EP3284155A1 - Vorsorgliches einspeisen zwischengespeicherter energie in energieversorgungsnetz basierend auf energieverfügbarkeitsvorhersage und energieversorgungssicherheit - Google Patents

Vorsorgliches einspeisen zwischengespeicherter energie in energieversorgungsnetz basierend auf energieverfügbarkeitsvorhersage und energieversorgungssicherheit

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Publication number
EP3284155A1
EP3284155A1 EP16705151.5A EP16705151A EP3284155A1 EP 3284155 A1 EP3284155 A1 EP 3284155A1 EP 16705151 A EP16705151 A EP 16705151A EP 3284155 A1 EP3284155 A1 EP 3284155A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy
power
arrangement
supply network
control
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16705151.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Urs Hunziker
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.)
Alpiq Digital AG
Original Assignee
Alpiq Intec AG
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 Alpiq Intec AG filed Critical Alpiq Intec AG
Publication of EP3284155A1 publication Critical patent/EP3284155A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; 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 networks by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in networks by storage of energy using batteries or super capacitors with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; 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
    • H02J3/003—Load forecast, e.g. methods or systems for forecasting future load demand
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/30—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
    • Y02B70/3225—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20—End-user application control systems
    • Y04S20/222—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving

Definitions

  • the invention relates to an arrangement and a method for managing energy, a computer-readable storage medium and a software program.
  • intelligent energy management systems gets the
  • DSM Demand Side Management
  • DSR Demand Side Response
  • an arrangement for managing energy that selectively energizes loadable or dischargeable intermediate energy storage device for temporarily storing (in particular electrical) energy and a
  • Control device for example, a processor
  • a processor which is set up, based on a predictive model with regard to the future development of energy availability from a power grid and under
  • a method of managing energy including energy in a selectively energetically-chargeable or dischargeable one
  • Energy buffer storage device discharged therefrom energy and fed into a power grid, based on a predictive model for the future development of
  • An exemplary embodiment of the present invention stores a program for managing energy, which program, when executed by one or more processors, performs the method steps described above.
  • a software program (formed, for example, by one or more computer program elements, which optionally may also be distributed locally and / or interconnected with communicative data exchange) according to an embodiment of the present invention for managing
  • Energy has (or carries out the process steps described above by or controlling these) when executed by one or more processors of the device.
  • Embodiments of the present invention can be realized both by means of a computer program, that is to say a software, and by means of one or more special electrical circuits, that is to say in hardware, or in any hybrid form, that is to say by means of software components and hardware components.
  • the term "selectively energetically-chargeable or dischargeable energy buffer device” is understood to mean, in particular, an energy buffer device in which, in particular, electrical energy can be temporarily stored in order to supply this energy later, for example, to supply a (for example electrical) load or to or
  • the intermediate energy storage device is preferably set up such that it can carry out many (in particular at least 100, more particularly at least 1000, even more particularly at least 10000) energetic charging and discharging cycles.
  • Energy buffer device is preferably also only partially loaded or unloaded. Such an energy buffer device can be described as
  • Energy buffer operated in times of available energy (for example, from a power grid or from a
  • Energy generating device energetically charged and can be discharged in times of scarce energy (for example, to feed back energy into the power grid or to operate a power consumption device).
  • An example of an intermediate energy storage device is a
  • Prediction mode in particular a prognosis-based decision logic understood on the basis of input data concerning the characteristics, characteristics, operating parameters and / or environmental parameters of a Energy supply network can make a decision as to how the availability of energy from the power grid will develop in the future.
  • local energy supply security criterion refers in particular to the local
  • Control device and at least one associated
  • Energy supply scenarios and energy consumption scenarios can be decided whether a current or foreseeable time (especially within a subsequent limited time interval) to be expected
  • Energy requirement of the local arrangement can be met with at least a sufficient (for example, predeterminable) probability to meet the local energy needs.
  • the energy fed into the energy supply network by the intermediate energy storage device can then pass through
  • the control of the intermediate energy storage device can be such that with a predetermined probability (for example, with a probability of at least 90% or with a probability of at least 99%) bottlenecks in the supply of local energy consumers or loads with (in particular electrical) energy (for Example from the
  • Power supply network and / or at least one local area network
  • Power generating device which is associated with the arrangement) are avoided. It can, for example, historical energy consumption data
  • control can be carried out such that a specifiable local energy supply security criterion (that is, in particular the ensuring of energy availability of a local load in a predetermined period of time with at least one predetermined
  • Energy buffer device thus used not only to temporarily store energy from a power grid to
  • an intermediate energy storage device may be provided that takes into account not only the local needs for power security in the array, but also the global ones
  • the intermediate energy storage device can be used in combination with the
  • Control means thus form an intelligent power management system, the at the same time ensures a stable energy supply network, on the other hand, due to the consideration of the energy supply security criterion also includes the local requirements in terms of supply security with energy in the control.
  • Intermediate energy storage device and / or coupled to the power grid or coupled to be powered by the intermediate energy storage device and / or the power grid with energy may be, for example, a local load such as a heat pump or electric floor heating, or a building area or entire building. Even a building complex can be regarded as an energy consumption device. If the expected energy demand of such an energy consumption device can be estimated with sufficient reliability due to the presence of historical data, then by extrapolating the historical data into the future, the fulfillment of the energy security reliability criterion can be adequately met
  • the local area network may be configured to:
  • Energy security criterion be indicative of a, in particular predeterminable or predetermined, probability that the
  • Power supply network is transmitted.
  • network quality characteristic can be understood to mean a characteristic relating to a quality of the energy supply network that prevailed, currently prevails and / or prevails in the energy supply network in the past by doing
  • the presence of such disturbance events may be an indicator that the energy supply capacity of the energy supply network is currently below average and due to temporary regeneration in the
  • Energy buffer storage device cached electrical energy can be improved.
  • the temporal course of the network quality for the control in particular a comparison between a historical average and currently given conditions with respect to the
  • the arrangement can automatically recognize the need to fully or partially discharge the intermediate energy storage device to support the power grid, if this is the
  • Network quality characteristic should be indicative of what is currently available from the energy supply network and / or affordable in the foreseeable future Energy supply capacity, in particular an energy shortage or a power over supply. In times of energy shortage, the
  • Energy buffer storage device to re-energize energy in the power system, whereas in times of energy overload (for example, in strong winds, during which a wind turbine provides more energy than is actually needed), the energy buffer device can act as an energy buffer and be charged and in this period of a supply of energy into the overloaded power grid.
  • Power Quality Characteristics an electrical voltage value provided by the energy supply network and / or an electric current value resulting from the power supply and / or a crest factor of the supply provided by the energy supply network and / or at least one particular discontinuous voltage event in the electrical voltage provided by the energy supply network and / or a power provided by the power grid and / or energy and / or flicker events provided by the power grid in the power supply network signal and / or at least one of the harmonics or interharmonics of the electrical or electrical power provided by the power grid and / or a ripple control signal (wherein the so-called ripple control) for remote control of electricity consumers by
  • the network quality may be characterized by information regarding an impedance of at least a portion of the power grid.
  • a corresponding impedance value may represent the power quality characteristic.
  • the detection of the power quality characteristic can be carried out by measuring the impedance for determining an internal resistance of the power supply network. As a result, it can be ensured, for example, that there is no undervoltage (for example less than nominal voltage minus 10%) or no energy input at the end consumer side within the framework of intended energy reference quantities
  • the detection of the power quality characteristic may also include a measurement of a time characteristic of impedance (in particular source impedance) and nominal voltage. This allows a concrete statement about a local network utilization status.
  • Each of the mentioned forms of network impedance measurement may be used to dynamically estimate the current source voltage, parallel load and internal impedance of the network
  • the arrangement may include a power quality detection device that is configured to
  • the control device To detect network quality characteristics of the power grid and provide the control device as a basis for the control.
  • Net quality detection device can be a sensor that detects indicative measured variables for the network quality.
  • a sensor may be Voltmeter, which is the time dependence of the voltage of the
  • Energy supply network detected and can determine deviations of an actual course of a desired course.
  • the sensor may be an ammeter that can extract data corresponding to a current signal.
  • Control device be configured to perform the control based on at least one time derivative, in particular the first derivative and / or the second derivative, the detected network quality characteristic. It has proved to be particularly advantageous to carry out the control of the temporary discharge of the intermediate energy storage device into the network not only based on the value of the network quality itself, but on the basis of its pitch behavior and / or curvature behavior. This allows a much finer tracking of existing and even impending network quality disturbances, since the first or second derivative is more sensitive to such disturbances than the (especially current or voltage) signal of the network quality itself.
  • the arrangement may comprise a learning device configured to locate behavior patterns of the device and / or the power supply network in the past and to provide retrieved behavior patterns to the controller as a basis for future control.
  • a learning device can realize elements of artificial intelligence, for example neural networks, fuzzy logic or methods of pattern recognition.
  • a learning device recognizes certain recurring events (for example, an elevated one)
  • This energy requirement may be served by a residual charge of the energy buffer device, for example when the power supply capacity of the power grid is present is restricted.
  • the energy security criterion can take into account such patterns of behavior. In this way, the power supply security can be increased in a user-specific manner, and yet the amount of energy that is required to be fed back into the energy supply network can be increased. Both local and global requirements can thereby be optimally served.
  • Control means may be arranged, the power management based on prediction data for predicting a current from the power grid and / or affordable in the foreseeable future
  • Elements of positive energy as well as elements of negative energy balance can thus be taken into account by the forecast data. If a weather forecast predicts cold temperatures, for example, an increased demand for energy from local end consumers can be expected. However, if strong winds are predicted at the same time, an increase in the energy supply due to connected wind turbines of the energy supply network can be expected. However, simultaneous clouding can lead to the expectation that connected solar systems will provide little energy. Based on this and other predictive data, the relationship between power feed and grid draw can be adjusted or even optimized. If appropriate, such predictive mechanisms can also incorporate seasonal insights (for example, "In the summer with the expected high outside temperature and plenty of sun, many air conditioners will draw energy from 1:00 pm to 4:00 pm").
  • seasonal insights for example, "In the summer with the expected high outside temperature and plenty of sun, many air conditioners will draw energy from 1:00 pm to 4:00 pm").
  • Predictive data contain at least one of the group, which consists of a weather forecast, a weather history, a date, a
  • the arrangement may comprise a safety device which is adapted to protect the device from external manipulation. To a disturbance of the
  • a data transfer between communicable components of the device and communicatively coupled other entities can be protected.
  • the control of the time dependency of the feeding or recovery of the intermediate energy storage device can be accomplished by an encrypted data traffic. This can protect the controller from hacking attacks affecting both local power security and the global
  • the arrangement may comprise a recording device, which is set up for recording data indicative of, by means of the control device in FIG.
  • Such a recording device can record a history of the control and thereby identify successful as well as unsuccessful control cycles. By recording a
  • control may be steadily refined based on empirical data using self-learning algorithms.
  • the energy supply can be made even safer in this way.
  • the control may be steadily refined based on empirical data using self-learning algorithms.
  • the energy supply can be made even safer in this way.
  • Control device to be set up, autonomously controlled by the
  • autonomous taxes is understood in particular to mean that the control device is completely independent and independent of others
  • Control means decides which portion of the energy currently stored in the energy buffer storage device is included in the
  • Power supply network is fed, and which remaining portion is used for other purposes (for example, by at least one
  • the control can thus be performed without a higher-level control center and is also not dependent on binding control commands that are provided by the power grid. It has been found that the willingness of end users to support the
  • Energy supply network by means of temporary energy recovery, which is more pronounced when decision-making power over whether and how much of this recovery remains at the local level and is not dominated by a central control logic of the energy supply network.
  • the autonomous control can thus increase the pool of end users, taking into account both local and global needs
  • Control can be locally ensured that the energy consumption of the end user can actually be ensured by local energy supply entities.
  • Control device to be set up the control not only autonomous from the power grid, but in addition cooperates with other connected to the power grid arrangements with
  • Energy buffer device for feeding energy into the
  • Control devices are considered and / or in advance and / or in the aftermath of their own taxes with other control devices for tuning or coordinating or synchronizing the control behavior communicates.
  • a control algorithm that the controller performs as the basis for controlling the degree of injection of buffered energy into the power grid may also affect the performance of others
  • the degree of power feed through an array may be made dependent on the degree of power input by other arrangements (eg, anti-cyclic feed behavior between the arrays may be tuned to supply spikes and thus power oversupply in the power grid through a uniform, uncoordinated power supply
  • control logic of a particular arrangement may be adjusted to achieve the goal that control suggestions from other arrangements, if not inconsistent with higher prioritized control principles of the arrangement, are taken into account in their own control logic.
  • Control device to other control devices via a
  • Communication network can use the other control devices with the
  • Prediction model local prediction data which are thus related to the conditions in the arrangement
  • external arrangements in particular on the
  • Power supply network and / or other arrangements connected to the Energy supply network are connected, related) take into account forecast data, in particular take into account combinatorial.
  • a power managed by the arrangement may be less than 30 kW, in particular less than 10 kW, more particularly less than 3 kW.
  • the arrangements may therefore be smaller and medium-sized installations, many of which are connected to the
  • Power supply network can be connected.
  • a weighting may be included between a measure of consideration of the future evolution of energy availability from the power grid and a measure of consideration of the local power security security criterion
  • Control means may be arranged, based on the predictive model, a target retransmission time to start the feeding back of in the
  • Energy buffer device to detect cached energy in the power grid.
