EP4150731A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern von energieaustauschen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum steuern von energieaustauschen

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Publication number
EP4150731A1
EP4150731A1 EP21735166.7A EP21735166A EP4150731A1 EP 4150731 A1 EP4150731 A1 EP 4150731A1 EP 21735166 A EP21735166 A EP 21735166A EP 4150731 A1 EP4150731 A1 EP 4150731A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy
heat
market platform
efficiency
local
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP21735166.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Schreck
Jochen SCHÄFER
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
Original Assignee
Siemens 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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP4150731A1 publication Critical patent/EP4150731A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Electricity, gas or water supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/008—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks involving trading of energy or energy transmission rights
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/10—The network having a local or delimited stationary reach
    • H02J2310/12—The local stationary network supplying a household or a building
    • 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
    • Y04S50/00—Market activities related to the operation of systems integrating technologies related to power network operation or related to communication or information technologies
    • Y04S50/10—Energy trading, including energy flowing from end-user application to grid

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1 and a local energy market platform according to the preamble of patent claim 11.
  • Energy systems such as city districts, municipalities or industrial plants, typically have multiple energy sub systems, such as residential or office buildings.
  • the energy subsystems can exchange energy in the form of electricity or heat in a decentralized, i.e. local, manner, for example by means of an electricity network or heating network (supply networks).
  • Such a local energy exchange (energy transfer/power exchange/power transfer) can be technically enabled by a local energy market platform.
  • the energy subsystems transmit offers for energy consumption and/or energy supply to the local energy market platform.
  • the local energy market platform coordinates the energy exchanges between the energy subsystems via the associated supply networks.
  • a local energy market is technically realized by the local energy market platform.
  • Such a local energy market platform for exchanging electrical energy is known, for example, from document EP 3518369 A1.
  • a local energy market allows the energy subsystems to exchange and trade locally generated energy, in particular electrical energy (electricity).
  • the local energy market thanks to its decentralized technical design, makes it possible to effi ciently coordinate the locally generated energy with the local energy consumption.
  • a local energy market is particularly advantageous with regard to renewable energies, which are typically generated locally.
  • the offers preceding the energy exchange consist of a maximum price for an amount of energy to be purchased or consumed and/or a minimum price for an amount of energy to be made available, in particular to be generated.
  • the disadvantage of this is that other possibly relevant technical information regarding the energy subsystems is not transmitted. As a result, energy-efficient operation of the energy system or its energy subsystems is not ensured despite optimization by the local energy market platform. Furthermore, possible synergies between the electricity network and the heating network are not taken into account.
  • the object of the present invention is to improve the energetic efficiency of a local energy market.
  • the method for controlling energy exchanges between several energy subsystems of an energy system using a local energy market platform is characterized in that the energy subsystems for the energy exchanges are coupled via an electricity network and a heating network, and at least one of the energy subsystems has an energy conversion system, in particular a heat pump. consumes the electrical energy from the power grid to provide heat (heat supply) for the heating network, and the energetic The efficiency of the heat supply depends on an external parameter with respect to the energy subsystem, in particular an external temperature.
  • the energy exchanges are controlled by the energy market platform by means of an optimization, within which the dependence of the energetic efficiency for the provision of heat on the external parameter is taken into account.
  • a local energy market is realized by an energy market platform, which can also be referred to as a control platform or energy trading platform.
  • the local energy market platform can be cloud-based and the exchange of offers can be blockchain-based.
  • the local energy market platform coordinates and controls the energy exchanges between the energy subsystems based on offers that the energy systems have sent to them in advance.
  • the control that is to say the determination of the energy exchanges, takes place on the basis of an optimization (optimization method), that is to say on a mathematical optimization.
  • the optimization is based on an objective function whose value is to be maximized or minimized.
  • the objective function can quantify the total energy expenditure, the total carbon dioxide emission and/or the total cost of the energy system.
  • a performance within a time range results in a specific energy or amount of energy in this time range, which is provided and/or consumed or exchanged.
  • energy/energy exchange and power/power exchange are equivalent in the present invention and are thus interchangeable with one another.
  • the IPCC Fifth Assessment Report in particular defines an energy system as: "All components related to the production, conversion, supply and use of energy.”
  • An energy system typically includes several energy subsystems.
  • Energy subsystems typically include several energy technology components, in particular energy technology systems, for example energy conversion systems, in particular generation systems, consumption systems and/or storage systems.
  • Each of the energy subsystems can comprise one or more of the following components/plants: electricity generators, combined heat and power plants, in particular combined heat and power plants, gas boilers, diesel generators, electric boilers, heat pumps, compression chillers, absorption chillers, pumps, district heating networks, energy transfer lines, wind turbines or wind turbines, photovoltaic systems , Biomass plants, biogas plants, waste incineration plants, industrial plants, conventional power plants and / or the same.
  • the energy subsystems can export and/or feed in electrical energy (electricity) via the power grid.
  • the energy subsystems can export and/or feed in heat via the heat network.
  • the energy subsystems can thus exchange electrical energy and/or heat via the supply networks mentioned, ie energy exchanges take place. It is not necessary for all energy subsystems to be connected to the heat network for heat exchange. For the present invention, it is sufficient that at least one of the energy subsystems is coupled to the heat network for heat exchange (energy exchange).
  • the local energy market platform controls the energy exchanges in the sense that these control signals, for example a price signal, are sent to the energy giesubsystems transmitted. In this sense, a direct control is provided. Direct control is not required, but can be provided. Associated technical control variables, for example the form of energy (electricity or heat), the amount of energy and/or the time of the respective energy supply or energy consumption can also be transmitted from the local energy market platform to the respective energy subsystems. The control variables are determined by the local energy market platform using the optimization process.
  • the concept of controlling includes regulating.
  • the power subsystems can exchange electrical energy (electricity) through the power grid and heat through the heat grid.
  • These energy exchanges are controlled, i.e. coordinated, by the local energy market platform based on an overall optimization with regard to the energy subsystems.
  • the provision of energy in particular energy generation and energy consumption, can be brought into line as locally as possible.
  • the local energy market platform controls the exchange of electricity and heat between the energy subsystems. This advantageously ensures that, in principle, synergies between the two forms of energy and their provision, in particular their generation, and their consumption can be realized. Both forms of energy exchange are optimized as a whole by the local energy market platform.
  • heat is generated by means of the energy conversion system when, depending on an external parameter, in particular an external technical parameter, of the associated energy subsystem, in particular depending on an outside temperature, the generation of heat from electricity is energetically efficient as a whole.
  • an external parameter in particular an external technical parameter
  • the energetic efficiency of the energy generation system for the provision of heat and its dependency external parameter taken into account during optimization.
