EP4690415A1 - Kosteneffizienter betrieb einer anlage der metallindustrie und weiterer teilsysteme eines gesamtsystems - Google Patents

Kosteneffizienter betrieb einer anlage der metallindustrie und weiterer teilsysteme eines gesamtsystems

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Publication number
EP4690415A1
EP4690415A1 EP24716757.0A EP24716757A EP4690415A1 EP 4690415 A1 EP4690415 A1 EP 4690415A1 EP 24716757 A EP24716757 A EP 24716757A EP 4690415 A1 EP4690415 A1 EP 4690415A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrical energy
planned
energy storage
storage device
control device
Prior art date
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Pending
Application number
EP24716757.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Weinzierl
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.)
Primetals Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from EP23166773.4A external-priority patent/EP4443688A1/de
Application filed by Primetals Technologies Germany GmbH filed Critical Primetals Technologies Germany GmbH
Publication of EP4690415A1 publication Critical patent/EP4690415A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in networks by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in networks by storage of energy using batteries or super capacitors with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/12—Arrangements for adjusting voltage in AC networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/14—Arrangements for adjusting voltage in AC networks by changing a characteristic of the network load by switching loads on to, or off from, the networks, e.g. progressively balanced loading
    • 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
    • H02J2105/00—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load
    • H02J2105/50—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load for selectively controlling the operation of the loads

Definitions

  • the agreed tariff will also be charged. If, however, more or less electrical energy is consumed, the actual price for the electricity from the supply network depends The price of the electrical energy purchased depends on a number of factors. The actual price depends in particular on whether and, if so, at what cost additional electrical energy had to be procured from the operator of the supply network, or whether and, if so, at what cost electrical energy purchased but not purchased by the operator of the supply network could be used for other purposes. This creates considerable uncertainty for the operator of the overall system. It would be considerably more reliable if it could be guaranteed that the previously purchased amount of electrical energy - no more and no less - is actually drawn from the supply network during subsequent operation of the overall system. This is precisely what is guaranteed by the procedure according to the invention.
  • the current states of the subsystems can be defined as required. In particular, they can include “normal” operating states, operating limits and wear states.
  • the current state includes in particular the extent to which (percentage and/or absolute) the energy storage device is charged and the temperature of the energy storage device's storage cells.
  • the energy storage state can also include the state of wear of the energy storage device or parts of the energy storage device.
  • the energy storage state can also in principle include the maximum possible and currently maximum possible operating variables, for example charging and discharging currents. In an analogous manner, this also applies to the actual and expected final state of the electrical energy storage device at the end of the first time horizon.
  • the overall system comprises a further electrical energy storage device, namely as a further subsystem.
  • the classification of the further electrical energy storage device as a further subsystem does not just mean that the control device knows the current state of the further electrical energy storage device and that the further electrical energy storage device is controlled by the control device. Rather, this classification also means that the control device knows the planned first and second operating modes of the further electrical energy storage device with respect to the first and second time horizons and that the further electrical energy storage device is operated accordingly.
  • the control device therefore first knows the operating mode of the further electrical energy storage device for both time horizons. Only then is the second reference of electrical energy determined for the second time horizon. For the second time horizon and limited to the two electrical energy storage devices, the sequence is first to announce the second mode of operation of the other electrical energy storage device, then to determine the purchase of electrical energy for the second time horizon and thereby to determine the purchase price for this time horizon. Determination of an expected mode of operation for the electrical energy storage system, which is a subsystem but not another subsystem of the overall system.
  • the additional electrical energy storage device preferably differs from the other electrical energy storage device in its possible performance limits, for example in its capacity and its maximum possible or permissible charging and discharging current (or a corresponding power).
  • the additional electrical energy storage device can have a significantly smaller storage capacity but a considerably greater maximum charging and discharging power than the other electrical energy storage device. Examples of this are the values 10 MWh and 100 MW for the additional electrical energy storage device and the values 100 MWh and 25 MW for the other electrical energy storage device.
  • the additional electrical energy storage device can be designed as a sodium-ion battery, for example, and the other electrical energy storage device can be designed as a redox flow battery or a sodium-sulfur battery, for example.
  • the manner in which the control device becomes aware of the second operating mode for the additional electrical energy storage device for the second time horizon can be determined as required. In the simplest case, a specification is made by an operator. As a rule, however, it is considerably better if the control device first determines the planned second operating mode of the additional energy storage device using the planned second operating modes of the other subsystems (now with the exception of the additional electrical energy storage device) and only then determines the planned second consumption of electrical energy. The control device therefore uses the planned second operating modes with which the other subsystems are to be operated to make a forward-looking determination of the planned second operating mode for the additional electrical energy storage device.
  • control device primarily changes the planned first operating mode of the further electrical energy storage device and/or the planned first operating mode of the electrical energy energy storage system so that the planned first supply of electrical energy from the supply grid is maintained, and
  • control device changes the planned first operating modes of the other subsystems with the exception of the additional electrical energy storage device and/or the planned first consumption of electrical energy only if the operating limits of the electrical energy storage device and/or the additional electrical energy storage device cannot be complied with.
  • the latter changes i.e. the change in the planned first operating modes of the other subsystems with the exception of the additional electrical energy storage device and/or the planned first consumption of electrical energy, are carried out in such a way that the operating limits of the electrical energy storage device and the additional electrical energy storage device are complied with.
  • the planned first operating modes and/or the planned first consumption of electrical energy are modified in such a way that the operating limits of the electrical energy storage system are complied with.
  • Possible circumstances not taken into account include, for example, short-term changes to the initial operating modes.
  • the reason for such short-term changes could be, for example, faults in the other subsystems.
  • Another possible reason could be that the overall system has renewable energy generators (for example a wind turbine and/or a photovoltaic system) and their generation of renewable energy deviates from previous assumptions.
  • Another fact not taken into account is faults in the electrical energy storage system itself.
  • control program having the features of claim 7.
  • the processing of the machine code by the control device causes the control device to control the entire system according to an operating method according to the invention.
  • control device with the features of claim 8.
  • the control device is programmed with a control program according to the invention, so that the control device controls the entire system according to an operating method according to the invention when executing the machine code of the control program.
  • control device is designed as a control device according to the invention which, when the machine code of the control program is processed, controls the overall system according to an operating method according to the invention.
  • FIG 1 an overall system
  • FIG 2 is a flow chart
  • FIG 5 a communication structure
  • FIG 10 shows another flow chart. Description of the embodiments
  • the overall system often includes an electrolysis system 4 as a further subsystem.
  • the invention is explained below in connection with such an embodiment.
  • the electrolysis system 4 is not absolutely necessary, however. If it is not present, all facts relating to the electrolysis system 4 are omitted below.
  • the electrolysis system 4 also consumes electrical energy during its operation.
  • the electrolysis system 4 is therefore also connected to the supply network 2.
  • the electrolysis system 4 requires a direct voltage to operate.
