reduziert wird. In addition, the process can be carried out with relatively few process steps, the same being simple and reproducible. Under a throttling of a power generator or an energy consumer is understood according to the invention, a reduction in the power that is supplied to the power grid or removed. In contrast to the known state of the art, it is crucial here that, when there is a need for positive control power in the power grid, the power generator is not increased in its power, but the power consumer is reduced in its power. Conversely, there is a need for negative control power, which is not, as known in the art, the power consumer is increased in its performance, but the power generator is reduced in its performance.
Durch diesen gemeinsamen Betrieb eines Energieerzeugers und eines Energieverbrauchers wird in überraschender Weise ein Verfahren zur Bereitstellung von Regelleistung für ein Stromnetz, bei dem Regelleistung bereitgestellt wird, zur Verfügung gestellt, welches nicht den Betrieb von Energieerzeugern und/oder Energieverbrauchern umfasst, die sich, wenn keine Regelleistungsanforderung gefordert ist, im Teillastbetrieb betrieben werden müssen, um bei einer Regelleistungsanforderung die notwendige Regelleistung durch eine Leistungssteigerung für ein Stromnetz liefern zu können. By virtue of this joint operation of a power generator and an energy consumer, a method of providing control power to a power grid providing control power is surprisingly provided, which does not involve the operation of power generators and / or power consumers who, if not Control power requirement is required to be operated in partial load operation in order to provide the necessary control power by a power increase for a power grid at a control power requirement can.
Statt des standardmäßigen häufigen Teillastbetriebs fahren diese Energieerzeuger bzw. Energieverbraucher nur noch bei Anforderung - und damit in Summe deutlich weniger - in Teillast und verursachen dementsprechend deutlich geringere, teillastbetriebsbedingte Einbußen, wie z. B. zu einem niedrigeren Wirkungsgrad der Stromerzeugung, einer verringerten Produktivität und/oder höheren spezifischen Emissionen. Außerdem entstehen bei reduzierter Nutzung der Kapazität erhöhte spezifische Fixkosten. Instead of the standard frequent part-load operation, these energy producers or energy consumers drive only on request - and thus significantly less - in partial load and accordingly cause significantly lower, partial load operation-related losses, such. As to a lower efficiency of power generation, reduced productivity and / or higher specific Emissions. In addition, with reduced use of capacity increased specific fixed costs.
Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass als Energieerzeuger ein Kraftwerk verwendet wird, vorzugsweise ein Kohlekraftwerk, Gaskraftwerk oder ein Wasserkraftwerk, und/oder als Energieverbraucher eine industrielle Produktionsanlage, insbesondere ein Elektrolyse-Werk oder eine industrielle Produktionsanlage zur Bereitstellung eines Metalls, vorzugsweise von Aluminium oder von Stahl, verwendet wird. It can also be provided according to the invention that a power plant is used as the energy generator, preferably a coal-fired power station, gas-fired power plant or a hydroelectric power station, and / or as an energy consumer an industrial production plant, in particular an electrolysis plant or an industrial production plant for the provision of a metal, preferably of aluminum or steel.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung soll es sich bei den Energieerzeugern und bei den Energieverbrauchern um Einrichtungen handeln, die auf der Basis der Höhe der bereitgestellten Regelleistung zu den Großanlagen im industriellen Sinne gezählt werden. For the purposes of the present invention, the energy producers and the energy consumers are to be devices which are counted on the basis of the amount of the control power provided to the large-scale installations in the industrial sense.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass als Energieerzeuger ein Dampfkraftwerk, ein Kohlekraftwerk, ein Kernkraftwerk, ein Ölkraftwerk, ein Sonnenwärmekraftwerk, ein Gas- und Dampf- Kombikraftwerk (Gu D-Kraftwerk), ein Biomasseheizkraftwerk, ein Gasturbinenkraftwerk, ein Stromerzeugungsaggregat, ein Wasserkraftwerk, ein Geothermiekraftwerk und/oder eine Kraft-Wärme-Kopplung zum Einsatz gelangen kann. It may further be provided that a steam power plant, a coal power plant, a nuclear power plant, an oil power plant, a solar thermal power plant, a gas and steam combined cycle power plant (Gu D power plant), a biomass cogeneration plant, a gas turbine power plant, a power generator, a hydroelectric power plant, a geothermal power plant and / or a combined heat and power can be used.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Energieerzeuger und/oder der Energieverbraucher eine maximale Leistung von zumindest 1 MW hat oder haben, vorzugsweise zumindest 10 MW, besonders bevorzugt zumindest 100 MW. Furthermore, it can be provided that the energy generator and / or the energy consumer has or have a maximum power of at least 1 MW, preferably at least 10 MW, particularly preferably at least 100 MW.
Zu den Energieverbrauchern können bevorzugter Weise die großen metallurgischen Anlagen zur Aufreinigung von Kupfer oder anderen Metallen als auch jene industriellen Produktionsanlagen, die einen großen Energiebedarf aufweisen, gehören. The energy consumers may preferably include the large metallurgical plants for the purification of copper or other metals as well as those industrial production plants which have a high energy demand.
Es kann hierbei vorgesehen sein, dass der Energieerzeuger und der Energieverbraucher bei einem relativen Wirkungsgrad bezogen auf den jeweiligen theoretischen maximalen Wirkungsgrad des Energieerzeugers oder Energieverbrauchers von zumindest 70%, vorzugsweise von zumindest 80%, besonders bevorzugt von zumindest 90%, ganz besonders bevorzugt von zumindest 95% betrieben werden, wenn keine Regelleistung bereitgestellt wird. Hierdurch soll verdeutlicht werden, dass in dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Energieerzeuger bei der Bereitstellung von positiver Regelleistung mit unvermindertem Wirkungsgrad weiterbetrieben werden kann, während die positive Regelleistung durch die Drosselung der Leistung des Energieverbrauchers bereitgestellt wird. Entsprechendes gilt für den umgekehrten Fall der Bereitstellung von negativer Regelleistung, wobei der Energieverbraucher mit unvermindertem Wirkungsgrad weiterbetrieben wird, während die negative Regelleistung mittels einer Leistungsdrosselung des Energieerzeugers bereitgestellt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform kann es ferner vorgesehen sein, dass der Energieerzeuger außer bei der Bereitstellung von negativer Regelleistung in Volllast betrieben wird und/oder der Energieverbraucher außer bei der Bereitstellung von positiver Regelleistung in Volllast betrieben wird. It may be provided here that the energy generator and the energy consumer at a relative efficiency based on the respective theoretical maximum efficiency of the energy producer or energy consumer of at least 70%, preferably of at least 80%, more preferably of at least 90%, most preferably of at least Be operated 95%, if no control power is provided. This is to clarify that, in this preferred embodiment of the present invention, the power generator can continue to operate with undiminished efficiency in providing positive control power, while providing the positive control power by throttling the power of the power consumer. The same applies to the reverse case of the provision of negative control power, wherein the energy consumer continues to operate with undiminished efficiency, while the negative control power is provided by means of a power throttling of the power generator. In a preferred embodiment, it may further be provided that the power generator is operated at full load except for the provision of negative control power and / or the power consumer is operated at full load except in the provision of positive control power.
Überraschende Vorteile zeigen sich insbesondere in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Energiespeicher, insbesondere ein Akkumulator, vorzugsweise ein Li-Ionen-Akkumulator, oder ein Pool von Energiespeichern gemeinsam mit dem Energieerzeuger und dem Energieverbraucher betrieben wird und der Energiespeicher, insbesondere der Akkumulator, derart betrieben wird, dass er bei der Bereitstellung von positiver und/oder negativer Regelleistung gegenüber dem Energieverbraucher und dem Energieerzeuger priorisiert wird, wobei vorzugsweise der Energiespeicher, insbesondere der Akkumulator, eine Kapazität von zumindest 4 kWh besitzt, vorzugsweise von zumindest 10 kWh, besonders bevorzugt zumindest 50 kWh, ganz besonders bevorzugt zumindest 250 kWh. Die Kapazität elektrochemischer Energiespeicher kann dabei bei zumindest 40 Ah, bevorzugt bei etwa 100 Ah liegen. Bei Verwendung von Speichern, die auf elektrochemischen Elementen beruhen, insbesondere Akkumulatoren, kann dieser Speicher vorteilhaft mit einer Spannung von mindestens 1 V, vorzugsweise mindestens 10 V und besonders bevorzugt mindestens 100 V betrieben werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass als Energiespeicher ein Schwungrad, ein Wärmespeicher, ein Wasserstofferzeuger und -Speicher mit Brennstoffzelle, ein Erdgaserzeuger mit Gaskraftwerk, ein Pumpspeicherkraftwerk, ein Druckluftspeicherkraftwerk, ein supraleitender magnetischer Energiespeicher, ein Redox-Flow-Element und/oder ein galvanisches Element verwendet wird, vorzugsweise ein Akkumulator und/oder ein Batteriespeicherkraftwerk, besonders bevorzugt ein Lithium-Ionen-Akkumulator Es kann auch vorgesehen sein, dass Kombinationen („Pools") von Energiespeichern, insbesondere solcher Energiespeicher verwendet werden. Surprising advantages are particularly evident in a particularly preferred embodiment of the invention, in which an energy storage, in particular an accumulator, preferably a Li-ion accumulator, or a pool of energy storage is operated together with the energy generator and the energy consumer and the energy storage, in particular the Accumulator is operated such that it is prioritized in the provision of positive and / or negative control power to the power consumer and the power generator, preferably the energy storage, in particular the accumulator has a capacity of at least 4 kWh, preferably of at least 10 kWh, particularly preferably at least 50 kWh, very particularly preferably at least 250 kWh. The capacity of electrochemical energy storage can be at least 40 Ah, preferably about 100 Ah. When using memories based on electrochemical elements, in particular accumulators, this memory can advantageously be operated with a voltage of at least 1 V, preferably at least 10 V and particularly preferably at least 100 V. Furthermore, it can be provided that as energy storage a flywheel, a heat storage, a hydrogen generator and storage with fuel cell, a natural gas producer with gas power plant, a pumped storage power plant, a Compressed air storage power plant, a superconducting magnetic energy storage device, a redox flow element and / or a galvanic element is used, preferably an accumulator and / or a battery storage power plant, more preferably a lithium-ion battery It may also be provided that combinations ("Pools ") of energy storage, in particular such energy storage can be used.
Der Wärmespeicher muss zusammen mit einer Vorrichtung zur Herstellung von Strom aus der gespeicherten Wärmeenergie betrieben werden. The heat storage must be operated together with a device for producing electricity from the stored thermal energy.