  • the feeding of the energy from the intermediate energy storage device into the energy supply network can thereby be time-controlled in a targeted manner and, for example, be retained or delayed until local energy security criteria begin the start of the energy supply
  • Power supply security criterion indicative of a probability that the energy buffer device is charged up to a predetermined time again at least up to a predetermined Greenegrad (for example, a predetermined percentage, about 80%).
  • a predetermined Greenegrad for example, a predetermined percentage, about 80%.
  • Local or user-specific features or habits can also be taken into account.
  • the arrangement may comprise a local energy generating device for generating energy, wherein the control device is set up to load the energy buffer device with at least part of the generated energy.
  • the intermediate energy storage device can be charged not only by the power supply network, but alternatively or additionally by an energy generating device which is arranged locally (for example, a solar system on the roof of a detached house).
  • the local area network may be configured to:
  • Energy generating device to be selected from a group consisting of a photovoltaic system, a wind turbine, a fuel cell, a combined heat and power plant, an eMobility system and a geothermal system.
  • Biomethane / diesel i. in particular on combustion of fuel (solid, liquid and / or gaseous) based generators, or a recuperator of waste heat).
  • Control device to be another (that is not in the
  • Energy buffer storage device cached energy for supplying a local energy consumer with energy.
  • the control device can bring about a balance between fed back into the power grid and provided to supply the local energy consumer with energy share.
  • the control device can bring about a balance between fed back into the power grid and provided to supply the local energy consumer with energy share.
  • Energy buffer device to be a rechargeable battery.
  • other energy storage devices than rechargeable batteries are also possible.
  • Capacity cycle of the batteries may include (or may be passed through regularly), as a precaution prevents memory effect, or can be avoided by the control memory effect lasting or regenerated a battery pack.
  • Figure 1 shows an arrangement for managing energy according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Controls of conventional energy storage which are suitable for feeding electricity into a power grid, are designed so that the storage and re-feed power is not or only very rarely in full soupswing be used. For reasons of allegedly necessary or precautionary energy reserves or the pretext of
  • Battery saver power stores are rarely operated in full swing (i.e., 0% to 100%) or almost full swing (for example, 10% to 90%).
  • Meteorological forecasting models can be used for performance planning. For example, elevation clouds, which can very rapidly massively reduce photovoltaic power production over a medium or large area in a region by condensing an ascending air mass, pose a challenge to power delivery in an intelligent power management system. Because certain energy sources take up to 30 minutes to switch between and feed-in to increase their energy production, it is problematic in a highly photovoltaic or wind-fed environment to provide enough alternative power in the short term;
  • a control logic is implemented which is simultaneously network oriented as well
  • both aspects may be weighted.
  • both aspects may be weighted.
  • Batteries are available in which the life is no longer significantly reduced when the charge / discharge power over the entire power range of the battery goes (for example, cycle: 100% -> 5% ->
  • predictions from outside may be used.
  • information regarding a weather forecast may be used. From the weather forecast "tomorrow the sun shines” can predict that the battery will most likely be fully charged. From the weather forecast "a lot of wind” it can be predicted that more energy will be generated than can be stored, it is also possible, according to exemplary embodiments
  • group dynamic effects can be integrated into a forecasting system
  • swarm behavior can be understood to mean a behavior that follows a large part of a population: predictions prepared in this way can be fed into a control system from the outside, while a control system can itself (for example, heuristically) forecast one out of a collection of historical data For example, based on local meteorological data
  • Mechanisms may also be integrated to ensure that energy recovery is controlled at a lower priority than balancing the deviation of the monthly average power received by the utility (eg, minimizing a 15 minute maximum of related power, since this maximum is a high technical level) Expenses generated on the part of the energy supply network and thus in the
  • Needs of the distribution network can be determined and then optimized improvements can be achieved. It can also be implemented as an autonomous control of the recovery power, which in particular regenerates when it is optimal for the power grid (for example, an increased need exists). Through this autonomous self-control is no
  • Real-time communication and no hierarchical control needed It can be freely selected for example by the controller, which degree of autonomy is to be used.
  • the degree of autonomy can also be adjusted based on the communication offer, the security mechanisms and / or transmitted data.
  • Batteries are used, in particular those which despite high Nevertheless, they have a high storage capacity.
  • the decision as to whether and how much energy is fed back into the energy supply network can be determined by the controller itself. This can be done based on
  • Network needs This can be done for example by a parameterization that allows to determine how high user and / or owner needs are to be weighted against the needs of the power grid.
  • a self-learning mechanism can also be used and / or basic data of a cost model can be taken into account.
  • Such systems may also be small systems that are constructed by an end user.
  • Control device for controlling a fuel cell can be formed with battery storage, with the battery, a time can be bridged until the fuel cell is at operating temperature (the above-mentioned
  • Residual energy is in this case the minimum to start the cell).
  • a controller may be used to control an eMobility system that includes at least one battery that is capable of generating power
  • the learning (and hence the projection of the behavior) of the user behavior or mobility needs may be advantageous in order to realize both a precautionary emptying of the battery and the user needs (for example with respect to a desired arrival time at the destination). cover.
  • a control device may be used to control a battery used in connection with a combined heat and power plant.
  • a control device may be used to control a battery whose
  • Regenerative power is coordinated by means of an intelligent energy management system.
  • Control device for controlling a battery-based
  • Regenerative device which by Demand Side
  • the described principle for expanding the data offer or for clarifying the decision data of an online-based prediction device is described.
  • Control device can be formed as an autonomous independent decision unit, which is both a separate device, an embeddable system part or part of a storage system.
  • Control be realized by app, with control parameters by a
  • control of a memory-based power feedback unit may be performed so as to take precautionary decisions based on prediction mechanisms
  • the prediction schemes may be local and / or autonomous.
  • the memory may be a battery system. It is advantageously possible
  • a local regenerative power can be relatively small (for example less than 3 kW, less than 10 kW or less than 30 kW).
  • Storage amount can also be small (for example, less than 1 kWh, smaller as 10 kWh or less than 100 kWh).
  • the degree of control related to network optimization to the extent of control related to user and / or owner needs may be set and / or parameterized and / or
  • Parts of the prediction can be on one
  • Current feedback unit can be performed such that it autonomously and independently decides when an ideal recovery time is due to predictive mechanisms.
  • Parameters of the power quality measurement can be:
  • FIG. 1 shows an arrangement 104 disposed in a building 104 for locally managing energy within the building 104 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the arrangement 100 arranged in the building 104 cooperates with a power supply network 108, a communication network 182 and further decentralized arrangements 100, of which only one is shown by way of example in FIG.
  • the arrangement 100 ⁇ is associated with another building 144 and manages energy locally within the other building 144.
  • the building 104 is a single-family house and the other building 144 is also a single-family house.
  • At the building 144 is a photovoltaic system as
  • Power generating device 102 is provided.
  • a floor heating is installed as a power consumption device 136 and a
  • Heat pump provided as an energy generating device 102, which supplies the floor heating with energy.
  • the power generation device 102 in turn is supplied with electrical energy via a power line 190, which is provided by the power supply network 108.
  • the heat pump draws the energy it supplies to the underfloor heating system
  • a control computer 250 also located in the building 104, controls the power management of the building 104.
  • the control computer 250 has a security device 116 (eg, a firewall) to control the security
  • a controller 106 may be a respective processor of the respective one
  • Control computer 250 may be formed.
  • the energy supply network 108 is represented by a plurality of
  • Wind power generating devices 188 are formed, which provide their individual energy contributions of a power management device 192 and scales their energy supply capacity with the currently available amount of wind energy. If the wind changes, the energy supply capacity of the volatile energy supply network 108 changes. By feeding in electrical energy, which can be stored in the buildings 104, 144 in the intermediate energy storage devices 130 of the arrangements 100, 100 ⁇ formed as rechargeable batteries according to FIG.
  • Power supply network 108 are stabilized when, for example, the
  • Wind power generating devices 188 present or future supply only a small amount of energy due to current calm. The respective
  • Control device 106 controls charging or discharging operations of the respectively assigned energy buffer device 130.
  • the arrangement 100 thus acts to locally manage energy in the building 104.
  • End-chargeable energy buffer device 130 for buffering electrical energy that has been taken from the power grid 108 and / or produced by the power generator 102 and (at least at the time of generation) is not otherwise required.
  • the controller 106 of the device 100 is configured based on a predictive model of the future development of
  • Energy buffer device 130 discharged energy stored therefrom and is fed into the power grid 108.
  • control device 106 takes into account in the context of
  • the controller 106 controls the loading or
  • indicative data can advantageously be used for the historical user behavior.
  • the arrangement 100 is designed as a database
  • Recording device 118 is provided which is adapted to record data indicative of by means of the control means 106 in the
  • Power supply network 108 indicative data can be used, which can also be used by the controller 106 for controlling.
  • a learning device 112 of the arrangement 100 can be adapted to those in the
  • Recording device 118 stored data to access
  • a weighting (eg 40% to 60%) between a measure of taking into account the future evolution of energy availability from the utility grid 108 and a measure of consideration of the local energy security criterion in determining the
  • the controller 106 controls the amount of the
  • Energy buffer device 130 in the power supply network 108 fed energy beyond based on a time course of a network quality characteristic of the power grid 108th Die
  • Power quality characteristic measured by a power quality sensing device 110 eg, a voltmeter that continuously measures power supply voltage supplied by power grid 108 on power line 190
  • a power quality sensing device 110 eg, a voltmeter that continuously measures power supply voltage supplied by power grid 108 on power line 190
  • the power quality detector 110 provides the controller 106 with the detected power quality parameter (eg, the measured supply voltage) as the basis for controlling power management.
  • the detected power quality parameter eg, the measured supply voltage
  • Power supply network 108 to further improve, the controller 106, the first and / or second derivative of the detected
  • Power quality parameter for example, the slope and / or curvature of the supply voltage over time
  • the prediction data used for the predictive model may take into account a weather forecast.
  • a weather forecast it can be assumed that the energy demand within the building 104 for heating increases, so that an increased demand for energy from the energy supply network 108 is to be expected.
  • a thunderstorm with strong winds and heavy cloud overcapacities of the energy generated by the wind power generating devices 188 and only a low energy production of the
  • Photovoltaic system formed energy generating device 102 of the
  • the detected network quality and / or the weather forecast indicate that the power grid 108 will be in the foreseeable future (for example, due to
  • the controller 106 may control the energy buffering means 130 to wholly or partially store the energy currently stored in it
  • Power supply network 108 feeds. If she
  • Energy buffer device 130 is discharged completely or partially, the controller 106 decides based on the determination of what duration the predictive model, the persistence of energy shortage predicts and what amount of energy discharge the
  • the detected network quality and / or the weather forecast indicate that the energy supply network 108 is suffering from an energy surplus for the foreseeable future (for example because of strong winds).
  • Control means 106 the energy buffer device 130 to control that they (even if currently in the building 104, no special energy requirement prevails) with energy from the overloaded
  • Power supply network 108 is charged. This will do that
  • Power supply network 108 in turn stabilized.
  • the detected network quality and weather forecast indicate that the power grid 108 will be normal for the foreseeable future
  • the controller 106 may charge or discharge the intermediate energy storage device 130, depending on whether excess energy is currently being generated in the building 104 or insufficient power is being generated.
  • the predictions may be supplemented or replaced by one or more local sensors 146, such a local sensor 146 may be, for example, a wind sensor on the roof of the building 104.
  • the control computer 250 may include the security device 116 (for example, the security device 116 (for example, the security device 116 (for example, the security device 116 (for example, the security device 116 (for example, the security device 116 (for example, the security device 116 (for example, the security device 116 (for example, the security device 116 (for example, the security device 116 (for example, the security device 116 (for example, the security device 116 (for
  • a firewall for example) to protect the device 100 from an external hacker attack that might interfere with the controller.
  • Respective control devices 106 of the respective arrangements 100, 100 ⁇ are for autonomously controlling a time course of an infeed quantity of
  • the control logic also has a cooperative component.
  • the controllers 106 are for mutual cooperation in feeding energy into the system Power supply network 108 is formed.
  • the arrangements 100, 100 ⁇ communicate with each other via communication interfaces via a communication network 182, for example the Internet.
  • tuning or time synchronization of the power feed into the power grid 108 is communicable between the individual
  • the network shown in FIG. 1 has a central one
  • Coordinating device 184 which is coupled via the communication network 182 unidirectional or bidirectionally communicable with the control devices 106.
  • the coordinator 184 may be from one of
  • Arrangements 100, 100 ⁇ for controlling this arrangement 100, 100 ⁇ receive indicative data in the past and can transmit them to the other arrangements 100, 100 ⁇ .
  • the central coordinating device 184 may also transmit operational optimization suggestions to the assemblies 100, 100 ⁇ , but which are not bound by its control means 106th
  • FIG. 1 further shows a portable user terminal 120 in the form of a mobile telephone, which is coupled to the control unit 106 in a communicable manner by a wireless connection 152.
  • the user may enter all the control commands for the control computer 250, similar to the user interface 114.
  • the user terminal 120 may also replace the user interface 114 in another embodiment.
  • the processor of the user terminal 120 may replace the controller 106 and thus take control of the system 100.
  • An executable for this control software can be stored or installed in the user terminal 120 in the form of an app.