  • the energetic efficiency of the heat supply depends on the external parameter, and the heat is supplied at the time when the overall energetic efficiency is as high as possible. According to the invention, this is ensured in that the local energy market platform is aware of the energy efficiency and its dependence on the external parameters. Heat is then provided at the point in time when overall efficiency is optimal, with the point in time (time interval) at which heat is provided and the associated amount of heat being calculated by the optimisation.
  • the heat is provided when it is as efficient as possible with regard to the external parameter.
  • the energy tables efficiency of the energy conversion system depends in particular on the external parameter, for example the outside temperature.
  • Other external influencing variables or external (technical) parameters related to the energy subsystem are conceivable, for example increased solar radiation, which leads to increased electricity generation.
  • the inventive coupling between the power grid and the heating network is possible due to the thermal inertia of the heating network.
  • heat does not have to be generated or provided immediately, but the point in time can be shifted - at least within a certain time range.
  • the point in time when the heat is provided is thus shifted to the point in time when the overall efficiency is as high as possible.
  • the operation of a heat pump is shifted from night (low outside temperature) to day (high outside temperature) by optimizing the local energy market platform. This is provided because the heat pump typically operates at higher outside temperatures (external technical parameters), has a higher coefficient of performance and thus higher energy efficiency.
  • the present method according to the invention enables such optimal operation, since the dependency of the energy efficiency on the external parameter is taken into account in the optimization by the local energy market platform. Furthermore, the optimization is carried out holistically with regard to the energy system, so that not only the performance number of the heat pump, which characterizes its energy efficiency, but also other influencing variables, such as surplus of a photovoltaic system during lunchtime, can be taken into account.
  • a further advantage of the present invention is that the electricity network and the heating network are operated optimally as a whole, taking into account energy exchanges between the supply networks mentioned.
  • the existing network infrastructure can be utilized as optimally as possible and within its technical limits (network boundary conditions) with the best possible efficiency.
  • the local energy market platform according to the invention for controlling energy exchanges between several energy subsystems of an energy system via a power grid and heating network is characterized in that the energy market platform is designed to carry out a method according to the present invention and/or one of its configurations.
  • the optimization takes place in such a way that the heat is provided at a point in time within a time range at which, as a function of the external parameter, there is an optimal energy efficiency with regard to the time range.
  • the heat is advantageously provided at the point in time when the energy conversion system is optimally efficient in terms of energy.
  • the dependence of the energetic efficiency on the external parameter is taken into account by means of a characteristic curve which characterizes the dependence of the energetic efficiency of the energy conversion system on the external parameter.
  • the energy conversion system in particular a heat pump, has an energy efficiency that varies with the value of the external parameter, in particular with the value of the outside temperature.
  • the characteristic curve can be present discretely, i.e. based on several support points, or as a piecewise linear function.
  • the characteristic curve can be present analytically, for example by means of a fitted polynomial.
  • the characteristic can be measured and/or be a standard profile.
  • the point in time at which the heat is provided is advantageously determined based on this characteristic curve.
  • the local energy market platform is aware of the value of the external parameter and the energetic efficiency of the heat supply. As a result, this can be taken into account during optimization by the energy market platform. In this way, an optimal point in time for the provision of heat using electrical energy from the power grid is determined with regard to the overall efficiency, for example with regard to energy, the proportion of renewable energies and/or emissions.
  • the characteristic curve is transmitted to the local energy market platform.
  • the transmission can take place through the energy subsystem and/or through the energy conversion system.
  • the transmission is carried out by an energy management system of the energy subsystem.
  • the transmission is preferably carried out before the Provision of heat, in particular at least one day before.
  • the characteristic curve can already be stored within the local energy market platform, so that only the external parameter or its value or values, which are determined by means of a forecast, for example, have to be transmitted.
  • the characteristic curve is transmitted to the local energy market platform if the information transmitted is suitable and sufficient for the construction of the characteristic curve or for determining the dependence of the energetic efficiency of the heat supply on the external parameters.
  • a time profile of the energy efficiency is determined to take into account the dependency of the energy efficiency on the external parameter, with the profile being calculated using a time forecast of the values of the external parameter.
  • a prognosis is calculated for the time profile of the external parameter within a time range, for example for the time profile of the outside temperature within a day, in particular for the coming day.
  • a time prognosis of the energetic efficiency over the time range for example the time profile of the coefficient of performance of a heat pump over a coming day, can be determined using the characteristic line.
  • the local energy market platform is advantageously aware of the temporal course of the energetic efficiency of the heat supply over the entire time range, in particular over one day, so that an optimal time for the heat supply within the time range can be determined by the optimization.
  • the prognosis is preferably based on weather data or a weather forecast.
  • the prognosis is provided by the energy subsystem and transmitted to the local energy market platform.
  • the prognosis is generated or provided by the energy subsystem, for example by an energy management system of the energy subsystem.
  • the prognosis preferably extends over one day, in particular over the coming day or a future day. This advantageously enables efficient day-ahead trading. Provision by the energy subsystem is also advantageous, since the energy efficiency depends on parameters that are local to the energy subsystem, that is to say on the external parameters of the energy subsystem. Thus, the prognosis, for example for an outside temperature, must be made locally with regard to the energy subsystem.
  • the prognosis extends over a day, in particular a future day.
  • one or more internally defined parameters are transmitted to the local energy market platform in order to determine the energy efficiency with regard to the energy subsystem.
  • the energetic efficiency of the heat supply can also depend on internal parameters, in particular internal technical parameters, of the energy subsystem.
  • the coefficient of performance (energy efficiency) of a heat pump (energy conversion system) depends on the flow temperature, which is an internal technical parameter of the energy subsystem.
  • the internal technical parameter(s) is or are fixed and adjustable. In order to determine the energy efficiency, it is therefore advantageous to transmit the internal parameters that have a direct or indirect influence on the efficiency of the heat supply to the local energy market platform. This allows them to be taken into account in the optimization.
  • a heat pump and/or a refrigeration system is used as the energy conversion system.
  • the energy conversion system is preferably designed as a heat pump and/or refrigeration system.
  • the external parameter here is the outside temperature or the temperature of the air flowing into the heat pump or cooling system.
  • the energy efficiency of the heat pump and/or the refrigeration system is the respective coefficient of performance (abbreviated: COP).
  • COP coefficient of performance
  • the coefficient of performance depends on the internal parameter of the flow temperature. For a value of the flow temperature, there is a course of the coefficient of performance depending on the outside temperature. In this case, several characteristic curves can be transmitted to the local energy market platform. Alternatively, only the characteristic curve that is associated with the set flow temperature is transmitted to the local energy market platform.
  • the functional form of the characteristic curve can be stored within the local energy market platform, so that only the outside temperature, its development over time and/or its forecast, and the set or specified flow temperature have to be transmitted to the local energy market platform in order to determine the characteristic curve .
  • the energetic cal efficiency is determined by means of the coefficient of performance of the heat pump or by means of the coefficient of performance of the refrigeration system.
  • an outside temperature, a global radiation, a wind speed and/or a ground temperature are/are used as external parameters.