Zu den Akkumulatoren zählen insbesondere Bleiakkumulatoren, Natrium- Nickelchlorid-Akkumulatoren, Natrium-Schwefel-Akkumulatoren, Nickel-Eisen- Akkumulatoren, Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, Nickel-Metallhydrid- Akkumulatoren, Nickel-Wasserstoff-Akkumulatoren, Nickel-Zink-Akkumulatoren, Zinn-Schwefel-Lithium-Ionen-Akkumulatoren, Natrium-Ionen Akkumulatoren und Kalium-Ionen-Akkumulatoren. Hierbei sind Akkumulatoren bevorzugt, die einen hohen Wirkungsgrad sowie eine hohe betriebliche und kalendarische Lebensdauer aufweisen. Als besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, werden Lithium-Polymer-Akkumulatoren, Lithium-Titanat-Akkumulatoren, Lithium-Mangan-Akkumulatoren, Lithium-Eisen- Phosphat-Akkumulatoren, Lithium-Eisen-Mangan-Phosphat-Akkumulatoren, Lithium- Eisen-Yttrium-Phosphat-Akkumulatoren, Lithium-Luft-Akkumulatoren, Lithium- Schwefel-Akkumulatoren und/oder Zinn-Schwefel-Lithium-Ionen-Akkumulatoren als Lithium-Ionen-Akkumulatoren verwendet. The accumulators include in particular lead-acid batteries, sodium-nickel-chloride accumulators, sodium-sulfur accumulators, nickel-iron accumulators, nickel-cadmium accumulators, nickel-metal hydride accumulators, nickel-hydrogen accumulators, nickel-zinc accumulators, tin Sulfur Lithium Ion Accumulators, Sodium Ion Accumulators and Potassium Ion Accumulators. Here, accumulators are preferred, which have a high efficiency and a high operational and calendar life. As a particularly preferred embodiment of the invention, lithium polymer accumulators, lithium titanate accumulators, lithium manganese accumulators, lithium iron phosphate accumulators, lithium iron manganese phosphate accumulators, lithium iron yttrium Phosphate accumulators, lithium-air accumulators, lithium-sulfur accumulators and / or tin-sulfur lithium-ion accumulators used as lithium-ion accumulators.
Das Verhältnis von Nennleistung des Energiespeichers zur maximalen Leistung der Regelenergielieferanten kann vorzugsweise im Bereich von 1 :10000 bis 10:1 , besonders bevorzugt im Bereich von 1 :1000 bis 1 :1 liegen. The ratio of rated power of the energy store to the maximum power of the control energy suppliers may preferably be in the range of 1: 10,000 to 10: 1, more preferably in the range of 1: 1000 to 1: 1.
Auch kann vorgesehen sein, dass der Energiespeicher eine Kapazität von zumindest 4 kWh besitzt, vorzugsweise von zumindest 10 kWh, besonders bevorzugt zumindest 50 kWh, ganz besonders bevorzugt zumindest 250 kWh. It can also be provided that the energy store has a capacity of at least 4 kWh, preferably of at least 10 kWh, particularly preferably at least 50 kWh, very particularly preferably at least 250 kWh.
Besonders vorteilhaft kann es weiterhin sein, wenn im Falle der zusätzlichen Verwendung eines Energiespeichers, insbesondere eines Akkumulators, sowohl die Kapazität und/oder die Energiespeicherfähigkeit des Energiespeichers, insbesondere des Akkumulators, an die maximale Leistung und/oder die maximale zeitliche Änderung der Leistung des Energieverbrauchers und/oder des Energieerzeugers angepasst wird. It can furthermore be particularly advantageous if, in the case of the additional use of an energy store, in particular of a rechargeable battery, both the capacity and / or the energy storage capability of the energy store, in particular the accumulator is adapted to the maximum power and / or the maximum temporal change of the power of the energy consumer and / or the power generator.
Bevorzugt kann es diesbezüglich sein, dass der Energiespeicher, insbesondere der Akkumulator, zum Verhindern von Überschwingern über die Nennleistung und/oder zum Beschleunigen der zeitlichen Änderung der Leistung bei einer Änderung der bereitzustellenden Regelleistung verwendet wird. In this regard, it may be preferred that the energy store, in particular the accumulator, is used to prevent overshoots above the rated power and / or to accelerate the time change of the power in the event of a change in the control power to be provided.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die präqualifizierte Leistung des Energieerzeugers der präqualifizierten Leistung des Energieverbrauchers entspricht. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass die ans Stromnetz abgebbare Leistung des Energieerzeugers und/oder die aus dem Stromnetz aufnehmbare Leistung des Energieverbrauchers sich innerhalb von 15 Minuten, vorzugsweise innerhalb von 5 Minuten, besonders bevorzugt innerhalb von 30 Sekunden, um zumindest 70% ändern lässt, vorzugsweise um zumindest 85%, besonders bevorzugt um zumindest 95%, insbesondere zusammen mit einem Akkumulator. It may further be provided that the prequalified power of the power generator corresponds to the prequalified power of the energy consumer. In this case, it can be provided that the power of the energy generator that can be output to the power grid and / or the power consumed by the power grid can be changed by at least 70% within 15 minutes, preferably within 5 minutes, particularly preferably within 30 seconds , preferably at least 85%, more preferably at least 95%, in particular together with an accumulator.
In einer bevorzugten Ausführungsform kommt als drosselbarer Verbraucher ein Gleichstromverbraucher wie beispielsweise eine Elektrolyse zum Einsatz. In diesem Fall kann ein Akkumulator vorteilhaft in den Gleichstromzwischenspannungskreis des Verbrauchers eingebunden werden, so dass der Aufwand für die Leistungselektronik entfällt oder geringer ausfallen kann. In a preferred embodiment, a direct-current consumer, such as, for example, an electrolysis, is used as the throttleable consumer. In this case, an accumulator can be advantageously integrated into the intermediate DC voltage circuit of the consumer, so that the cost of the power electronics can be eliminated or reduced.
Die vorliegende Erfindung stellt des Weiteren eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst zumindest einen Energieerzeuger, zumindest einen Energieverbraucher und eine Steuerung zum Steuern oder Regeln der Leistung der Energieerzeuger und Energieverbraucher, wobei die Energieerzeuger und Energieverbraucher derart an ein Stromnetz angeschlossen sind, dass durch die Vorrichtung Energie ins Stromnetz einspeisbar und aus dem Stromnetz entnehmbar ist. The present invention further provides a preferred apparatus for carrying out the method according to the invention. A device according to the invention comprises at least one energy generator, at least one energy consumer and a controller for controlling or regulating the power of the energy producers and energy consumers, wherein the energy producers and energy consumers are connected to a power supply that can be fed into the power grid and removed from the power grid by the device is.
Unter einer Steuerung wird erfindungsgemäß vorliegend eine einfache Steuerung verstanden. Hierbei sei angemerkt, dass jede Regelung eine Steuerung umfasst, da bei einer Regelung eine Steuerung in Abhängigkeit von einer Differenz eines Istwerts zu einem Sollwert erfolgt. Bevorzugt ist die Steuerung also als Regelung ausgebildet, insbesondere bezüglich des Ladezustands. Besonders bevorzugt ist die Steuerung ein Leitsystem. Under a control according to the invention is understood in the present case a simple control. It should be noted here that each control comprises a control, since in a control, a control in dependence on a difference of an actual value to a setpoint. Preferably, the controller is thus designed as a control, in particular with respect to the state of charge. Particularly preferably, the controller is a control system.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Vorrichtung kann es ferner vorgesehen sein, dass die Steuerung dazu ausgelegt ist, dass zu jedem Zeitpunkt der Energieerzeuger und/oder der Energieverbraucher mit einem hohem Wirkungsgrad bezogen auf den jeweiligen theoretischen maximalen Wirkungsgrad des Energieerzeugers oder Energieverbrauchers betreibbar sind, insbesondere mit einem Wirkungsgrad von zumindest 70%, vorzugsweise von zumindest 80%, besonders bevorzugt von zumindest 90%, ganz besonders bevorzugt von zumindest 95% betreibbar sind. In a preferred embodiment of this device, it can further be provided that the controller is designed so that the energy generator and / or the energy consumer can be operated at a high efficiency with respect to the respective theoretical maximum efficiency of the energy producer or energy consumer, in particular with an efficiency of at least 70%, preferably of at least 80%, more preferably of at least 90%, most preferably of at least 95% are operable.
Bevorzugt kann es ferner sein, dass die Vorrichtung einen Energiespeicher, insbesondere einen Akkumulator, umfasst, der derart an das Stromnetz angeschlossen ist, dass aus dem Energiespeicher, insbesondere aus dem Akkumulator, Energie ins Stromnetz einspeisbar und aus dem Stromnetz entnehmbar ist. It may also be preferable for the device to comprise an energy store, in particular a rechargeable battery, which is connected to the power grid in such a way that energy can be fed into the power grid from the energy store, in particular from the rechargeable battery, and removed from the power grid.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass es durch den gemeinsamen Betrieb eines Energieerzeugers und eines Energieverbrauchers und durch die Reduzierung der erzeugten Leistung zur Bereitstellung von negativer Regelleistung und die Reduzierung der verbrauchten Leistung zur Bereitstellung von positiver Regelleistung gelingt, sowohl den Energieerzeuger als auch den Energieverbraucher zumeist bei hohen Wirkungsgraden und damit deutlich produktiver zu betreiben, als dies bisher der Fall ist. Unter der Annahme, dass nur zu 50% der Zeit überhaupt Regelleistung zur Verfügung gestellt werden muss, können der Energieerzeuger und der Energieverbraucher auch in 50% der Zeit, das heißt doppelt so lange wie bisher, bei einem hohen, vorzugsweise bei einem maximalen Wirkungsgrad betrieben werden. Dadurch wird die Produktivität erhöht. The invention is based on the surprising finding that the joint operation of a power generator and an energy consumer, and the reduction of the power generated to provide negative control power and the reduction of the power consumed to provide positive control power, succeed both the power generator and the power generator Energy consumers usually operate at high efficiencies and thus much more productive than was previously the case. Assuming that only 50% of the time at all control power must be provided, the power generator and the energy consumer can also in 50% of the time, that is twice as long as before, operated at a high, preferably at a maximum efficiency become. This increases productivity.
