EP3857666A1 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung von energieflüssen zwischen komponenten eines energiesystems - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur steuerung von energieflüssen zwischen komponenten eines energiesystems

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Publication number
EP3857666A1
EP3857666A1 EP19801718.8A EP19801718A EP3857666A1 EP 3857666 A1 EP3857666 A1 EP 3857666A1 EP 19801718 A EP19801718 A EP 19801718A EP 3857666 A1 EP3857666 A1 EP 3857666A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy
flows
components
maximum
optimization
Prior art date
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Pending
Application number
EP19801718.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Niessen
Sebastian Schreck
Sebastian THIEM
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP3857666A1 publication Critical patent/EP3857666A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02J3/38—Arrangements for feeding a single network from two or more generators or sources in parallel; Arrangements for feeding already energised networks from additional generators or sources in parallel
    • H02J3/46—Controlling the sharing of generated power between the generators, sources or networks
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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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
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    • 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
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    • Y04S50/10—Energy trading, including energy flowing from end-user application to grid

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method according to the preamble of claim 9.
  • Energy systems typically have a plurality of components, in particular energy producers and energy consumers. Here it is necessary to coordinate the energy flows, that is to say the exchange of energy, typically electrical current or electrical energy, between the components of the energy system.
  • the components can be coordinated centrally using a coordination platform.
  • the coordination platform can carry out an optimization process by means of which the energy flows between the components are calculated as efficiently or optimally in advance, for example one day in advance (English: day-ahead).
  • the coordination platform can also be designed as a trading platform so that the components can submit sales offers and purchase offers.
  • the sales offers and purchase offers relating to a form of energy can be taken into account in the optimization, with typically the maximum possible and in this sense the best possible energy turnover being advantageous.
  • the integration of an energy store is difficult for known coordination platforms. This is the case because an energy storage system couples different points in time, and so far sales and purchase offers have had to be submitted at the same time, for example for all time intervals of the following day (English: day-ahead spot market).
  • the present invention has for its object to enable the integration of an energy storage in a coordination platform.
  • the device according to the invention for controlling energy flows between components of an energy system comprises a control device for controlling the energy flows, the energy flows being calculable in advance for an time range by means of an optimization method by means of the control device.
  • the components of the energy system, and thus the energy system comprise at least one energy store according to the invention.
  • the energy flows can be calculated and controlled by means of the control device in such a way that the state of charge of the energy store at the end of the time range is essentially the same as the state of charge of the energy store at the beginning of the time range.
  • control device is designed to control the energy flows based on the calculated solution of the optimization method in such a way that the state of charge of the energy store at the end of the time period is essentially the same as the state of charge of the energy store at the beginning of the time period.
  • the charge states of the energy store are essentially the same at the beginning and at the end of the time range, that is to say at the edges of the time range.
  • two states of charge are essentially the same in the sense of the present invention, if these relate to one another. which have a deviation of at most 5 percent, preferably of at most 3 percent, particularly preferably of at most 1 percent.
  • the charge states are particularly preferably the same.
  • the charging conditions are the same.
  • Each energy generator is designed to generate at least one form of energy and provides this for one or more energy consumers.
  • Each energy consumer is designed to consume at least one of the forms of energy provided by the energy producers.
  • the energy forms of the energy producers can be different.
  • electrical current and / or thermal energy / heat is provided as an energy form.
  • the energy flows can thus be electrical currents and / or thermal currents.
  • the device according to the invention forms a central coordination platform that controls the energy flows between the components of the energy system based on the solution of the optimization method (previously calculating the energy flows) by means of the control device.
  • the control device By means of the control device, the energy flows between the components of the energy system can be controlled based on the solution of the optimization method.
  • An optimization method in the sense of the present invention is a method for maximizing or minimizing a target function, the energy flows forming the optimization variables of the target function. Maximizing or minimizing the objective function is typically complex and is therefore typically numerical. No exact maximum or minimum of the objective function is required.
  • the result of the optimization process is at least the energy flows between the components of the energy system.
  • the control device controls the components of the energy system or the energy flows between the components of the energy system as far as possible according to the energy flows calculated in advance. This ensures the most efficient or optimal painterly operation of the energy system.
  • the energy flows through the controller are calculated in advance for a day (time range).
  • control device is designed to calculate and control the energy flows in such a way that the state of charge of the energy store at the end of the time range is substantially equal to the state of charge of the energy store at the beginning of the time range.
  • the state of charge of the energy store has periodic boundary conditions with respect to the time range.
  • the present invention in particular in that the state of charge of the energy store at the end of the time range is equal to the state of charge of the energy store at the beginning of the time range, advantageously enables the energy store to be integrated into a central coordination platform or trading platform. In particular, this advantageously ensures that the energy store merely provides flexibility within the energy system or for the coordination platform. In other words, the energy store in this sense neither generates nor consumes energy, but only stores it temporarily. This also enables economically fair operation of the energy store within the device and thus also within a trading platform.
  • the energy flows are calculated in advance for a time range by means of an optimization method. According to the invention, the energy flows are calculated and controlled in such a way that the state of charge of the energy store at the end of the time range is essentially the same as the state of charge of the energy store at the beginning of the time range.
  • the energy flows are controlled by means of the control device based on the calculated solution of the optimization method, the calculation of the energy flows by means of the optimization method and thus the control being carried out in such a way that the state of charge of the energy store at the end of the time range is substantially equal to the state of charge the energy storage is at the beginning of the time range.
  • the device according to the invention has the same and equivalent advantages.
  • the energy flows are preferably optimized under the secondary condition that the state of charge of the energy store at the end of the time range is substantially equal to the state of charge of the energy store at the beginning of the time range.
  • the secondary condition is particularly preferably determined mathematically in such a way that the charge states, at least for the optimization, are mathematically the same.
  • the components of the energy system comprise a plurality of energy producers and a plurality of energy consumers, the energy producers, the energy consumers and the at least one energy store being connected to one another by means of an energy transmission network.
  • the energy flows between the components of the energy system can advantageously take place via the energy transmission network, for example a power network.
  • the energy transmission network can be a local energy transmission network with respect to the components of the energy system, and can be connected or coupled to a higher-level energy transmission network, in particular a power network, for energy exchange.
  • physical power capacities of the energy transmission network and / or of the higher-level energy transmission network can be taken into account in the optimization, that is to say in the optimization method that the control device carries out.
  • a fee for using the energy transmission network and / or a fee for using the higher-level energy transmission network can be taken into account.
  • the device comprises a communication interface for the bidirectional exchange of data containers between the control device and the components, the data stored by means of the data container being able to be taken into account in the optimization process.
  • control device can advantageously communicate with the components of the energy system. Furthermore, information about the components can advantageously be taken into account by the control device in the optimization method.
  • the device thus advantageously forms a central communication device, control device and coordination platform with respect to the components.