  • the external parameter is an outside temperature, global radiation, wind speed and/or ground temperature at the location or in the local area of the energy subsystem.
  • the energy conversion system is designed as a photovoltaic system, the global radiation is an advantage.
  • the energy conversion system is in the form of a wind turbine, the wind speed and/or the wind direction is advantageous.
  • the ground temperature is an advantage.
  • the energy conversion system is designed as an air/water heat pump, the outside temperature is an advantage. Additional advantageous external parameters that have an impact on the energetic efficiency of the heat supply can be provided.
  • FIG. 1 shows a local energy market platform for controlling energy exchanges within an energy system
  • FIG. 1 shows a local energy market with regard to an exchange of electrical energy and heat.
  • the local energy market which is coupled with regard to the two forms of energy mentioned, is technically formed by a local energy market platform 42 .
  • the local energy market platform 42 is designed to control the energy exchanges between several energy subsystems 12 of an energy system 1 .
  • data connections are provided between the energy subsystems 12 and the local energy market platform 42, which is symbolized by the dashed lines 41.
  • the data exchange mentioned is bidirectional, so that the energy subsystems 12 can also transmit data to the local energy market platform 42 .
  • the energy subsystems 12 form at least part of the energy system 1 in their entirety.
  • the energy system 1 comprises the energy subsystems 12.
  • the energy subsystems 12 can be connected via an electrical network 2 (electricity network) and a thermal network 4 (heating network), in particular a local heating network, a district heating network and/or a steam network with specified pressure and Feed in or feed out temperature levels, electrical energy or heat.
  • the local energy market platform 42 controls or coordinates these energy exchanges so that power exchanges and heat exchanges are jointly optimized. This allows synergies between the exchange of the two forms of energy mentioned to be used.
  • the energy subsystems 12 have energy conversion systems 121, for example a combined heat and power plant, a heat pump and/or an electric boiler.
  • the energy conversion system 121 of one of the energy subsystems 12 is a heat pump.
  • the energetic Effi ciency of the heat pump depends on the outside temperature at the location of the associated energy subsystem 12 from.
  • its energy efficiency can be characterized by its coefficient of performance (COP).
  • COP coefficient of performance
  • the outside temperature is an external parameter and the flow temperature is an internal parameter relating to the energy subsystem 12.
  • the outside temperature, the set flow temperature and/or the characteristic are transmitted to the local energy market platform 42, for example as part of an offer for heat generation. Furthermore, a maximum amount of heat that can be provided (or heat output) and a maximum specific price (heat per cost) can be transmitted to the local energy market platform 42 .
  • the local energy market platform 42 matches all submitted offers in the best possible, that is to say optimal, agreement, taking into account the energetic efficiency of the heat pump.
  • the associated energy exchanges are then controlled based on the result of the optimization. For example, the heat pump or the associated energy subsystem receives a signal from the local energy market platform 42 to generate heat if the energetic efficiency of the heat supply is as high as possible and/or sufficient renewable electricity, for example from photovoltaic systems, is available. Optimization is thus carried out taking into account the characteristic curve of the heat pump. The optimization takes place, for example, for every hour, in particular every 15 minutes, of a coming day.
  • Offers include additional information on the temperature-dependent coefficient of performance or energetic efficiency of the energy conversion system 121. This results in the following advantages for operation in particular: By knowing the storage capacity of heating network 3 or the storage option of additional heat storage, the operator of heating network 3 can shift the heat pumps, for example, from nighttime (low COP) to day (high COP). Furthermore, through the central optimization of the local energy market platform 42, existing energies are combined synergistically, for example when there is a surplus of photovoltaic electricity at midday and a higher coefficient of performance of the heat pump at midday.
  • FIG. 2 shows three characteristic curves 102, . . . , 104 of a heat pump for different flow temperatures.
  • the outside temperature at the location of the heat pump is plotted in degrees Celsius on abscissa 100 of the diagram shown.
  • the coefficient of performance (energetic efficiency) of the heat pump is plotted on the ordinate 101 of the diagram shown.
  • the coefficient of performance is dimensionless.
  • the first characteristic curve 102 is associated with a flow temperature of 35 degrees Celsius.
  • the second curve 103 is associated with a flow temperature of 45 degrees Celsius and the third curve 104 with a flow temperature of 50 degrees Celsius.
  • the characteristic curves 102,...,104 or at least one of the characteristic curves 102,...,104 can be transmitted to the local energy market platform and/or are already numerical, in particular discrete, and/or analytical or in the form of a coefficient, for example a polynomial, stored within the local energy market platform.
  • the characteristic curves 102, . . . , 104 can be partially linearized, particularly in areas with typical outside temperatures.
  • the characteristics 102,...,104 or at least one of the characteristics 102,...,104 and/or the prognosis for the outside temperature can be transmitted to the local energy market platform as part of an offer to provide heat. In particular, the transmission takes place one day before the planned provision of heat (English: day-ahead).
  • the local energy market platform is aware of the energetic efficiency of the heat supply by the heat pump depending on the expected outside temperature or the expected outside temperatures, so that the most efficient time possible for the heat supply can be determined by optimization.
  • the dependency of the coefficient of performance of the heat pump on the outside temperature, the course of which is determined on the next day (day-ahead), for example by means of a forecast, is taken into account during optimization by the local energy market platform.

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern von Energieaustauschen zwischen mehreren Energiesubsystemen (12) eines Energiesystems (1) mittels einer lokalen Energiemarktplattform (42) vorgeschlagen, welches gekennzeichnet dadurch ist, dass die Energiesubsysteme (12) für die Energieaustausche über ein Stromnetz (2) und ein Wärmenetz (4) gekoppelt sind, und wenigstens eines der Energiesubsysteme (12) eine Energiewandlungsanlage (121) aufweist, die elektrische Energie aus dem Stromnetz (2) zum Bereitstellen von Wärme für das Wärmenetz (4) verbraucht, und die energetische Effizienz der Bereitstellung der Wärme von einem bezüglich des Energiesubsystems (121) externen Paramater, insbesondere einer Außentemperatur, abhängig ist, wobei das Steuern der Energieaustausche durch die Energiemarktplattform (42) mittels einer Optimierung erfolgt, innerhalb welcher die Abhängigkeit der energetischen Effizienz für die Bereitstellung der Wärme vom externen Parameter berücksichtigt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Energiemarktplattform (42).

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Steuern von Energieaustauschen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine lokale Energiemarktplatt form gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 11.
Energiesysteme, beispielsweise Stadtteile, Gemeinden oder in dustrielle Anlagen, weisen typischerweise mehrere Energiesub systeme, beispielsweise Wohn- oder Bürogebäude, auf. Die Energiesubsysteme können untereinander, beispielsweise mit tels eines Stromnetzes oder Wärmenetzes (Versorgungsnetze), dezentral, das heißt lokal, Energie in Form von Strom bezie hungsweise Wärme austauschen.