Insbesondere im Bereich der Primärregelleistungsbereitstellung werden als Alternativen zu konventionellen Energieerzeugern und Energieverbrauchers zunehmend Batteriespeicher beziehungsweise Akkumulatoren vorgeschlagen. Nachteilig wirken sich im Allgemeinen bei Batteriespeichern beziehungsweise Akkumulatoren aus: • Auf Grund der Verluste beim Ein- und Ausspeichern von Energie erfolgt bei statistisch symmetrischer Abweichung der Netzfrequenzen vom Sollwert durch den Betrieb früher oder später eine Entleerung der Ladung des Akkumulators. Es ist daher erforderlich, den Speicher mehr oder weniger regelmäßig gezielt aufzuladen. Eventuell muss dieser Ladestrom separat bezahlt werden. Especially in the field of primary control power supply battery alternatives or accumulators are increasingly proposed as alternatives to conventional energy producers and energy consumers. Disadvantages generally have a negative effect on battery storages or accumulators: • Due to losses in energy storage and retrieval, the accumulator charge will be drained sooner or later if statistically symmetrical deviation of the mains frequencies from the setpoint occurs during operation. It is therefore necessary to recharge the memory more or less regularly. It may be necessary to pay for this charging current separately.
• Eine konsequente Einhaltung der Leitlinien zur Präqualifizierung von Primärregeltechnologien erfordert die Bereithaltung entsprechender Leistungsreserven zu jedem beliebigen Betriebszeitpunkt und damit zu jedem Ladungszustand des Speichers. Diese Anforderung (in Deutschland aktuell: die vermarktete Primärregelleistung über eine Dauer von 15 min) führt dazu, dass eine entsprechende, Investitionskosten-erhöhende Kapazität des Energiespeichers vorgehalten werden muss. Tatsächlich würde diese Reserve (statistisch bedingt) nur sehr selten genutzt werden. • Consistent adherence to the guidelines for prequalification of primary control technologies requires the provision of adequate power reserves at any point in time and thus at any charge state of the storage. This requirement (currently in Germany: the marketed primary control power over a period of 15 minutes) means that a corresponding investment-increasing capacity of the energy storage must be provided. In fact, this reserve would be used very rarely (statistically).
• Die Analyse von realen Frequenzverläufen zeigt, dass mitunter beträchtliche Energiemengen monoton ein- oder ausgespeist werden. Dies führt bei gegebener• The analysis of real frequency curves shows that sometimes considerable amounts of energy are fed in or out monotonously. This results in given
Speicherkapazität zu entsprechend hoher Ladezustandsänderung. Große Ladezustandsänderungen wiederum führen tendenziell zu schnellerer Alterung als geringe Ladezustandsänderungen. Entweder erreicht der Energiespeicher somit eher sein Lebensende und muss eher ausgetauscht werden, oder die Kapazität ist ä priori zu erhöhen, um die relative Ladezustandsänderung zu reduzieren. Beides führt zu einer Erhöhung der Investitionskosten. Storage capacity to correspondingly high state of charge change. In turn, large state of charge changes tend to cause faster aging than low state of charge changes. Either the energy store thus reaches its end of life rather than having to be replaced, or the capacity is to be increased a priori in order to reduce the relative state of charge change. Both lead to an increase in investment costs.
Der Ladezustand entspricht im Fall von Akkumulatoren als Energiespeicher dem Ladungszustand (engl.: „State-of-Charge", SOC) oder dem Energiegehalt (engl.: State-of-Energie, SoE). Aus diesen Gründen kommt erfindungsgemäß auch der Betrieb eines Pools aus dynamischen Energiespeichern, insbesondere Akkumulatoren und konventionellen Quellen zur Bereitstellung von Regelleistung in Betracht, die größere positive und/oder negative Regelleistungen bereitstellen können. Sollte beispielsweise ein Kraftwerk in Kombination mit einem Akkumulator eingesetzt werden, so müsste dies in Teillast gefahren werden, um bei Bedarf auch zusätzliche positive Regelleistung bereitstellen zu können. Erfindungsgemäß ist dies jedoch nicht mehr notwendig. Erfindungsgemäß können nunmehr also auch Akkumulatoren in einer Kombination mit Energieerzeugern und Energieverbrauchern eingesetzt werden, wobei die oben angeführten Nachteile überwunden werden. In the case of accumulators, the state of charge corresponds to the charge state ("state-of-charge", SOC) or the energy content (English: state-of-energy, SoE) Pools of dynamic energy storage, in particular accumulators and conventional sources for providing control power, which can provide greater positive and / or negative control power, for example, if a power plant is used in combination with an accumulator, this would have to be run at partial load It is also necessary to be able to provide additional positive control power, but this is no longer necessary according to the invention. According to the invention, accumulators can now also be used in combination with energy producers and energy consumers, with the disadvantages mentioned above being overcome.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden mehrere Energiespeicher gepoolt und in erfindungsgemäßer Verfahrensweise betrieben. Die Größe der Energiespeicher innerhalb des Pools kann dabei variieren. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird bei den verschiedenen Energiespeichern eines Pools bei der Ausnutzung von Toleranzen, insbesondere der Wahl der Bandbreite im Totband, der Wechsel von einer Parametereinstellung auf eine andere nicht synchron, sondern gezielt zeitlich versetzt vorgenommen, um etwaige Störungen im Netz möglichst gering oder zumindest tolerabel zu halten. In preferred embodiments of the invention, a plurality of energy stores are pooled and operated in accordance with the method of the invention. The size of the energy storage within the pool can vary. In a particularly preferred embodiment, in the various energy stores of a pool in the use of tolerances, in particular the choice of bandwidth in the deadband, the change from one parameter setting to another not synchronously, but deliberately offset in time to minimize any disturbances in the network or at least tolerable.
Unter der Toleranz bezüglich des Betrags der bereitgestellten Regelleistung und der Toleranz bei der Bestimmung der Frequenzabweichung usw. ist erfindungsgemäß zu verstehen, dass vom Netzbetreiber, aufgrund technischer Rahmenbedingungen, wie der Messgenauigkeit beim Bestimmen der erbrachten Regelleistung oder der Netzfrequenz, gewisse Abweichungen zwischen einer idealen Sollleistung und der tatsächlich erbrachten Regelleistung akzeptiert werden. Die Toleranz kann vom Netzbetreiber gewährt sein, könnte aber auch einer gesetzlichen Vorgabe entsprechen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform variieren die bei den verschiedenen Verfahrensweisen genutzten Toleranzen, insbesondere der Wahl der Bandbreite im Totband abhängig von der Tageszeit, dem Wochentag oder der Jahreszeit. Zum Beispiel können in einem Zeitraum von 5 min vor bis 5 min nach dem Stundenwechsel Toleranzen enger definiert werden. Dies ist darin begründet, dass hier oft sehr rapide Frequenzänderungen stattfinden. Es kann im Interesse der Übertragungsnetzbetreiber liegen, dass hier geringere Toleranzen vorliegen und damit die Regelenergiebereitstellung sicherer im Sinne von schärfer erfolgt. The tolerance with regard to the amount of the control power provided and the tolerance in determining the frequency deviation, etc., is to be understood by the network operator to be certain deviations between an ideal nominal power due to technical conditions, such as the measurement accuracy in determining the control power supplied or the grid frequency and the actual control power actually delivered. The tolerance may be granted by the network operator, but could also comply with a legal requirement. In a further preferred embodiment, the tolerances used in the various methods, in particular the choice of bandwidth in the dead band, vary depending on the time of day, the day of the week or the season. For example, within a period of 5 minutes to 5 minutes after the hour change, tolerances may be more narrowly defined. This is due to the fact that often very rapid frequency changes take place here. It may be in the interest of transmission system operators that there are lower tolerances and thus the control energy supply is more secure in the sense of sharper.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Rahmen der Vorgaben zur Erbringung von Regelleistung vorgesehen sein, dass durch den Energiespeicher insbesondere mehr Energie aus dem Netz aufgenommen als eingespeist wird. Dies kann dadurch erfolgen, dass gemäß den Regularien einschließlich der zuvor dargelegten Verfahrensweise bevorzugt sehr viel negative Regelleistung bereitgestellt wird, wohingegen gemäß den Regularien einschließlich der zuvor dargelegten Vorgehensweise bevorzugt nur die mindestens zugesicherte Leistung an positiver Regelleistung erbracht wird. Vorzugsweise wird durchschnittlich mindestens 0,1 % mehr an Energie aus dem Netz entnommen als eingespeist, insbesondere mindestens 0,2 %, bevorzugt mindestens 0,5 %, besonders bevorzugt mindestens 1 ,0 %, speziell bevorzugt 5%, wobei diese Werte auf einen Durchschnitt bezogen sind, der über einen Zeitraum von mindestens 15 Minuten, vorzugsweise mindestens 4 Stunden, besonders bevorzugt mindestens 24 Stunden und speziell bevorzugt mindestens 7 Tage gemessen wird, und sich auf die eingespeiste Energie beziehen. Hierbei kann die zuvor dargelegte Regelleistungserbringung eingesetzt werden, um ein Maximum an Energie aus dem Netz zu entnehmen, wobei die maximal mögliche negative Regelleistung bereitgestellt wird, wohingegen nur ein Minimum an positiver Regelleistung erbracht wird. According to a further embodiment, it may be provided within the scope of the specifications for the provision of control power that, in particular, more energy is absorbed from the network than is fed in by the energy store. This can be done by virtue of the fact that according to the regulations, including the procedure set out above, preference is given to a very large amount of negative control power whereas, according to the regulations including the procedure set out above, only the at least guaranteed power is preferably provided at positive control power. Preferably, an average of at least 0.1% more energy is withdrawn from the network than is supplied, in particular at least 0.2%, preferably at least 0.5%, more preferably at least 1.0%, especially preferably 5%, these values being based on a Average measured over a period of at least 15 minutes, preferably at least 4 hours, more preferably at least 24 hours and especially preferably at least 7 days, and refer to the energy fed. In this case, the control power provision set out above can be used to extract a maximum of energy from the network, whereby the maximum possible negative control power is provided, whereas only a minimum of positive control power is provided.