  • a rectifier 5 is therefore usually arranged upstream of the electrolysis system 4, so that there is only an indirect connection to the supply network 2.
  • the system 1 requires hydrogen for its operation.
  • the system 1 and the electrolysis system 4 are directly or indirectly connected to one another for the transfer of hydrogen as shown in FIG 1. Any pumps, valves and the like are not shown in FIG 1.
  • the overall system also includes an electrical energy storage device 6 as a subsystem.
  • the energy storage device 6 is connected directly or indirectly to the supply network 2 at least for absorbing electrical energy, and possibly also for emitting electrical energy.
  • the energy storage device 6 is also connected to the system 1 and the electrolysis system 4 for emitting electrical energy. If the energy storage device 6 absorbs electrical energy, it is always drawn from the supply network 2. If the energy storage device 6 emits electrical energy, it is used primarily to cover the needs of the system 1 and the electrolysis system 4 and only secondarily. used secondarily to feed into the supply network 2. As a result, depending on whether the electrical energy delivered by the energy storage device 6 is greater or smaller than the electrical energy consumed by the system 1 and the electrolysis system 4, electrical energy can be temporarily fed into the supply network 2 or taken from the supply network 2.
  • the partial state Z1 - assuming the presence of corresponding components of Annex 1 - can include the following quantities:
  • the partial state Z6 includes at least the charge state of the energy storage device 6, i.e. the extent to which the energy storage device 6 is charged.
  • the partial state Z6 can also include other variables, for example a temperature of the energy storage device 6 or a maximum possible or permissible charging and discharging current.
  • the partial state Z6 can include a wear state of the energy storage device 6.
  • a step S2 the control device 7 is informed of the planned first operating modes B1, B4 of the other subsystems 1, 4.
  • the said operating modes B1, B4 are related to a first time horizon T1 according to FIG. 3.
  • the first time horizon T1 extends over a significant period of time according to FIG. 3, for example over 20 hours, 22 hours, 24 hours or 26 hours. Of course, other periods of time are also possible.
  • the control device 7 is also informed of a planned first consumption E2 of electrical energy from the supply network 2 for the first time horizon T1.
  • a step S5 the control device 7 is informed of planned second operating modes BT, B4' of the further subsystems 1, 4.
  • the planned second operating modes BT, B4' are - see FIG 3 - related to a second time horizon T2, which immediately follows the first time horizon T1.
  • the second time horizon T2 is generally considerably shorter than the first time horizon T1.
  • the second time horizon T2 can be 1 hour or a few hours.
  • the planned second operating modes BT, B4' can be specified to the control device 7. Alternatively, they can be determined by the control device 7, based on the final states of the other subsystems 1, 4 at the end of the first time horizon T1, for example according to an operating method, as explained in detail in the older, unpublished application "Cost-efficient operation of a plant in the steel industry and other subsystems of an overall system” by Primetals Technologies Germany GmbH, official file number 23 151 165.0, filed on January 11, 2023 with the European Patent Office.
  • the control device 7 determines a planned second consumption E2' of electrical energy. The determination is made taking into account the expected final state Z6' of the electrical energy storage device 6 and the planned second operating modes BT, B4'.
  • a step S7 the control device 7 waits for a point in time tO, i.e. the beginning of the first time horizon T1.
  • the control device 7 determines the associated operating mode B6 of the electrical energy storage device 6 in a step S8 based on the first operating modes B1, B4 of the other subsystems 1, 4 planned for the respective time t and the first electrical energy consumption E2 planned for the respective time t.
  • the electrical energy storage device 6 thus compensates for the difference between the electrical energy requirement of the other subsystems 1, 4 on the one hand and the - fixed - first electrical energy consumption E2.
  • the compensation takes place for each time t or at least for smaller periods of time of typically a maximum of 10% of the first time horizon T1.
  • the smaller time periods are even smaller than the second time horizon T2.
  • the smaller time periods can be 15 minutes each.
  • the control device 7 controls the subsystems 1, 4, 6 for the respective time t in accordance with the operating modes B1, B4, B6 planned or determined for the respective time t, i.e. operates them in accordance with these operating modes B1, B4, B6.
  • the control device 7 also controls the converter 3 in such a way that electrical energy is drawn from the supply network 2 in accordance with the planned first consumption E2 of electrical energy.
  • step S10 the control device 7 checks whether a point in time t1 has been reached, i.e. the end of the first time horizon T1. If this is not the case, the control device 7 returns to step S8. Otherwise, the control device 7 proceeds to a step S11.
  • step S11 the control device 7 determines the associated operating mode B6' of the electrical energy storage device 6 based on the second operating modes BT, B4' of the other subsystems 1, 4 planned for the respective time t and the second electrical energy consumption E2' set for the respective time t. Then, in a step S12, the control device 7 controls the subsystems 1, 4, 6 for the respective time t in accordance with the operating modes BT, B4', B6' planned or determined for the respective time t. The control device 7 also controls the converter 3 in such a way that electrical energy is drawn from the supply network 2 in accordance with the set second electrical energy consumption E2'.
  • the steps S11 and S12 therefore correspond in content to steps S8 and S9, with the exception of the fact that they relate to a different time.
  • step S13 the control device 7 checks whether a point in time t2 has been reached, i.e. the end of the second time horizon T2. If this is not the case, the control device 7 returns to step S11. Otherwise, the procedure of FIG. 2 is terminated.
  • FIG 2 shows a simplified procedure.
  • the real procedure is somewhat more complex.
  • Steps S1 to S13 are therefore carried out again and again, with the times tO, t1 and t2 being continually adjusted and updated so that the second time horizon T2 in particular - possibly with slight fluctuations - is always the same distance in the future.
  • the The operating mode of the entire system is essentially fixed for 24 hours.
  • the period for which the operating mode of the entire system is fixed is gradually reduced by 1 hour.
  • the operating method is carried out again, whereby the operating mode of the entire system for the now 23rd hour was determined by the previous execution of the operating method according to the invention and the operating mode of the entire system for the now 24th hour is newly determined.
  • the control device 7 To determine the planned second electrical energy consumption E2', i.e. to implement step S6, the control device 7 according to FIG 4 first determines in a step S21, based on the planned second operating modes B1', B4' for the other subsystems 1, 4, a requirement for electrical energy ET, E4' for the operation of the other subsystems 1, 4 during the second time horizon T2. Furthermore, in a step S22, the control device 7 determines a difference ⁇ Z6 between the expected final state Z6' of the electrical energy storage device 6 and a desired target state Z6* of the electrical energy storage device 6 for the end of the second time horizon T2, in particular a difference between the corresponding charge states.
  • control device 7 determines the second electrical energy consumption E2' from the supply network 2 during the second time horizon T2, taking into account the values determined in steps S21 and S22. In the simplest case, the control device 7 can simply calculate the sum.
  • control device 7 can be connected to an energy exchange 11 via the Internet 10, as shown in FIG 5.
  • the requests Ai each include a desired amount Mi of electrical energy and respective conditions Ci, for example a desired maximum price.