  • the data containers include control data provided for controlling the power flows.
  • the control device uses the optimization method, in particular taking into account information about the components, to calculate the power rivers.
  • the control data are then transmitted to the components by means of the communication interface, the control data being designed in such a way that the components are operated in accordance with the calculated energy flows.
  • the components are symbolically informed of the result of the optimization process using the control data.
  • a further control unit can be provided (English: edge device), which capture the control data and control the respective component in accordance with the captured control data.
  • the control device thus controls the components by means of the control units.
  • the device forms a central coordination platform, which is coupled for data exchange with the control units (local control units) of each component for data exchange.
  • a maximum available energy quantity of each energy generator and a maximum obtainable energy quantity of each energy consumer are stored by means of the data container.
  • the control device for the energy producers knows their respective maximum amount of energy that can be provided, and for the energy consumers their respective maximum amount of energy that can be obtained. This advantageously ensures that the components of the energy system are operated as part of their technical design.
  • the physical data or physical information (for example the maximum amount of energy that can be provided and the maximum amount of energy that can be obtained) can be taken into account as secondary conditions in the optimization process.
  • the constraint P t generator At t ⁇ ⁇ 8QG / falls denotes the maximum amount of energy that can be provided by the generator at time t and p i generators ⁇ - ⁇ _ q the power of the energy generator calculated at time t.
  • the constraint applies to one of the energy consumers
  • m axy also r if £ ' maxy smokers who at the time t by the the maximum amount of energy that can be obtained and p f the consumer is the power consumed by the energy consumer (load) calculated at time t.
  • the data container stores a maximum storage capacity of the energy store, a maximum charging power of the energy storage device, a maximum discharge power of the energy storage device, a charging efficiency of the energy storage device and / or a discharge efficiency of the energy storage device.
  • the aforementioned physical or technical parameters of the energy store in particular its maximum charging power and maximum discharging power, can also be time-dependent, that is to say have an index t. Additional physical or technical parameters can be provided and taken into account in the constraints of the optimization process or be taken into account by the control device in the optimization process.
  • a minimum sales price of each energy generator and a maximum purchase price of each energy consumer is stored by means of the data container.
  • the device advantageously forms a trading platform, in particular a local energy market.
  • the minimum sales prices and the maximum purchase prices are taken into account in the optimization process.
  • the probability of an energy flow between components of the energy system is advantageously increased, so that the energy market can advantageously be operated as energetically and efficiently as possible.
  • each component of the energy system comprises a control unit (edge device) coupled to the control device via the communication interface for data exchange.
  • control device data containers or data or information can advantageously be exchanged between the control device and the components.
  • global control of the components is made possible by the device, the components being controlled in accordance with the solution of the optimization method. This enables the most efficient operation of the device, in particular the energy market.
  • a temporal shift of the energy flows for at least one of the components is taken into account in the optimization.
  • time-shiftable loads can advantageously be used, for example charging an electric vehicle, when Optimization procedures are taken into account.
  • the secondary condition takes into account
  • the point in time at which the energy is drawn is not relevant within the time range from t start to t Enc . Only the amount of energy delivered in this time range must not exceed the maximum amount of energy that can be drawn.
  • the time range from t start to t end is a real subset of the time range T or the entire time range T.
  • the type of energy flows is taken into account in the optimization.
  • the energy consumers can transmit preferences for a type of electricity to the control device. For example, electricity should be obtained from photovoltaic systems before. These energy consumer preferences can be taken into account in the optimization process. Taking into account further preferences of the energy consumers and / or energy producers in the optimization process is possible and provided.
  • the single figure shows schematically a device according to an embodiment of the present invention.
  • the device 1 comprises energy generators 2 and energy consumers 3. Furthermore, the device 1 comprises one or more energy stores 4 and one or more loads 5 that can be shifted in time, for example an electric vehicle.
  • the energy generator 2, the energy consumer 3 and the energy storage 4 and the time-shiftable load 5 form the components 2, ..., 5 of an energy system.
  • the power system comprising the power generator 2, the energy consumer 3, the energy store 4 and the time-Lich movable load 5, wherein the energy flows between the components 2, ..., 5 of the power system by means of a STEU ⁇ ervoriques 42 controllable, in particular controllable, are.
  • the device 1 comprises the control device 42.
  • the energy producers 2, the energy consumers 3 and the energy storage 4 are coupled by means of an energy transmission network 110, for example a power network, for the exchange of energy (energy flows).
  • an energy transmission network 110 for example a power network, for the exchange of energy (energy flows).
  • the energy transmission network 110 enables the energy flows between the components of the energy system.
  • control device 42 has, for example by means of a communication interface, a data connection to each component 2,..., 5 of the energy system.
  • the data are ⁇ connections, ..., illustrated by the arrows 101,104 and net gekennzeich below with the same references.
  • the data connections 101, ..., 104 can be unidirectional or bidirectional.
  • a data exchange, with play by means of data containers, between the tax advantage direction 42 and the components 2, ..., 5 of the energy system he ⁇ follow.
  • the power generator 2 transmitted through the data link 102, at least its maximum at a time t ⁇ provides adjustable energy amount For example, in kilowatts hours ⁇ , and its minimum selling price ger, at play, in cents per kilowatt hour, the Steuervorrich- device 42.
  • a carbon dioxide emission and / or a primary energy input can be transmitted to the control device 42.
  • the data container, by means of which the amount of energy that can be provided at a time t max and the minimum sales price at time t stored, can be referred to as a buy offer.
  • the energy consumers 3 use the data connection 104 to transmit at least their maximum available amount of energy £ mtx b t smoke i ü, for example in kilowatt hours, and their maximum purchase price c ⁇ x b t smoker , for example in cents per kilowatt hour, to them Control device 42.
  • a carbon dioxide emission and / or a primary energy input can be transmitted to the control device 42.
  • the data containers by means of which the maximum amount of energy provided adjustable at a time t and the time t minimum Ver purchase price TM is stored uger, can be used as Buyer: are designated (English buy order).
  • the at least one energy store 4 transmits at least its maximum available storage capacity by means of the data connection 101 for example in kilowatt hours, an initial state of charge ⁇ Q for example in kilowatt hours, its maximum charging power i * L a d en , max 'for example in kilowatt, its maximum discharging power ⁇ E n tl a d en , max, for example in kilowatts, its charging efficiency i / L a d erw, for example, in percent, its discharge efficiency i / E n tl a d erw, for example, in percent, and a possible time-dependent, mri remuneration C E n tiade n , min , t for each discharged amount of energy, e.g. in cents per Kilowatt hour.
  • the data container by means of which the parameters mentioned for the energy store are stored, can be referred to as a storage offer (English: storage order).
  • Pmax. tr for example in kilowatts, as well as a possible time-dependent maximum payment For example, in cents per kilowatt hour, to the control device 42.