In den Ausführungsformen zur bevorzugten und speziell zur maximalen Energieaufnahme können die hierdurch aus dem Netz entnommenen Energien über den zuvor beschriebenen Energiehandel verkauft werden, wobei dies vorzugsweise zu Zeitpunkten erfolgt, zu denen ein höchstmöglicher Preis zu erzielen ist. Hierzu können Prognosen über die Preisentwicklung herangezogen werden, die auf historischen Daten beruhen. Weiterhin kann der Ladezustand des Energiespeichers zum Zeitpunkt eines geplanten Verkaufs an Energie vorzugsweise mindestens 70 %, besonders bevorzugt mindestens 80 % und besonders bevorzugt mindestens 90 % der Speicherkapazität betragen, wobei der Ladezustand nach dem Verkauf bevorzugt höchstens 80 %, insbesondere höchstens 70 % und besonders bevorzugt höchstens 60 % der Speicherkapazität beträgt. In the embodiments for the preferred and especially for the maximum energy consumption, the energy thus extracted from the network can be sold via the energy trade described above, preferably at times when the highest possible price is to be achieved. For this purpose, forecasts of the price development based on historical data can be used. Furthermore, the state of charge of the energy store at the time of a planned sale of energy may preferably be at least 70%, particularly preferably at least 80% and particularly preferably at least 90% of the storage capacity, the state of charge after sale preferably not exceeding 80%, in particular not more than 70% and especially preferably at most 60% of the storage capacity amounts.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von neun Figuren beispielhaft erläutert, ohne jedoch dabei die Erfindung zu beschränken. Es zeigen: Preferred embodiments of the present invention are explained below by way of example with reference to nine figures, but without limiting the invention. Show it:
Figur 1 : einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figur 2: einen schematischen Aufbau einer weiteren bevorzugten Figure 1: a schematic structure of a device according to the invention; Figure 2: a schematic structure of another preferred
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figur 3: ein schematisches Leistungs-Zeit-Diagramm bei positiver Regelleistungsanfrage; Embodiment of a device according to the invention; FIG. 3 shows a schematic power-time diagram with a positive control power request;
Figur 4: ein schematisches Leistungs-Zeit-Diagramm bei negativer Figure 4: a schematic power-time diagram with negative
Regelleistungsanfrage; Figur 5 A und B: zwei weitere schematische Leistungs-Zeit-Diagramme zur  Control power request; Figure 5 A and B: two more schematic power-time diagrams for
Veranschaulichung der Erfindung;  Illustration of the invention;
Figur 6: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drosselbaren Energieerzeugern und -Verbrauchern unter Einbindung eines Energiespeichers; Figur 7: ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen FIG. 6 shows a schematic representation of a device according to the invention with throttled energy generators and consumers with the involvement of an energy store; Figure 7: a schematic flow diagram of an inventive
Verfahrens; und  process; and
Figur 8: ein schematisches Ablaufdiagramm einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Einbindung eines Energiespeichers. Figur 1 zeigt einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für ein erfindungsgemäßes Verfahren umfassend einen Energieerzeuger 2 und einen Energieverbraucher 3, die mittels einer ersten elektrischen Verbindungsleitung 5 miteinander verbunden sind. Eine zweite elektrische Verbindungsleitung 6 stellt eine Verbindung zwischen dem Energieerzeuger 2, dem Energieverbraucher 3 und einem zentralen Stromnetz 1 her. Ferner ist der Energieerzeuger 2 mittels einer ersten Kommunikationsverbindung 7, sowie der Energieverbraucher 3 mittels einer zweiten Kommunikationsverbindung 8 mit einer Steuerungseinheit 4 verbunden. Eine dritte Kommunikationsverbindung 9 zwischen dem zentralen Stromnetz 1 und der Steuerungseinheit 4 dient der Übermittlung von Anfragen nach benötigter Regelleistung, sowohl positiver als auch negativer. FIG. 8 shows a schematic flow diagram of an alternative embodiment of the method according to the invention with the involvement of an energy store. 1 shows a schematic structure of a device according to the invention for a method according to the invention comprising a power generator 2 and an energy consumer 3, which are connected to each other by means of a first electrical connection line 5. A second electrical connection line 6 establishes a connection between the energy generator 2, the energy consumer 3 and a central power grid 1. Furthermore, the energy generator 2 is connected to a control unit 4 by means of a first communication connection 7 and the energy consumer 3 by means of a second communication connection 8. A third communication link 9 between the central power grid 1 and the control unit 4 is used to transmit requests for required control power, both positive and negative.
Hierbei soll verdeutlicht werden, dass der Energieerzeuger 2 mit dem Energieverbraucher 3 mittels der ersten elektrischen Verbindungsleitung 5 derart miteinander verbunden ist, dass in den Zeiträumen, in denen keine Anforderung von Regelleistung aus dem zentralen Stromnetz 1 vorliegt, sowohl der Energieerzeuger 2 als auch der Energieverbraucher 3 möglichst in Volllast betrieben werden. In diesem Fall liefert idealerweise der Energieerzeuger 2 die vom Energieverbraucher 3 benötigte Energie über die erste elektrische Verbindungsleitung 5, ohne dass über die zweite elektrische Verbindungsleitung 6 eine Energieentnahme aus dem zentralen Stromnetz 1 durch den Energieverbraucher 3 oder einer Energieeinspeisung in das zentrale Stromnetz 1 durch den Energieerzeuger 2 erforderlich wäre. It should be clarified here that the energy generator 2 is connected to the energy consumer 3 by means of the first electrical connection line 5 such that in the periods in which there is no requirement of control power from the central power grid 1, both the energy generator 2 and the energy consumer 3 are operated as possible in full load. In this case, ideally the power generator 2 supplies the energy consumer 3 Required energy via the first electrical connection line 5, without the second electrical connection line 6 would be an energy withdrawal from the central power grid 1 by the power consumer 3 or a power supply to the central power grid 1 by the power generator 2 would be required.
Zu einer solchen Energieentnahme beziehungsweise Energieeinspeisung in das zentrale Stromnetz 1 kommt es vorliegend nur bei einer Regelleistungsanforderung. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass auch im Normalbetrieb ohne Regelleistungsanforderung Energie ins Stromnetz 1 eingespeist oder aus dem Stromnetz 1 aufgenommen wird, ohne dass das erfindungsgemäße Verfahren hiervon beeinträchtigt wäre. Dazu können der Energieerzeuger 2 und der Energieverbraucher 3 auch beide direkt und auch separat ans Stromnetz 1 angeschlossen sein. In the present case, such energy extraction or energy supply into the central power grid 1 occurs only with a control power requirement. However, it can also be provided that even in normal operation without control power requirement energy is fed into the power grid 1 or taken from the power grid 1, without the inventive method would be affected thereby. For this purpose, the power generator 2 and the power consumer 3 can also be both connected directly and separately to the power grid 1.
Sobald eine Anfrage nach positiver oder negativer Regelleistung vom Stromnetzbetreiber an die Steuerungseinheit 4 übermittelt wird oder ein Regelleistungsbedarf anhand einer Messung der Frequenzabweichung von der Netzfrequenz festgestellt wird, sendet die Steuerungseinheit 4 nachfolgend entsprechende Informationen über die erste Kommunikationsverbindung 7 zur Steuerung oder Regelung des Energieerzeugers 2 (im Falle einer Anfrage nach negativer Regelleistung) oder über die zweite Kommunikationsverbindung 8 zur Steuerung oder Regelung des Energieverbrauchers 3 (im Falle einer Anfrage nach positiver Regelleistung). Die ersten und zweiten elektrischen Verbindungsleitungen 5, 6 dienen anschließend der Übermittlung von Energie zwischen dem zentralen Stromnetz 1 und dem Energieerzeuger 2 beziehungsweise dem Energieverbraucher 3. As soon as a request for positive or negative control power is transmitted by the grid operator to the control unit 4 or a control power requirement is determined by measuring the frequency deviation from the grid frequency, the control unit 4 subsequently sends corresponding information via the first communication link 7 for controlling or regulating the power generator 2 (FIG. in the case of a request for negative control power) or via the second communication connection 8 for controlling or regulating the energy consumer 3 (in the case of a request for positive control power). The first and second electrical connecting lines 5, 6 are then used to transmit energy between the central power grid 1 and the power generator 2 and the power consumer. 3
Im Falle einer Anfrage nach positiver Regelleistung veranlasst die Steuerungseinheit 4 mittels der zweiten Kommunikationsverbindung 8, den Energieverbraucher 3 seine Leistung zu drosseln, um hierdurch positive Regelleistung bereitzustellen, die in der Folge über die erste und zweite elektrische Verbindungsleitung 5, 6 in das zentrale Stromnetz 1 eingespeist werden. Der Energieerzeuger 2 wird in diesem Fall ungedrosselt, im Idealfall unter Beibehaltung des Betriebs bei Volllast, weiterbetrieben. Sobald vom zentralen Stromnetz 1 die Information mittels der dritten Kommunikationsverbindung 9 an die Steuerungseinheit 4 übermittelt wird oder anhand einer Messung der Frequenzabweichung der Netzfrequenz festgestellt wird, dass der Bedarf an positiver Regelleistung ausreichend erfüllt worden ist und in der Folge kein weiterer Bedarf an Regelleistung besteht, veranlasst die Steuerungseinheit 4 mittels der zweiten Kommunikationsverbindung 8 den Energieverbraucher 3 seine Leistung wieder hochzufahren. Sowohl der Energieerzeuger 2 als auch der Energieverbraucher 3 werden anschließend wieder ungedrosselt, im Idealfall unter Volllast, weiterbetrieben, ohne dass nunmehr dem Stromnetz 1 eine Regelleistung bereitgestellt wird. Im Falle einer Anfrage nach negativer Regelleistung oder einem festgestellten Bedarf an negativer Regelleistung veranlasst die Steuerungseinheit 4 mittels der ersten Kommunikationsverbindung 7, den Energieerzeuger 2 seine Leistung zu drosseln, um hierdurch negative Regelleistung bereitzustellen, die in der Folge über die erste und zweite elektrische Verbindungsleitung 5, 6 aus dem zentralen Stromnetz 1 entnommen wird. Der Energieverbraucher 3 wird in diesem Fall ungedrosselt, im Idealfall unter Beibehaltung des Betriebes bei Volllast, weiterbetrieben. Sobald vom zentralen Stromnetz 1 die Information mittels der dritten Kommunikationsverbindung 9 an die Steuerungseinheit 4 übermittelt wird, dass der Bedarf an negativer Regelleistung ausreichend erfüllt worden ist und in der Folge kein weiterer Bedarf an Regelleistung besteht, veranlasst die Steuerungseinheit 4 mittels der ersten Kommunikationsverbindung 7 den Energieerzeuger 2 seine Leistung wieder hochzufahren. Sowohl der Energieerzeuger 2 als auch der Energieverbraucher 3 werden anschließend wieder ungedrosselt, im Idealfall unter Volllast, weiterbetrieben, ohne dass nunmehr eine Regelleistung bereitgestellt wird. Figur 2 zeigt einen schematischen Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die gleichfalls wie die in Figur 1 beschriebene Vorrichtung einen Energieerzeuger 2' und einen Energieverbraucher 3' umfasst, die mittels einer ersten elektrischen Verbindungsleitung 5' miteinander verbunden sind. Eine zweite elektrische Verbindungsleitung 6' stellt eine Verbindung zwischen dieser ersten elektrischen Verbindungsleitung 5' und einem zentralen Stromnetz 1 ' her. Ferner ist der Energieerzeuger 2' mittels einer ersten Kommunikationsverbindung 7', sowie der Energieverbraucher 3' mittels einer zweiten Kommunikationsverbindung 8' mit einer Steuerungseinheit 4' verbunden. Eine dritte Kommunikationsverbindung 9' zwischen dem zentralen Stromnetz 1 ' und der Steuerungseinheit 4' dient der Übermittlung von Anfragen nach sowohl positiver als auch negativer Regelleistung. In the case of a request for positive control power causes the control unit 4 by means of the second communication link 8, the power consumer 3 to throttle its power to thereby provide positive control power, in the sequence via the first and second electrical connection line 5, 6 in the central power grid be fed. The power generator 2 is operated in this case unthrottled, ideally, while maintaining full load operation. Once from the central power grid 1, the information by means of the third Communication link 9 is transmitted to the control unit 4 or is determined by measuring the frequency deviation of the grid frequency that the need for positive control power has been sufficiently met and consequently there is no further need for control power, causes the control unit 4 by means of the second communication link 8 the Energy consumers 3 to start its performance again. Both the power generator 2 and the power consumer 3 are then again unthrottled, ideally under full load, continue to operate without now the power grid 1, a control power is provided. In the case of a request for a negative control power or a determined demand for negative control power, the control unit 4 causes the power generator 2 to throttle its power by means of the first communication link 7, thereby providing negative control power, which is subsequently transmitted via the first and second electrical connection lines 5 , 6 is taken from the central power grid 1. The energy consumer 3 is in this case unthrottled, ideally operated while maintaining the operation at full load, continued. As soon as the information is transmitted to the control unit 4 from the central power grid 1 by means of the third communication connection 9, that the demand for negative control power has been sufficiently fulfilled and consequently there is no further need for control power, the control unit 4 initiates the control by means of the first communication connection 7 Power generator 2 to start its performance again. Both the energy generator 2 and the energy consumer 3 are then again unthrottled, ideally under full load, continue to operate, without now a control power is provided. FIG. 2 shows a schematic structure of a preferred embodiment of a device according to the invention, which, like the device described in FIG. 1, likewise comprises a power generator 2 ' and an energy consumer 3 ' , which are connected to one another by means of a first electrical connection line 5 ' . A second electrical connection line 6 ' establishes a connection between this first electrical connection line 5 ' and a central power network 1 ' . Furthermore, the energy generator 2 ' by means of a first communication connection 7 ' , and the energy consumer 3 ' by means of a second communication link 8 ' connected to a control unit 4 ' . A third communication link 9 ' between the central power grid 1 ' and the control unit 4 ' is used to transmit requests for both positive and negative control power.