  • the requests Ai are staggered, i.e. they differ at least in the respective assigned maximum price offered.
  • the respective requested quantities Mi of electrical energy are also generally different from one another, but can also be the same in individual cases.
  • the control device 7 takes into account the expected final state Z6' of the electrical energy storage device 6 and/or operating limits of the electrical energy storage device 6. If, for example, it must be expected that the electrical energy storage device 6 will be almost empty at the end of the first time horizon T1, a relatively large supply E2' of electrical energy must be secured for the second time horizon T2 so that the overall system can continue to operate reliably. In this case, the operator of the overall system must be prepared to pay a relatively high price for the electrical energy. Energy.
  • control device 7 can take into account operating limits of the electrical energy storage device 6 when determining the requirements Ai. If - for example - during the second time horizon T2 the state of charge of the electrical energy storage device 6 can be changed by a maximum of 30%, it is not sensible to request an amount Mi of electrical energy which would result in a change in the state of charge of the electrical energy storage device 6 by more than 30%.
  • the control device 7 can also take into account an expected availability V (see FIG 1) of electrical energy that is expected for periods extending beyond the second time horizon T2.
  • the expected availability V can be specified to the control device 7 or determined by the control device 7.
  • the determination of the expected availability V - which is ultimately a guess or estimate - can be carried out by the control device 7 on the basis of historical data on the expected availability V, i.e. the actual availability during comparable past periods, and/or a weather forecast.
  • the expected availability V for example - within certain limits - requirements Ai can be issued in which certain quantities Mi of electrical energy are combined with lower maximum prices if it can be expected with sufficient probability that the prices for electrical energy will fall shortly after the second time horizon T2. Something can be taken at a risk, so to speak.
  • the control device 7 transmits the requirements Ai determined by it to the energy exchange 11.
  • the control device 7 receives responses Ri for the requirements Ai.
  • the responses Ri each contain the information as to whether or not the energy exchange 11 has promised to purchase the requested quantity Mi of electrical energy for the corresponding requirement Ai, subject to the fulfillment of the respectively assigned conditions Ci.
  • the control device 7 then takes over those requests Ai for which the purchase of the requested quantities Mi of electrical energy is promised by the energy exchange 11 upon fulfillment of the respectively assigned conditions Ci, for the respective section of the second time horizon T2 as the second purchase E2' of electrical energy.
  • the planned first operating modes B1, B4 are operating modes with which the corresponding subsystems 1, 4 are operated during the first time horizon T1 if possible. In practice, however, not all facts can be fully taken into account when determining the planned first operating modes B1, B4. Certain facts are always not taken into account. For example, in the case of a rolling mill as plant 1 in the basic materials industry, a rolled product can be slightly warmer or slightly colder than planned, so that rolling forces, rolling moments and the associated demand for electrical energy vary.
  • the control device 7 therefore also checks during the first time horizon T1 according to FIG 7 in a step S41 whether the operating limits of the electrical energy storage device 6 (for example maximum currents or a minimum or maximum charge state) are adhered to during the remaining part of the first time horizon T1 during the actual operation of the other subsystems 1, 4 and also during operation of the electrical energy storage device 6.
  • the operating limits of the electrical energy storage device 6 for example maximum currents or a minimum or maximum charge state
  • step S41 If the check in step S41 shows that the operating limits are being adhered to, the control device 7 does not take any further measures as far as the planned first consumption of electrical energy E2 is concerned. In particular, it keeps the planned first consumption of electrical energy E2 unchanged. If, on the other hand, the check in step S41 shows that the operating limits are not being adhered to, the control device 7 changes the planned first operating modes B1, B4 in a step S42 - of course only for the future, in this case therefore the remaining part of the first time horizon T1. For example, a rolling speed can be adjusted or hydrogen production can be adjusted.
  • the control device 7 changes the planned first consumption of electrical energy E2 in a step S43, here too of course only for the future, in this case therefore the remaining part of the first time horizon T1.
  • the control device 7 can directly purchase or return a certain amount of electrical energy on the energy exchange 11 for at least a portion of the remaining part of the first time horizon T1.
  • the measures taken are aimed at ensuring that the operating limits of the electrical energy storage device 6 are adhered to.
  • Step S3 can be implemented analogously to the procedures in FIGS. 4 and 6.
  • the overall system can also comprise other subsystems 12, 13, 14 as shown in FIG. 8. These subsystems 12, 13, 14 are, if they are present, further subsystems within the meaning of the present invention.
  • the overall system can include a hydrogen storage device 12.
  • the hydrogen storage device 12 can be designed as a storage device in the narrower sense, i.e. as a dedicated hydrogen storage device.
  • the pipeline network through which hydrogen is transported also has a certain storage capacity and can serve as a hydrogen storage device 12.
  • the hydrogen storage device 12, if present, is connected directly or indirectly to the electrolysis system 4 to absorb hydrogen and directly or indirectly to the system 1 to release hydrogen. Due to the hydrogen storage device 12, the operation of the system 1 and the electrolysis system 4 can be designed more flexibly.
  • the hydrogen storage 12 it is possible for the hydrogen produced by the electrolysis plant 4 to always be fed to the hydrogen storage 12 and for the hydrogen required by the plant 1 to always be supplied by the hydrogen storage 12, so that the hydrogen storage 12 serves as a transfer station for the hydrogen, so to speak.
  • a direct connection between the plant 1 and the electrolysis plant 4 is also possible.
  • the overall system can comprise a power generation device 13, for example a wind turbine or a photovoltaic system.
  • the power generation device 13 is connected directly or indirectly to the other subsystems 1, 4, 6 that absorb or emit electrical energy and also to the electrical supply network 2 in order to transmit electrical energy.
  • a converter, which is usually required for the power generation device 13, can be regarded as a component of the power generation device 13. It is not shown in FIG. 1.
  • the supply of electrical energy from the power generation device 13 to the subsystems 1, 4, 6 is preferably possible without a detour via the supply network 2.
  • the overall system can comprise - in addition to the electrical energy storage device 6 - a further electrical energy storage device 14 as a further subsystem.
  • the further electrical energy storage device 14 is always referred to as such below, while the electrical energy storage device 6, which is already connected to lation with FIG 1, where necessary referred to as the other electrical energy storage device 6.
  • the additional electrical energy storage device 14 is directly or indirectly electrically connected to the other subsystems 1, 4, 6, etc. and to the electrical supply network 2.
  • the additional electrical energy storage device 14 can also be operated independently of the other electrical energy storage device 6. It is therefore possible to set independently of the other energy storage device 6 whether and to what extent electrical energy is supplied to the additional energy storage device 14 or whether and to what extent the additional electrical energy storage device 14 releases electrical energy.
  • the additional electrical energy storage device 14 generally has its own bidirectionally operable converter unit. This converter unit is not shown in FIG 8. Rather, it is considered to be a component of the additional electrical energy storage device 14.
  • a modification that is always present is - of course - that the procedure also takes the additional electrical energy storage device 14 into account.