  • current events may be communicated through the wireless link 152 to the mobile user terminal 120 so that a user may be kept informed of the power relationships in the building 104.
  • the Internet can also for a forecast forecast on the future energy needs or the future energy volume from the Power supply network 108 indicative data are obtained. For example, via the communication interface 182, weather data from one
  • Weather service facility 186 be obtained. No real-time transmission is required to operate the system, but can increase control accuracy if present.
  • the system illustrated in FIG. 1 can be used to balance local energy supply interests with global energy requirements
  • End user device or a subset of the end user devices refers understood. In particular, this can also be understood to mean only an amount of energy relevant to a local load on the distribution structure. Furthermore, the term "transmitted energy” can either generate an amount of energy generated (for example, by the power grid or a power supply)
  • Power generation unit of an end user device or a consumed power amount (for example, from a power consumption unit of a power unit)
  • transmitted energy may be the result of a generated energy in use of the distribution structure and in terms of the energy consumed.

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Abstract

Anordnung (100) zum Verwalten von Energie, die eine selektiv energetisch beladbare oder endladbare Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zum Zwischenspeichern von Energie und eine Steuereinrichtung (106) aufweist, die eingerichtet ist, basierend auf einem Vorhersagemodell hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung von Energieverfügbarkeit aus einem Energieversorgungsnetz (108) und unter Berücksichtigung eines lokalen Energieversorgungssicherheitskriteriums eine energiebezogene Zeit-Menge- Charakteristik zu steuern, gemäß welcher in der Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zwischengespeicherte Energie daraus entladen und in das Energieversorgungsnetz (108) eingespeist wird.

Description

Vorsorgliches Einspeisen zwischengespeicherter Energie in
Energieversorgungsnetz basierend auf Energieverfügbarkeitsvorhersage und Energieversorgungssicherheit
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Verwalten von Energie, ein computerlesbares Speichermedium und ein Software-Programm. Im Kontext von intelligenten Energieverwaltungssystemen bekommt die
Rückspeisung auf der Verbraucherseite eine zunehmende Bedeutung . Hierbei können von Verbrauchern betriebene Energiespeicher implementiert werden, die geeignet sind, Strom in ein Energieversorgungsnetz einzuspeisen. Entsprechende Mechanismen der Laststeuerung werden als Demand Side Management (DSM) und Demand Side Response (DSR) bezeichnet. Zusätzlich werden die
Steuerungen und Regelungen von autonomen Energieinseln zu einer neuen Herausforderung für den Systembau. Dabei werden zwar schon heute Formen von Rückspeisungen betrieben, die aber häufig ineffizient sind . Bisherige rückspeisefähige Energiespeicher werden so betrieben, dass überschüssige Energie gespeichert wird und dann ins Energieversorgungsnetz zurückgespeist wird .
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einer
Energiezwischenspeichereinrichtung zwischengespeicherte Energie effizient zu verwalten.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung zum Verwalten von Energie geschaffen, die eine selektiv energetisch beladbare oder endladbare Energiezwischenspeichereinrichtung zum Zwischenspeichern von (insbesondere elektrischer) Energie und eine
Steuereinrichtung (zum Beispiel einen Prozessor) aufweist, die eingerichtet ist, basierend auf einem Vorhersagemodell hinsichtlic h der zukünftigen Entwicklung von Energieverfügbarkeit aus einem Energieversorgungsnetz und unter
Berücksichtigung eines lokalen Energieversorgungssicherheitskriteriums eine energiebezogene Zeit-Menge-Charakteristik zu steuern, gemäß welcher in der Energiezwischenspeichereinrichtung zwischengespeicherte Energie daraus entladen und in das Energieversorgungsnetz eingespeist (bzw. rückgespeist) wird .
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Verwalten von Energie bereitgestellt, wobei bei dem Verfahren Energie in einer selektiv energetisch beladbaren oder endladbaren
Energiezwischenspeichereinrichtung zwischengespeichert wird, und eine energiebezogene Zeit-Menge-Charakteristik, gemäß welcher in der
Energiezwischenspeichereinrichtung zwischengespeicherte Energie daraus entladen und in ein Energieversorgungsnetz eingespeist wird, basierend auf einem Vorhersagemodell hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung von
Energieverfügbarkeit aus dem Energieversorgungsnetz und unter
Berücksichtigung eines lokalen Energieversorgungssicherheitskriteriums gespeichert wird .
In einem computerlesbaren Speichermedium gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Programm zum Verwalten von Energie gespeichert, welches Programm, wenn es von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt wird, die oben beschriebenen Verfahrensschritte aufweist bzw. durchführt.
Ein Software-Programm (zum Beispiel gebildet durch ein oder mehrere Computerprogramm-Elemente, welche optional auch örtlich verteilt und/oder mit kommunikativem Datenaustausch untereinander verbunden sein können) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Verwalten von
Energie weist die oben beschriebenen Verfahrensschritte auf (bzw. führt diese durch oder steuert diese), wenn es von einem oder mehreren Prozessoren der Anordnung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können sowohl mittels eines Computerprogramms, das heißt einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, das heißt in Hardware, oder in beliebig hybrider Form, das heißt mittels Software-Komponenten und Hardware- Komponenten, realisiert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff„selektiv energetisch beladbare oder entladbare Energiezwischenspeichereinrichtung" insbesondere ein Energiepuffergerät verstanden, in dem insbesondere elektrische Energie zwischengespeichert werden kann, um diese Energie später zum Beispiel zur Versorgung einer (zum Beispiel elektrischen) Last oder zum Ein- oder
Rückspeisen in ein Energieversorgungsnetz wieder aus dem Energiepuffergerät entnehmen zu können. Dabei ist die Energiezwischenspeichereinrichtung vorzugsweise derart eingerichtet, dass sie viele (insbesondere mindestens 100, weiter insbesondere mindestens 1000, noch weiter insbesondere mindestens 10000) energetische Be- und Entladezyklen durchführen kann. Die
Energiezwischenspeichereinrichtung ist vorzugsweise auch nur teilweise beladbar oder entladbar. Eine solche Energiezwischenspeichereinrichtung kann als
Energiepuffer betrieben werden, der in Zeiten verfügbarer Energie (zum Beispiel aus einem Energieversorgungsnetz oder aus einer
Energieerzeugungseinrichtung) energetisch aufgeladen und in Zeiten knapper Energie entladen werden kann (zum Beispiel zum Rückspeisen von Energie in das Energieversorgungsnetz oder zum Betreiben einer Energieverbraucheinrichtung). Ein Beispiel für eine Energiezwischenspeichereinrichtung ist ein
wiederaufladbarer Akkumulator. Dieser kann sowohl ortsfest als auch Teil einer mobilen Anlage (z. B. Fahrzeug) sein und temporär mit dem
Energieversorgungsnetz verbunden sein.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff
„Vorhersagemodeir insbesondere eine prognosebasierte Entscheidungslogik verstanden, die auf der Basis von Eingangsdaten betreffend die Charakteristik, Eigenschaften, Betriebsparameter und/oder Umgebungsparameter eines Energieversorgungsnetzes eine Entscheidungsprognose abgeben kann, wie sich die Verfügbarkeit der Energie aus dem Energieversorgungsnetz in der Zukunft entwickeln wird .
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff„lokales Energieversorgungssicherheitskriterium" insbesondere ein auf die lokalen
Verhältnisse der Anordnung (aus Energiezwischenspeichereinrichtung,
Steuereinrichtung und mindestens einer zugehörigen
Energieverbraucheinrichtung) bezogenes Kriterium verstanden, durch dessen Anwendung auf Basis eines aktuellen anordnungsbezogenen
Energieversorgungsszenarios und Energieverbrauchsszenarios entschieden werden kann, ob ein gegenwärtiger oder in absehbarer Zeit (insbesondere innerhalb eines nachfolgenden begrenzten Zeitintervalls) zu erwartender
Energiebedarf der lokalen Anordnung mindestens mit einer ausreichenden (zum Beispiel vorgebbaren) Wahrscheinlichkeit gedeckt werden kann, um die lokalen Energiebedürfnisse zu erfüllen. Die von der Energiezwischenspeichereinrichtung in das Energieversorgungsnetz eingespeiste Energie kann dann durch
Anwendung des Energieversorgungssicherheitskriterium quantitativ so bemessen werden, dass ungeachtet der Einspeisung die lokale Energiesicherheit mit mindestens der vorgegebenen Wahrscheinlichkeit erreichbar ist. Anders ausgedrückt kann die Steuerung der Energiezwischenspeichereinrichtung derart erfolgen, dass mit einer vorgebbaren Wahrscheinlichkeit (zum Beispiel mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 90% oder mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 99%) Engpässe bei der Versorgung lokaler Energieabnehmer oder Lasten mit (insbesondere elektrischer) Energie (zum Beispiel aus dem
Energieversorgungsnetz und/oder mindestens einer lokalen
Energieerzeugungseinrichtung, die der Anordnung zugeordnet ist) vermieden sind . Dabei kann zum Beispiel auf historische Energieverbrauchsdaten
zurückgegriffen werden. Insbesondere kann die Steuerung derart erfolgen, dass ein vorgebbares lokales Energieversorgungssicherheitskriterium (das heißt insbesondere die Sicherstellung von Energieverfügbarkeit einer lokalen Last in einem vorbestimmten Zeitraum mit mindestens einer vorbestimmten
Wahrscheinlichkeit) erfüllt ist, da ein aktueller Ladezustand der Energiezwischenspeichereinrichtung mit mindestens der vorgebbaren Wahrscheinlichkeit für eine ausreichende Energiedeckung sorgen kann.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff
„energiebezogene Zeit-Menge-Charakteristik" ein Zeitverlauf der Einspeisemenge von Energie von der Energiezwischenspeichereinrichtung in das
Energieversorgungsnetz verstanden. Anders ausgedrückt kann die
energiebezogene Zeit-Menge-Charakteristik eine Funktion der eingespeisten Energie von der Zeit repräsentieren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein vorsorgliches Leeren einer Batterie oder einer anderen
Energiezwischenspeichereinrichtung in einer Energieversorgung durchgeführt, wenn und insoweit vorhersagemodellbasiert davon ausgegangen werden kann, dass sie mit hoher Sicherheit wieder (bis zu einem bestimmten Zeitpunkt) so ausreichend gefüllt werden kann, dass es lokal mit ausreichender Sicherheit zu keinen Energieengpässen kommt. Somit kann eine
Energiezwischenspeichereinrichtung also dafür verwendet werden, nicht nur Energie aus einem Energieversorgungsnetz zwischenzuspeichern, um
bedarfsweise eine lokale Last mit dieser zwischengespeicherten Energie zu versorgen (zum Beispiel wenn das Energieversorgungsnetz gegenwärtig keine ausreichende Kapazität aufweist), sondern kann auch zeitweise Energieknappheit in dem Energieversorgungsnetz ausgleichen oder zumindest teilweise
kompensieren, indem Energie von der Energiezwischenspeichereinrichtung in das Energieversorgungsnetz eingespeist wird (insbesondere für Verbraucher in geografischer Nähe, was die Verlustleistung im Energieversorgungsetz weiter verkleinert oder minimiert). Dadurch kann das Energieversorgungsnetz gestützt bzw. stabilisiert werden, was die Versorgungssicherheit insgesamt verbessert. Auf diese Weise kann eine Energiezwischenspeichereinrichtung bereitgestellt werden, die nicht nur die lokalen Bedürfnisse nach Energieversorgungssicherheit im Bereich der Anordnung berücksichtigt, sondern auch die globalen
Anforderungen des Energieversorgungsnetzes in die Steuerung mit einbezieht. Die Energiezwischenspeichereinrichtung kann in Kombination mit der
Steuereinrichtung somit ein intelligentes Energieverwaltungssystem bilden, das gleichzeitig ein stabiles Energieversorgungsnetz sicherstellt, andererseits aufgrund der Berücksichtigung des Energieversorgungssicherheitskriteriums auch die lokalen Erfordernisse hinsichtlich Versorgungssicherheit mit Energie in die Steuerung mit einbezieht.