Ferner umfasst die in Figur 2 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung im Unterschied zu der in Figur 1 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Energiespeicher 10, der mittels einer dritten elektrischen Verbindungsleitung 12 zum Energieaustausch mit dem zentralen Stromnetz 1 ' verbunden ist, als auch eine vierte Kommunikationsverbindung 1 1 zwischen dem Energiespeicher 10 und der Steuerungseinheit 4'. Die Steuerungseinheit 4' wird also auch zum Steuern oder Regeln des Energiespeichers 10 verwendet. In contrast to the device according to the invention shown in FIG. 1, the device according to the invention further comprises an energy store 10, which is connected to the central power grid 1 ' for energy exchange by means of a third electrical connection line 12, as well as a fourth communication link 11 between the two Energy storage 10 and the control unit 4 ' . The control unit 4 ' is therefore also used for controlling or regulating the energy store 10.
Der Energiespeicher 10 kann auch erfindungsgemäß bevorzugt direkt mit dem Energieerzeuger 2' und mit dem Energieverbraucher 3' verbunden sein. Dadurch kann der Energiespeicher 10 Energie für den Energieverbraucher 3' bereitstellen und Energie aus dem Energieerzeuger 2' aufnehmen. Dies ist immer dann von Vorteil, wenn ansonsten eine Entnahme oder Abgabe ans Stromnetz 1 ' ohne Regelleistungsanfrage vorläge oder die Leistungssteigerung des Energieerzeugers 2' und/oder des Energieverbrauchers 3' pro Zeit erhöht werden soll oder ein Überschwingen der Leistung des Energieerzeugers 2' und/oder des Energieverbrauchers 3' verhindert werden soll. Sobald eine Anfrage nach positiver oder negativer Regelleistung vom Stromnetzbetreiber an die Steuerungseinheit 4' übermittelt wird oder ein entsprechender Bedarf festgestellt wird, sendet die Steuerungseinheit 4' nachfolgend zunächst entsprechende Informationen mittels der vierten Kommunikationsverbindung 12 an den Energiespeicher 10, da dieser, insbesondere in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, priorisiert für die Bereitstellung von positiver als auch von negativer Regelleistung verwendet werden kann. Die Übermittlung von Regelleistung zwischen dem Energiespeicher 10 und dem zentralen Stromnetz 1 ' erfolgt anschließend mittels der dritten elektrischen Verbindungsleitung 12. Kleinere Schwankungen im zentralen Stromnetz 1 ' und die daraus resultierenden kleineren Regelleistungsanfragen können somit schnell mittels des Energiespeichers 10 bedient werden. Dadurch kann der Steuerungseinheit 4' mehr Reaktionszeit zur Verfügung gestellt werden, um mittels der ersten Kommunikationsverbindung 7' zur Steuerung oder Regelung des Energieerzeugers 2' (im Falle einer Anfrage nach negativer Regelleistung) oder mittels der zweiten Kommunikationsverbindung 8' zur Steuerung oder Regelung des Energieverbrauchers 3' (im Falle einer Anfrage nach positiver Regelleistung) eine Drosselung der Leistung des Energieverbrauchers 3' oder des Energieerzeugers 2' in der in Figur 1 beschriebenen Art und Weise zu veranlassen. Dabei wird zu dem Zeitpunkt der Drosselung des Energieverbrauchers 3' oder des Energieerzeugers 2' zeitgleich der Energiespeicher gedrosselt. Hierbei kann in Ergänzung zu dem in Figur 1 beschriebenen Ablauf nach der Erfüllung der Regelleistungsanfrage aus dem zentralen Stromnetz 1 ' der Energieerzeuger 2' beziehungsweise der Energieverbraucher 3' in seiner Leistung erst wieder hochgefahren werden, nachdem dem Energiespeicher 10 die Gelegenheit gegeben wurde, seinen ursprünglichen Ladezustand, im Idealfall den halbgeladenen Zustand, wieder mittels dem Energieaustausch mit dem zentralen Stromnetz 1 ' über die dritte elektrische Verbindungsleitung 12 wiederherzustellen. Bevorzugt wird jedoch auch die Rampe beim Hochfahren der Leistung dazu genutzt, den Ladezustand anzupassen. Besonders bevorzugt wird der Energieerzeuger 2' oder der Energieverbraucher 3' sofort wieder hochgefahren, die Energie während des Hochfahrens dazu genutzt, den Ladezustand des Energiespeichers 10 zu optimieren und gegebenenfalls zusätzlich notwendige Energie für die Ladung des Energiespeichers 10 aus dem Stromnetz V aufgenommen. According to the invention, the energy store 10 can preferably be connected directly to the energy generator 2 ' and to the energy consumer 3 ' . As a result, the energy store 10 can provide energy for the energy consumer 3 ' and absorb energy from the energy generator 2 ' . This is always advantageous if otherwise a removal or delivery to the power grid 1 ' vorläge without control power request or increase the performance of the power generator 2 ' and / or the energy consumer 3 ' per time or overshoot the power of the power generator 2 ' and / or the energy consumer 3 'to be prevented. As soon as a request for positive or negative control power is transmitted from the grid operator to the control unit 4 ' or a corresponding requirement is determined, the control unit 4 ' initially sends corresponding information to the energy store 10 by means of the fourth communication link 12, since this, in particular in a preferred Embodiment of the method according to the invention, prioritized for the provision of positive as well as negative control power can be used. The transmission of control power between the energy storage 10 and the central power grid 1 ' is then carried out by means of the third electrical connection line 12. Smaller fluctuations in the central power grid 1 ' and the resulting smaller control power requests can thus be quickly operated by the energy storage device 10. Thereby, the control unit 4 ' more reaction time can be provided to by means of the first communication connection 7 ' for controlling or regulating the energy generator 2 ' (in the case of a request for negative control power) or by means of the second communication connection 8 ' for controlling or regulating the energy consumer 3 ' (in the case of a request for positive control power) Power of the power consumer 3 ' or the power generator 2 ' in the manner described in Figure 1. At the same time, the energy store is throttled at the time of throttling of the energy consumer 3 ' or of the energy generator 2 ' . Here, in addition to the process described in Figure 1 after the fulfillment of the control power request from the central power grid 1 'of the power generator 2 ' or the energy consumer 3 ' in his performance will be raised again after the energy storage 10 was given the opportunity its original Charge state, ideally the half-charged state, again by means of the energy exchange with the central power grid 1 ' via the third electrical connection line 12 restore. Preferably, however, the ramp is also used when starting the power to adjust the state of charge. Particularly preferably, the energy generator 2 ' or the energy consumer 3 ' is immediately restarted, the energy used during startup to optimize the state of charge of the energy storage device 10 and possibly additionally necessary energy for the charge of the energy storage device 10 from the power grid V.