  • the control device 7 therefore also knows a current partial state Z14 for the additional electrical energy storage device 14 (see step S1 in FIG 9). Furthermore, the control device 7 knows a planned first operating mode B14 for the first time horizon T 1 (see step S2 in FIG 9) and a planned second operating mode B14' for the second time horizon T2 for the additional electrical energy storage device 14.
  • the partial state Z14 is also used analogously to the other partial states Z1, Z4, Z6 and the operating modes B14 and B14' are used analogously to the other first and second operating modes B1, B4, BT, B4' of the additional subsystems 1, 4 (compare, for example, steps S8, S9, S11 and S12 in FIG 9).
  • the current partial state Z14 can - of course for the further electrical energy storage device 14 - comprise the same variables as the partial state Z6 of the electrical energy storage device 6.
  • step S51 is present between steps S5 and S6.
  • the control device 7 determines the planned second operating mode B14 of the further energy storage device 14 using the planned second operating modes BT, B4' of the further subsystems 1, 4 - i.e. the further subsystems 1, 4 with the exception of the further electrical energy storage device 14.
  • the determination in step S51 can also include states of the further subsystems 1, 4 (including the further electrical energy storage device 14) which are relevant for the transition from the first to the second time horizon T1, T2 is expected.
  • control device 7 only carries out step S6, in which it determines the planned second consumption E2' of electrical energy, after step S51.
  • the control device 7 checks in a step S61 whether, during the actual operation of the further subsystems 1, 4 (with the exception of the further electrical energy storage device 14), the electrical energy requirement of the further subsystems 1, 4 deviates from an energy requirement according to the corresponding planned first operating modes B1, B4.
  • step S62 the control device 7 keeps the planned first operating modes B6, B14 of both electrical energy stores 6, 14 unchanged.
  • the planned first operating mode B6 of the electrical energy store 6 was previously determined based on the planned first consumption E2 of electrical energy from the supply network 2.
  • the control device 7 therefore also keeps the planned first consumption E2 of electrical energy from the supply network 2 unchanged.
  • step S63 the control device 7 checks whether the planned first draw E2 of electrical energy from the supply network 2 can be maintained by modifying the planned first operating mode B14 and/or the planned first operating mode B6 - of course taking into account the operating limits of the two electrical energy stores 6, 14. If the planned first draw E2 of electrical energy can be maintained, the control device 7 proceeds to a step S64 in which it modifies the planned first operating mode B6 and/or the planned first operating mode B14 accordingly. However, in step S64, the control device 7 continues to maintain the planned first draw E2 of electrical energy from the supply network 2 unchanged.
  • the first operating modes B1, B4 of the other subsystems 1, 4 are also only changed to the extent that this is absolutely necessary due to the faults that have occurred.
  • step S64 it can be achieved, for example, that the additional electrical energy storage device 14 temporarily bridges the fault. If necessary, the operating mode of the other electrical energy storage device 14 can also be changed. In the further course of the process, the state of the additional electrical energy storage device 14 can then be changed, for example. storage device 14 can be brought back to the state it would have had without the disturbance. However, all of this takes place without changing the electrical energy drawn from the supply network 2.
  • step S65 the control device 7 not only changes (within the scope of possibilities) the planned first operating modes B6, B14 of the two electrical energy stores 6, 14. Rather, in step S65, the control device 7 also changes the planned first consumption E2 of electrical energy from the supply network 2 and/or the planned first operating modes B1, B4 of the other subsystems 1, 4.
  • the change is made in such a way that the operating limits of the two electrical energy stores 6, 14 are adhered to. In some cases, it may be useful to make the change in such a way that the planned first consumption E2 of electrical energy from the supply network 2 is changed as little as possible. In other cases, it is possible that this is not useful and can therefore be disregarded.
  • the overall system can also include other subsystems. This is not shown in FIG 1. In this case too, the procedures in FIGS 2, 4 and 6 must be expanded and supplemented to take into account the corresponding initial states, operating modes, control and final states of these subsystems.
  • the present invention has many advantages. Due to the prior determination and later implementation of the purchase E2' of electrical energy from the supply network 2, the costs for the electrical energy are reliably known. In particular, by participating in the Internet exchange 11, the costs for the electrical energy can even be minimized. The integration of, for example, long-term purchase contracts or a separate power generation facility 13 is also easily possible.

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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

Ein Gesamtsystem umfasst als ein Teilsystem einen elektrischen Energiespeicher (6) und weitere Teilsysteme, zumindest eine Anlage (1) der Metallindustrie. Die Teilsysteme (1, 4, 6) sind zur Übertragung elektrischer Energie direkt oder indirekt miteinander und mit einem elektrischen Versorgungsnetz (2) verbunden. Einer Steuereinrichtung (7) sind aktuelle Zustände (Z1, Z4, Z6) der Teilsysteme (1, 4, 6) sowie, bezogen auf einen ersten Zeithorizont (T1), ein geplanter erster Bezug (E2) an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz (2) und geplante erste Betriebsweisen (B1, B4) der weiteren Teilsysteme (1, 4) bekannt. Die Steuereinrichtung (7) ermittelt basierend auf dem geplanten ersten Bezug (E2) und den geplanten ersten Betriebsweisen (B1, B4) einen auf das Ende des ersten Zeithorizonts (T1) bezogenen erwarteten Endzustand (Z6') des elektrischen Energiespeichers (6). Die Steuereinrichtung (7) legt unter Berücksichtigung des erwarteten Endzustands (Z6') des elektrischen Energiespeichers (6) und der Steuereinrichtung (7) bekannter, für einen sich an den ersten Zeithorizont (T1) unmittelbar anschließenden zweiten Zeithorizont (T2) geplanter zweiter Betriebsweisen (B1', B4') der weiteren Teilsysteme (1, 4) einen geplanten zweiten Bezug (E2') an elektrischer Energie fest. Die Steuereinrichtung (7) betreibt die weiteren Teilsysteme (1, 4) während der beiden Zeithorizonte (T1, T2) basierend auf den geplanten ersten und zweiten Betriebsweisen (B1, B4, B1', B4') und bezieht hierbei aus dem Versorgungsnetz (2) elektrische Energie gemäß des geplanten ersten und des festgelegten zweiten Bezugs (E2, E2') an elektrischer Energie. Zum Festlegen des geplanten zweiten Bezugs (E2') an elektrischer Energie ermittelt die Steuereinrichtung (7) basierend auf den geplanten zweiten Betriebsweisen (B1', B4') einen Bedarf (E1', E4') an elektrischer Energie für den Betrieb der weiteren Teilsysteme (1, 4) während des zweiten Zeithorizonts (T2) und legt den zweiten Bezug (E2') an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz (2) während des zweiten Zeithorizonts (T2) unter Berücksichtigung des Bedarfs (E1', E4') an elektrischer Energie für den Betrieb der weiteren Teilsysteme (1, 4) während des zweiten Zeithorizonts (T2) und des erwarteten Endzustands (Z6') des elektrischen Energiespeichers (6) und eines für das Ende des zweiten Zeithorizonts (T2) gewünschten Sollzustands (Z6*) des elektrischen Energiespeichers (6) fest.