Ein solcher lokaler Energieaustausch (Energietrans fer/Leistungsaustausch/Leistungstransfer) kann technisch durch eine lokale Energiemarktplattform ermöglicht werden. Hierbei übermitteln die Energiesubsysteme Angebote für einen Energieverbrauch und/oder eine Energiebereitstellung an die lokale Energiemarktmarktplattform. Basierend hierauf koordi niert die lokale Energiemarktplattform die Energieaustausche zwischen den Energiesubsystemen über die zugehörigen Versor gungsnetze .
Mit anderen Worten wird ein lokaler Energiemarkt technisch durch die lokale Energiemarktplattform verwirklicht. Eine solche lokale Energiemarktplattform für den Austausch elektrischer Energie ist beispielsweise aus dem Dokument EP 3518369 Al bekannt.
Durch einen lokalen Energiemarkt können die Energiesubsysteme lokal gewonnene Energie, insbesondere elektrische Energie (Strom), untereinander austauschen und handeln. Hierbei er möglicht es der lokale Energiemarkt durch seine dezentrale technische Ausgestaltung die lokale gewonnene Energie effi zient mit dem lokalen Energieverbrauch abzustimmen. Somit ist ein lokaler Energiemarkt besonders im Hinblick auf erneuerba re Energien, die typischerweise lokal gewonnen werden, vor teilhaft.
Bei bekannten Energiemärkten bestehen die den Energieaustau schen vorausgehenden Angebote aus einem maximalen Preis für eine zu beziehende beziehungsweise zu verbrauchende Energie menge und/oder einen minimalen Preis für eine bereitzustel lende, insbesondere zu erzeugende, Energiemenge. Nachteilig hieran ist, dass weitere gegebenenfalls relevante technische Informationen bezüglich der Energiesubsysteme nicht übermit telt werden. Dadurch ist ein energetischer effizienter Be trieb des Energiesystems beziehungsweise seiner Energiesub systeme trotz Optimierung durch die lokale Energiemarktplatt form nicht sichergestellt. Weiterhin bleiben mögliche Syner gien zwischen dem Stromnetz und dem Wärmenetz unberücksich tigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die energetische Effizienz eines lokalen Energiemarktes zu ver bessern.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch eine lokale Ener giemarktplattform mit den Merkmalen des unabhängigen Pa tentanspruches 11 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Er findung angegeben.
Das Verfahren zum Steuern von Energieaustauschen zwischen mehreren Energiesubsystemen eines Energiesystems mittels ei ner lokalen Energiemarktplattform ist gekennzeichnet dadurch, dass die Energiesubsysteme für die Energieaustausche über ein Stromnetz und ein Wärmenetz gekoppelt sind, und wenigstens eines der Energiesubsysteme eine Energiewandlungsanlage, ins besondere eine Wärmepumpe, aufweist, die elektrische Energie aus dem Stromnetz zum Bereitstellen von Wärme (Wärmebereit stellung) für das Wärmenetz verbraucht, und die energetische Effizienz der Wärmebereitstellung von einem bezüglich des Energiesubsystems externen Paramater, insbesondere einer Au ßentemperatur, abhängig ist. Erfindungsgemäß erfolgt das Steuern der Energieaustausche durch die Energiemarktplattform mittels einer Optimierung, innerhalb welcher die Abhängigkeit der energetischen Effizienz für die Bereitstellung der Wärme vom externen Parameter berücksichtigt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder eine oder mehrere Funktionen, Merkmale und/oder Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer seiner Ausgestaltungen können com putergestützt sein.
Technisch wird ein lokaler Energiemarkt durch eine Energie marktplattform, die ebenfalls als Steuerungsplattform oder Energiehandelsplattform bezeichnet werden kann, verwirklicht. Die lokale Energiemarktplattform kann cloudbasiert und der Austausch der Angebote blockchainbasiert sein. Die lokale Energiemarktplattform koordiniert und steuert die Energieaus tausche zwischen den Energiesubsystemen basierend auf Angebo te, die die Energiesysteme vorab an diese übermittelt haben. Das Steuern, das heißt das Ermitteln der Energieaustausche, erfolgt basierend auf einer Optimierung (Optimierungsverfah ren), das heißt auf einer mathematischen Optimierung. Die Op timierung basiert auf einer Zielfunktion, deren Wert maxi miert oder minimiert werden soll. Die Zielfunktion kann den Gesamtenergieumsatz, die Gesamtkohlenstoffdioxidemission und/oder die Gesamtkosten des Energiesystems quantifizieren.
Durch eine Leistung innerhalb eines Zeitbereiches ergibt sich eine bestimmte Energie beziehungsweise Energiemenge in diesem Zeitbereich, die bereitgestellt und/oder verbraucht bezie hungsweise ausgetauscht wird. In diesem Sinne sind die Be griffe Energie/Energieaustausch und Leistung/Leistungsaus tausch in der vorliegenden Erfindung äquivalent und sind so mit untereinander austauschbar. Aus struktureller Sicht definiert insbesondere der IPCC Fifth Assessment Report ein Energiesystem als: "Alle Komponenten, die sich auf die Erzeugung, Umwandlung, Lieferung und Nutzung von Energie beziehen."
Ein Energiesystem umfasst typischerweise mehrere Energiesub systeme. Energiesubsysteme umfassen typischerweise mehrere energietechnische Komponenten, insbesondere energietechnische Anlagen, beispielsweise Energiewandlungsanlagen, insbesondere Erzeugungsanlagen, Verbrauchsanlagen und/oder Speicheranla gen.
Als Komponenten/Anlagen kann jedes der Energiesubsysteme eine oder mehrere der folgenden Komponenten umfassen: Stromgenera toren, Kraftwärmekopplungsanlagen, insbesondere Blockheiz kraftwerke, Gasboiler, Dieselgeneratoren, Elektrokessel, Wär mepumpen, Kompressionskältemaschinen, Absorptionskältemaschi nen, Pumpen, Fernwärmenetzwerke, Energietransferleitungen, Windkrafträder oder Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen, Biomasseanlagen, Biogasanlagen, Müllverbrennungsanlagen, in dustrielle Anlagen, konventionelle Kraftwerke und/oder der gleichen.
Über das Stromnetz können die Energiesubsysteme elektrische Energie (Strom) ausspeisen und/oder einspeisen. Über das Wär menetz können die Energiesubsysteme Wärme ausspeisen und/oder einspeisen. Somit können die Energiesubsysteme elektrische Energie und/oder Wärme über die genannten Versorgungsnetze austauschen, das heißt es erfolgen Energieaustausche. Es ist nicht erforderlich, dass alle Energiesubsysteme an dem Wärme netz zum Wärmeaustausch angeschlossen sind. Für die vorlie gende Erfindung ist es ausreichend, dass wenigstens eines der Energiesubsysteme mit dem Wärmenetz zum Wärmeaustausch (Ener gieaustausch) gekoppelt ist.