Figur 3 zeigt ein schematisches Leistungs-Zeit-Diagramm bei positiver Regelleistungsanfrage. Hierbei ist ein erster Zeitpunkt 13 der Beginn der Drosselung der Leistung 16 eines Energieverbrauchers, die benötigt wird um eine ausreichende Menge an positiver Regelleistung 17 bereitzustellen, während erfindungsgemäß die Leistung 15 eines Energieerzeugers ungedrosselt konstant aufrechterhalten wird. Der spätere zweite Zeitpunkt 14 stellt hierbei das Ende der Drosselung des Energieverbrauchers dar, wobei nachfolgend die Leistung 16 wieder auf den ursprünglichen Wert ansteigt und anschließend konstant aufrechterhalten wird. Die Leistung des Energieerzeugers (obere Linie) kann also fortwährend bei hoher (optimaler) Leistung betrieben werden. Figur 4 zeigt ein schematisches Leistungs-Zeit-Diagramm bei negativer Regelleistungsanfrage. Hierbei wird zu einem ersten Zeitpunkt 13' die Leistung 15' eines Energieerzeugers gedrosselt. Damit wird durch das System Energieverbraucher und Energieerzeuger eine ausreichende Menge an negativer Regelleistung 18 bereitgestellt, während erfindungsgemäß die Leistung 16' des Energieverbrauchers ungedrosselt konstant aufrechterhalten wird. Zum zweiten späteren Zeitpunkt 14' wird die Drosselung des Energieerzeugers beendet, wobei nachfolgend die Leistung 15' wieder auf den ursprünglichen Wert ansteigt und anschließend konstant aufrechterhalten wird. Tatsächlich würden flachere Flanken beim Drosseln und wieder Hochfahren des Energieerzeugers und Energieverbrauchers entstehen, als in die Figuren 3 und 4 dargestellt. FIG. 3 shows a schematic power-time diagram with a positive control power request. Here, a first time 13 is the beginning of throttling the power 16 of an energy consumer, which is needed to provide a sufficient amount of positive control power 17, while according to the invention, the power 15 of a power generator is maintained unchoked constant. The later second time 14 in this case represents the end of the throttling of the energy consumer, wherein subsequently the power 16 rises again to the original value and is then maintained constant. The power of the power generator (top line) can thus be operated continuously at high (optimal) power. FIG. 4 shows a schematic power-time diagram with a negative control power request. Here, at a first time 13 ', the power 15 ' of an energy generator is throttled. Thus, a sufficient amount of negative control power 18 is provided by the system energy consumers and energy producers, while according to the invention, the power is 16 'of the energy absorber unthrottled maintained constant. At the second, later time point 14 ' , the throttling of the energy generator is ended, after which the power 15 ' rises again to the original value and is subsequently maintained constant. In fact, flatter flanks would result in choking and re-starting of the power generator and power consumer, as shown in FIGS. 3 and 4.
Die Figuren 5A und 5B zeigen zwei weitere schematische Leistungs-Zeit- Diagramme. Darin ist Popt die optimale Leistung der Energieerzeuger/-verbraucher (optimaler Wirkungsgrad) und Pdr die gedrosselte Leistung der Energieerzeuger/- verbraucher (schlechter Wirkungsgrad). Figures 5A and 5B show two more schematic power-time diagrams. Here, P op t is the optimal output of the energy producers / consumers (optimum efficiency) and Pdr is the throttled output of the energy producers / consumers (poor efficiency).
Figur 5A stellt den Fall einer konventionellen Regelleistungserbringung nach dem Stand der Technik dar. Der Energieerzeuger oder Energieverbraucher (je nachdem ob hier positive oder negative Regelleistung erbracht wird) läuft in gedrosselten Modus (bei Pdr), um positive oder negative Regelenergie beziehungsweise Regelleistung zur Verfügung zu stellen, indem er zeitweise seine Leistung bis zu Popt erhöht. Figure 5A illustrates the case of a conventional control power delivery of the prior art. The power generator or power consumer (depending on whether positive or negative control power is provided here) operates in throttled mode (at Pdr) to provide positive or negative control power or control power temporarily increase its power up to P op t.
Die Nennleistung PNen der Anlage (die präqualifizierte Leistung) ist: PNen = Popt - Pdr The nominal power P Ne n of the plant (the prequalified power) is: P ne n = P op t - Pdr
Die schraffierte Fläche ist die Energie, die durch die gewählte Betriebsführung nicht vermarktet beziehungsweise genutzt werden kann. The hatched area is the energy that can not be marketed or used by the chosen management.
Figur 5B stellt den Fall einer erfindungsgemäßen Regelleistungserbringung dar. FIG. 5B illustrates the case of a control power supply according to the invention.
Der Energieerzeuger (Fall 1 ) oder Energieverbraucher (Fall 2) läuft mit optimalem Wirkungsgrad (bei Popt), und drosselt seine Leistung nur um negative (Fall 1 ) beziehungsweise positive (Fall 2) Regelenergie beziehungsweise Regelleistung zur Verfügung zu stellen (bis zu Pdr)- Die Reduktion der Leistung des Energieerzeugers bewirkt erfindungsgemäß einen Überschuss an negativer Leistung durch den Energieverbraucher, wodurch in der Summe negative Regelenergie durch das System Energieverbraucher mit Energieerzeuger bereitgestellt wird. Die Reduktion der Leistung des Energieverbrauchers bewirkt erfindungsgemäß einen Überschuss an positiver Leistung durch den Energieerzeuger, wodurch in der Summe positive Regelenergie durch das System Energieverbraucher mit Energieerzeuger bereitgestellt wird. Wenn keine Regelenergie benötigt wird, können daher sowohl Energieverbraucher als auch Energieerzeuger bei voller Leistung betrieben werden. Der Energieverbraucher verbraucht dann die Energie, die der Energieerzeuger produziert. In der Summe wird dann keine Regelleistung an das Stromnetz bereitgestellt. The energy generator (case 1) or energy consumer (case 2) runs with optimum efficiency (at P op t), and throttles its power only to negative (case 1) or positive (case 2) control energy or control power to provide (up to Pdr) - The reduction of the power of the energy generator according to the invention causes an excess of negative power by the Energy consumers, which in total negative control energy is provided by the system energy consumers with energy producers. The reduction of the power of the energy consumer causes according to the invention an excess of positive power by the power generator, which in total positive control energy is provided by the system energy consumers with energy producers. Therefore, when no control power is needed, both power consumers and power generators can operate at full power. The energy consumer then consumes the energy that the energy producer produces. In the sum then no control power is provided to the power grid.
Die Nennleistung der Anlage (präqualifizierte Leistung) ist PNen = Popt - Pdr The rated output of the system (prequalified power) is P Nen = P op t - Pdr
Die schraffierte Fläche ist die Energie, die durch die gewählte Betriebsführung nicht vermarktet beziehungsweise genutzt werden kann. The hatched area is the energy that can not be marketed or used by the chosen management.
Die Figuren 5A und 5B erbringen die gleiche Regelleistung, die schraffierten Flächen sind jedoch unterschiedlich, so dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mehr Leistung bei einem höheren Wirkungsgrad erbracht werden kann. Figures 5A and 5B provide the same control power, but the shaded areas are different so that more power can be provided at a higher efficiency with the inventive method.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren laufen sowohl der Energieerzeuger als auch der Energieverbraucher öfter beim höheren Wirkungsgrad, was die Produktivität und die Wirtschaftlichkeit der Anlagen erhöht. Figur 6 zeigt schematisch den Kreislauf zur Regelenergieversorgung im Stromnetz, wobei der Regelenergiemarkt / Energiemarkt eine entsprechende Anfrage im Bedarfsfall nach positiver oder negativer Regelleistung übermittelt an die jeweiligen Regelleistung-bereitstellenden Energieerzeuger oder -Verbraucher. As a result of the method according to the invention, both the energy generator and the energy consumer often run at higher efficiency, which increases the productivity and the economic efficiency of the systems. Figure 6 shows schematically the circuit for control energy supply in the power grid, the control energy market / energy market a corresponding request in case of need for positive or negative control power transmitted to the respective reserve power-providing energy producers or consumers.
Ein oder mehrere Akkumulatoren werden hierbei mit mehreren Quellen für positive und negative Regelleistung nach Bedarf kombiniert, wobei die negative Regelleistungsbereitstellung ausschließlich aus drosselbaren Erzeugern oder dem Akkumulator oder den Akkumulatoren stammt. Diese müssen für die Erbringung der negativen Regelleistung und nur dann ihre Erzeugung reduzieren. Analog wird eventuell erforderliche positive Regelleistung ausschließlich aus drosselbaren Verbrauchern oder dem Akkumulator oder den Akkumulatoren erbracht. Diese müssen nur im Fall der Erbringung entsprechend in Teillast gehen. Bei einer Anforderung nach Regelleistung wird eine Energieaufnahme oder Energieabgabe durch den Energiespeicher, das heißt den oder die Akkumulatoren bevorzugt. Der Energieerzeuger und der Energieverbraucher können dann noch länger beziehungsweise zu einem noch größeren zeitlichen Anteil bei hoher Leistung, das heißt bei hohem Wirkungsgrad betrieben werden. One or more accumulators are hereby combined with several sources of positive and negative control power as needed, the negative control power provision coming exclusively from throttling generators or the accumulator or the accumulators. These have to reduce the production of the negative balancing power and only then their production. Analogously, any positive control power that may be required is provided exclusively by restrictable consumers or the accumulator or the accumulators. These need only go in the case of the provision in accordance with partial load. In a request for control power is an energy intake or energy output by the energy storage, that is, the or the accumulators preferred. The energy generator and the energy consumer can then be operated even longer or to an even greater proportion of time at high power, that is, at high efficiency.
Zudem kann der Energiespeicher auch zur schnelleren Bereitstellung der Regelleistung verwendet werden, indem durch die sehr schnelle Regelleistungsbereitstellung von Akkumulatoren die Flanken bei einer Regelleistungsänderung tatsächlich so steil, wie in den schematischen Diagrammen nach den Figuren 3 und 4 dargestellt, erfolgen können. In addition, the energy storage can also be used for faster provision of the control power by the flanks at a control power change actually as steep as shown in the schematic diagrams of Figures 3 and 4 can be done by the very fast control power supply of batteries.
Hierdurch lassen sich die durch die aus dem Stand der Technik bekannte Teillast- Fahrweise verbundenen Verluste deutlich reduzieren, wenn die Kombination von Akkumulatoren und Energieerzeugern und -Verbrauchern in der in Figur 6 dargestellten Weise erfolgt. Figur 7 beschreibt ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei zu Beginn sowohl der Energieerzeuger als auch der Energieverbraucher, die gemeinsam betrieben werden, zunächst ohne die Bereitstellung von Regelleistung in ungedrosselter Form, im Idealfall in Volllast, betrieben werden. In einem ersten Schritt des Verfahrens wird abgefragt, ob es einen Bedarf an Regelleistung eines Netzbetreibers eines Stromnetzes gibt oder der Regelleistungsbedarf wird durch Messung der Frequenzabweichung der Netzfrequenz bestimmt. Falls keine Regelleistungsanfrage vorliegt, werden sowohl der Energieverbraucher als auch der Energieerzeuger wie zu Beginn weiter ungedrosselt betrieben. Falls jedoch eine Regelleistungsanfrage des Netzbetreibers für das Stromnetz vorliegt, unterscheidet sich der in Figur 7 dargestellte Programmablauf nach der Art der nachgefragten Regelleistung. As a result, the losses associated with the part-load operation known from the prior art can be significantly reduced if the combination of accumulators and energy producers and consumers takes place in the manner illustrated in FIG. Figure 7 describes a schematic flow diagram of a method according to the invention, wherein initially both the power generator and the energy consumer, which are operated together, initially without the provision of control power in unthrottled form, ideally operated at full load. In a first step of the method it is queried whether there is a need for control power of a grid operator of a power grid or the control power demand is determined by measuring the frequency deviation of the grid frequency. If there is no control power request, both the energy consumer and the power generator are operated as before unthrottled. However, if there is a control power request of the grid operator for the power grid, the program flow shown in Figure 7 differs according to the type of demanded control power.