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung
Kosteneffizienter Betrieb einer Anlage der Metallindustrie und weiterer Teilsysteme eines Gesamtsystems
Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfahren für ein Gesamtsystem,
- wobei das Gesamtsystem als ein Teilsystem einen elektrischen Energiespeicher und weitere Teilsysteme umfasst,
- wobei die weiteren Teilsysteme eine Anlage der Metallindustrie umfassen,
- wobei die Anlage der Metallindustrie und der elektrische Energiespeicher zur Übertragung elektrischer Energie direkt oder indirekt miteinander und mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden sind,
- wobei einer das Gesamtsystem steuernden Steuereinrichtung aktuelle Zustände der Teilsysteme bekannt sind.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Steuerprogramm für eine Steuereinrichtung für ein Gesamtsystem,
- wobei das Gesamtsystem als ein Teilsystem einen elektrischen Energiespeicher und weitere Teilsysteme umfasst,
- wobei die weiteren Teilsysteme eine Anlage der Metallindustrie umfassen,
- wobei die Anlage der Metallindustrie und der elektrische Energiespeicher zur Übertragung elektrischer Energie direkt oder indirekt miteinander und mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden sind,
- wobei das Steuerprogramm Maschinencode umfasst, der von der Steuereinrichtung abarbeitbar ist,
- wobei die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung das Gesamtsystem gemäß einem derartigen Betriebsverfahren steuert.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Steuereinrichtung für ein Gesamtsystem,
- wobei das Gesamtsystem als ein Teilsystem einen elektrischen Energiespeicher und weitere Teilsysteme umfasst,
- wobei die weiteren Teilsysteme eine Anlage der Metallindustrie umfassen, - wobei die Anlage der Metallindustrie und der elektrische Energiespeicher zur Übertragung elektrischer Energie direkt oder indirekt miteinander und mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden sind,
- wobei die Steuereinrichtung mit einem derartigen Steuerprogramm programmiert ist, so dass die Steuereinrichtung bei Abarbeitung des Maschinencodes des Steuerprogramms das Gesamtsystem gemäß einem derartigen Betriebsverfahren steuert.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Gesamtsystem,
- wobei das Gesamtsystem als ein Teilsystem einen elektrischen Energiespeicher und weitere Teilsysteme umfasst,
- wobei die weiteren Teilsysteme eine Anlage der Metallindustrie umfassen,
- wobei die Anlage der Metallindustrie und der elektrische Energiespeicher zur Übertragung elektrischer Energie direkt oder indirekt miteinander und mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden sind,
- wobei das Gesamtsystem eine derartige Steuereinrichtung umfasst, die bei Abarbeitung des Maschinencodes eines derartigen Steuerprogramms das Gesamtsystem gemäß einem derartigen Betriebsverfahren steuert.
Stand der Technik
Die genannten Gegenstände sind beispielsweise aus dem Aufsatz „Grüne Energieversorgung der Stahlindustrie“, Stahl und Eisen, August 2022, Seiten 22 bis 24 bekannt.
Aus der KR 2019 0136300 A ist ein industrieller Prozess bekannt, dem ein Energiespeicher zugeordnet ist. Der industrielle Prozess kann ein mehr oder minder komplexer technischer Prozess sein, der mehrere aufeinander aufbauende und miteinander zusammenwirkende Teilprozesse umfasst. Der industrielle Prozess weist verschiedene Arten von Lasten auf, nämlich Lasten, die stets mit Energie versorgt werden müssen, Lasten, die abgeschaltet werden können, und Lasten, bei denen der Energieverbrauch einstellbar ist. Es wird der tatsächliche Energieverbrauch der verschiedenen Komponenten der industriellen Anlage bestimmt. Der Betrieb der industriellen Anlage und des Energiespeichers werden derart aufeinander abgestimmt, dass sich minimale Kosten ergeben.
Aus der US 10 354297 B2 ist eine Anordnung mit einem häuslichen Verbraucher, einem Energieerzeuger und einem Energiespeicher bekannt. Der Betrieb des Energiespeichers kann unter Berücksichtigung eines geplanten Energieverbrauchs des Verbrauchers ermittelt werden. Weiterhin können auch Wetterdaten mit verwertet werden. Auch können Preisinformationen für das Beziehen elektrische Energie aus einem Versorgungsnetz und für das Einspeisen elektrischer Energie in das Versorgungsnetz berücksichtigt werden. Aus der TW 201 235 124 A ist bekannt, dass der Energieverbrauch einer Anlage der Metallindustrie - konkret ist eine Walzstraße genannt - bei bekannter Betriebsweise der Anlage der Metallindustrie mit guter Genauigkeit vorhergesagt werden kann.
Aus der US 8 288 888 B2 ist eine Elektrolyseanlage bekannt, die mit einem Windpark gekoppelt ist. Zusätzlich können weitere Lasten und weitere Energiequellen vorhanden sein. Die weiteren Lasten und Energiequellen können auch die Form von elektrischen Energiespeichern aufweisen. Der mittels der Elektrolyseanlage erzeugte Wasserstoff kann an ein angegliedertes Chemiewerk oder eine Raffinerie weitergeleitet werden.
Aus der US 2015/0 051 745 A1 ist ein Betriebsverfahren für ein Gesamtsystem bekannt, bei dem das Gesamtsystem als ein Teilsystem einen elektrischen Energiespeicher und weitere Teilsysteme umfasst. Die weiteren Teilsysteme umfassen eine Anlage der Metallindustrie, wobei die Anlage der Metallindustrie und der elektrische Energiespeicher zur Übertragung elektrischer Energie direkt oder indirekt miteinander und mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden sind. Einer das Gesamtsystem steuernden Steuereinrichtung sind ein aktueller Zustand des elektrischen Energiespeichers und aktuelle Zustände der weiteren Teilsysteme sowie, bezogen auf einen ersten Zeithorizont, geplante erste Betriebsweisen der weiteren Teilsysteme bekannt. Die Steuereinrichtung betreibt die weiteren Teilsysteme während des ersten Zeithorizonts basierend auf den geplanten ersten Betriebsweisen betreibt.