Die lokale Energiemarktplattform steuert die Energieaustau sche in dem Sinne, dass diese Steuersignale, beispielsweise ein Preissignal, mit entsprechenden Steuergrößen an die Ener- giesubsysteme übermittelt. In diesem Sinne ist eine mittelba re Steuerung vorgesehen. Eine unmittelbare Steuerung ist nicht erforderlich, kann jedoch vorgesehen sein. Zugehörige technische Steuergrößen, beispielsweise die Energieform (Strom oder Wärme), die Energiemenge und/oder der Zeitpunkt der jeweiligen Energiebereitstellung beziehungsweise Energie verbrauches können ebenfalls von der lokalen Energiemarkt plattform an die jeweiligen Energiesubsysteme übermittelt werden. Die Steuergrößen werden mittels des Optimierungsver fahrens durch die lokale Energiemarktplattform ermittelt.
Vorliegend umfasst der Begriff des Steuerns ein Regeln.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Energiesubsysteme über das Stromnetz elektrische Energie (Strom) und über das Wärmenetz Wärme austauschen. Diese Energieaustausche werden durch die lokale Energiemarktplattform basierend auf einer bezüglich der Energiesubsysteme gesamtheitlichen Optimierung gesteuert, das heißt koordiniert. Dadurch können Energiebe reitstellung, insbesondere Energieerzeugung und Energiever brauch, lokal bestmöglich in Übereinstimmung gebracht werden. Vorliegend steuert die lokale Energiemarktplattform den Stromaustausch und den Wärmeaustausch zwischen den Energie subsystemen. Dadurch ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass grundsätzlich Synergien zwischen den beiden Energiefor men und deren Bereitstellung, insbesondere deren Erzeugung, und deren Verbrauch verwirklicht werden können. Beide Formen des Energieaustausches werden gesamtheitlich durch die lokale Energiemarktplattform optimiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Wärme mittels der Ener giewandlungsanlage dann erzeugt, wenn in Abhängigkeit eines externen Parameters, insbesondere eines externen technischen Parameters, des zugehörigen Energiesubsystems, insbesondere in Abhängigkeit einer Außentemperatur, die Wärmeerzeugung aus Strom energetisch gesamtheitlich möglichst effizient ist. In diesem Sinne wird die energetische Effizienz der Energieer zeugungsanlage für die Wärmebereitstellung und deren Abhän- gigkeit vom externen Parameter bei der Optimierung berück sichtigt.
Mit anderen Worten hängt die energetische Effizienz der Wär mebereitstellung vom externen Parameter ab, und die Wärmebe reitstellung erfolgt zu dem Zeitpunkt, an welchem die gesamt- heitliche energetische Effizienz möglichst groß ist. Das wird erfindungsgemäß dadurch sichergestellt, dass die lokale Ener giemarktplattform in Kenntnis der energetischen Effizienz und deren Abhängigkeit vom externen Parameter ist. Die Wärmebe reitstellung erfolgt dann zum Zeitpunkt der optimalen gesamt- heitlichen Effizienz, wobei der Zeitpunkt (Zeitintervall) der Wärmebereitstellung und die zugehörige Wärmemenge durch die Optimierung berechnet werden.
Erfindungsgemäß erfolgt somit die Wärmebereitstellung dann, wenn diese bezüglich des externen Parameters möglichst effi zient ist. Mit anderen Worten hängt insbesondere die energe tische Effizienz der Energiewandlungsanlage vom externen Pa rameter, beispielsweise von der Außentemperatur, ab. Weitere bezüglich des Energiesubsystems externe Einflussgrößen bezie hungsweise externe (technische) Parameter sind denkbar, bei spielsweise eine erhöhte Sonneneinstrahlung, die zu einer er höhten Stromerzeugung führt.
Die erfindungsgemäße Kopplung zwischen dem Stromnetz und dem Wärmenetz ist aufgrund der thermischen Trägheit des Wärmenet zes möglich. So muss typischerweise nicht unmittelbar Wärme erzeugt beziehungsweise bereitgestellt werden, sondern der Zeitpunkt kann - zumindest innerhalb eines bestimmten Zeitbe reiches - verschoben werden. Erfindungsgemäß wird der Zeit punkt der Wärmebereitstellung somit auf den Zeitpunkt mit ei ner möglichst hohen gesamtheitlichen Effizienz verschoben. Beispielsweise wird der Betrieb einer Wärmepumpe von der Nacht (niedrige Außentemperatur) hin zum Tag (hohe Außentem peratur) durch die vorliegende Optimierung der lokalen Ener giemarktplattform verschoben. Das ist deshalb vorgesehen, da die Wärmepumpe typischerweise bei höheren Außentemperaturen (externen technischer Parameter), eine höhere Leistungszahl und somit eine höhere energetische Effizienz aufweist. Das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen sol chen optimalen Betrieb, da die Abhängigkeit der energetischen Effizienz vom externen Parameter bei der Optimierung durch die lokale Energiemarktplattform berücksichtigt wird. Weiter hin erfolgt die Optimierung gesamtheitlich bezüglich des Energiesystems, sodass nicht nur die Leistungszahl der Wärme pumpe, die ihre energetische Effizienz kennzeichnet, sondern weitere Einflussgrößen, wie beispielsweise Überschuss einer Photovoltaikanlage während der Mittagszeit, berücksichtigt werden können.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass das Stromnetz und das Wärmenetz gesamtheitlich unter Berücksich tigung von Energieaustauschen zwischen den genannten Versor gungsnetzen optimal betrieben werden. Dadurch kann die beste hende Netzinfrastruktur möglichst optimal und innerhalb ihrer technischen Grenzen (Netzrandbedingungen) mit bestmöglicher Effizienz ausgelastet werden.
Die erfindungsgemäße lokale Energiemarktplattform zum Steuern von Energieaustauschen zwischen mehreren Energiesubsystemen eines Energiesystems über ein Stromnetz und Wärmenetz, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energiemarktplattform dazu ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfin dung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen durchzuführen.
Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen Verfahren gleichartige und gleichwertige Vorteile und Ausgestaltungen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Optimierung derart, dass die Wärme zu einem Zeitpunkt in nerhalb eines Zeitbereiches bereitgestellt wird, an welchem in Abhängigkeit des externen Parameters eine bezüglich des Zeitbereiches optimale energetische Effizienz vorliegt. Mit anderen Worten erfolgt die Wärmebereitstellung vorteil hafterweise zum Zeitpunkt der optimalen energetischen Effizi enz der Energiewandlungsanlage.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Berücksichtigen der Abhängigkeit der energetischen Effi zienz vom externen Parameter mittels einer Kennlinie, die die Abhängigkeit der energetischen Effizienz der Energiewand lungsanlage vom externen Parameter kennzeichnet.