Im Falle einer positiven Regelleistungsanfrage wird der Energieverbraucher in seiner Leistung gedrosselt, um nachfolgend positive Regelleistung bereitzustellen. Der Grad der Leistungsdrosselung des Energieverbrauchers ist hierbei abhängig von der Menge nachgefragter positiver Regelleistung. Solange es einen Bedarf an positiver Regelleistung durch einen Netzbetreiber eines Stromnetzes gibt, wird weiterhin durch dieses Verfahren positive Regelleistung bereitgestellt. Erst nachdem die Regelleistungsanforderung des Netzbetreibers erfüllt wurde und dementsprechend kein Bedarf an weiterer Bereitstellung von positiver Regelleistung besteht, wird in der Folge der Energieverbraucher wieder in seiner Leistung hochgefahren, um ihn nachfolgend wieder ungedrosselt, im Idealfall unter Volllast, wie zu Beginn dieses in Figur 7 dargestellten Kreislaufs, weiter zu betreiben. In the case of a positive control power request, the power consumer is throttled in its power to subsequently provide positive control power. The degree of power reduction of the energy consumer is dependent on the amount of demanded positive control power. As long as there is a need for positive Is given by a network operator of a power grid, is still provided by this method positive control power. Only after the control power requirement of the network operator has been met and accordingly there is no need for further provision of positive control power, the energy consumer is then raised again in its performance to it again unthrottled, ideally under full load, as at the beginning of this in Figure 7 illustrated cycle, continue to operate.
Im Falle einer negativen Regelleistungsanfrage wird der Energieerzeuger in seiner Leistung gedrosselt, um nachfolgend negative Regelleistung bereitzustellen. Der Grad der Leistungsdrosselung des Energieerzeugers ist abhängig von der Menge nachgefragter negativer Regelleistung. Solange es einen Bedarf an negativer Regelleistung durch den Netzbetreiber des Stromnetzes gibt, wird weiterhin durch dieses Verfahren negative Regelleistung bereitgestellt. Erst nachdem die Regelleistungsanforderung des Netzbetreibers erfüllt wurde und dementsprechend kein Bedarf an weiterer Bereitstellung von negativer Regelleistung besteht, wird in der Folge der Energieerzeuger wieder in seiner Leistung hochgefahren um ihn nachfolgend wieder ungedrosselt, im Idealfall unter Volllast, wie zu Beginn dieses in Figur 7 dargestellten Kreislaufs, weiter zu betreiben. In the case of a negative control power request, the power generator is throttled in its power to subsequently provide negative control power. The degree of power throttling of the power generator depends on the amount of demanded negative control power. As long as there is a need for negative control power by the network operator of the power grid, this method will continue to provide negative control power. Only after the control power requirement of the grid operator has been met and accordingly there is no need for further provision of negative control power, the power generator is then raised again in its performance to unthrottled him below, ideally under full load, as shown at the beginning of this in Figure 7 Cycle, continue to operate.
Figur 8 beschreibt ein schematisches Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Einbindung eines Energiespeichers. Dem Programmablauf wie er in Figur 7 beschrieben worden ist, liegt im Falle des in Figur 8 dargestellten Programmablaufs bei einer Anforderung von Regelleistung ein zusätzliches vorgeschaltetes priorisiertes Einbinden eines Energiespeichers vor. Hierbei wird im Falle einer Regelleistungsanfrage eines Netzbetreibers eines Stromnetzes, abhängig davon, ob diese positiv oder negativ ist, zunächst Regelleistung aus besagtem Energiespeicher bereitgestellt oder von diesem aufgenommen. Die Kapazität des Energiespeichers muss nicht so groß gewählt werden, dass der Energiespeicher als alleiniger Regelleistungslieferant vorgesehen ist beziehungsweise ausreicht, um den Regelleistungsbedarf alleine zu erfüllen, da der Energieerzeuger oder Energiespeicher irgendwann einspringen. Der Energiespeicher ist also insbesondere dazu gedacht, kurze Regelanforderungen zu erfüllen. Erfindungsgemäß ist eine Kombination eines solchen Energiespeichers mit einer Drosselung eines Energieerzeugers beziehungsweise eines Energieverbrauchers umfasst, wobei hierbei in Abhängigkeit von der Art der Regelleistungsanfrage, positiv oder negativ, zu unterscheiden ist. Im Falle einer positiven Regelleistungsanfrage werden, nachdem der Energiespeicher bereits Regelleistung durch Entladung des Energiespeichers bereitgestellt hat, zeitgleich der Energieverbraucher und parallel dazu der Energiespeicher in ihrer Leistung gedrosselt, um nachfolgend weitere positive Regelleistung nur durch besagten gedrosselten Energieverbraucher bereitzustellen. Der Grad der Leistungsdrosselung des Energieverbrauchers kann dabei theoretisch auch abhängig von der Höhe der nachgefragten positiven Regelleistung sein. Die Regelleistung wird für den Fall von PRL in proportionaler Abhängigkeit von der Frequenzabweichung der Netzfrequenz eingestellt. Figure 8 describes a schematic flow diagram of a preferred embodiment of the method according to the invention with the inclusion of an energy storage. In the case of the program sequence shown in FIG. 8, with a request for control power, the program sequence as described in FIG. 7 is preceded by an additional prioritized incorporation of an energy store. In this case, in the case of a control power request of a grid operator of a power grid, depending on whether this is positive or negative, first control power is provided from said energy store or recorded by the latter. The capacity of the energy storage must not be so large that the energy storage is provided as the sole control power supplier or sufficient to meet the control power demand alone, since the energy generator or energy storage at some point. The energy storage is thus intended in particular to short rule requirements fulfill. According to the invention, a combination of such an energy store with throttling of a power generator or an energy consumer is included, wherein a distinction must be made depending on the type of control power request, positive or negative. In the case of a positive control power request after the energy storage has already provided control power by discharging the energy storage, at the same time throttled the power consumers and parallel to the energy storage in order to subsequently provide further positive control power only by said throttled energy consumers. The degree of power throttling of the energy consumer can theoretically also be dependent on the level of the demanded positive control power. The control power is set in the case of PRL in proportional dependence on the frequency deviation of the mains frequency.
Solange es einen Bedarf an positiver Regelleistung durch einen Netzbetreiber eines Stromnetzes gibt oder ein solcher durch die Frequenzabweichung festgestellt wird, wird weiterhin durch dieses Verfahren positive Regelleistung bereitgestellt. Erst wenn kein Bedarf an weiterer Bereitstellung von positiver Regelleistung mehr besteht, wird in der Folge zeitgleich der Energieverbraucher wieder in seiner Leistung hochgefahren und der Energiespeicher wieder aufgeladen, wobei der Energiespeicher hierbei nicht vollständig aufgeladen wird, sondern vorzugsweise zu 50%, um ihn bei einer zukünftigen Regelleistungsanfrage sowohl für die Bereitstellung positiver wie auch negativer Regelleistung möglichst effizient einsetzen zu können. Der Energieverbraucher wird nachfolgend wieder ungedrosselt, im Idealfall unter Volllast, wie zu Beginn dieses in Figur 8 dargestellten Kreislaufs, weiterbetrieben. As long as there is a need for positive control power by a network operator of a power grid or such is determined by the frequency deviation, this method will continue to provide positive control power. Only when there is no longer a need for further provision of positive control power, the energy consumer is simultaneously booted again in its power and recharged the energy storage, the energy storage is not fully charged, but preferably to 50% to him at a be able to use future reserve requests as efficiently as possible for the provision of both positive and negative balancing power. The energy consumer is subsequently again unthrottled, ideally under full load, as at the beginning of this cycle shown in Figure 8, continue to operate.
Im Falle einer negativen Regelleistungsanfrage werden, nachdem der Energiespeicher bereits Regelleistung durch Aufnahme von Energie in den Energiespeicher bereitgestellt hat, zeitgleich der Energieerzeuger und der Energiespeicher in ihrer Leistung gedrosselt um dabei weiter, in der Summe konstante negative Regelleistung (Nennleistung) durch beide und anschließend nur durch den gedrosselten Energieerzeuger bereitzustellen. Der Grad der Leistungsdrosselung des Energieerzeugers ist hierbei abhängig von der Menge nachgefragter negativer Regelleistung. In the case of a negative control power request, after the energy storage has already provided control power by absorbing energy in the energy storage, at the same time the power generator and the energy storage throttled in their performance to continue, in the sum constant negative control power (rated power) by both and then only provided by the throttled power generator. The degree of Power throttling of the power generator is dependent on the amount of demanded negative control power.