  • the data container by means of which the parameters mentioned for the displaceable load 5 are stored, can be referred to as flexibility offer 1 (English: Flex-Buy-Order 1).
  • a displaceable generation (not shown) can be provided.
  • the generation units which have a time-shiftable generation, transmit, for example, by means of the data connection 102 at least a maximum amount of energy that can be made available in a further shift period T Erzeu S er ' S r
  • T Erzeu S er ' S r For example, in kilowatt-hour per T Erzeu g e r SI may be a time-dependent maximum at g-circuit power for example in kilowatts, as well as a possible time-dependent maximum sales remuneration for example in cents per kilowatt hour, to the control device 42.
  • the data container by means of which the parameters mentioned for the moveable generators are stored, can be referred to as flexibility offer 2 (English: Flex-Buy-Order 2).
  • the data or parameters transmitted by means of the data container are used to parameterize the optimization method.
  • An optimization process typically includes an objective function that should be minimized or maximized.
  • the objective function includes variables whose values are the result of the optimization process and parameters that do not change when the optimization is carried out.
  • the optimization procedure is parameterized when all parameters have a certain value.
  • the variables of the optimization process are the energy flows between the components. Typically, the energy flows are measured one day in advance, i.e. for the next day calculates.
  • the target function can be a total carbon dioxide mission of the energy system, a total primary energy use of the energy system and / or the total cost of the energy system.
  • wob and P i>n> t are the variables.
  • the optimization process which is carried out by means of the control device, minimizes the mentioned objective function and determines or calculates the variables PZT ger ' p tni rauchei v discharge, t .n. k and P i>n> t .
  • PST 1 is the power of the energy generator k at the network node n at time t, p ⁇ consumer Power of the energy consumer k at the network node n at the time t, i *
  • the optimization problem i.e. the calculation of the maximum or minimum of the objective function, typically takes place under constraints. For example, physically
  • the energy store 4 merely forms a flexibility that enables decoupling of energy generation and energy consumption.
  • the displaceable load 5 can by means of the constraint
  • the control device 42 controls the components based on the solution of the Optimization process. This improves the efficiency of the energy system, for example maximum energy turnover. This is particularly the case because the energy store 4 enables flexibility and this can be taken into account in the optimization method by the present invention.
  • the time-shiftable load 5 also provides flexibility.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zur Steuerung von Energieflüssen zwischen Komponenten (2,...,5) eines Energiesystems vorgeschlagen, wobei die Komponenten (2,...,5) wenigstens einen Energiespeicher (4) umfassen, und die Vorrichtung wenigstens eine Steuervorrichtung (42) zur Steuerung der Energieflüsse umfasst, wobei mittels der Steuervorrichtung (42) die Energieflüsse vorab für einen Zeitbereich mittels eines Optimierungsverfahrens berechenbar sind. Erfindungsgemäß sind die Energieflüsse mittels der Steuervorrichtung (42) derart berechenbar und steuerbar, dass der Ladezustand des Energiespeichers (4) am Ende des Zeitbereiches im Wesentlichen gleich dem Ladezustand des Energiespeichers am Anfang des Zeitbereiches ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung von Energieflüssen zwischen Komponenten (2,...,5) eines Energiesystems.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung von Energieflüssen zwischen Komponenten eines Energiesystems
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.
Energiesysteme weisen typischerweise eine Mehrzahl von Kompo nenten, insbesondere Energieerzeuger und Energieverbraucher, auf. Hierbei ist es erforderlich, die Energieflüsse, das heißt den Austausch von Energie, typischerweise von elektri schem Strom beziehungsweise von elektrischer Energie, zwi schen den Komponenten des Energiesystems, zu koordinieren.
Die Koordinierung kann bezüglich der Komponenten zentral mit tels einer Koordinierungsplattform erfolgen. Hierzu kann die Koordinierungsplattform ein Optimierungsverfahren durchfüh ren, mittels welchem die Energieflüsse zwischen den Komponen ten möglichst effizient oder optimal vorab, beispielsweise einen Tag im Voraus (englisch: Day-Ahead) , berechnet werden.
Die Koordinierungsplattform kann weiterhin als Handelsplatt form ausgebildet sein, sodass die Komponenten Verkaufsangebo te und Kaufangebote abgeben können. Die Verkaufsangebote und Kaufangebote bezüglich einer Energieform können bei der Opti mierung berücksichtigt werden, wobei typischerweise ein mög lichst maximaler und in diesem Sinne möglichst optimaler Energieumsatz vorteilhaft ist.
Für bekannte Koordinierungsplattformen gestaltet sich die Einbindung eines Energiespeichers schwierig. Das ist deshalb der Fall, da ein Energiespeicher verschiedene Zeitpunkte kop pelt, und bisher Verkaufsangebote und Kaufangebote zeitgleich abgegeben werden müssen, beispielsweise für alle Zeitinter valle eines folgenden Tages (englisch: Day-Ahead Spot-Markt). Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einbindung eines Energiespeichers bei einer Koordinierungs plattform zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 9 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestal tungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung von Energie flüssen zwischen Komponenten eines Energiesystems umfasst ei ne Steuervorrichtung zur Steuerung der Energieflüsse, wobei mittels der Steuervorrichtung die Energieflüsse vorab für ei nen Zeitbereich mittels eines Optimierungsverfahrens bere chenbar sind. Weiterhin umfassen die Komponenten des Energie systems, und somit das Energiesystem, erfindungsgemäß wenigs tens einen Energiespeicher. Erfindungsgemäß sind die Energie flüsse mittels der Steuervorrichtung derart berechenbar und steuerbar, dass der Ladezustand des Energiespeichers am Ende des Zeitbereiches im Wesentlichen gleich dem Ladezustand des Energiespeichers am Anfang des Zeitbereiches ist.
Mit anderen Worten ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet die Energieflüsse basierend auf der berechneten Lösung des Optimierungsverfahrens derart zu steuern, dass der Ladezu stand des Energiespeichers am Ende des Zeitbereiches im We sentlichen gleich dem Ladezustand des Energiespeichers am An fang des Zeitbereiches ist.
In der vorliegenden Erfindung fällt unter dem Begriff des Steuerns ebenfalls der Begriff des Regeins.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Ladezustände des Energiespeichers am Anfang und am Ende des Zeitbereiches, das heißt an den Rändern des Zeitbereiches, im Wesentlichen gleich. Hierbei sind zwei Ladezustände im Sinne der vorlie genden Erfindung im Wesentlichen gleich, falls diese zueinan- der eine Abweichung von höchstens 5 Prozent, bevorzugt von höchstens 3 Prozent, besonders bevorzugt von höchstens 1 Pro zent aufweisen. Besonders bevorzugt sind die Ladezustände im Rahmen der Messgenauigkeit gleich. Insbesondere sind die La dezustände gleich.