Mit anderen Worten weist die Energiewandlungsanlage, insbe sondere eine Wärmepumpe, eine energetische Effizienz auf, die mit dem Wert des externen Parameters, insbesondere mit dem Wert der Außentemperatur, variiert. Diese Variation wird durch die Kennlinie erfasst. Die Kennlinie kann diskret, das heißt basierend auf mehreren Stützstellen, oder als stückwei se lineare Funktion vorliegen. Weiterhin kann die Kennlinie analytisch, beispielsweise durch ein gefittetes Polynom, vor liegen. Die Kennlinie kann gemessen werden und/oder ein Stan dardprofil sein. Der Zeitpunkt der Wärmebereitstellung wird vorteilhafterweise basierend auf dieser Kennlinie ermittelt. Mit anderen Worten ist die lokale Energiemarktplattform dar über in Kenntnis, für welchen Wert des externen Parameters, welche energetische Effizienz der Wärmebereitstellung vor liegt. Dadurch kann diese bei der Optimierung durch die Ener giemarktplattform berücksichtigt werden. Somit wird ein be züglich der gesamtheitlichen Effizienz, beispielsweise bezüg lich Energie, Anteil erneuerbarer Energien und/oder Emissio nen, optimaler Zeitpunkt für die Wärmebereitstellung unter Verwendung elektrischer Energie aus dem Stromnetz ermittelt.
Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die Kennlinie an die lokale Energiemarktplattform übermittelt wird.
Das Übermitteln kann durch das Energiesubsystem und/oder durch die Energiewandlungsanlage erfolgen. Insbesondere er folgt das Übermitteln durch ein Energiemanagementsystem des Energiesubsystems. Das Übermitteln erfolgt bevorzugt vor der Wärmebereitstellung, insbesondere wenigstens einen Tag zuvor. Die Kennlinie kann alternativ bereits innerhalb der lokalen Energiemarktplattform hinterlegt sein, sodass lediglich der externe Parameter beziehungsweise dessen Wert oder Werte, die beispielsweise mittels einer Prognose ermittelt werden, über mittelt werden müssten. Grundsätzlich ist die Kennlinie an die lokale Energiemarktplattform übermittelt, wenn die über mittelten Informationen zur Konstruktion der Kennlinie bezie hungsweise zur Bestimmung der Abhängigkeit der energetischen Effizienz der Wärmebereitstellung vom externen Parameter ge eignet und ausreichend sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird für das Berücksichtigen der Abhängigkeit der energetischen Effizienz vom externen Parameter ein zeitlicher Verlauf der energetischen Effizienz ermittelt, wobei der Verlauf mittels einer zeitlichen Prognose der Werte des externen Parameters berechnet wird.
Mit anderen Worten wird eine Prognose für den zeitlichen Ver lauf des externen Parameters innerhalb eines Zeitbereiches, beispielsweise für den zeitlichen Verlauf der Außentemperatur innerhalb eines Tages, insbesondere für den kommenden Tag, berechnet. Aufgrund dieser Prognose kann mittels der Kennli nie eine zeitliche Prognose der energetischen Effizienz über den Zeitbereich, beispielsweise der zeitliche Verlauf der Leistungszahl einer Wärmepumpe über einen kommenden Tag, er mittelt werden. Dadurch ist die lokale Energiemarktplattform vorteilhaferweise in Kenntnis des zeitlichen Verlaufs der energetischen Effizienz der Wärmebereitstellung über den ge samten Zeitbereich, insbesondere über einen Tag, sodass ein optimaler Zeitpunkt der Wärmebereitstellung innerhalb des Zeitbereiches durch die Optimierung ermittelt werden kann.
Die Prognose erfolgt bevorzugt basierend auf Wetterdaten be ziehungsweise auf einer Wetterprognose. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Prognose durch das Energiesubsystem bereitgestellt und an die lokale Energiemarktplattform übermittelt.
Mit anderen Worten wird die Prognose durch das Energiesubsys tem, beispielsweise durch ein Energiemanagementsystem des Energiesubsystems, erzeugt oder bereitgestellt. Die Prognose erstreckt sich bevorzugt über einen Tag, insbesondere über den kommenden Tag oder einen zukünftigen Tag. Dadurch ist vorteilhafterweise ein effizienter Day-Ahead-Handel möglich. Weiterhin ist die Bereitstellung durch das Energiesubsystem von Vorteil, da die energetische Effizienz von bezüglich des Energiesubsystems lokalen, das heißt vom externen Parameter des Energiesubsystems, abhängig ist. Somit muss die Prognose, beispielsweise für eine Außentemperatur, lokal bezüglich des Energiesubsystems erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung er streckt sich die Prognose über einen Tag, insbesondere einen zukünftigen Tag.
Dadurch ist vorteilhafterweise ein effizienterer Day-Ahead- Handel möglich.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden zum Ermitteln der energetischen Effizienz bezüglich des Energie subsystems ein oder mehrere interne festgelegte Parameter, insbesondere eine Vorlauftemperatur, an die lokale Energie marktplattform übermittelt.
Die energetische Effizienz der Wärmebereitstellung kann er gänzend von internen Parametern, insbesondere internen tech nischen Parametern, des Energiesubsystems abhängen. Bei spielsweise hängt die Leistungszahl (energetische Effizienz) einer Wärmepumpe (Energiewandlungsanlage) von der Vorlauftem peratur ab, die ein interner technischer Parameter des Ener giesubsystems ist. Im Unterschied zum externen Parameter ist der beziehungsweise sind die internen technischen Parameter festgelegt und einstellbar. Zur Ermittlung der energetischen Effizienz ist es somit vorteilhaft, die internen Parameter, die einen unmittelbaren oder mittelbaren Einfluss auf die Ef fizienz der Wärmebereitstellung haben, an die lokale Energie marktplattform zu übermitteln. Dadurch können diese bei der Optimierung berücksichtigt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wer den/wird als Energiewandlungsanlage eine Wärmepumpe und/oder eine Kälteanlage (Kältemaschine) verwendet.
Mit anderen Worten ist die Energiewandlungsanlage bevorzugt als Wärmepumpe und/oder Kälteanlage ausgebildet. Hierbei ist der externe Parameter die Außentemperatur beziehungsweise die Temperatur der in die Wärmepumpe oder Kälteanlage einströmen den Luft. Die energetische Effizienz der Wärmepumpe und/oder der Kälteanlage ist die jeweilige Leistungszahl (englisch: Coefficient of Performance; abgekürzt: COP). Die Leistungs zahl ist hierbei von dem internen Parameter der Vorlauftempe- ratur abhängig. Für einen Wert der Vorlauftemperatur ergibt sich jeweils ein Verlauf der Leistungszahl in Abhängigkeit der Außentemperatur. Hierbei können entsprechend mehrere Kennlinien an die lokale Energiemarktplattform übertragen werden. Alternativ wird lediglich die Kennlinie, die zur ein gestellten Vorlauftemperatur zugehörig ist, an die lokale Energiemarktplattform übermittelt. Alternativ oder ergänzend kann die funktionale Form der Kennlinie innerhalb der lokalen Energiemarktplattform hinterlegt sein, sodass lediglich die Außentemperatur, ihr zeitlicher Verlauf und/oder ihre Progno se, sowie die eingestellte beziehungsweise festgelegte Vor lauftemperatur an die lokale Energiemarktplattform zum Be stimmen der Kennlinie übermittelt werden müssen.