Im Weiteren werden zusätzliche exemplarische Ausführungsbeispiele der Anordnung, des Verfahrens, des computerlesbaren Speichermediums und des Software-Programms beschrieben.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinrichtung eingerichtet sein, die Zeit-Menge-Charakteristik der
eingespeisten Energie basierend auf einem Energieeigenbedarf mindestens einer lokalen Energieverbraucheinrichtung zu steuern, die mit der
Energiezwischenspeichereinrichtung und/oder mit dem Energieversorgungsnetz gekoppelt oder koppelbar ist, um von der Energiezwischenspeichereinrichtung und/oder dem Energieversorgungsnetz mit Energie versorgt zu werden. Eine solche Energieverbraucheinrichtung kann zum Beispiel eine lokale Last wie zum Beispiel eine Wärmepumpe oder eine elektrische Fußbodenheizung sein, oder aber ein Gebäudebereich oder gesamtes Gebäude. Auch ein Gebäudekomplex kann als Energieverbraucheinrichtung angesehen werden. Wenn der zu erwartende Energieeigenbedarf einer solchen Energieverbraucheinrichtung aufgrund des Vorliegens historischer Daten ausreichend zuverlässig abgeschätzt werden kann, kann durch Extrapolation der historischen Daten in die Zukunft die Erfüllung des Energieversorgungssicherheitskriteriums mit ausreichender
Wahrscheinlichkeit sichergestellt werden, ohne die Fähigkeit der
Energiezwischenspeichereinrichtung zu konterkarieren, das
Energieversorgungsnetz durch bedarfsweises Einspeisen von Energie zu stabilisieren.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das lokale
Energieversorgungssicherheitskriterium indikativ sein für eine, insbesondere vorgebbare oder vorgegebene, Wahrscheinlichkeit, dass die
Energiezwischenspeichereinrichtung bis zu einem vorgebbaren oder
vorgegebenen Zeitpunkt wieder mindestens bis zu einem vorgebbaren oder vorgegebenen Aufladungsgrad aufgeladen ist. Die Erfüllung oder Nichterfüllung dieses Kriteriums (insbesondere basierend auf einem früherem, vorbekannten und/oder erwarteten Benutzerverhalten) kann dann bestimmen, ob bzw. welche Energiemenge von der Energiezwischenspeichereinrichtung in das
Energieversorgungsnetz übertragen wird.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinrichtung eingerichtet sein, die Zeit-Menge-Charakteristik der
eingespeisten Energie basierend auf einer Netzqualitätscharakteristik,
insbesondere basierend auf einem Zeitverlauf der Netzqualitätscharakteristik, des Energieversorgungsnetzes zu steuern. Im Rahmen der vorliegenden
Anmeldung kann unter dem Begriff„Netzqualitätscharakteristik" eine auf eine Qualität des Energieversorgungsnetzes bezogene Charakteristik verstanden werden, die in dem Energieversorgungsnetz in der Vergangenheit herrschte, gegenwärtig herrscht und/oder in der Zukunft herrschen wird . Die eingespeiste Energiemenge kann also davon abhängig gemacht werden, ob in dem
Energieversorgungsnetz bzw. einem von dem Energieversorgungsnetz
bereitgestellten Energiesignal Störereignisse auftreten. Das Vorliegen solcher Störereignisse (zum Beispiel Spannungsspitzen oder eine zeitweise Abweichung eines Ist-Werts von einem Soll-Wert) können ein Indikator dafür sein, dass gegenwärtig die Energieversorgungskapazität des Energieversorgungsnetzes unterdurchschnittlich ist und durch zeitweise Rückspeisung von in der
Energiezwischenspeichereinrichtung zwischengespeicherter elektrischer Energie verbessert werden kann. Indem der zeitliche Verlauf der Netzqualität für die Steuerung berücksichtigt wird, insbesondere ein Vergleich zwischen einem historischen Mittelwert und aktuell gegebenen Verhältnissen hinsichtlich der
Netzqualität vorgenommen wird, kann die Anordnung selbsttätig das Erfordernis erkennen, die Energiezwischenspeichereinrichtung ganz oder teilweise zur Stützung des Energieversorgungsnetzes zu entladen, sofern dies die
anordnungsinterne Energieversorgungssicherheit erlaubt.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Netzqualitätscharakteristik indikativ sein für die von dem Energieversorgungsnetz gegenwärtig und/oder in absehbarer Zukunft leistbare Energieversorgungskapazität, insbesondere eine Energieknappheit oder ein Energieüberangebot. In Zeiten von Energieknappheit kann die
Energiezwischenspeichereinrichtung Energie in das Energieversorgungssystem rückspeisen, wohingegen in Zeiten eines Energieüberangebots (zum Beispiel bei starken Winden, während deren Anhaltens eine Windkraftanlage mehr Energie liefert als eigentlich benötigt wird) kann die Energiezwischenspeichereinrichtung als Energiepuffer fungieren und aufgeladen werden und in diesem Zeitraum von einer Einspeisung von Energie in das überlastete Energieversorgungsnetz absehen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Netzqualitätscharakteristik ein von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellter elektrischer Spannungswert und/oder ein von dem Energieversorgungsnetz sich durch Verbrauch ergebender elektrischer Stromwert und/oder ein Crest Faktor der von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellten Versorgung und/oder mindestens ein insbesondere diskontinuierliches Spannungsereignis in der von dem Energieversorgungsnetz gestellten elektrischen Spannung und/oder eine von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellte Leistung und/oder eine von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellte Energie und/oder Flicker-Ereignisse in dem von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellten Signal und/oder mindestens eine Harmonische oder Zwischenharmonische der oder des von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellten elektrischen Spannung oder elektrischen Stroms und/oder ein Rundsteuersignal (wobei die sogenannte Rundsteuertechnik (ripple control) zur Fernsteuerung von Stromverbrauchern durch
Energieversorgungsunternehmen eingesetzt wird) und/oder eine Asymmetrie in der oder dem von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellten elektrischen Spannung oder elektrischen Strom und/oder eine Frequenz der oder des von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellten elektrischen Spannung oder elektrischen Strom sein. Diese oder andere Netzqualitätscharakteristika können durch die Steuereinrichtung durch eine Analyse des Energieversorgungsnetzes oder von Teilen davon ermittelt werden und in die Steuerung eingehen. Dadurch erfolgt die Steuerung aufgrund objektiver, physikalischer Parameter des
Energieversorgungsnetzes und somit in präziser Weise. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Netzqualität anhand von Informationen hinsichtlich einer Impedanz von zumindest einem Teil des Energieversorgungsnetzes charakterisiert werden. Anders ausgedrückt kann ein entsprechender Impedanzwert die Netzqualitätscharakteristik darstellen. Gemäß einer ersten Ausgestaltung kann die Erfassung der
Netzqualitätscharakteristik durch eine Messung einer Frequenzabhängigkeit der Impedanz erfolgen. Die Frequenzabhängigkeit der Impedanz erlaubt eine
Bestimmung oder Abschätzung, wie und welche Kommunikation über
Netzversorgungsleitungen möglich ist und/oder welche Störung (zum Beispiel Messung einer Dämpfung von harmonischen Oberwellen) im lokalen System vorhanden ist. Gemäß einer zweiten Ausgestaltung kann die Erfassung der Netzqualitätscharakteristik durch eine Messung der Impedanz zur Bestimmung eines Innenwiderstandes des Energieversorgungsnetzes erfolgen. Dadurch kann zum Beispiel sichergestellt werden, dass auf der Endverbraucherseite im Rahmen vorgesehener Energiebezugsmengen keine Unterspannung (zum Beispiel weniger als Nennspannung minus 10 %) bzw. bei Energieeinspeisung keine
Überspannung (d.h. mehr als Nennspannung plus 6 %, insbesondere plus 10 %) auftritt. Gemäß einer dritten, besonders bevorzugten Ausgestaltung kann die Erfassung der Netzqualitätscharakteristik auch eine Messung eines Zeitverlaufs von Impedanz (insbesondere Quellenimpedanz) und Nennspannung beinhalten. Dies erlaubt eine konkrete Aussage über einen lokalen Netzauslastungszustand .
Jede der genannten Formen der Netzimpedanzmessung (und insbesondere die Kombination der verschiedenen Formen) kann zur dynamischen Abschätzung der aktuellen Quellenspannung, Parallellast und Innenimpedanz des
Niederspannungsnetzes sowie der (Zukunfts-)Projektion dieser Werte verwendet werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Anordnung eine Netzqualitätserfasseinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, die
Netzqualitätscharakteristik des Energieversorgungsnetzes zu erfassen und der Steuereinrichtung als Basis für das Steuern bereitzustellen. Die
Netzqualitätserfasseinrichtung kann ein Sensor sein, der für die Netzqualität indikative Messgrößen erfasst. Zum Beispiel kann ein solcher Sensor ein Voltmeter sein, der die Zeitabhängigkeit der Spannung des
Energieversorgungsnetzes erfasst und Abweichungen eines Ist-Verlaufs von einem Soll-Verlauf ermitteln kann. Alternativ oder ergänzend kann der Sensor ein Amperemeter sein, der aus einem Stromsignal entsprechende Daten extrahieren kann.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinrichtung eingerichtet sein, das Steuern basierend auf mindestens einer zeitlichen Ableitung, insbesondere der ersten Ableitung und/oder der zweiten Ableitung, der erfassten Netzqualitätscharakteristik durchzuführen. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Steuerung der zeitweisen Entladung der Energiezwischenspeichereinrichtung ins Netz hinein nicht nur basierend auf dem Wert der Netzqualität selbst, sondern auf Basis von deren Steigungsverhalten und/oder Krümmungsverhalten durchzuführen. Dadurch kann eine wesentlich feinere Nachverfolgung von bestehenden und sogar drohenden Störungen der Netzqualität ermöglicht werden, da die erste bzw. zweite Ableitung für derartige Störungen sensibler ist als das (insbesondere Strom- oder Spannungs-) Signal der Netzqualität selbst.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Anordnung eine Lerneinrichtung aufweisen, die zum Auffinden von Verhaltensmustern der Anordnung und/oder des Energieversorgungsnetzes in der Vergangenheit und zum Bereitstellen aufgefundener Verhaltensmuster an die Steuereinrichtung als Basis für die zukünftige Steuerung eingerichtet ist. Eine derartige Lerneinrichtung kann Elemente der künstlichen Intelligenz verwirklichen, zum Beispiel neuronale Netzwerke, Fuzzylogik oder Methoden der Mustererkennung . Wenn die
Lerneinrichtung zum Beispiel in einem Benutzerverhalten in der Vergangenheit bestimmte wiederkehrende Ereignisse erkennt (zum Beispiel ein erhöhter
Warmwasserbedarf morgens und ein erhöhter Strombedarf mittags an
Werktagen), so kann basierend auf diesen Verhaltensmustern präziser
vorhergesagt werden, welcher Energiebedarf lokal in der nahen Zukunft wahrscheinlich zu erwarten ist. Dieser Energiebedarf kann von einer Restladung der Energiezwischenspeichereinrichtung bedient werden, zum Beispiel wenn die Energiebereitstellungskapazität des Energieversorgungsnetzes gegenwärtig eingeschränkt ist. Das Energieversorgungssicherheitskriterium kann derartige Verhaltensmuster berücksichtigen. Auf diese Weise kann in benutzerspezifischer Weise die Energieversorgungssicherheit erhöht werden und dennoch die Menge von bedarfsweise in das Energieversorgungsnetz rückgespeister Energie vergrößert werden. Sowohl lokale als auch globale Erfordernisse können dadurch optimal bedient werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinrichtung eingerichtet sein, die Energieverwaltung basierend auf Vorhersagedaten zum Voraussagen einer von dem Energieversorgungsnetz gegenwärtig und/oder in absehbarer Zukunft leistbaren
Energieversorgungskapazität und/oder zum Voraussagen von einer aus dem Energieversorgungsnetz gegenwärtig und/oder in absehbarer Zeit abgerufenen Energiemenge und/oder zum Voraussagen von mittels einer
Energieerzeugungseinrichtung gegenwärtig und/oder in absehbarer Zeit in das Energieversorgungsnetz einspeisbarer Energiemenge zu steuern. Sowohl
Elemente positiver als auch Elemente negativer Energiebilanz können somit von den Vorhersagedaten berücksichtigt werden. Sagt eine Wettervorhersage kalte Temperaturen voraus, so kann zum Beispiel ein erhöhter Energiebedarf der lokalen Endverbraucher erwartet werden. Werden allerdings gleichzeitig starke Winde vorausgesagt, so ist auch mit einer Erhöhung der Energielieferung durch angeschlossene Windkraftanlagen des Energieversorgungsnetzes zu rechnen. Eine gleichzeitige Bewölkung lässt allerdings erwarten, dass angeschlossene Solaranlagen wenig Energie bereitstellen werden. Basierend auf dieser und anderer Vorhersagedaten kann das Verhältnis zwischen Energieeinspeisung und Netzentnahme eingestellt oder sogar optimiert werden. Gegebenenfalls können in solche Vorhersagemechanismen auch saisonale Erkenntnisse einfließen (z.B. „Im Sommer bei zu erwartender hoher Außentemperatur und viel Sonne werden von 13.00 Uhr bis 16.00 Uhr sehr viele Klimaanlagen Energie beziehen").