Jeder Energieerzeuger ist zur Erzeugung wenigstens einer Energieform ausgebildet und stellt diese für einen oder meh rere Energieverbraucher bereit. Jeder Energieverbraucher ist zum Verbrauch wenigstens einer der durch die Energieerzeuger bereitgestellten Energieformen ausgebildet. Die Energieformen der Energieerzeuger können verschieden sein. Insbesondere wird elektrischer Strom und/oder thermische Energie/Wärme als Energieform bereitgestellt. Somit können die Energieflüsse elektrische Ströme und/oder thermische Ströme sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bildet eine zentrale Koordi nierungsplattform aus, die die Energieflüsse zwischen den Komponenten des Energiesystems basierend auf der Lösung des Optimierungsverfahrens (vorab Berechnung der Energieflüsse) mittels der Steuervorrichtung steuert. Mittels der Steuervor richtung sind die Energieflüsse zwischen den Komponenten des Energiesystems basierend auf der Lösung des Optimierungsver fahrens steuerbar.
Ein Optimierungsverfahren im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Maximierung oder Minimierung einer Zielfunktion, wobei die Energieflüsse die Optimierungsvariab len der Zielfunktion ausbilden. Die Maximierung oder Minimie rung der Zielfunktion ist typischerweise komplex und erfolgt daher typischerweise numerisch. Es ist kein exaktes Maximum oder Minimum der Zielfunktion erforderlich. Das Ergebnis des Optimierungsverfahrens sind wenigstens die Energieflüsse zwi schen den Komponenten des Energiesystems. Die Steuervorrich tung steuert die Komponenten des Energiesystems beziehungs weise die Energieflüsse zwischen den Komponenten des Energie systems möglichst gemäß der vorab berechneten Energieflüsse. Dadurch wird ein möglichst effizienter beziehungsweise opti- maler Betrieb des Energiesystems ermöglicht. Typischerweise werden die Energieflüsse durch die Steuervorrichtung für ei nen Tag (Zeitbereich) im Voraus berechnet.
Erfindungsgemäß ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet die Energieflüsse derart zu berechnen und zu steuern, dass der Ladezustand des Energiespeichers am Ende des Zeitberei ches im Wesentlichen gleich dem Ladezustand des Energiespei chers am Anfang des Zeitbereiches ist. Beispielsweise weist der Ladezustand des Energiespeichers bezüglich des Zeitberei ches periodische Randbedingungen auf. Es gilt somit E=0 =
E=T, wobei E=0 die zum Zeitpunkt t = 0 mittels des Energie speichers gespeicherte Energie (initialer Ladezustand) und E=T die zum Zeitpunkt t = T mittels des Energiespeichers ge speicherte Energie bezeichnet. Der Anfang des Zeitbereiches wurde hierbei mit dem Wert t = 0 und das Ende des Zeitberei ches mit dem Wert t = T bezeichnet. Typischerweise ist der Zeitbereich durch [0,t1,t2, ... ,tN-1T] gegeben, sodass t0 = 0 und tN = T gilt. Beispielsweise ist ti = iAt für i = 0,...,N und Dt kon stant, sodass der Zeitbereich in äquidistante Zeitschritte eingeteilt ist.
Durch die vorliegende Erfindung, insbesondere dadurch, dass der Ladezustand des Energiespeichers am Ende des Zeitberei ches gleich dem Ladezustand des Energiespeichers am Anfang des Zeitbereiches ist, wird vorteilhafterweise die Integrati on des Energiespeichers in eine zentrale Koordinierungsplatt form beziehungsweise Handelsplattform ermöglicht. Insbesonde re wird dadurch vorteilhafterweise sichergestellt, dass der Energiespeicher lediglich eine Flexibilität innerhalb des Energiesystems beziehungsweise für die Koordinierungsplatt form bereitstellt . Mit anderen Worten wird durch den Energie speicher in diesem Sinne weder Energie erzeugt noch ver braucht, sondern lediglich zwischengespeichert. Dadurch wird ferner ein wirtschaftlich fairer Betrieb des Energiespeichers innerhalb der Vorrichtung und somit ebenfalls innerhalb einer Handelsplattform ermöglicht. Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung von Energie flüssen zwischen Komponenten eines Energiesystems, wobei die Komponenten wenigstens einen Energiespeicher umfassen, werden die Energieflüsse vorab für einen Zeitbereich mittels eines Optimierungsverfahrens berechnet. Erfindungsgemäß werden die Energieflüsse derart berechnet und gesteuert, dass der Lade zustand des Energiespeichers am Ende des Zeitbereiches im We sentlichen gleich dem Ladezustand des Energiespeichers am An fang des Zeitbereiches ist.
Mit anderen Worten werden mittels der Steuervorrichtung die Energieflüsse basierend auf der berechneten Lösung des Opti mierungsverfahren gesteuert, wobei die Berechnung der Ener gieflüsse mittels des Optimierungsverfahrens und somit die Steuerung derart erfolgt, dass der Ladezustand des Energie speichers am Ende des Zeitbereiches im Wesentlichen gleich dem Ladezustand des Energiespeichers am Anfang des Zeitberei ches ist.
Es ergeben sich zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gleicharti ge und gleichwertige Vorteile.
Bevorzugt erfolgt die Optimierung der Energieflüsse unter der Nebenbedingung, dass der Ladezustand des Energiespeichers am Ende des Zeitbereiches im Wesentlichen gleich dem Ladezustand des Energiespeichers am Anfang des Zeitbereiches ist.
Besonders bevorzugt wird hierbei die Nebenbedingung mathema tische derart festgelegt, dass die Ladezustände, wenigstens für die Optimierung, mathematisch gleich sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfas sen die Komponenten des Energiesystems mehrere Energieerzeu ger und mehrere Energieverbraucher, wobei die Energieerzeu ger, die Energieverbraucher und der wenigstens eine Energie speicher mittels eines Energieübertragungsnetzes miteinander verbunden sind. Vorteilhafterweise können die Energieflüsse zwischen den Kom ponenten des Energiesystems über das Energieübertragungsnetz, beispielsweise ein Stromnetz, erfolgen. Das Energieübertra gungsnetz kann bezüglich der Komponenten des Energiesystems ein lokales Energieübertragungsnetz sein, und mit einem über geordneten Energieübertragungsnetz, insbesondere Stromnetz, zum Energieaustausch verbunden beziehungsweise koppelbar sein. Weiterhin können physikalische Leistungskapazitäten des Energieübertragungsnetzes und/oder des übergeordneten Ener gieübertragungsnetzes bei der Optimierung, das heißt beim Op timierungsverfahren, welches die Steuervorrichtung durch führt, berücksichtigt werden. Weiterhin kann eine Gebühr für eine Verwendung des Energieübertragungsnetzes und/oder eine Gebühr für eine Verwendung des übergeordneten Energieübertra gungsnetzes berücksichtigt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Kommunikationsschnittstelle zum bidirek tionalen Austausch von Datencontainern zwischen der Steuer vorrichtung und den Komponenten, wobei die mittels der Daten container gespeicherten Daten beim Optimierungsverfahren be rücksichtigbar sind.