Hierbei ist es somit besonders bevorzugt, wenn die energeti sche Effizienz mittels der Leistungszahl der Wärmepumpe be ziehungsweise mittels der Leistungszahl der Kälteanlage er mittelt wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden/wird als externer Parameter eine Außentemperatur, eine Global strahlung, eine Windgeschwindigkeit und/oder eine Bodentempe ratur verwendet.
Mit anderen Worten ist der externe Parameter eine Außentempe ratur, eine Globalstrahlung, eine Windgeschwindigkeit und/oder eine Bodentemperatur am Ort beziehungsweise im ört lichen Bereich des Energiesubsystems. Ist die Energiewand lungsanlage als Photovoltaikanlage ausgebildet, so ist die Globalstrahlung von Vorteil. Ist die Energiewandlungsanlage als Windkraftanlage ausgebildet, so ist die Windgeschwindig keit und/oder die Windrichtung von Vorteil. Für eine Energie wandlungsanlage, die als Geothermieanlage oder als Oberflä chenkollektoren ausgebildet ist, ist die Bodentemperatur von Vorteil. Ist die Energiewandlungsanlage als Luft/Wasser- Wärmepumpe ausgebildet, so ist die Außentemperatur von Vor teil. Weitere vorteilhafte externe Parameter, die einen Ein fluss auf die energetische Effizienz der Wärmebereitstellung haben, können vorgesehen sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei spielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schemati siert:
Figur 1 eine lokale Energiemarktplattform zum Steuern von Energieaustauschen innerhalb eines Energiesystems; und
Figur 2 Kennlinien einer Wärmepumpe.
Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente kön nen in einer der Figuren oder in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.
Die Figur 1 zeigt einen lokalen Energiemarkt bezüglich einem Austausch von elektrischer Energie und Wärme. Der bezüglich der genannten beiden Energieformen gekoppelte lokale Energiemarkt wird technisch durch eine lokale Energie marktplattform 42 ausgebildet. Die lokale Energiemarktplatt form 42 ist zum Steuern der Energieaustausche zwischen mehre ren Energiesubsystemen 12 eines Energiesystems 1 ausgebildet. Hierzu sind Datenverbindungen zwischen den Energiesubsystemen 12 und der lokalen Energiemarktplattform 42, die durch die gestrichelten Linien 41 symbolisiert ist, vorgesehen. Der ge nannte Datenaustausch ist bidirektional, sodass die Energie subsysteme 12 ebenfalls Daten an die lokale Energiemarkt plattform 42 übermitteln können.
Die Energiesubsysteme 12 bilden in ihrer Gesamtheit wenigs tens einen Teil des Energiesystems 1 aus. Mit anderen Worten umfasst das Energiesystem 1 die Energiesubsysteme 12. Die Energiesubsysteme 12 können über ein elektrisches Netz 2 (Stromnetz) und ein thermisches Netz 4 (Wärmenetz), insbeson dere ein Nahwärmenetz, ein Fernwärmenetz und/oder ein Dampf netz mit festgelegten Druck- und Temperaturniveaus, elektri sche Energie beziehungsweise Wärme einspeisen oder ausspei sen. Die lokale Energiemarktplattform 42 steuert beziehungs weise koordiniert diese Energieaustausche, sodass Stromaus tausche und Wärmeaustausche gemeinschaftlich optimiert wer den. Dadurch können Synergien zwischen dem Austausch der zwei genannten Energieformen genutzt werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Ener giesubsysteme 12 Energiewandlungsanlagen 121 auf, beispiels weise ein Blockheizkraftwerk, eine Wärmepumpe und/oder einen Elektrokessel .
Beispielsweise ist die Energiewandlungsanlage 121 eines der Energiesubsysteme 12 eine Wärmepumpe. Die energetische Effi zienz der Wärmepumpe hängt von der Außentemperatur am Ort des zugehörigen Energiesubsystems 12 ab. Für eine Wärmepumpe kann ihre energetische Effizienz mittels ihrer Leistungszahl (COP) gekennzeichnet werden. Die Leistungszahl kann gemäß COP = hT, Ti T2) analytisch bestimmt werden, wobei 7 die einge stellte Vorlauftemperatur und T2 die Außentemperatur, das heißt die Temperatur des der Wärmepumpe zugeführten Mediums, beispielsweise Luft, und h eine anlagenspezifische Effizienz ist. Die Außentemperatur ist ein externer Parameter und die Vorlauftemperatur ein internen Parameter bezüglich des Ener giesubsystems 12. Die Außentemperatur, die eingestellte Vor lauftemperatur und/oder die Kennlinie werden an die lokale Energiemarktplattform 42, beispielsweise im Rahmen eines An gebotes für eine Wärmeerzeugung, übermittelt. Weiterhin kön nen eine maximal bereitstellbare Wärmemenge (oder Wärmeleis tung) sowie ein maximaler spezifischer Preis (Wärme pro Kos ten) an die lokale Energiemarktplattform 42 übermittelt wer den. Die lokale Energiemarktplattform 42 bringt alle übermit telten Angebote unter Berücksichtigung der energetischen Ef fizienz der Wärmepumpe in bestmöglicher, das heißt optimaler, Übereinstimmung. Anschließend erfolgt basierend auf dem Er gebnis der Optimierung das Steuern der zugehörigen Energie austausche. Beispielsweise erhält die Wärmepumpe oder das zu gehörige Energiesubsystem von der lokalen Energiemarktplatt form 42 ein Signal zur Wärmeerzeugung, wenn die energetische Effizienz der Wärmebereitstellung möglich groß ist und/oder ausreichend erneuerbar erzeugter Strom, beispielsweise aus Photovoltaikanlagen, bereitsteht. Die Optimierung erfolgt so mit unter Berücksichtigung der Kennlinie der Wärmepumpe. Die Optimierung erfolgt beispielsweise für jede Stunde, insbeson dere alle 15 Minuten, eines kommenden Tages.
Vorliegend wird somit ein vorteilhaftes Verfahren für einen optimalen Betrieb von Wärmepumpen und/oder Kältemaschinen in nerhalb der gekoppelten thermischen und elektrischen Versor gungsnetze 2, 3 mittels der lokalen Energiemarktplattform 42 beschrieben .