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel können die
Vorhersagedaten zumindest eines aus der Gruppe enthalten, die besteht aus einer Wetterprognose, einer Wettervergangenheit, einem Datum, einer
Jahreszeit, einer Tageszeit, einer Verbrauchserwartung, einer aus einer Verbrauchshistorie abgeleiteten Prognose eines zukünftigen Benutzerverhaltens, einer Benutzerpräsenzdetektion (befindet sich ein Benutzer in einem Gebäude, ist mit einer höheren Energienachfrage zu rechnen, als wenn sich kein Benutzer in dem Gebäude aufhält), und einem Reservationsauftrag eines Benutzers (hat ein Benutzer Energie bereits reserviert, ist diese Energiemenge für das
Energiemanagement zu berücksichtigen). Andere Daten können
selbstverständlich auch berücksichtigt werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Anordnung eine Sicherheitseinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Anordnung vor externen Manipulationen zu schützen. Um eine Störung des
Energieversorgungsnetzes als auch der lokalen Energieversorgung zu vermeiden, kann zum Beispiel ein Datentransfer zwischen kommunizierfähigen Komponenten der Anordnung und kommunikativ koppelbaren anderen Entitäten geschützt werden . Hierfür kann zum Beispiel eine Firewall oder ein verschlüsselter
Datenverkehr verwendet werden. Auch kann die Steuerung der Zeitabhängigkeit der Einspeisung bzw. Rückspeisung der Energiezwischenspeichereinrichtung durch einen verschlüsselten Datenverkehr bewerkstelligt werden. Dadurch kann die Steuerung vor einem Hackerangriff geschützt werden, der sowohl auf die lokale Energieversorgungssicherheit als auch auf die globale
Energieversorgungssicherheit negativen Einfluss hätte.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Anordnung eine Aufzeichnungseinrichtung aufweisen, die zum Aufzeichnen von Daten eingerichtet ist, die indikativ für mittels der Steuereinrichtung in der
Vergangenheit eingestellte Zeit-Mengen-Charakteristika und/oder für in der Vergangenheit herrschende Netzqualitätscharakteristika des
Energieversorgungsnetzes sind. Eine solche Aufzeichnungseinrichtung kann eine Historie der Steuerung aufzeichnen und dadurch erfolgreiche sowie nicht erfolgreiche Steuerzyklen identifizieren. Durch die Aufzeichnung einer
vergangenen Steuerlogik kann die Steuerung zum Beispiel unter Verwendung von selbstlernenden Algorithmen stetig auf der Basis empirischer Daten verfeinert werden. Die Energieversorgung kann auf diese Weise noch sicherer gestaltet werden. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinrichtung eingerichtet sein, das Steuern autonom von dem
Energieverteilungsnetz durchzuführen. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff„autonomes Steuern" insbesondere verstanden, dass die Steuereinrichtung vollkommen eigenständig und unabhängig von anderen
Steuereinrichtungen darüber entscheidet, welcher Anteil der Energie, die in der Energiezwischenspeichereinrichtung gegenwärtig gespeichert ist, in das
Energieversorgungsnetz eingespeist wird, und welcher verbleibende Anteil zu anderen Zwecken eingesetzt wird (zum Beispiel um mindestens eine
angeschlossene Energieverbraucheinrichtung mit Energie zu versorgen). Die Steuerung kann somit ohne eine übergeordnete Steuerzentrale durchgeführt werden und ist auch nicht von bindenden Steuerkommandos abhängig, die von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellt werden. Es hat sich herausgestellt, dass die Bereitschaft von Endverbrauchern, sich an einer Stützung des
Energieversorgungsnetzes durch zeitweises Rückspeisen von Energie zu beteiligen, dann stärker ausgeprägt ist, wenn die Entscheidungshoheit über das ob und wieviel dieser Rückspeisung auf lokaler Ebene verbleibt und nicht durch eine zentrale Steuerlogik des Energieversorgungsnetzes beherrscht wird . Durch die autonome Steuerung kann somit der Pool der Endverbraucher erhöht werden, sich an dem sowohl lokale als auch globale Bedürfnisse berücksichtigenden
Energieverwaltungssystem zu beteiligen. Dadurch können auch Schwankungen der Energieverteilung besser ausgeglichen werden. Durch eine autonome
Steuerung kann jeweils lokal sichergestellt werden, dass der Energieverbrauch des Endbenutzers auch tatsächlich durch lokale Energieversorgungsentitäten sichergestellt werden kann.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinrichtung eingerichtet sein, das Steuern nicht nur autonom von dem Energieversorgungsnetz, sondern zusätzlich kooperierend mit anderen an das Energieversorgungsnetz angeschlossenen Anordnungen mit
Energiezwischenspeichereinrichtung zum Einspeisen von Energie in das
Energieversorgungsnetz durchzuführen. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff„kooperatives Steuern" insbesondere verstanden, dass die Steuereinrichtung bei ihrer Steuerlogik das Verhalten anderer
Steuereinrichtungen berücksichtigt und/oder im Vorfeld und/oder im Nachgang zu dem eigenen Steuern mit anderen Steuereinrichtungen zum Abstimmen oder Koordinieren oder Synchronisieren des Steuerverhaltens kommuniziert. Mit anderen Worten kann in einen Steuerungsalgorithmus, den die Steuereinrichtung als Basis für die Steuerung des Grads der Einspeisung gepufferter Energie in das Energieversorgungsnetz durchführt, auch das Betriebsverhalten anderer
Anordnungen mit Energiezwischenspeichereinrichtung eingehen. Zum Beispiel kann der Grad der Energieeinspeisung durch eine Anordnung vom Grad der Energieeinspeisung durch andere Anordnungen abhängig gemacht werden (zum Beispiel kann ein antizyklisches Einspeiseverhalten zwischen den Anordnungen abgestimmt werden, um Einspeisespitzen und somit ein Energieüberangebot in dem Energieversorgungsnetz durch ein gleichförmiges, unabgestimmtes
Verhalten zu verhindern). Die Steuerlogik einer bestimmten Anordnung kann zum Erreichen des Ziels angepasst werden, dass Steuervorschläge anderer Anordnungen, sofern diese nicht im Widerspruch zu höherpriorisierten eigenen Steuerprinzipien der Anordnung stehen, in der eigenen Steuerlogik berücksichtigt werden. Eine Mitteilung eines eigenen Steuerverhaltens von einer
Steuereinrichtung an andere Steuereinrichtungen über ein
Kommunikationsnetzwerk kann die anderen Steuereinrichtungen mit der
Datenbasis versorgen, die nötig ist, um das Steuerverhalten der
kommunizierenden Steuereinrichtung auch für das Steuern der anderen
Steuereinrichtungen zu berücksichtigen. Besonders vorteilhaft ist es also, die autonome Steuerung kooperativ durchzuführen, das heißt in die Steuerlogik auch Parameter zu integrieren, die ein kooperatives Verhalten mehrerer lokaler
Steuerungen unterschiedlicher Anordnungen berücksichtigt. Dadurch kann zum Beispiel ein Aufschaukeln durch ein gleichförmiges unabgestimmtes Verhalten der einzelnen Anordnungen vermieden werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das
Vorhersagemodell lokale Vorhersagedaten (die also auf die Verhältnisse in der Anordnung bezogen sind) und anordnungsexterne (insbesondere auf das
Energieversorgungsnetz und/oder auf andere Anordnungen, die an das Energieversorgungsnetz angeschlossen sind, bezogene) Vorhersagedaten berücksichtigen, insbesondere kombinatorisch berücksichtigen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die von der Energiezwischenspeichereinrichtung maximal speicherbare und/oder in das Energieversorgungsnetz in einem Entladevorgang maximale einspeisbare
Energiemenge kleiner als 100 kWh, insbesondere kleiner als 10 kWh, weiter insbesondere kleiner als 1 kWh, sein. Insbesondere kann eine von der Anordnung verwaltete Leistung kleiner als 30 kW, insbesondere kleiner als 10 kW, weiter insbesondere kleiner als 3 kW, sein. Bei den Anordnungen kann es sich also um kleinere und mittlere Anlagen handeln, von denen sehr viele an das
Energieversorgungsnetz angeschlossen sein können.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann eine Gewichtung zwischen einem Maß der Berücksichtigung der zukünftigen Entwicklung von Energieverfügbarkeit aus dem Energieversorgungsnetz und einem Maß der Berücksichtigung des lokalen Energieversorgungssicherheitskriteriums
benutzerdefinierbar und/oder parametrisierbar und/oder
steuerungseinrichtungsseitig vorgebbar und/oder fernsteuerbar sein. Auf diese Weise können Benutzerbedürfnisse selektiv eingestellt werden und damit die Bereitschaft von Benutzern weiter erhöht werden, sich einem
Energieverwaltungssystem anzuschließen, das über die lokalen Bedürfnisse hinaus auch globale Anforderungen des Energieversorgungsnetzes in das
Energiemanagement mit einbezieht.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinrichtung eingerichtet sein, basierend auf dem Vorhersagemodell einen Soll-Rückspeisezeitpunkt zum Beginn des Rückspeisens von in der
Energiezwischenspeichereinrichtung zwischengespeicherten Energie in das Energieversorgungsnetz zu ermitteln. Das Einspeisen der Energie von der Energiezwischenspeichereinrichtung in das Energieversorgungsnetz kann dadurch gezielt zeitgesteuert werden und zum Beispiel so lange zurückgehalten oder verzögert werden, bis lokale Energiesicherheitskriterien den Beginn des
Einspeisens erlauben. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das lokale
Energieversorgungssicherheitskriterium indikativ für eine Wahrscheinlichkeit sein, dass die Energiezwischenspeichereinrichtung bis zu einem vorgegebenen Zeitpunkt wieder mindestens bis zu einem vorgegebenen Füllegrad (zum Beispiel ein vorgebbarer Prozentsatz, etwa 80%) aufgeladen ist. Dabei können auch lokale bzw. benutzerdefinierte Besonderheiten oder Gewohnheiten berücksichtigt werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Anordnung eine lokale Energieerzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Energie aufweisen, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, mit zumindest einem Teil der erzeugten Energie die Energiezwischenspeichereinrichtung zu beladen. Bei der Anordnung kann somit die Energiezwischenspeichereinrichtung nicht nur durch das Energieversorgungsnetz geladen werden, sondern alternativ oder ergänzend auch durch eine Energieerzeugungseinrichtung, die lokal angeordnet ist (zum Beispiel eine Solaranlage auf dem Dach eines Einfamilienhauses).
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die lokale
Energieerzeugungseinrichtung aus einer Gruppe ausgewählt sein, die besteht aus einer Fotovoltaikanlage, einer Windkraftanlage, einer Brennstoffzelle, einem Blockheizkraftwerk, einem eMobility-System und einer Geothermieanlage.
Andere Energieerzeugungseinrichtungen sind möglich (z. B. Generatoren an nichtelektrischen Speichern wie Druckluftspeicher, Wasserstofftanks oder
Biomethan/-diesel, d.h. insbesondere auf Verbrennung von Treibstoff (fest, flüssig und/oder gasförmig) basierende Generatoren, oder ein Rekuperator von Abwärme).
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinrichtung eingerichtet sein, einen anderen (d.h. nicht in das
Energieversorgungsnetz einzuspeisenden) Teil der in der
Energiezwischenspeichereinrichtung zwischengespeicherten Energie daraus zum Versorgen eines lokalen Energieabnehmers mit Energie zu entladen . Somit kann die Steuereinrichtung einen Ausgleich zwischen in das Energieversorgungsnetz rückgespeisten und zur Versorgung des lokalen Energieabnehmers mit Energie bereitgestellten Anteils herbeiführen. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Energiezwischenspeichereinrichtung eine wiederaufladbare Batterie sein. Andere Energiezwischenspeichereinrichtungen als wiederaufladbare Akkumulatoren sind jedoch ebenfalls möglich. Zum Beispiel kann die
Energiezwischenspeichereinrichtung die Energie auch in Form von Wärme oder unter Ausnutzung des Potentials von Flüssigkeiten und Gasen (insbesondere Energiespeicherung chemisch und physikalisch, zum Beispiel mittels Druck) Zwischenspeichern. Auch kann die Steuerung Mechanismen zur
Leistungsoptimierung des Speichers enthalten : Insbesondere bei NiCd (Nickel- Cadmium) und NiMh (Nickel-Metallhydrid) Batterien wird durch die Verwendung der beschriebenen Steuerung, welche den ganzen (oder fast ganzen)
Kapazitätszyklus der Batterien umfassen kann (bzw. regelmäßig durchlaufen werden kann), vorsorglich ein Memoryeffekt verhindert, bzw. kann durch die Steuerung ein Memoryeffekt nachhaltig vermieden oder eine Batteriegruppe regeneriert werden.
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die folgenden Figur detailliert
beschrieben. Figur 1 zeigt eine Anordnung zum Verwalten von Energie gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung .
Bevor bezugnehmend auf die Figur exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden, sollen noch einige allgemeine Aspekte der Erfindung erläutert werden :
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann bei Vorliegen bestimmter Vorhersageszenarien und unter Berücksichtigung lokaler Energieversorgungssicherheit ein vorsorgliches Leeren von Speichern zur
Stromerzeugung durchgeführt werden.
Steuerungen von herkömmlichen Energiespeichern, die zum Einspeisen von Strom in ein Energieversorgungsnetz geeignet sind, sind so konzipiert, dass die Speicher- und Wiedereinspeiseleistung nicht oder nur sehr selten im vollen Leistungsswing verwendet werden . Aus Gründen von vermeintlich benötigten bzw. vorsorglich gewahrten Energiereserven oder dem Vorwand der
Batterieschonung werden Leistungsspeicher nur selten im vollen Swing (d.h. 0% bis 100%) oder fast vollem Swing (zum Beispiel 10% bis 90%) betrieben.
Meteorologische Vorhersagemodelle können zur Leistungsdisposition eingesetzt werden. Zum Beispiel Hebungswolken, welche in einer Region durch Kondensation einer aufsteigenden Luftmasse sehr schnell die photovoltaische Stromproduktion mittel- oder großflächig massiv reduzieren können, stellen für die Leistungsbereitstellung in einem intelligenten Energieverwaltungssystem eine Herausforderung dar. Da gewisse Energiequellen bis zu 30 Minuten brauchen, um zwischen Einschaltung und Einspeisung ihre Energieproduktion hochzufahren, ist es in einer hochgradig von Photovoltaik oder Wind gespeisten Umgebung problematisch, kurzfristig genügend Alternativleistung bereitzustellen bzw.
wieder herunterzufahren. Des Weiteren können solche schnellen Veränderungen geografisch kleine Regionen betreffen und so ein Energieverwaltungssystem besonders belasten.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Steuerlogik implementiert, die gleichzeitig netzorientiert als auch
benutzerorientiert (zum Beispiel optimale Reserven, Kosten und Komfort) ausgerichtet ist. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel können beide Aspekte gewichtet werden. Insbesondere ist es möglich, das
Gewichtungsverhältnis zwischen den beiden Bedürfnisgruppen frei einzustellen.