Dadurch kann vorteilhafterweise die Steuervorrichtung mit den Komponenten des Energiesystems kommunizieren. Ferner können vorteilhafterweise Informationen über die Komponenten durch die Steuervorrichtung beim Optimierungsverfahren berücksich tigt werden. Die Vorrichtung bildet somit vorteilhafterweise bezüglich der Komponenten eine zentrale Kommunikationsvor richtung, Steuervorrichtung und Koordinierungsplattform aus.
Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die Datencontainer zur Steuerung der Leistungsflüsse vorgesehene Steuerdaten um fassen .
Mit anderen Worten berechnet die Steuervorrichtung mittels des Optimierungsverfahren, insbesondere unter Berücksichti gung von Informationen über die Komponenten, die Leistungs- flüsse. Anschließend werden mittels der Kommunikations schnittstelle die Steuerdaten an die Komponenten übertragen, wobei die Steuerdaten derart ausgebildet sind, dass die Kom ponenten gemäß den berechneten Energieflüssen betrieben wer den. Symbolisch wird den Komponenten mittels der Steuerdaten das für sie spezifische Ergebnis des Optimierungsverfahren mitgeteilt. Auf Seiten der Komponenten kann jeweils eine wei tere Steuereinheit vorgesehen sein (englisch: Edge Device), die die Steuerdaten erfassen und die jeweilige Komponente entsprechend den erfassten Steuerdaten steuern. Die Steuer vorrichtung steuert die Komponenten somit mittels der Steuer einheiten. Dadurch bildet die Vorrichtung eine zentrale Koor dinierungsplattform aus, die jeweils zum Datenaustausch mit den Steuereinheiten (lokale Steuereinheiten) jeder Komponente zum Datenaustausch gekoppelt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mittels der Datencontainer eine maximal bereitstellbare Ener giemenge jedes Energieerzeugers und eine maximal beziehbare Energiemenge jedes Energieverbrauchers gespeichert.
Mit anderen Worten ist der Steuervorrichtung für die Energie erzeuger ihre jeweilige maximal bereitstellbare Energiemenge bekannt, und für die Energieverbraucher ihre jeweilige maxi mal beziehbare Energiemenge bekannt. Dadurch wird vorteilhaf terweise sichergestellt, dass die Komponenten des Energiesys tems im Rahmen ihrer technischen Ausgestaltung betrieben wer den. Die physikalischen Daten beziehungsweise physikalischen Informationen (beispielsweise maximal bereitstellbare Ener giemenge und maximal beziehbare Energiemenge) können als Ne benbedingungen beim Optimierungsverfahren berücksichtigt wer den. Beispielsweise gilt für einen der Energieerzeuger die Nebenbedingung Pt Erzeu8erAtt < ϊ^8QG / falls die zum Zeit punkt t durch den Erzeuger maximale bereitstellbare Energie menge und pi Erzeu§er ^-ί_q zum Zeitpunkt t berechnete Leistung des Energieerzeugers bezeichnet. Beispielsweise gilt für einen der Energieverbraucher die Nebenbedingung
maxy aucher r falls £' maxy raucher die zum Zeitpunkt t durch den Ver- braucher maximale beziehbare Energiemenge und pf Verbaucher die zum Zeitpunkt t berechnete Leistung des Energieverbrauchers (Last) bezeichnet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist mit tels der Datencontainer eine maximale Speicherkapazität des Energiespeichers, eine maximale Ladeleistung des Energiespei chers, eine maximale Entladeleistung des Energiespeichers, ein Ladewirkungsgrad des Energiespeichers und/oder ein Entla dewirkungsgrad des Energiespeichers gespeichert.
Dadurch wird vorteilhafterweise eine verbesserte Modellierung des Energiespeichers und somit eine verbesserte Berücksichti gung des Energiespeichers beim Optimierungsverfahren ermög licht. Die genannten physikalischen beziehungsweise techni schen Parameter des Energiespeichers können als Nebenbedin gungen beim Optimierungsverfahren berücksichtigt werden. Ins besondere wird für den Energiespeicher die Nebenbedingung EtS ~ Et-1 = [Pfaden, t^Laden ^Entladen.t/^Entladen] Att festgelegt, wobei
ES
P, Laden,t die aktuelle Ladeleistung (zum Zeitpunkt t ) des Ener- cc
giespeichers , Pßnladei ^ie aktuelle Entladeleistung (zum Zeit punkt t ) des Energiespeichers, i/Laden den Ladewirkungsgrad des Energiespeichers und ^Entladen den Entladewirkungsgrad des Energiespeichers bezeichnet. Hieraus ist erkennbar, dass der Energiespeicher verschiedene Zeitpunkte koppelt. Dadurch wird Flexibilität in Bezug auf die Erzeugung und den Verbrauch von Energie bereitgestellt. Weitere Nebenbedingung des Energie speichers bezüglich seiner technischen Randbedingung können p ESH < on H P S
Laodüer E H n n
ni,t 'pT S
Laaden,m maavx U u1iKl uJ GE
' Entladend — P ' p Ennftllaardlpenn, m maaxx S e i n , W w oubuee i P ' t Laden, max die übermittelte maximale Ladeleistung des Energiespeichers und ES
P Entladen, max die übermittelte maximale Entladeleistung des
Energiespeichers bezeichnet. Die genannten physikalischen be ziehungsweise technischen Parameter des Energiespeichers, insbesondere seine maximale Ladeleistung und maximale Entla deleistung, können ebenfalls zeitabhängig sein, das heißt ei nen Index t aufweisen. Weitere physikalische beziehungsweise technische Parameter können vorgesehen sein und in den Neben bedingungen des Optimierungsverfahren berücksichtigt werden beziehungsweise durch die Steuervorrichtung beim Optimie rungsverfahren berücksichtigbar sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mittels der Datencontainer ein minimaler Verkaufspreis jedes Energieerzeugers und ein maximaler Kaufpreis jedes Energie verbrauchers gespeichert.
Dadurch bildet die Vorrichtung vorteilhafterweise eine Han delsplattform, insbesondere einen lokalen Energiemarkt, aus. Die minimalen Verkaufspreise und die maximalen Kaufpreise werden beim Optimierungsverfahren berücksichtigt. Dadurch wird vorteilhafterweise die Wahrscheinlichkeit eines Energie flusses zwischen Komponenten des Energiesystems erhöht, so- dass der Energiemarkt vorteilhafterweise möglichst energe tisch effizient betrieben werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst jede Komponente des Energiesystems, insbesondere der Energie speicher, eine mit der Steuervorrichtung über die Kommunika tionsschnittstelle zum Datenaustausch gekoppelte Steuerein heit (englisch: Edge Device) .