Aus der US 2023/0 013 847 A1 ist ein Betriebsverfahren für ein Gesamtsystem bekannt, bei dem das Gesamtsystem als ein Teilsystem einen elektrischen Energiespeicher und weitere Teilsysteme umfasst. Die weiteren Teilsysteme umfassen eine Anlage der Metallindustrie. Die Anlage der Metallindustrie und der elektrische Energiespeicher sind zur Übertragung elektrischer Energie direkt oder indirekt miteinander und mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden. Einer das Gesamtsystem steuernden Steuereinrichtung sind ein aktueller Zustand des elektrischen Energiespeichers, aktuelle Zustände der weiteren Teilsysteme und, bezogen auf einen ersten Zeithorizont, ein geplanter erster Bezug an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz und geplante erste Betriebsweisen der weiteren Teilsysteme bekannt. Die Steuereinrichtung legt unter Berücksichtigung der Steuereinrichtung bekannter, für einen sich an den ersten Zeithorizont unmittelbar anschließenden zweiten Zeithorizont geplanter zweiter Betriebsweisen der weiteren Teilsysteme einen geplanten zweiten Bezug an elektrischer Energie fest. Die Steuereinrichtung betreibt die weiteren Teilsysteme während des ersten Zeithorizonts basierend auf den geplanten ersten Betriebsweisen, wobei die Steuereinrichtung aus dem Versorgungsnetz während des ersten Zeithorizonts gemäß des geplanten ersten Bezugs an elektrischer Energie elektrische Energie bezieht und die weiteren Teilsysteme während des zweiten Zeithorizonts basierend auf den geplanten zweiten Betriebsweisen betreibt und aus dem Versorgungsnetz während des zweiten Zeithorizonts gemäß des festgelegten zweiten Bezugs an elektrischer Energie elektrische Energie bezieht. Aus dem Fachaufsatz „Optimal Industrial Load Control in Smart Grid“, IEEE Transactions on Smart Grid, Vol. 7, No. 5, September 2016, Seiten 2305 bis 2316 ist ein Gesamtsystem bekannt, das industrielle Verbraucher umfasst, die an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossen sind. Als Beispiel derartiger industrieller Verbraucher sind Komponenten eines Stahlwerks aufgeführt. In manchen Ausgestaltungen kann ein elektrischer Energiespeicher vorhanden sein. Der Betrieb der elektrischen Verbraucher (einschließlich des elektrischen Energiespeichers) soll optimiert werden. Damit offenbart der Fachaufsatz ein Betriebsverfahren für ein Gesamtsystem, wobei das Gesamtsystem als ein Teilsystem einen elektrischen Energiespeicher und weitere Teilsysteme umfasst, wobei die weiteren Teilsysteme eine Anlage der Metallindustrie umfassen, wobei die Anlage der Metallindustrie und der elektrische Energiespeicher zur Übertragung elektrischer Energie direkt oder indirekt miteinander und mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden sind. Der Fachaufsatz offenbart weiterhin eine vorausschauende Preisbildung. Die Betriebsweisen der weiteren Teilsysteme scheinen jedoch zumindest für den zweiten Zeithorizont noch nicht festgelegt zu sein.
Die US 2016/0291 554 A1 betrifft ein Gesamtsystem, das einen elektrischen Energiespeicher und eine Anlage der Metallindustrie umfassen kann. Es ist ein Energiemanagementsystem vorhanden, das die verschiedenen Anlageteile steuert.
Zusammenfassung der Erfindung
In der Vergangenheit wurden bei der Ermittlung des Betriebs von Anlagen der Metallindustrie zwar die hierbei anfallenden Kosten - auch die hierbei anfallenden Energiekosten - berücksichtigt. Die Berücksichtigung erfolgte jedoch nur in dem Sinne, dass der Gesamtbedarf an elektrischer Energie und die dadurch entstehenden Kosten für die elektrische Energie berücksichtigt wurden. Im Zuge der Hinwendung zu regenerativen Energien muss in erheblich stärkerem Ausmaß die Verfügbarkeit elektrischer Energie (einschließlich der zeitlichen Schwankungen der für die elektrische Energie anfallenden Kosten) berücksichtigt werden, da die Verfügbarkeit und damit auch die Kosten elektrischer Energie zukünftig deutlich größeren Schwankungen als in der Vergangenheit unterworfen sein wird.
Entscheidend für die effiziente Verwendung des elektrischen Energiespeichers im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind zum einen der - erwartete - zukünftige Strombedarf der Anlage der Metallindustrie und zum anderen der - erwartete - zukünftige Preis für aus dem Versorgungsnetz bezogene elektrische Energie.
In dem oben genannten Fachaufsatz ist zwar ausgeführt, dass die Anlage der Metallindustrie und der elektrische Energiespeicher mittels eines intelligenten Energiemanagementsystems gesteuert und betrieben werden. Es finden sich jedoch keine näheren Ausführungen zur Implementierung des intelligenten Energiemanagementsystems.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer ein kosteneffizienter Betrieb eines Gesamtsystems erreicht wird, das als Teilsysteme eine Anlage der Metallindustrie und einen elektrischen Energiespeicher umfasst.
Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 6.
Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet, dass
- wobei der Steuereinrichtung, bezogen auf einen ersten Zeithorizont, ein geplanter erster Bezug an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz und geplante erste Betriebsweisen der weiteren Teilsysteme bekannt sind,
- wobei die Steuereinrichtung basierend auf dem geplanten ersten Bezug und den geplanten ersten Betriebsweisen einen auf das Ende des ersten Zeithorizonts bezogenen erwarteten Endzustand des elektrischen Energiespeichers ermittelt,
- wobei die Steuereinrichtung unter Berücksichtigung des erwarteten Endzustands des elektrischen Energiespeichers und der Steuereinrichtung bekannter, für einen sich an den ersten Zeithorizont unmittelbar anschließenden zweiten Zeithorizont geplanter zweiter Betriebsweisen der weiteren Teilsysteme einen geplanten zweiten Bezug an elektrischer Energie festlegt,
- wobei die Steuereinrichtung die weiteren Teilsysteme während des ersten und zweiten Zeithorizonts basierend auf den geplanten ersten und zweiten Betriebsweisen betreibt und aus dem Versorgungsnetz während des ersten und zweiten Zeithorizonts gemäß des geplanten ersten Bezugs und des festgelegten zweiten Bezugs an elektrischer Energie elektrische Energie bezieht.
Hierbei ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung zum Festlegen des geplanten zweiten Bezugs an elektrischer Energie
- basierend auf den geplanten zweiten Betriebsweisen einen Bedarf an elektrischer Energie für den Betrieb der weiteren Teilsysteme während des zweiten Zeithorizonts ermittelt und
- den zweiten Bezug an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz während des zweiten Zeithorizonts unter Berücksichtigung des Bedarfs an elektrischer Energie für den Betrieb der weiteren Teilsysteme während des zweiten Zeithorizonts und des erwarteten Endzustands des elektrischen Energiespeichers und eines für das Ende des zweiten Zeithorizonts gewünschten Sollzustands des elektrischen Energiespeichers festlegt. Dadurch gestaltet sich die Ermittlung des geplanten zweiten Bezugs an elektrischer Energie besonders einfach. Die geplanten zweiten Betriebsweisen können der Steuereinrichtung vorgegeben werden. Alternativ können sie von der Steuereinrichtung eigenständig ermittelt werden, beispielsweise im Rahmen einer Optimierung.