Es sind Batterien verfügbar, bei welchen die Lebensdauer nicht mehr wesentlich reduziert wird, wenn die Lade/Entladeleistung über den ganzen Leistungsbereich der Batterie geht (zum Beispiel Zyklus: 100% -> 5% ->
100%). Dadurch ist es möglich, eine optimierte Steuerung der Batterien (bzw. anderer Energiezwischenspeichereinrichtungen) zu konzipieren, welche einen hohen Nutzen aus dem vollen Swing einer Kapazität des Speichers schöpfen.
Für die Steuerlogik gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung können zum Beispiel Vorhersagen von außen verwendet werden. Zum Beispiel können Informationen hinsichtlich einer Wettervorhersage verwendet werden. Aus der Wettervorhersage„morgen scheint die Sonne" kann prognostiziert werden, dass der Akku mit hoher Wahrscheinlichkeit vollgeladen werden wird. Aus der Wettervorhersage„viel Wind" kann prognostiziert werden, dass mehr Energie erzeugt werden wird, als man speichern können wird. Es ist auch möglich, gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen
Verbrauchsprognosen zu berücksichtigen. Auch kann ein erwartetes
schwarmhaftes Ändern von Benutzerbedürfnissen berücksichtigt werden. Zum Beispiel lassen sich gruppendynamische Effekte in ein Prognosesystem
integrieren, das adäquat zukünftiges Benutzerschwarmverhalten voraussagen kann. Unter„Schwarmverhalten" kann in diesem Zusammenhang ein Verhalten verstanden werden, dem ein Großteil einer Population folgt. Derart vorbereitete Prognosen können von außen in ein Steuerungssystem einfließen. Andererseits kann ein Steuerungssystem selbst aufgrund der Sammlung von historischen Daten eine (zum Beispiel heuristische) Prognose eines Zukunftswertes erstellen. So können zum Beispiel basierend auf lokalen meteorologischen Daten
kurzfristige Prognosen erstellt werden. Es ist auch möglich, ein
Benutzerverhalten in die Zukunft zu projizieren (zum Beispiel :„in diesem Haus wird nie vor 12 : 00 Uhr mittags gekocht" und damit Peakenergie verbraucht); oder mit hohem Präzisionsgrad :„Dieser Verbraucher benötigt in 83% der Fälle zwischen 12 : 30 Uhr und 12 :45 Uhr zusätzlich 3 kW Leistung gegenüber seinem Durchschnittsverbrauch"). Es können auch Mechanismen integriert sein, welche dafür sorgen, dass die Rückspeisung von Energie mit tieferer Priorität gesteuert wird als der Ausgleich der Abweichung der vom Energieversorger bezogenen Monatsdurchschnittsleistung (z. B. Minimierung eines 15 Minutenmaximums an bezogener Leistung, da dieses Maximum einen hohen technischen Aufwand auf Seiten des Energieversorgungsnetzes generiert und somit in der
Endverbraucherverrechnung zunehmend teurer wird; je höher der Peak vom Mittelwert abweicht, desto teurer wird das dadurch entstehende erhöhte 15 Minutenmaximum).
Diese externen oder internen Prognosen verwendet eine Steuereinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Beispiel dafür, eine Energiezwischenspeichereinrichtung vorsorglich zu einem großen Teil oder vollständig zu leeren, wenn prognosebasiert eine hohe Gewissheit vorliegt, dass die Energiezwischenspeichereinrichtung bis zu einem bestimmten Zeitpunkt wieder genügend (oder vollständig) geladen werden kann. Diese vorsorgliche Leerung eines Speichers erlaubt es, mit gegebenen (zum Beispiel bereits installierten) Speichern, eine möglichst vollständige Nutzung des Speicherswings (d.h. Nutzung der Speicherkapazität zwischen„voll" und„leer") zu erreichen. Je präziser die Prognosen sind, desto größer darf die vorsorgliche Entladung sein, weil dadurch die Sicherheit wächst, dass zum gewünschten Zielzeitpunkt X der Ladezustand wieder den für diesen Zeitpunkt geforderten Wert Y erreicht (um zum Beispiel noch sicher einen Verbrennungsmotor starten zu können oder um genügend Energie für den Eigenbedarf des Besitzers zur Verfügung zu haben).
Des Weiteren kann ein Steuerprozess gemäß einem exemplarischen
Ausführungsbeispiel der Erfindung durch eine Netzqualitätsmessung mit
Aufzeichnung einer Historie und/oder Projektion einer Zukunftsqualität weiter verbessert werden : Die lokalen (insbesondere netztopologiebezogenen)
Bedürfnisse des Verteilnetzes können ermittelt werden und daraufhin optimierte Verbesserungen erzielt werden. Es kann so auch eine autonome Steuerung der Rückspeiseleistung realisiert werden, welche vor allem dann rückspeist, wenn es für das Energieversorgungsnetz optimal ist (zum Beispiel ein erhöhter Bedarf vorhanden ist). Durch diese autonome Selbststeuerung wird keine
Echtzeitkommunikation und keine hierarchische Steuerung benötigt. Es kann zum Beispiel durch die Steuereinrichtung frei gewählt werden, welches Maß an Autonomie zum Einsatz kommen soll. Das Maß an Autonomie kann auch basierend auf dem Kommunikationsangebot, den Sicherheitsmechanismen und/oder übertragenen Daten angepasst werden.
Zusätzlich kann durch vorstehend beschriebene Netzqualitätssteuerung auch ein sehr kurzfristiger Bedarf (zum Beispiel sofort oder innerhalb von 20ms) von Energie durch Einspeisung gedeckt werden. So ist es zum Beispiel möglich, eine energetische Überbrückung des Hochfahrens langsamerer Energieerzeuger (zum Beispiel das Hochfahren von Turbinen in Kraftwerken) zu bewerkstelligen. Da in solchen Momenten bzw. Kurzzeiträumen zwar nur kurz, dafür aber zum Teil sehr viel Energie eingespeist werden soll, können auch schnell entladbare
Batterien verwendet werden, insbesondere solche, welche trotz hoher Energieentnahme dennoch eine hohe Speicherfähigkeit besitzen. Der Entscheid, ob und wieviel Energie ins Energieversorgungsnetz zurückgespeist wird, kann die Steuerung selbst ermitteln. Dies kann erfolgen basierend auf
Benutzerbedürfnissen, Speicherzustand, maximaler Speichermenge und
Netzbedarf. Dies kann zum Beispiel durch eine Parametrierung erfolgen, die erlaubt festzulegen, wie hoch Benutzer- und/oder Besitzerbedürfnisse gegenüber den Bedürfnissen des Energieversorgungsnetzes gewichtet werden sollen.
Anstelle einer Parametrierung kann auch ein selbstlernender Mechanismus eingesetzt werden und/oder können Eckdaten eines Kostenmodells berücksichtigt werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann auf die
beschriebene Weise eine Photovoltaikanlage oder ein Windkraftwerk mit
Speicherbatterie gesteuert werden. Solche Anlagen können auch Kleinanlagen sein, die bei einem Endverbraucher aufgebaut sind.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann eine
Steuereinrichtung zur Steuerung einer Brennstoffzelle mit Batteriespeicher ausgebildet sein, wobei mit der Batterie eine Zeit überbrückt werden kann, bis die Brennstoffzelle auf Betriebstemperatur ist (die oben angesprochene
Restenergie ist in diesem Fall das Minimum, um die Zelle noch starten zu können).
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines eMobility-Systems eingesetzt werden, welches mindestens eine Batterie umfasst, die in der Lage ist, Energie
zurückzuspeisen. In dieser Ausführungsform kann das Lernen (und daraus abgeleitet die Projektion des Verhaltens) des Benutzerverhaltens bzw. des Mobilitätsbedarfs vorteilhaft sein, um sowohl eine vorsorgliche Leerung der Batterie zu realisieren, als auch die Benutzerbedürfnisse (zum Beispiel in Bezug auf einen gewünschten Ankunftszeitpunkt am Ziel) abzudecken.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Batterie eingesetzt werden, welche im Zusammenhang mit einem Blockheizkraftwerk verwendet wird. In diesem
Zusammenhang ist es vorteilhaft möglich, die Restenergiemenge so auszulegen, dass das Aggregat zuverlässig gestartet werden kann. Der Einsatz von Primärenergie kann in Bezug auf Bedürfnisse des Energieversorgungsnetzes und auf Benutzerbedürfnisse hin eingestellt bzw. optimiert sein.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Batterie eingesetzt werden, deren
Rückspeiseleistung mittels eines intelligenten Energieverwaltungssystems koordiniert wird .
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann eine
Steuereinrichtung zur Steuerung einer batteriebasierenden
Rückspeiseeinrichtung eingesetzt werden, welche mittels Demand Side
Management kontrolliert wird.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das beschriebene Prinzip zur Erweiterung des Datenangebots bzw. zur Präzisierung der Entscheidungsdaten einer onlinebasierenden Vorhersageeinrichtung
eingesetzt werden, wenn diese speicherbasierende Systeme beliefert.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann eine
Steuereinrichtung als autonome selbständige Entscheidungseinheit ausgebildet werden, welche sowohl ein separates Gerät, ein einbettbarer Systemteil oder Teil eines Speichersystems ist.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuerung per App realisiert werden, wobei Steuerparameter durch einen
Benutzer verändert werden können.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Steuerung einer speicherbasierenden Stromrückspeiseeinheit derart durchgeführt werden, dass sie aufgrund von Vorhersagemechanismen entscheidet, vorsorglich den
Speicherinhalt ins Netz zurückzuspeisen und/oder lokal zu verwenden.
Insbesondere können die Vorhersagemechansimen lokal und/oder autonom sein.
Der Speicher kann ein Batteriesystem sein. Es ist vorteilhaft möglich,
Vorhersagedaten lokaler Art mit externen Vorhersagedaten zu kombinieren. Eine lokale Rückspeiseleistung kann verhältnismäßig klein sein (zum Beispiel kleiner als 3 kW, kleiner als 10 kW oder kleiner als 30 kW). Die gesteuerte
Speichermenge kann ebenfalls klein sein (zum Beispiel kleiner als 1 kWh, kleiner als 10 kWh oder kleiner als 100 kWh). Das Mass der Steuerung in Bezug zu Netzoptimierung zum Maß der Steuerung in Bezug zu den Benutzer- und/oder Besitzerbedürfnissen kann eingestellt und/oder parametriert und/oder
ferngesteuert werden. Teile der Vorhersage können auf einer
Netzqualitätsmessung basieren. Gemäß einem anderen exemplarischen
Ausführungsbeispiel kann die Steuerung einer speicherbasierenden
Stromrückspeiseeinheit derart durchgeführt werden, dass sie aufgrund von Vorhersagemechanismen autonom und unabhängig entscheidet, wann ein idealer Rückspeisezeitpunkt ist.
Parameter der Netzqualitätsmessung können sein :
• Spannung (Mittel-, Max-, Min- Wert)
• Strom (Mittel-, Max-, Min- Wert)
• CF Crest Faktor Strom
• Strom IN (Mittel-, Max- Wert)
• CF Crest Faktor N- Leiter Strom
• Spannungsereignisse (Einbrüche, Überhöhungen, Unterbrechungen)
• Leistung P, Q, S (Mittel-, Max-, Min- Wert), Power Faktor PF, TAN
• Summenleistung (Mittel-, Max-, Min- Wert), Power Faktor PF, TAN
• Energie, Energie total
• Flicker (Pst, Plt)
• Spannungs- und Stromharmonische (bis zur 40. Harmonischen)
• THD U (Spannung Mittel-, Max- Wert)
• THD I (Strom Mittel-, Max- Wert)
• Zwischenharmonische der Spannung
• Rundsteuersignale
• Netzimpedanz und Innenwiderstand des Versorgungsnetzes
• Asymmetrien
• Frequenz
Figur 1 zeigt eine in einem Gebäude 104 angeordnete Anordnung 100 zum lokalen Verwalten von Energie innerhalb des Gebäudes 104 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die in dem Gebäude 104 angeordnete Anordnung 100 wirkt zusammen mit einem Energieversorgungsnetz 108, einem Kommunikationsnetzwerk 182 und weiteren dezentralen Anordnungen 100\ von denen in Figur 1 exemplarisch nur eine dargestellt ist. Die Anordnung 100λ ist einem anderen Gebäude 144 zugeordnet und verwaltet Energie lokal innerhalb des anderen Gebäudes 144. In Figur 1 ist das Gebäude 104 ein Einfamilienhaus und das andere Gebäude 144 ebenfalls ein Einfamilienhaus.