Solange es einen Bedarf an negativer Regelleistung durch einen Netzbetreiber eines Stromnetzes gibt, wird weiterhin durch dieses Verfahren negative Regelleistung bereitgestellt. Erst wenn kein Bedarf an weiterer Bereitstellung von negativer Regelleistung mehr besteht, wird in der Folge zeitgleich der Energieerzeuger wieder in seiner Leistung hochgefahren und der Energiespeicher wieder entladen, wobei der Energiespeicher hierbei nicht vollständig entladen wird, sondern vorzugsweise zu circa 50%, um ihn bei einer zukünftigen Regelleistungsanfrage sowohl für die Bereitstellung positiver wie auch negativer Regelleistung möglichst effizient einsetzen zu können. Der Energieerzeuger wird nachfolgend wieder ungedrosselt, im Idealfall unter Volllast, wie zu Beginn dieses in Figur 8 dargestellten Kreislaufes, weiterbetrieben. As long as there is a need for negative control power by a grid operator of a power grid, this method will continue to provide negative control power. Only when there is no longer a need for further provision of negative control power is the power generator rebooted at the same time, and the energy store is again discharged, with the energy store not being completely discharged in this case, but preferably at around 50% in order to discharge it be able to use a future reserve request as efficiently as possible for the provision of both positive and negative balancing power. The energy generator is subsequently again unthrottled, ideally under full load, as at the beginning of this circuit shown in Figure 8, continue to operate.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit eine Bereitstellung von Regelleistung für ein Stromnetz ohne mit den Nachteilen des bisherigen Stands der Technik behaftet zu sein. The method according to the invention thus makes it possible to provide control power for a power grid without being burdened with the disadvantages of the prior art.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Bereitstellung von Regelleistung für ein Stromnetz bei dem Regelleistung bereitgestellt wird, ist durch die kennzeichnenden Merkmale der beigefügten Ansprüche definiert. Die in der voranstehenden Beschreibung, sowie den Ansprüchen, Figuren und Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. This method according to the invention for providing control power for a power grid in which control power is provided is defined by the characterizing features of the appended claims. The features of the invention disclosed in the foregoing description, as well as the claims, figures and embodiments may be essential both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 , 1 ' zentrales Stromnetz 1, 1 ' central power grid
2, 2' Energieerzeuger 2, 2 ' energy generator
3, 3' Energieverbraucher 3, 3 ' energy consumers
4, 4' Steuerungseinheit 4, 4 ' control unit
5, 5' Erste elektrische Verbindungsleitung5, 5 ' First electrical connection line
6, 6' Zweite elektrische Verbindungsleitung6, 6 ' Second electrical connection line
7, 7' Erste Kommunikationsverbindung 7, 7 ' First communication connection
8, 8' Zweite Kommunikationsverbindung8, 8 ' Second communication link
9, 9' Dritte Kommunikationsverbindung 9, 9 ' third communication connection
10 Energiespeicher  10 energy storage
1 1 Dritte elektrische Verbindungsleitung 1 1 Third electrical connection line
12 Vierte Kommunikationsverbindung 13, 13' Erster Zeitpunkt 12 Fourth communication link 13, 13 ' First time
14, 14' Zweiter Zeitpunkt 14, 14 ' Second time
15, 15' Leistungsverlauf des Energieerzeugers15, 15 ' power curve of the power generator
16, 16' Leistungsverlauf des Energieverbrauchers 17 Positive Regelenergie 16, 16 ' Performance curve of the energy consumer 17 Positive control energy
18 Negative Regelenergie 18 Negative control energy

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zur Bereitstellung von Regelleistung für ein Stromnetz bei dem Regelleistung bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass 1 . Method for providing control power for a power grid in which control power is provided, characterized in that
ein Energieerzeuger und ein Energieverbraucher gemeinsam betrieben werden, wobei die Leistung, die der Energieverbraucher dem Stromnetz entnimmt, gedrosselt wird, um eine positive Regelleistung bereitzustellen und die Leistung, die der Energieerzeuger ins Stromnetz einspeist, gedrosselt wird, um eine negative Regelleistung bereitzustellen.  a power generator and an energy consumer are operated together, wherein the power that the power consumer takes from the power grid is throttled to provide a positive control power and the power that the power generator feeds into the power grid is throttled to provide a negative control power.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Method according to claim 1, characterized in that
der Energieerzeuger und der Energieverbraucher bei einem relativen Wirkungsgrad bezogen auf den jeweiligen theoretischen maximalen Wirkungsgrad des Energieerzeugers oder Energieverbrauchers von zumindest 70%, vorzugsweise von zumindest 80%, besonders bevorzugt von zumindest 90%, ganz besonders bevorzugt von zumindest 95% betrieben werden, wenn keine Regelleistung bereitgestellt wird.  the energy generator and the energy consumer are operated at a relative efficiency of at least 70%, preferably at least 80%, more preferably at least 90%, most preferably at least 95%, based on the respective theoretical maximum efficiency of the energy producer or energy consumer, if none Control power is provided.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Energieerzeuger ein Kraftwerk verwendet wird, vorzugsweise ein Kohlekraftwerk, Gaskraftwerk oder ein Wasserkraftwerk, und/oder als Energieverbraucher eine industrielle Produktionsanlage, insbesondere ein Elektrolyse-Werk oder eine industrielle Produktionsanlage zur Bereitstellung eines Metalls, vorzugsweise von Aluminium oder von Stahl, verwendet wird. Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that a power plant is used as an energy generator, preferably a coal power plant, gas power plant or a hydroelectric power plant, and / or as an energy consumer an industrial production plant, in particular an electrolysis plant or an industrial production plant for providing a Metal, preferably of aluminum or steel is used.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Method according to one of the preceding claims, characterized in that
beim Bereitstellen von positiver Regelleistung der Energieerzeuger mit einem Wirkungsgrad bezogen auf den jeweiligen theoretischen maximalen Wirkungsgrad des Energieerzeugers von zumindest 70%, vorzugsweise von zumindest 80%, besonders bevorzugt von zumindest 90%, ganz besonders bevorzugt von zumindest 95% betrieben wird und/oder beim Bereitstellen von negativer Regelleistung der Energieverbraucher mit einem Wirkungsgrad bezogen auf den jeweiligen theoretischen maximalen Wirkungsgrad des Energieverbrauchers von zumindest 70%, vorzugsweise von zumindest 80%, besonders bevorzugt von zumindest 90%, ganz besonders bevorzugt von zumindest 95% betrieben wird. when providing positive control power of the power generator with an efficiency based on the respective theoretical maximum efficiency of the power generator of at least 70%, preferably of at least 80%, more preferably of at least 90%, most preferably of at least 95% is operated and / or Provide negative control power of the energy consumer with an efficiency is operated based on the respective theoretical maximum efficiency of the energy consumer of at least 70%, preferably of at least 80%, more preferably of at least 90%, most preferably of at least 95%.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Method according to one of the preceding claims, characterized in that
ein Energiespeicher, insbesondere ein Akkumulator, vorzugsweise ein Li- lonen-Akkumulator, oder eine Poolung von Energiespeichern gemeinsam mit dem Energieerzeuger und dem Energieverbraucher betrieben wird und der Energiespeicher oder die Energiespeicher, insbesondere der Akkumulator, derart betrieben wird, dass er bei der Bereitstellung von positiver und/oder negativer Regelleistung gegenüber dem Energieverbraucher und dem Energieerzeuger priorisiert wird, wobei vorzugsweise der Energiespeicher, insbesondere der Akkumulator, eine Kapazität von zumindest 4 kWh besitzt, vorzugsweise von zumindest 10 kWh, besonders bevorzugt zumindest 50 kWh, ganz besonders bevorzugt zumindest 250 kWh. an energy storage device, in particular an accumulator, preferably a Li-ion accumulator, or a pooling of energy storage is operated together with the power generator and the power consumer and the energy storage or the energy storage, in particular the accumulator is operated such that it in the provision of the energy store, in particular the accumulator, has a capacity of at least 4 kWh, preferably of at least 10 kWh, particularly preferably at least 50 kWh, very particularly preferably at least 250 kWh ,
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Method according to claim 5, characterized in that
der Energiespeicher zum Verhindern von Überschwingern der Nennleistung und/oder zum Beschleunigen der zeitlichen Änderung der Leistung bei einer Änderung der bereitzustellenden Regelleistung verwendet wird. the energy storage is used for preventing overshoots of the rated power and / or for accelerating the temporal change of the power at a change of the control power to be provided.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Method according to one of the preceding claims, characterized in that
die präqualifizierte Leistung des Energieerzeugers der präqualifizierten Leistung des Energieverbrauchers entspricht the pre-qualified power of the power producer corresponds to the pre-qualified power of the energy consumer
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Method according to one of the preceding claims, characterized in that
der Energieerzeuger außer bei der Bereitstellung von negativer Regelleistung in Volllast betrieben wird und/oder der Energieverbraucher außer bei der Bereitstellung von positiver Regelleistung in Volllast betrieben wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass the power generator is operated at full load except in the provision of negative control power and / or the power consumer is operated at full load except when providing positive control power. Method according to one of the preceding claims, characterized in that
die ans Stromnetz abgebbare Leistung des Energieerzeugers und/oder die aus dem Stromnetz aufnehmbare Leistung des Energieverbrauchers sich innerhalb von 15 Minuten, vorzugsweise innerhalb von 5 Minuten, besonders bevorzugt innerhalb von 30 Sekunden, um zumindest 70% ändern lässt, vorzugsweise um zumindest 85%, besonders bevorzugt um zumindest 95%, insbesondere zusammen mit einem Akkumulator. the power supply of the energy producer which can be output to the power grid and / or the energy consumer's power consumption can be changed by at least 70% within 15 minutes, preferably within 5 minutes, more preferably within 30 seconds, preferably by at least 85%, particularly preferably by at least 95%, in particular together with an accumulator.
Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Device for carrying out a method according to one of the preceding claims, characterized in that
die Vorrichtung zumindest einen Energieerzeuger, zumindest einen Energieverbraucher und eine Steuerung zum Steuern oder Regeln der Leistung der Energieerzeuger und Energieverbraucher umfasst, wobei die Energieerzeuger und Energieverbraucher derart an ein Stromnetz angeschlossen sind, dass durch die Vorrichtung Energie ins Stromnetz einspeisbar und aus dem Stromnetz entnehmbar ist. the device comprises at least one energy generator, at least one energy consumer and a controller for controlling or regulating the power of the energy producers and energy consumers, wherein the energy producers and energy consumers are connected to a power supply that can be fed into the power grid and removed from the power grid by the device ,
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Apparatus according to claim 10, characterized in that
die Steuerung dazu ausgelegt ist, dass zu jedem Zeitpunkt der Energieerzeuger und/oder der Energieverbraucher mit einem hohem Wirkungsgrad bezogen auf den jeweiligen theoretischen maximalen Wirkungsgrad des Energieerzeugers oder Energieverbrauchers betreibbar sind, insbesondere mit einem Wirkungsgrad von zumindest 70%, vorzugsweise von zumindest 80%, besonders bevorzugt von zumindest 90%, ganz besonders bevorzugt von zumindest 95% betreibbar sind. the controller is designed such that the energy generator and / or the energy consumer can be operated at any time with a high efficiency relative to the respective theoretical maximum efficiency of the energy producer or energy consumer, in particular with an efficiency of at least 70%, preferably of at least 80%, more preferably at least 90%, most preferably at least 95% are operable.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Energiespeicher, insbesondere einen Akkumulator umfasst, der derart an das Stromnetz angeschlossen ist, dass aus dem Energiespeicher, insbesondere aus dem Akkumulator Energie ins Stromnetz einspeisbar und aus dem Stromnetz entnehmbar ist. Apparatus according to claim 10 or 1 1, characterized in that the device comprises an energy storage, in particular an accumulator, which is connected to the power supply, that from the energy storage, in particular from the accumulator energy can be fed into the power grid and removed from the power grid.
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