Vorteilhafterweise können dadurch Datencontainer beziehungs weise Daten beziehungsweise Informationen zwischen der Steu ervorrichtung und den Komponenten ausgetauscht werden. Ferner wird hierbei eine durch die Vorrichtung globale Steuerung der Komponenten ermöglicht, wobei die Komponenten gemäß der Lö sung des Optimierungsverfahren gesteuert werden. Somit wird ein möglichst energetisch effizienter Betrieb der Vorrich tung, insbesondere des Energiemarktes, ermöglicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine zeitliche Verschiebbarkeit der Energieflüsse für wenigs tens eine der Komponenten bei der Optimierung berücksichtigt.
Dadurch können vorteilhafterweise zeitlich verschiebbare Las ten, beispielsweise ein Laden eines Elektrofahrzeuges, beim Optimierungsverfahren berücksichtigt werden. Beispielsweise erfolgt die Berücksichtigung durch die Nebenbedingung
^start Pt Verbraucher Att < sodass lediglich die Summe der Energiemengen kleiner gleich der maximal beziehbaren Energie menge ist. Somit ist der Zeitpunkt des Bezugs der Energiemen ge innerhalb des Zeitbereiches von tstart bis tEnc je nicht rele vant. Lediglich darf die in diesem Zeitbereich gelieferte Energiemenge nicht die maximal beziehbare Energiemenge über steigen. Der Zeitbereich von tstart bis tEnde ist eine echte Teilmenge des Zeitbereiches T oder der ganze Zeitbereich T.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Art der Energieflüsse bei der Optimierung berücksichtigt.
Beispielsweise werden dadurch verschiedene Stromarten unter scheidbar, insbesondere Strom aus erneuerbaren Energiequellen und Strom aus nicht erneuerbaren Energiequellen. Somit können die Energieverbraucher Präferenzen für eine Art von Strom an die Steuervorrichtung übermitteln. Beispielsweise soll bevor zugt Strom aus Photovoltaikanlagen bezogen werden. Diese Prä ferenzen der Energieverbraucher können beim Optimierungsver fahren berücksichtigt werden. Ein Berücksichtigen weiteren Präferenzen der Energieverbraucher und/oder Energieerzeuger beim Optimierungsverfahren ist möglich und vorgesehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei spielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Figur schematisiert eine Vorrichtung gemäß einer Ausgestal tung der vorliegenden Erfindung.
Die Vorrichtung 1 umfasst Energieerzeuger 2 und Energiever braucher 3. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 einen oder mehrere Energiespeicher 4 sowie eine oder mehrere zeitlich verschiebbare Lasten 5, beispielswiese ein Elektrofahrzeug. Die Energieerzeuger 2, die Energieverbraucher 3 sowie der Energiespeicher 4 und die zeitlich verschiebbare Last 5 bil den die Komponenten 2,..., 5 eines Energiesystems aus. Mit ande- ren Worten umfasst das Energiesystem die Energieerzeuger 2, die Energieverbraucher 3, den Energiespeicher 4 und die zeit lich verschiebbare Last 5, wobei die Energieflüsse zwischen den Komponenten 2,..., 5 des Energiesystems mittels einer Steu¬ ervorrichtung 42 steuerbar, insbesondere regelbar, sind. Die Vorrichtung 1 umfasst die Steuervorrichtung 42.
Die Steuervorrichtung 42 ist dazu ausgebildet die Energie¬ flüsse zwischen den Komponenten mittels eines Optimierungs¬ verfahrens für einen Zeitbereich, beispielsweise von t = 0 bis t=T, zu berechnen. Hierzu sind physikalische beziehungsweise technische Parameter erforderlich, die von den Komponenten zur Steuervorrichtung 42 übertragen werden.
Die Energieerzeuger 2, die Energieverbraucher 3 und der Ener giespeicher 4 sind mittels eines Energieübertragungsnetzes 110, beispielsweise einem Stromnetz, zum Austausch von Ener gie (Energieflüsse) gekoppelt. Mit anderen Worten ermöglicht das Energieübertragungsnetz 110 die Energieflüsse zwischen den Komponenten des Energiesystems.
Weiterhin weist die Steuervorrichtung 42, beispielsweise mit tels einer Kommunikationsschnittstelle, eine Datenverbindung zu jeder Komponente 2,..., 5 des Energiesystems auf. Die Daten¬ verbindungen sind mit den Pfeilen 101, ...,104 verdeutlicht und werden im Folgenden mit denselben Bezugszeichen gekennzeich net. Die Datenverbindungen 101, ...,104 können unidirektional oder bidirektional ausgebildet sein. Mittels der Datenverbin¬ dungen 101, ...,104 kann grundsätzlich ein Datenaustausch, bei spielsweise mittels Datencontainern, zwischen der Steuervor richtung 42 und den Komponenten 2,..., 5 des Energiesystems er¬ folgen .
Die Energieerzeuger 2 übertragen mittels der Datenverbindung 102 wenigstens ihre zu einem Zeitpunkt t maximale bereit¬ stellbare Energiemenge beispielsweise in Kilowatt¬ stunden, und ihren minimalen Verkaufspreis ger, bei spielsweise in Cent pro Kilowattstunde, an die Steuervorrich- tung 42. Alternativ oder ergänzend zum Verkaufspreis kann ei ne Kohlenstoffdioxidemission und/oder ein Primärenergieein satz an die Steuervorrichtung 42 übertragen werden. Der Da tencontainer, mittels welchem die zu einem Zeitpunkt t maxi male bereitstellbare Energiemenge und der zum Zeitpunkt t mi nimale Verkaufspreis gespeichert ist, kann als Ver kaufsangebot (englisch: Buy-Order) bezeichnet werden.
Die Energieverbraucher 3 übertragen mittels der Datenverbin dung 104 wenigstens ihre zu einem Zeitpunkt t maximale be ziehbare Energiemenge £mtxb t raucheiü beispielsweise in Kilowatt stunden, und ihren maximalen Kaufpreis c^xb t raucher, beispiels weise in Cent pro Kilowattstunde, an die Steuervorrichtung 42. Alternativ oder ergänzend zum Kaufpreis kann eine Kohlen stoffdioxidemission und/oder ein Primärenergieeinsatz an die Steuervorrichtung 42 übertragen werden. Der Datencontainer, mittels welchem die zu einem Zeitpunkt t maximale bereit stellbare Energiemenge und der zum Zeitpunkt t minimale Ver kaufspreis ™uger gespeichert ist, kann als Kaufangebot (englisch: Buy-Order) bezeichnet werden.