An dem Gebäude 144 ist eine Photovoltaikanlage als
Energieerzeugungseinrichtung 102 vorgesehen. In dem Gebäude 104 ist eine Fußbodenheizung als Energieverbraucheinrichtung 136 installiert und eine
Wärmepumpe als Energieerzeugungseinrichtung 102 vorgesehen, welche die Fußbodenheizung mit Energie versorgt. Die Energieerzeugungseinrichtung 102 wiederum wird über eine Stromleitung 190 mit elektrischer Energie versorgt, die von dem Energieversorgungsnetz 108 bereitgestellt wird. Die Wärmepumpe bezieht die von ihr an die Fußbodenheizung bereitgestellte Energie aus
Umgebungsluft und/oder dem Boden in der Umgebung des Gebäudes 104 und benötigt für ihren Betrieb zudem elektrische Energie aus dem
Energieversorgungsnetz 108.
Eine ebenfalls in dem Gebäude 104 angeordneter Steuercomputer 250 steuert die Energieverwaltung des Gebäudes 104. Der Steuercomputer 250 weist eine Sicherheitseinrichtung 116 (zum Beispiel eine Firewall) auf, um die
Komponenten des Steuercomputers 250 vor einem externen Hackerangriff zu schützen, der die unten näher beschriebene Steuerung stören könnte. Eine Steuereinrichtung 106 kann als jeweiliger Prozessor des jeweiligen
Steuercomputers 250 ausgebildet sein.
Wie ferner in Figur 1 gezeigt, ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Energieversorgungsnetz 108 durch eine Mehrzahl von
Windkrafterzeugungseinrichtungen 188 ausgebildet, die ihre energetischen Einzelbeiträge einer Energieverwaltungseinrichtung 192 bereitstellen und deren Energiebereitstellungskapazität mit der gerade vorhandenen Windenergiemenge skaliert. Ändert sich der Wind, so ändert sich die Energieversorgungskapazität des volatilen Energieversorgungsnetzes 108. Durch Einspeisung elektrischer Energie, die in gemäß Figur 1 als wiederaufladbare Batterien ausgebildeten Energiezwischenspeichereinrichtungen 130 der Anordnungen 100, 100λ in den Gebäuden 104, 144 zwischengespeichert werden kann, in das Energieversorgungsnetz 108 kann das
Energieversorgungsnetz 108 stabilisiert werden, wenn zum Beispiel die
Windkrafterzeugungseinrichtungen 188 aufgrund gegenwärtiger Windstille aktuell oder zukünftig nur eine geringe Menge von Energie liefern. Die jeweilige
Steuereinrichtung 106 steuert Auflade- bzw. Entladevorgänge der jeweils zugeordneten Energiezwischenspeichereinrichtung 130.
Die Anordnung 100 fungiert also zum lokalen Verwalten von Energie in dem Gebäude 104. Dabei dient die selektiv energetisch beladbare oder
endladbare Energiezwischenspeichereinrichtung 130 zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie, die aus dem Energieversorgungsnetz 108 entnommen und/oder von der Energieerzeugungseinrichtung 102 erzeugt worden ist und (jedenfalls zum Zeitpunkt der Erzeugung) nicht anderweitig benötigt wird . Die Steuereinrichtung 106 der Anordnung 100 ist eingerichtet, basierend auf einem Vorhersagemodell hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung von
Energieverfügbarkeit aus dem Energieversorgungsnetz 108 und unter
Berücksichtigung eines lokalen, d.h. auf die Anordnung 100 bzw. das Gebäude 104, Energieversorgungssicherheitskriteriums eine energiebezogene Zeit-Menge- Charakteristik zu steuern, gemäß welcher in der
Energiezwischenspeichereinrichtung 130 zwischengespeicherte Energie daraus entladen und in das Energieversorgungsnetz 108 eingespeist wird .
Dabei berücksichtigt die Steuereinrichtung 106 im Rahmen der
Überprüfung des lokalen Energieversorgungssicherheitskriteriums einen
Energieeigenbedarf innerhalb des Gebäudes 104, um nicht so viel Energie aus der Energiezwischenspeichereinrichtung 130 in das Energieversorgungsnetz 108 einzuspeisen, dass die lokale Energieversorgung innerhalb des Gebäudes 104 darunter leiden würde. Die Steuereinrichtung 106 steuert die Beladung bzw.
Entladung der Energiezwischenspeichereinrichtung 130 zum Erfüllen des lokalen Energieversorgungssicherheitskriteriums so, dass mit mindestens einer über eine Benutzerschnittstelle 114 vorgebbaren Wahrscheinlichkeit (von zum Beispiel 95%) die Energiezwischenspeichereinrichtung 130 bis zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (zum Beispiel bis zum Ablauf von 24 Stunden) wieder mindestens bis zu einem vorgegebenen Energiebereitstellungsgrad (von zum Beispiel
mindestens 80 % des vollen Ladezustands) aufgeladen ist. Dabei können für das historische Benutzerverhalten indikative Daten vorteilhaft verwendet werden. Zu diesem Zweck ist in der Anordnung 100 eine als Datenbank ausgebildete
Aufzeichnungseinrichtung 118 vorgesehen, die zum Aufzeichnen von Daten eingerichtet ist, die indikativ für mittels der Steuereinrichtung 106 in der
Vergangenheit eingestellte Zeit-Mengen-Charakteristika eingespeister Energie sind . Ferner können in der Aufzeichnungseinrichtung 118 für in der
Vergangenheit herrschende Netzqualitätscharakteristika des
Energieversorgungsnetzes 108 indikative Daten gespeichert werden, die von der Steuereinrichtung 106 zum Steuern ebenfalls herangezogen werden können. Eine Lerneinrichtung 112 der Anordnung 100 kann auf die in der
Aufzeichnungseinrichtung 118 gespeicherten Daten zugreifen, um
Verhaltensmuster der Anordnung 100 bzw. des Energieversorgungsnetzes 108 in der Vergangenheit aufzufinden und der Steuereinrichtung 106 als Basis für die zukünftige Steuerung bereitzustellen.
Eine Gewichtung (zum Beispiel 40 % zu 60 %) zwischen einem Maß der Berücksichtigung der zukünftigen Entwicklung von Energieverfügbarkeit aus dem Energieversorgungsnetz 108 und einem Maß der Berücksichtigung des lokalen Energieversorgungssicherheitskriteriums beim Ermitteln der
Energieeinspeisemenge kann ein Benutzer ebenfalls über die
Benutzerschnittstelle 114 einstellen.
Die Steuereinrichtung 106 steuert die Menge der von der
Energiezwischenspeichereinrichtung 130 in das Energieversorgungsnetz 108 eingespeisten Energie darüber hinaus basierend auf einem Zeitverlauf einer Netzqualitätscharakteristik des Energieversorgungsnetzes 108. Die
Netzqualitätscharakteristik, die von einer Netzqualitätserfasseinrichtung 110 (zum Beispiel einem Voltmeter, das an der Stromleitung 190 kontinuierlich die von dem Energieversorgungsnetz 108 gelieferte Versorgungsspannung misst) der Anordnung 100 messtechnisch erfasst wird, liefert Informationen darüber, welche Energieversorgungskapazität das Energieversorgungsnetz 108 gegenwärtig hat, das heißt ob insbesondere gerade eine Energieknappheit oder ein Energieüberangebot in dem Energieversorgungsnetz 108 herrscht. Die Netzqualitätserfasseinrichtung 110 stellt der Steuereinrichtung 106 den erfassten Netzqualitätsparameter (zum Beispiel die gemessene Versorgungsspannung) als Basis für das Steuern der Energieverwaltung bereit. Um die Genauigkeit insbesondere der frühzeitigen Erkennung zukünftig drohender Über- oder
Unterkapazitäten hinsichtlich der Energieversorgung aus dem
Energieversorgungsnetz 108 weiter zu verbessern, kann die Steuereinrichtung 106 auch die erste und/oder zweite Ableitung des erfassten
Netzqualitätsparameters (zum Beispiel die Steigung und/oder Krümmung der Versorgungsspannung über der Zeit) in das Vorhersagemodell hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung der Energieverfügbarkeit aus dem
Energieversorgungsnetz 108 miteinbeziehen. Die für das Vorhersagemodell verwendeten Vorhersagedaten können zum Beispiel eine Wettervorhersage berücksichtigen. Während einer Kältewelle ist davon auszugehen, dass der Energieeigenbedarf innerhalb des Gebäudes 104 zum Heizen steigt, sodass mit einer erhöhten Nachfrage von Energie aus dem Energieversorgungsnetz 108 zu rechnen ist. Während eines Gewitters mit starken Winden und starker Bewölkung können Überkapazitäten der von den Windkrafterzeugungseinrichtungen 188 erzeugten Energie und eine nur geringe Energieproduktion der als
Photovoltaikanlage ausgebildeten Energieerzeugungseinrichtung 102 des
Gebäudes 144 erwartet werden.
Zeigen die detektierte Netzqualität und/oder die Wetterprognose an, dass das Energieversorgungsnetz 108 in absehbarer Zeit (zum Beispiel aufgrund
Windstille) an einer Energieknappheit leiden wird, so kann die Steuereinrichtung 106 die Energiezwischenspeichereinrichtung 130 ansteuern, dass diese die in ihr gegenwärtig gespeicherte Energie ganz oder teilweise in das
Energieversorgungsnetz 108 einspeist. Ob die
Energiezwischenspeichereinrichtung 130 dabei vollständig oder teilweise entladen wird, entscheidet die Steuereinrichtung 106 auf Basis der Feststellung, für welche Dauer das Vorhersagemodell das Bestehenbleiben der Energieknappheit prognostiziert und welche Energieentlademenge die
Energieversorgungssicherheit innerhalb des Gebäudes 104 erlaubt. Dadurch wird das Energieversorgungsnetz 108 stabilisiert.
Zeigen die detektierte Netzqualität und/oder die Wetterprognose an, dass das Energieversorgungsnetz 108 auf absehbare Zeit (zum Beispiel aufgrund starker Winde) an einem Energieüberangebot leidet, so kann die
Steuereinrichtung 106 die Energiezwischenspeichereinrichtung 130 ansteuern, dass diese (selbst wenn gegenwärtig in dem Gebäude 104 kein besonderer Energiebedarf herrscht) mit Energie aus dem überlasteten
Energieversorgungsnetz 108 aufgeladen wird . Dadurch wird das
Energieversorgungsnetz 108 wiederum stabilisiert.
Zeigen die detektierte Netzqualität und die Wetterprognose an, dass das Energieversorgungsnetz 108 auf absehbare Zeit eine normale
Energieversorgungskapazität bietet, so kann die Steuereinrichtung 106 die Energiezwischenspeichereinrichtung 130 aufladen oder entladen, abhängig davon, ob in dem Gebäude 104 aktuell überschüssige Energie erzeugt wird oder zu wenig Energie erzeugt wird .
Die Vorhersagen können durch einen oder mehrere lokale Sensoren 146 ergänzt oder ersetzt werden, wobei ein solcher lokaler Sensor 146 zum Beispiel ein Windsensor auf dem Dach des Gebäudes 104 sein kann.
Der Steuercomputer 250 kann die Sicherheitseinrichtung 116 (zum
Beispiel eine Firewall) aufweisen, um die Anordnung 100 vor einem externen Hackerangriff zu schützen, der die Steuerung stören könnte.
Jeweilige Steuereinrichtungen 106 der jeweiligen Anordnungen 100, 100λ sind zum autonomen Steuern eines Zeitverlaufs einer Einspeisemenge von
Energie ausgebildet, die von jeweiligen Energiezwischenspeichereinrichtungen 130 im Falle drohender Energieknappheit in das Energieversorgungsnetz 108 eingespeist wird. Während jede Steuereinrichtung 106 autonom die
Einspeiseenergie-Zeit-Funktion für die ihr zugeordnete mindestens eine
Energiezwischenspeichereinrichtung 130 steuert, hat die Steuerlogik auch eine kooperative Komponente. Die Steuereinrichtungen 106 sind nämlich zum gegenseitigen Kooperieren beim Einspeisen von Energie in das Energieversorgungsnetz 108 ausgebildet. Hierfür können die Anordnungen 100, 100λ mittels Kommunikationsschnittstellen über ein Kommunikationsnetzwerk 182, zum Beispiel das Internet, miteinander kommunizieren. Somit ist eine Abstimmung oder zeitliche Synchronisierung der Energieeinspeisung in das Energieversorgungsnetz 108 zwischen den einzelnen kommunizierfähig
gekoppelten Anordnungen 100, 100λ ermöglicht.
Um die kooperative Steuerlogik der Steuereinrichtungen 106 weiter zu verfeinern, weist das in Figur 1 gezeigte Netzwerk eine zentrale
Koordinierungseinrichtung 184 auf, die über das Kommunikationsnetzwerk 182 unidirektional oder bidirektional kommunizierfähig mit den Steuereinrichtungen 106 gekoppelt ist. Die Koordinierungseinrichtung 184 kann von einer der
Anordnungen 100, 100λ für ein Steuern dieser Anordnung 100, 100λ in der Vergangenheit indikative Daten empfangen und kann diese an die anderen Anordnungen 100, 100λ übermitteln. Die zentrale Koordinierungseinrichtung 184 kann darüber hinaus Betriebsoptimierungsvorschläge an die Anordnungen 100, 100λ übermitteln, die für deren Steuereinrichtungen 106 aber nicht bindend sind .