Der Begriff „Teilsysteme“ umfasst, wenn er ohne weitere Zusätze verwendet wird, sowohl vorstehend als auch nachstehend alle Teilsysteme, also auch den elektrischen Energiespeicher. Der Begriff „weitere Teilsysteme“ umfasst hingegen nicht den elektrischen Energiespeicher, sondern nur die anderen Teilsysteme. Der erste Zeithorizont kann beispielsweise bei 24 Stunden liegen. Der zweite Zeithorizont ist in der Regel erheblich kürzer als der erste Zeithorizont. Er kann beispielsweise bei 1 Stunde oder bei einigen wenigen Stunden liegen. Die genannten Werte sind typisch. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die genannten Werte für die beiden Zeithorizonte beschränkt.
Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung vor der aktuellen Ausführung des Betriebsverfahrens für den ersten Zeithorizont zunächst den geplanten ersten Bezug an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz festlegt und dann basierend auf dem geplanten ersten Bezug an elektrischer Energie die geplanten ersten Betriebsweisen der verschiedenen weiteren Teilsysteme festlegt. Alternativ ist die umgekehrte Vorgehensweise möglich. Wiederum alternativ ist es möglich, dass die geplanten ersten Betriebsweisen der weiteren Teilsysteme der Steuereinrichtung zuerst bekannt sind (beispielsweise weil sie der Steuereinrichtung vorgegeben werden oder von der Steuereinrichtung ermittelt werden) und die Steuereinrichtung sodann den geplanten ersten Bezug an elektrischer Energie anhand der geplanten ersten Betriebsweisen ermittelt. In jedem Fall aber ist die geplante Betriebsweise des elektrischen Energiespeichers eine aus dem festgelegten Bezug an elektrischer Energie und der zugehörigen geplanten ersten Betriebsweisen der weiteren Teilsysteme abgeleitete Betriebsweise. Der elektrische Energiespeicher ist sozusagen der Sklave, der auf seine Herren hört, wobei die Herren die weiteren Teilsysteme und der festgelegte Bezug elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz sind.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass der erwartete Preis für aus dem Versorgungsnetz bezogene elektrische Energie für verschiedene Zeiträume auf jeweils individuell verschiedene Art und Weise festgelegt werden kann. An einem Spotmarkt steht der Preis oftmals nur für einen relativ begrenzten Zeitraum fest, beispielsweise nur 24 Stunden im Voraus. Hier werden bestimmte Strommengen für feste Zeiträume zu einem jeweiligen Spotmarktpreis gehandelt.
Wird beim späteren Betrieb des Gesamtsystems - also beispielsweise 24 Stunden nach dem Kauf bestimmter Mengen an elektrischer Energie - die zuvor gekaufte Menge an elektrischer Energie bezogen, wird auch der vereinbarte Tarif abgerechnet. Wird hingegen mehr oder weniger elektrischer Energie bezogen, hängt der tatsächliche Preis für aus dem Versorgungsnetz bezogene elektrische Energie von einer Vielzahl von Faktoren ab. In den tatsächlichen Preis geht insbesondere ein, ob und gegebenenfalls mit welchem Aufwand zusätzlich bezogene elektrische Energie vom Betreiber des Versorgungsnetzes beschafft werden musste oder ob und gegebenenfalls mit welchem Aufwand von dem Betreiber des Versorgungsnetzes gekaufte, aber nicht bezogene elektrische Energie anderweitig verwertet werden konnte. Dies schafft in erheblichem Umfang Unsicherheiten für den Betreiber des Gesamtsystems. Erheblich zuverlässiger wäre es, wenn gewährleistet werden könnte, dass beim späteren Betrieb des Gesamtsystems aus dem Versorgungsnetz auch tatsächlich die zuvor gekaufte Menge an elektrischer Energie - nicht mehr und nicht weniger - bezogen wird. Genau dies wird durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise gewährleistet.
Die aktuellen Zustände der Teilsysteme können nach Bedarf definiert sein. Sie können insbesondere „normale“ Betriebszustände, Betriebsgrenzen und Verschleißzustände umfassen.
Konkret für den elektrischen Energiespeicher umfasst der aktuelle Zustand insbesondere, in welchem Umfang (prozentual und/oder absolut) der Energiespeicher geladen ist und welche Temperatur Speicherzellen des Energiespeichers aufweisen. Weiterhin kann der Energiespeicherzustand auch umfassen, in welchem Verschleißzustand sich der Energiespeicher oder Teile des Energiespeichers befinden. Der Energiespeicherzustand kann weiterhin prinzipiell maximal mögliche und momentan maximal mögliche Betriebsgrößen umfassen, beispielsweise Lade- und Entladeströme. In analoger Weise gilt dies auch für den tatsächlichen und den erwarteten Endzustand des elektrischen Energiespeichers am Ende des ersten Zeithorizonts.
Es ist möglich, dass das Gesamtsystem nur einen einzigen elektrischen Energiespeicher aufweist bzw. zwar mehrere elektrische Energiespeicher aufweist, die von der Steuereinrichtung aber einheitlich im Sinne des eingangs genannten elektrischen Energiespeichers behandelt werden. Vorzugsweise umfasst das Gesamtsystem jedoch einen weiteren elektrischen Energiespeicher, und zwar als weiteres Teilsystem. Die Klassifizierung des weiteren elektrischen Energiespeichers als weiteres Teilsystem bedeutet nicht nur, dass der Steuereinrichtung ein aktueller Zustand des weiteren elektrischen Energiespeichers bekannt ist und der weitere elektrische Energiespeicher von der Steuereinrichtung gesteuert wird. Vielmehr bedeutet diese Klassifizierung auch, dass der Steuereinrichtung, bezogen auf den ersten und zweiten Zeithorizont, die geplante erste und zweite Betriebsweise des weiteren elektrischen Energiespeichers bekannt ist und der weitere elektrische Energiespeicher dementsprechend auch so betrieben wird. Der Steuereinrichtung wird also zuerst für beide Zeithorizonte die Betriebsweise des weiteren elektrischen Energiespeichers bekannt. Erst danach wird für den zweiten Zeithorizont der zweite Bezug an elektrischer Energie festgelegt. Für den zweiten Zeithorizont und beschränkt auf die beiden elektrischen Energiespeicher ist also die Reihenfolge erst Bekanntwerden der zweiten Betriebsweise des weiteren elektrischen Energiespeichers, dann Festlegung des Bezugs an elektrischer Energie für den zweiten Zeithorizont und dadurch für diesen Zeithorizont Festle- gung einer erwarteten Betriebsweise für den elektrischen Energiespeicher, der zwar ein Teilsystem, aber nicht ein weiteres Teilsystem des Gesamtsystems ist.