Der wenigstens eine Energiespeicher 4 überträgt mittels der Datenverbindung 101 wenigstens seine maximal bereitstellbare Speicherkapazität beispielsweise in Kilowattstunden, einen initialen Ladezustand ^Q beispielsweise in Kilowatt stunden, seine maximale Ladeleistung i*Laden,max' beispielsweise in Kilowatt, seine maximale Entladeleistung ^Entladen,max, bei spielsweise in Kilowatt, seinen Ladewirkungsgrad i/Laderw bei spielsweise in Prozent, seinen Entladewirkungsgrad i/Entladerw beispielsweise in Prozent, sowie eine mögliche zeitabhängige mrnrmale Vergütung CEntiaden,min,t für jede entladene Energiemen ge, beispielsweise in Cent pro Kilowattstunde. Der Datencon tainer, mittels welchem die für den Energiespeicher genannten Parameter gespeichert sind, kann als Speicherangebot (eng lisch: Storage-Order) bezeichnet werden.
Die wenigstens eine verschiebbare Last 5 (verschiebbarer Ver brauch; englisch: Shiftable Load, abgekürzt SL) überträgt mittels der Datenverbindung 103 wenigstens ihre maximale be ziehbare Energiemenge in einem Verschiebezeitraum TS ( = [^starn ^Ende] ) r beispielsweise in Kilowattstunden pro TSL, ihre möglicherweise zeitabhängige maximale Anschlussleistung
Pmax.tr beispielsweise in Kilowatt, sowie eine mögliche zeit abhängige maximale Bezugsvergütung beispielsweise in Cent pro Kilowattstunde, an die Steuervorrichtung 42. Der Da tencontainer, mittels welchem die für die verschiebbare Last 5 genannten Parameter gespeichert sind, kann als Flexibili tätsangebot 1 (englisch: Flex-Buy-Order 1) bezeichnet werden.
Weiterhin kann eine nicht dargestellte verschiebbare Erzeu gung vorgesehen sein. Die Erzeugungseinheiten, die eine zeit lich verschiebbare Erzeugung aufweisen, übertragen beispiels weise mittels der Datenverbindung 102 wenigstens eine maximal in einem weiteren Verschiebezeitraum TErzeuSer ’ S r bereitstellba- re Energiemenge beispielsweise in Kilowattstunde pro TErzeugerSIg eine möglicherweise zeitabhängige maximale An schlussleistung beispielsweise in Kilowatt, sowie eine mögliche zeitabhängige maximale Verkaufsvergütung beispielsweise in Cent pro Kilowattstunde, an die Steuervorrichtung 42. Der Datencontainer, mittels welchem die für die verschiebbaren Erzeuger genannten Parameter gespei chert sind, kann als Flexibilitätsangebot 2 (englisch: Flex- Buy-Order 2) bezeichnet werden.
Die mittels der Datencontainer übertragenen Daten beziehungs weise Parameter werden zur Parametrisierung des Optimierungs verfahren verwendet. Ein Optimierungsverfahren umfasst typi scherweise eine Zielfunktion, die minimiert oder maximiert werden soll. Die Zielfunktion umfasst Variablen, deren Werte das Ergebnis des Optimierungsverfahren sind und Parameter, die sich bei der Durchführung der Optimierung nicht ändern. Das Optimierungsverfahren ist parametrisiert , wenn alle Para meter einen bestimmten Wert aufweisen. Die Variablen des Op timierungsverfahren sind vorliegend die Energieflüsse zwi schen den Komponenten. Typischerweise werden die Energieflüs se einen Tag im Voraus, das heißt für den kommenden Tag be- rechnet. Die Zielfunktion kann eine Gesamtkohlenstoffdioxide- mission des Energiesystems, ein Gesamtprimärenergieeinsatz des Energiesystems und/oder die Gesamtkosten des Energiesys tems sein.
Eine vorteilhafte Zielfunktion gemäß der obenstehend genann ten Parameter ist durch
„Erzeuger Erzeuger nVerbraucher„Verbraucher ES ES
rt,n,k ^min ,t,n,k r t,n,k Lmax, t,n,k + P Entladung, t,n,k c Entladung, t,n,k
gegeben, wob und Pi>n>t die Va riablen sind. Das Optimierungsverfahren, welches mittels der Steuervorrichtung durchgeführt wird, minimiert die genannte Zielfunktion und ermittelt beziehungsweise berechnet die Va riablen PZTger ' p tniraucheiv Entladung, t.n.k und Pi>n>t . Hierbei ist PST1" die Leistung des Energieerzeugers k am Netzknoten n zum Zeitpunkt t, p^erbraucher Leistung des Energieverbrau chers k am Netzknoten n zum Zeitpunkt t, i*|ntladung tn k die Ent ladeleistung des Energiespeichers k am Netzknoten n zum Zeit punkt t, und Pi n t die Wirkleitungskapazität zwischen einem Netzknoten i und dem Netzknoten n zum Zeitpunkt t, wobei hierfür für die Verwendung des Energieübertragungsnetzes 110 eine Netzgebühr ^Gebühr, i,n,t anfällt.
Das Optimierungsproblem, das heißt das Berechnen des Maximums oder Minimums der Zielfunktion, erfolgt typischerweise unter Nebenbedingungen. Beispielsweise muss physikalisch
für alle n und t erfüllt sein.
Weiterhin sind Nebenbedingungen P^rzeugerAtt < für jeden
Energieerzeuger 2, und pt Verbraucher/\tt < £'^^) t raucher für jeden Ener gieverbraucher 3, sowie ^Ladeny— PLaden,max,t ' PEntladen,t — PEntladen,max,t und EfS - £ _Si = [^aden^Laden PEntladen,tA7Entladen] ' Att für den Energie- Speicher 4, vorgesehen. Erfindungsgemäß ist E=0 = E=T eine Nebenbedingung für den Energiespeicher 4. Mit anderen Worten stellt diese Nebenbedingung sicher, dass der Energiespeicher 4 am Ende des Zeitbereiches, das heißt zum Zeitpunkt t = T, im Wesentlichen den gleichen Ladezustand wie am Anfang des Zeit bereiches, das heißt zum Zeitpunkt t = 0 , aufweist. Somit weist der Energiespeicher 4 am Anfang und am Ende des Zeitbe reiches im Wesentlichen den gleichen Ladezustand EQ S = £j^?0 auf. Dadurch bildet der Energiespeicher 4 lediglich eine Fle xibilität aus, die eine Entkopplung von Energieerzeugung und Energieverbrauch ermöglicht.
Die verschiebbare Last 5 kann mittels der Nebenbedingung
^start Pt Verbraucher Att < £mtxbraucher modelliert und somit beim Opti mierungsverfahren berücksichtigt werden.