Figur 1 zeigt ferner ein als Mobiltelefon ausgebildetes portables Benutzer- Endgerät 120, das mit der Steuereinrichtung 106 durch eine Drahtlosverbindung 152 kommunizierfähig gekoppelt ist. Über das Benutzer-Endgerät 120 kann der Benutzer alle Steuerkommandos für den Steuercomputer 250 eingeben, ähnlich wie über die Benutzerschnittstelle 114. Das Benutzer-Endgerät 120 kann in einem anderen Ausführungsbeispiel die Benutzerschnittstelle 114 auch ersetzen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Prozessor des Benutzer- Endgeräts 120 die Steuereinrichtung 106 ersetzen und somit die Steuerung der Anordnung 100 übernehmen. Eine hierfür ausführbare Steuer-Software kann in dem Benutzer-Endgerät 120 in Form einer App abgelegt bzw. installiert sein. Auch können gegenwärtige Ereignisse durch die Drahtlosverbindung 152 an das mobile Benutzer-Endgerät 120 übermittelt werden, so dass ein Benutzer ständig über die Energieverhältnisse in dem Gebäude 104 informiert werden kann.
Über das Kommunikationsnetzwerk 182, im gezeigten Ausführungsbeispiel das Internet, können auch für eine Vorhersageprognose über den zukünftigen Energiebedarf bzw. das zukünftige Energievolumen aus dem Energieversorgungsnetz 108 indikative Daten bezogen werden. Zum Beispiel können über die Kommunikationsschnittstelle 182 Wetterdaten von einer
Wetterdiensteinrichtung 186 bezogen werden. Für das Funktionieren der Anlage ist keine Übertragung in Echtzeit notwendig, kann aber bei Vorhandensein die Regelpräzision erhöhen.
Durch das in Figur 1 dargestellte System kann ein Ausgleich zwischen lokalen Energieversorgungsinteressen und globalen
Energieversorgungsinteressen hergestellt werden, was sowohl auf dezentraler als auch auf zentraler Ebene zu einer hohen Versorgungssicherheit mit Energie führt.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann unter dem Begriff
„übertragene Energie", je nach Kontext, insbesondere eine gesamte zwischen dem Energieversorgungsnetz und Endnutzereinrichtungen übertragene
Energiemenge oder nur ein Teil der insgesamt über das Energieversorgungsnetz übertragenen Energiemenge, welcher Teil sich auf eine bestimmte
Endnutzereinrichtung oder eine Teilgruppe der Endnutzereinrichtungen bezieht, verstanden werden. Insbesondere kann darunter auch nur eine für eine lokale Belastung der Verteilstruktur relevante Energiemenge verstanden werden. Ferner kann der Begriff„übertragene Energie" entweder eine erzeugte Energiemenge (zum Beispiel erzeugt durch das Energieversorgungsnetz oder eine
Energieerzeugungseinheit einer Endbenutzereinrichtung) oder eine verbrauchte Energiemenge (zum Beispiel von einer Energieverbraucheinheit einer
Endnutzereinrichtung verbraucht oder eine am Energieversorgungsnetz
ankommende eingespeiste Energie) bezeichnen. Insbesondere kann die
übertragene Energie das Resultat einer erzeugten Energie in Verwendung der Verteil struktur und in Bezug auf die verbrauchte Energie sein.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„aufweisend" keine anderen
Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl
ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Anordnung (100) zum Verwalten von Energie, wobei die Anordnung (100) aufweist:
eine selektiv energetisch beladbare oder endladbare
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zum Zwischenspeichern von Energie; eine Steuereinrichtung (106), die eingerichtet ist, basierend auf einem Vorhersagemodell hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung von
Energieverfügbarkeit aus einem Energieversorgungsnetz (108) und unter Berücksichtigung eines lokalen Energieversorgungssicherheitskriteriums eine energiebezogene Zeit-Menge-Charakteristik zu steuern, gemäß welcher in der Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zwischengespeicherte Energie daraus entladen und in das Energieversorgungsnetz (108) eingespeist wird.
2. Anordnung (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (106) eingerichtet ist, die Zeit-Menge-Charakteristik der eingespeisten Energie basierend auf einem Energieeigenbedarf mindestens einer lokalen
Energieverbraucheinrichtung (136) zu steuern, die mit der
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) und/oder mit dem
Energieversorgungsnetz (108) gekoppelt oder koppelbar ist, um von der
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) und/oder dem
Energieversorgungsnetz (108) mit Energie versorgt zu werden.
3. Anordnung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (106) eingerichtet ist, die Zeit-Menge-Charakteristik der eingespeisten Energie basierend auf einer Netzqualitätscharakteristik, insbesondere basierend auf einem Zeitverlauf der Netzqualitätscharakteristik, des Energieversorgungsnetzes (108) zu steuern.
4. Anordnung (100) gemäß Anspruch 3, wobei die Netzqualitätscharakteristik indikativ ist für die von dem Energieversorgungsnetz (108) gegenwärtig und/oder in absehbarer Zukunft leistbare Energieversorgungskapazität, insbesondere eine Energieknappheit oder ein Energieüberangebot.
5. Anordnung (100) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die
Netzqualitätscharakteristik zumindest eine aus der Gruppe aufweist, die besteht aus einer Impedanz von zumindest einem Teil des Energieversorgungsnetzes (108), einem von dem Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten
elektrischen Spannungswert, einem von dem Energieversorgungsnetz (108) sich durch Verbrauch ergebenden elektrischen Stromwert, einem Crest Faktor der von dem Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten Versorgung, mindestens einem insbesondere diskontinuierlichen Spannungsereignis in der von dem Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten elektrischen Spannung, einer von dem Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten Leistung, einer von dem Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten Energie, Flicker-Ereignissen in dem von dem Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten Signal, mindestens einer Harmonischen oder Zwischenharmonischen der oder des von dem
Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten elektrischen Spannung oder elektrischen Stroms, einem Rundsteuersignal, einer Asymmetrie in der oder dem von dem Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten elektrischen Spannung oder elektrischen Strom, und einer Frequenz der oder des von dem
Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten elektrischen Spannung oder elektrischen Stroms.
6. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die
Anordnung (100) eine Netzqualitätserfasseinrichtung (110) aufweist, die eingerichtet ist, die Netzqualitätscharakteristik des Energieversorgungsnetzes (108) zu erfassen und der Steuereinrichtung (106) als Basis für das Steuern bereitzustellen.
7. Anordnung (100) gemäß Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (106) eingerichtet ist, das Steuern basierend auf mindestens einer zeitlichen Ableitung, insbesondere der ersten Ableitung und/oder der zweiten Ableitung, der erfassten Netzqualitätscharakteristik durchzuführen.
8. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend eine Lerneinrichtung (112), die zum Auffinden von Verhaltensmustern der Anordnung (100) und/oder des Energieversorgungsnetzes (108) in der Vergangenheit und zum Bereitstellen aufgefundener Verhaltensmuster an die Steuereinrichtung (106) als Basis für die zukünftige Steuerung eingerichtet ist.
9. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die
Steuereinrichtung (106) eingerichtet ist, das Steuern basierend auf
Vorhersagedaten zum Voraussagen einer von dem Energieversorgungsnetz (108) gegenwärtig und/oder in absehbarer Zukunft leistbaren
Energieversorgungskapazität und/oder zum Voraussagen von einer aus dem Energieversorgungsnetz (108) gegenwärtig und/oder in absehbarer Zeit abgerufenen Energiemenge und/oder zum Voraussagen von mittels der
Energieerzeugungseinrichtung (102) gegenwärtig und/oder in absehbarer Zeit in das Energieversorgungsnetz (108) einspeisbarer Energiemenge durchzuführen.
10. Anordnung (100) gemäß Anspruch 9, wobei die Vorhersagedaten zumindest eines aus der Gruppe enthalten, die besteht aus die besteht aus einer Wetterprognose, einer Wettervergangenheit, einem Datum, einer Jahreszeit, einer Tageszeit, einer Verbrauchserwartung, einem Sonnenstand, einer aus einer Verbrauchshistorie abgeleiteten Prognose eines zukünftigen Benutzerverhaltens, einer aus einer Verbrauchshistorie abgeleiteten Prognose anderer
Energiebezieher, einer Benutzerpräsenzdetektion, einer vorgebbaren
Benutzerpräferenz und einem Reservationsauftrag eines Benutzers..
11. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend eine Sicherheitseinrichtung (116), die dazu eingerichtet ist, die Anordnung (100) vor externen Manipulationen zu schützen.
12. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend eine Aufzeichnungseinrichtung (118), die zum Aufzeichnen von Daten eingerichtet ist, die indikativ für mittels der Steuereinrichtung (106) in der Vergangenheit eingestellte Zeit-Mengen-Charakteristika und/oder für in der Vergangenheit herrschende Netzqualitätscharakteristika des Energieversorgungsnetzes (108) sind .
13. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die
Steuereinrichtung (106) eingerichtet ist, das Steuern autonom von dem
Energieversorgungsnetz (108), insbesondere autonom von dem
Energieversorgungsnetz (108) und kooperierend mit anderen an das
Energieversorgungsnetz (108) angeschlossenen Anordnungen (100) mit
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zum Einspeisen von Energie in das Energieversorgungsnetz (108), durchzuführen.
14. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das
Vorhersagemodell lokale Vorhersagedaten und anordnungsexterne
Vorhersagedaten berücksichtigt, insbesondere kombinatorisch berücksichtigt.
15. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die von der Energiezwischenspeichereinrichtung (130) maximal speicherbare und/oder in das Energieversorgungsnetz (108) in einem Entladevorgang maximale einspeisbare Energiemenge kleiner als 100 kWh, insbesondere kleiner als 10 kWh, weiter insbesondere kleiner als 1 kWh, ist.
16. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei eine von der Anordnung (100) verwaltete Leistung kleiner als 30 kW, insbesondere kleiner als 10 kW, weiter insbesondere kleiner als 3 kW, ist.
17. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei eine
Gewichtung zwischen einem Maß der Berücksichtigung der zukünftigen
Entwicklung von Energieverfügbarkeit aus dem Energieversorgungsnetz (108) und einem Maß der Berücksichtigung des lokalen
Energieversorgungssicherheitskriteriums benutzerdefinierbar und/oder parametrisierbar und/oder steuerungseinrichtungsseitig vorgebbar und/oder fernsteuerbar ist.
18. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die
Steuereinrichtung (106) eingerichtet ist, basierend auf dem Vorhersagemodell einen Soll-Rückspeisezeitpunkt zum Beginn des Rückspeisens von in der
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zwischengespeicherten Energie in das Energieversorgungsnetz (108) zu ermitteln.
19. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das lokale Energieversorgungssicherheitskriterium indikativ für eine, insbesondere vorgebbare oder vorgegebene, Wahrscheinlichkeit ist, dass die
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) bis zu einem vorgebbaren oder vorgegebenen Zeitpunkt wieder mindestens bis zu einem vorgebbaren oder vorgegebenen Aufladungsgrad aufgeladen ist.
20. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19,
ferner aufweisend eine lokale Energieerzeugungseinrichtung (102) zum
Erzeugen von Energie;
wobei die Steuereinrichtung (106) eingerichtet ist, mit zumindest einem Teil der erzeugten Energie die Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zu beladen.
21. Anordnung (100) gemäß Anspruch 20, wobei die lokale
Energieerzeugungseinrichtung (102) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus einer Fotovoltaikanlage, einem Rekuperator von Abwärme, einem auf Verbrennung von Treibstoff basierenden Generator, einer Windkraftanlage, einer Brennstoffzelle, einem Blockheizkraftwerk, einem eMobility-System und einer Geothermieanlage.
22. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die
Steuereinrichtung (106) eingerichtet ist, einen anderen Teil der in der
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zwischengespeicherten Energie daraus zum Versorgen eines lokalen Energieabnehmers (136) mit Energie zu entladen.
23. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) eine wiederaufladbare Batterie ist.
24. Verfahren zum Verwalten von Energie, wobei das Verfahren aufweist:
Zwischenspeichern von Energie in einer selektiv energetisch beladbaren oder endladbaren Energiezwischenspeichereinrichtung (130);
Steuern einer energiebezogenen Zeit-Menge-Charakteristik, gemäß welcher in der Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zwischengespeicherte Energie daraus entladen und in ein Energieversorgungsnetz (108) eingespeist wird, basierend auf einem Vorhersagemodell hinsichtlich der zukünftigen
Entwicklung von Energieverfügbarkeit aus dem Energieversorgungsnetz (108) und unter Berücksichtigung eines lokalen
Energieversorgungssicherheitskriteriums.
25. Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei in der
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) gespeicherte Energie bis auf höchstens 10% Restenergie, insbesondere bis zur vollständigen Entleerung der Energiezwischenspeichereinrichtung (130), in das Energieversorgungsnetz (108) eingespeist wird .
26. Computerlesbares Speichermedium, in dem ein Programm zum Verwalten von Energie gespeichert ist, welches Programm, wenn es von einem Prozessor (106, 120)Anordnung ausgeführt wird, das Verfahren gemäß Anspruch 24 oder 25 ausführt oder steuert.
27. Software-Programm zum Verwalten von Energie, welches Software- Programm, wenn es von einem Prozessor (106, 120) Anordnung ausgeführt wird, das Verfahren gemäß Anspruch 24 oder 25 ausführt oder steuert.
28. Software-Programm gemäß Anspruch 27, eingerichtet als App zum
Ausführen auf einem portablen Benutzer-Endgerät (120), insbesondere einem Tablet oder einem Mobiltelefon.
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