Angebote umfassen hierbei eine zusätzliche Information der temperaturabhängigen Leistungszahl beziehungsweise energeti schen Effizienz der Energiewandlungsanlage 121. Dadurch erge ben sich für den Betrieb insbesondere die folgenden Vorteile: Durch Kenntnis der Speicherfähigkeit des Wärmenetzes 3 bezie hungsweise der Speichermöglichkeit weiterer Wärmespeicher kann der Betreiber des Wärmenetzes 3 eine Verschiebung der Wärmepumpen beispielsweise von der Nacht (niedrige Leistungs zahl) hin zum Tag (hohe Leistungszahl) erreichen. Weiterhin werden durch die zentrale Optimierung der lokalen Energie marktplattform 42 vorhandene Energien, beispielsweise wenn ein Überschuss von Photovoltaik-Strom zur Mittagszeit vor liegt und eine höhere Leistungszahl der Wärmepumpe zur Mit tagszeit, synergetisch kombiniert.
Die Figur 2 zeigt drei Kennlinien 102,...,104 einer Wärmepumpe für verschiedene Vorlauftemperaturen.
An der Abszisse 100 des dargestellten Diagramms ist die Au ßentemperatur am Ort der Wärmepumpe in Grad Celsius aufgetra gen.
An der Ordinate 101 des dargestellten Diagramms ist die Leis tungszahl (energetische Effizienz) der Wärmepumpe aufgetra gen. Die Leistungszahl ist dimensionslos.
Die erste Kennlinie 102 ist zu einer Vorlauftemperatur von 35 Grad Celsius zugehörig. Die zweite Kennlinie 103 ist zu einer Vorlauftemperatur von 45 Grad Celsius und die dritte Kennli nie 104 zu einer Vorlauftemperatur von 50 Grad Celsius zuge hörig.
Die Kennlinien 102,...,104 oder wenigstens eine der Kennlinien 102,...,104 können an die lokale Energiemarktplattform übermit telt werden und/oder sind bereits numerisch, insbesondere diskret, und/oder analytisch oder in Form von Koeffizient, beispielsweise eines Polynoms, innerhalb der lokalen Energie marktplattform hinterlegt. Die Kennlinien 102,...,104 können teilweise linearisiert sein, insbesondere in Bereichen typi scher Außentemperaturen. Die Kennlinien 102,...,104 oder we nigstens eine der Kennlinien 102,...,104 und/oder die Prognose für die Außentemperatur können im Rahmen eines Angebotes zur Wärmebereitstellung an die lokale Energiemarktplattform über mittelt werden. Insbesondere erfolgt die Übermittlung einen Tag vorab der vorgesehenen Wärmebereitstellung (englisch: Day-Ahead) . Dadurch ist die lokale Energiemarktplattform in Kenntnis der energetischen Effizienz der Wärmebereitstellung durch die Wärmepumpe in Abhängigkeit von der zu erwartenden Außentemperatur beziehungsweise den zu erwartenden Außentem peraturen, sodass ein möglichst effizienter Zeitpunkt für die Wärmebereitstellung durch die Optimierung ermittelt werden kann. Mit anderen Worten wird die Abhängigkeit der Leistungs zahl der Wärmepumpe von der Außentemperatur, deren Verlauf am nächsten Tag (Day-Ahead) beispielsweise mittels einer Progno se ermittelt wird, bei der Optimierung durch die lokale Ener- giemarktplattform berücksichtigt.
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 Energiesystem
2 Stromnetz 4 Wärmenetz
12 Energiesubsysteme 121 Energiewandlungsanlage
41 Datenverbindung
42 lokaler Energiemarkt 100 Abszisse 101 Ordinate
102,...,104 Kennlinie

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern von Energieaustauschen zwischen meh reren Energiesubsystemen (12) eines Energiesystems (1) mit tels einer lokalen Energiemarktplattform (42), gekennzeichnet dadurch, dass die Energiesubsysteme (12) für die Energieaus tausche über ein Stromnetz (2) und ein Wärmenetz (4) gekop pelt sind, und wenigstens eines der Energiesubsysteme (12) eine Energiewandlungsanlage (121) aufweist, die elektrische Energie aus dem Stromnetz (2) zum Bereitstellen von Wärme für das Wärmenetz (4) verbraucht, und die energetische Effizienz der Bereitstellung der Wärme von einem bezüglich des Energie subsystems (121) externen Paramater, insbesondere einer Au ßentemperatur, abhängig ist, wobei das Steuern der Energie austausche durch die Energiemarktplattform (42) mittels einer Optimierung erfolgt, innerhalb welcher die Abhängigkeit der energetischen Effizienz für die Bereitstellung der Wärme vom externen Parameter berücksichtigt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Optimierung derart erfolgt, dass die Wärme zu einem Zeit punkt innerhalb eines Zeitbereiches bereitgestellt wird, an welchem in Abhängigkeit des externen Parameters eine bezüg lich des Zeitbereiches optimale energetische Effizienz vor liegt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass das Berücksichtigen der Abhängigkeit der energetischen Effizienz vom externen Parameter mittels einer Kennlinie
(102, 104) erfolgt, die die Abhängigkeit der energetischen Effizienz der Energiewandlungsanlage (121) vom externen Para meter kennzeichnet.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Kennlinie (102, 104) an die lokale Energiemarktplattform (42) übermittelt wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet dadurch, dass für das Berücksichtigen der Abhän gigkeit der energetischen Effizienz vom externen Parameter ein zeitlicher Verlauf der energetischen Effizienz ermittelt wird, wobei der Verlauf mittels einer zeitlichen Prognose der Werte des externen Parameters berechnet wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Prognose durch das Energiesubsystem (12) bereitgestellt und an die lokale Energiemarktplattform (42) übermittelt wird.
7. Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, dass sich die Prognose über einen Tag, insbesondere einen zu künftigen Tag, erstreckt.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet dadurch, dass zum Ermitteln der energetischen Effizienz bezüglich des Energiesubsystems (12) ein oder meh rere interne festgelegte Parameter, insbesondere eine Vor lauftemperatur, an die lokale Energiemarktplattform (42) übermittelt werden.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet dadurch, dass als Energiewandlungsanlage (121) eine Wärmepumpe und/oder eine Kälteanlage verwendet wer den/wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, dass die energetische Effizienz mittels der Leistungszahl der Wär mepumpe beziehungsweise mittels der Leistungszahl der Kälte anlage ermittelt wird.
11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet dadurch, dass als externer Parameter eine Außen temperatur, eine Globalstrahlung, eine Windgeschwindigkeit und/oder eine Bodentemperatur verwendet werden/wird.
12. Energiemarktplattform (42) zum Steuern von Energieaustau schen zwischen mehreren Energiesubsystemen (12) eines Ener giesystems (1) über ein Stromnetz (2) und Wärmenetz (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Energiemarktplattform (42) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorherge henden Ansprüche durchzuführen.
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