Weitere physikalische/technische Nebenbedingungen, beispiels weise dass Leistungen nur positive Werte annehmen oder Netz randbedingungen, können berücksichtigt werden. Insbesondere können die Art eines Stromes, beispielsweise Strom aus Photo- voltaikerzeugung, und/oder Präferenzen der Energieverbraucher und/oder Präferenzen der Energieerzeuger beim Optimierungs verfahren mittels weiterer Nebenbedingungen berücksichtigt werden. Für mehrere Arten von Strom (Stromarten) gelten die obenstehenden Gleichungen jeweils einzeln. Bei Gleichungen mit physikalischer Basis, beispielsweise physikalische Rand bedingungen für den Energiespeicher 4, werden die Summen der Leistungen aus den einzelnen Stromarten gebildet.
Nach der Berechnung der Energieflüsse mittels der Steuervor richtung 42 werden diese berechneten Werte an die jeweiligen Komponenten 2,..., 5 übergeben, das heißt mittels der Steuervor richtung 42 beziehungsweise über die Kommunikationsschnitt stelle der Steuervorrichtung 42 übertragen. Dadurch wird si chergestellt, dass die Komponenten 2,..., 5 und somit das Ener giesystem gemäß der Lösung des Optimierungsverfahrens best möglich betrieben wird. Mit anderen Worten steuert die Steu ervorrichtung die Komponenten basierend auf der Lösung des Optimierungsverfahren. Somit wird die Effizienz des Energie systems, beispielsweise ein maximaler Energieumsatz, verbes sert. Das ist insbesondere deshalb der Fall, da der Energie speicher 4 eine Flexibilität ermöglicht und diese durch die vorliegende Erfindung beim Optimierungsverfahren berücksich tigbar ist. Die zeitlich verschiebbare Last 5 stellt eben falls eine Flexibilität bereit. Die Vorrichtung 1, die eben falls eine Handelsplattform für die Energie/Energien ausbil det, ermöglicht somit eine bezüglich der Komponenten 2,..., 5 zentrale Koordination der Energieflüsse zwischen den Kompo nenten 2,..., 5 des Energiesystems unter der Einbindung des Energiespeichers 4 (Flexibilität) .
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein geschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hie raus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Energieerzeuger
3 EnergieVerbraucher
4 Energiespeieher
5 Zeitliche verschiebbare Last Elektroauto 42 Steuervorrichtung
101 Datenaustausch
102 Datenaustausch
103 Datenaustausch
104 Datenaustausch
110 Energieübertragungsnetz

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Steuerung von Energieflüssen zwischen Komponenten (2,..., 5) eines Energiesystems, wobei die Komponen ten (2,..., 5) wenigstens einen Energiespeicher (4) umfassen, umfassend eine Steuervorrichtung (42) zur Steuerung der Ener gieflüsse, wobei mittels der Steuervorrichtung (42) die Ener gieflüsse vorab für einen Zeitbereich mittels eines Optimie rungsverfahrens berechenbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieflüsse mittels der Steuervorrichtung (42) derart berechenbar und steuerbar sind, dass der Ladezustand des Energiespeichers (4) am Ende des Zeitbereiches im Wesent lichen gleich dem Ladezustand des Energiespeichers am Anfang des Zeitbereiches ist.
2. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (2,..., 5) des Energiesystems mehrere Ener gieerzeuger (2) und mehrere Energieverbraucher (3) umfassen, wobei die Energieerzeuger (2), die Energieverbraucher (3) und der wenigstens eine Energiespeicher (4) mittels eines Ener gieübertragungsnetzes (110) miteinander verbunden sind.
3. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass diese eine Kommunikationsschnittstelle zum bidirektionalen Austausch von Datencontainern zwischen der Steuervorrichtung (42) und den Komponenten (2,..., 5) umfasst, wobei die mittels der Datencontainer gespeicherten Daten beim Optimierungsverfahren, insbesondere in Nebenbedingungen, be rücksichtigbar sind.
4. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Datencontainer zur Steuerung der Leistungsflüsse vorgesehene Steuerdaten umfassen.
5. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, dass mittels der Datencontainer eine maximal be- reitstellbare Energiemenge jedes Energieerzeugers (2) und ei- ne maximal beziehbare Energiemenge (3) jedes Energieverbrau chers gespeichert ist.
6. Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Datencontainer eine maximale Speicherkapazität des Energiespeichers (4), eine maximale La deleistung des Energiespeichers (4), eine maximale Entladel eistung des Energiespeichers (4), ein Ladewirkungsgrad des Energiespeichers (4) und/oder ein Entladewirkungsgrad des Energiespeichers (4) gespeichert ist.
7. Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Datencontainer ein minimaler Verkaufspreis jedes Energieerzeugers (2) und ein maximaler Kaufpreis jedes Energieverbrauchers (4) gespeichert ist.
8. Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Komponente (2,..., 5) des Energiesys tems, insbesondere der Energiespeicher (4), eine mit der Steuervorrichtung (42) über die Kommunikationsschnittstelle zum Datenaustausch gekoppelte Steuereinheit umfasst.
9. Verfahren (1) zur Steuerung von Energieflüssen zwischen Komponenten (2,..., 5) eines Energiesystems, wobei die Komponen ten (2,..., 5) wenigstens einen Energiespeicher (4) umfassen, bei dem die Energieflüsse vorab für einen Zeitbereich mittels eines Optimierungsverfahrens berechnet werden, dadurch ge kennzeichnet, dass die Energieflüsse derart berechnet und ge steuert werden, dass der Ladezustand des Energiespeichers (4) am Ende des Zeitbereiches im Wesentlichen gleich dem Ladezu stand des Energiespeichers (4) am Anfang des Zeitbereiches ist .
10. Verfahren (1) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Optimierung der Energieflüsse unter der Nebenbedin gung erfolgt, dass der Ladezustand des Energiespeichers (4) am Ende des Zeitbereiches im Wesentlichen gleich dem Ladezu- stand des Energiespeichers (4) am Anfang des Zeitbereiches ist .
11. Verfahren (1) gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, dass eine maximal bereitstellbare Energiemenge je des Energieerzeugers (2) bei der Optimierung berücksichtigt wird .
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, dass eine maximal beziehbare Energiemenge jedes Energieverbrauchers (4) bei der Optimierung berücksichtigt wird .
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, dass eine maximale Speicherkapazität des Ener giespeichers (4), eine maximale Ladeleistung des Energiespei chers (4), eine maximale Entladeleistung des Energiespeichers (4), ein Ladewirkungsgrad des Energiespeichers (4) und/oder ein Entladewirkungsgrad des Energiespeichers (4) bei der Op timierung berücksichtigt wird.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, dass eine zeitliche Verschiebbarkeit der Ener gieflüsse für wenigstens eine der Komponenten (2,..., 5) bei der Optimierung berücksichtigt wird.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, dass die Art der Energieflüsse bei der Optimie rung berücksichtigt wird.
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