Sofern der weitere elektrische Energiespeicher vorhanden ist, unterscheidet er sich vorzugsweise in seinen möglichen Leistungsgrenzen, beispielsweise in seiner Kapazität und seinem maximal möglichen oder zulässigen Lade- und Entladestrom (bzw. einer entsprechenden Leistung), von dem anderen elektrischen Energiespeicher. Beispielsweise kann der weitere elektrische Energiespeicher eine deutlich kleinere Speicherkapazität, aber eine erheblich größere maximale Lade- und Entladeleistung aufweisen als der andere elektrische Energiespeicher. Beispielhaft seien für weiteren elektrischen Energiespeicher die Werte 10 MWh und 100 MW und für den anderen elektrischen Energiespeicher die Werte 100 MWh und 25 MW genannt. Der weitere elektrische Energiespeicher kann beispielsweise als Natrium-Ionen-Batterie ausgebildet sein, der andere elektrische Energiespeicher beispielsweise als Redox- Flow- Batterie oder als Natrium-Schwefel-Batterie.
Die Art und Weise, auf welche der Steuereinrichtung für den zweiten Zeithorizont die zweite Betriebsweise für den weiteren elektrischen Energiespeicher bekannt wird, kann nach Bedarf bestimmt sein. Im einfachsten Fall erfolgt eine Vorgabe durch eine Bedienperson. In der Regel ist es jedoch erheblich besser, wenn die Steuereinrichtung zunächst unter Verwertung der geplanten zweiten Betriebsweisen der weiteren Teilsysteme (nunmehr mit Ausnahme des weiteren elektrischen Energiespeichers) die geplante zweite Betriebsweise des weiteren Energiespeichers festlegt und erst dann den geplanten zweiten Bezug an elektrischer Energie festlegt. Die Steuereinrichtung bestimmt also anhand der geplanten zweiten Betriebsweisen, mit denen die anderen weiteren Teilsysteme betrieben werden sollen, eine vorausschauende Festlegung der geplanten zweiten Betriebsweise für den weiteren elektrischen Energiespeicher.
Beim Betrieb der weiteren Teilsysteme (in der Regel mit Ausnahme des weiteren elektrischen Energiespeichers) können Störungen verschiedenster Art eintreten. Derartige Störungen, die berücksichtigt werden müssen, können zur Folge haben, dass der elektrische Energiebedarf der weiteren Teilsysteme (auch hier mit Ausnahme des weiteren elektrischen Energiespeichers) von einem Energiebedarf gemäß der geplanten ersten Betriebsweisen abweicht. Vorzugsweise prüft die Steuerung daher während des ersten Zeithorizonts, ob aufgrund unberücksichtigter Sachverhalte derartige Abweichungen auftreten. In dem Fall, dass der Energiebedarf nicht abweicht, behält die Steuereinrichtung die geplante erste Betriebsweise des weiteren elektrischen Energiespeichers und eine basierend auf dem geplanten ersten Bezug an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz geplante erste Betriebsweise des elektrischen Energiespeichers bei. Wenn hingegen der Energiebedarf abweicht,
- ändert die Steuereinrichtung vorrangig die geplante erste Betriebsweise des weiteren elektrischen Energiespeichers und/oder die geplante erste Betriebsweise des elektrischen Ener- giespeichers ab, so dass der geplante erste Bezug an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz beibehalten wird, und
- ändert die Steuereinrichtung nur dann, wenn Betriebsgrenzen des elektrischen Energiespeichers und/oder des weiteren elektrischen Energiespeichers nicht eingehalten werden können, die geplanten ersten Betriebsweisen der weiteren Teilsysteme mit Ausnahme des weiteren elektrischen Energiespeichers und/oder den geplanten ersten Bezug an elektrischer Energie ab.
Die letztgenannten Änderungen, also die Änderung der geplanten ersten Betriebsweisen der weiteren Teilsysteme mit Ausnahme des weiteren elektrischen Energiespeichers und/oder des geplanten ersten Bezugs an elektrischer Energie, erfolgen derart, dass die Betriebsgrenzen des elektrischen Energiespeichers und des weiteren elektrischen Energiespeichers eingehalten werden.
Auch wenn kein weiterer elektrischer Energiespeicher vorhanden ist, können natürlich Störungen bzw. unberücksichtigte Sachverhalte auftreten. Weiterhin ist es auch möglich, dass - unabhängig von den Gründen hierfür - die geplante erste Betriebsweise des weiteren elektrischen Energiespeichers nur nachrangig geändert werden soll. Es ist daher ebenso möglich, dass die Steuereinrichtung
- während des ersten Zeithorizonts prüft, ob trotz unberücksichtigter Sachverhalte während des verbleibenden Teils des ersten Zeithorizonts Betriebsgrenzen des elektrischen Energiespeichers eingehalten werden,
- in dem Fall, dass die Betriebsgrenzen eingehalten werden, den geplanten ersten Bezug an elektrischer Energie beibehält und
- in dem Fall, dass die Betriebsgrenzen nicht eingehalten werden, die geplanten ersten Betriebsweisen und/oder den geplanten ersten Bezug an elektrischer Energie derart abändert, dass die Betriebsgrenzen des elektrischen Energiespeichers eingehalten werden.
Mögliche unberücksichtigte Sachverhalte sind beispielsweise kurzfristige Änderungen der ersten Betriebsweisen. Der Grund für derartige kurzfristige Änderungen können beispielsweise Störungen in den weiteren Teilsystemen sein. Ein anderer möglicher Grund kann sein, dass das Gesamtsystem regenerative Energieerzeuger aufweist (beispielsweise eine Windkraftanlage und/oder eine Photovoltaikanlage) und deren Erzeugung an regenerativer Energie von vorherigen Annahmen abweicht. Ein weiterer unberücksichtigter Sachverhalt sind Störungen des elektrischen Energiespeichers selbst.
Im Ergebnis werden also unter Umständen die geplanten ersten Betriebsweisen und/oder der geplante erste Bezug an elektrischer Energie auch während des ersten Zeithorizonts noch geändert. Dies erfolgt aber nur dann, wenn dies unumgänglich ist. Oftmals umfasst das Gesamtsystem als weiteres Teilsystem eine Elektrolyseanlage. In diesem Fall ist die Elektrolyseanlage zur Übertragung elektrischer Energie direkt oder indirekt mit der Anlage der Metallindustrie, dem elektrischen Energiespeicher und dem elektrischen Versorgungsnetz verbunden. Weiterhin umfassen in diesem Fall die aktuellen Zustände einen aktuellen Zustand der Elektrolyseanlage und umfassen die geplanten ersten und zweiten Betriebsweisen eine jeweilige Betriebsweise für die Elektrolyseanlage.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Steuerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Erfindungsgemäß bewirkt die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung, dass die Steuereinrichtung das Gesamtsystem gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren steuert.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Steuerprogramm programmiert, so dass die Steuereinrichtung bei Abarbeitung des Maschinencodes des Steuerprogramms das Gesamtsystem gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren steuert.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Gesamtsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung als erfindungsgemäße Steuereinrichtung ausgebildet ist, die bei Abarbeitung des Maschinencodes des Steuerprogramms das Gesamtsystem gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren steuert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei zeigen:
FIG 1 ein Gesamtsystem,
FIG 2 ein Ablaufdiagramm,
FIG 3 einen Zeitstrahl,
FIG 4 ein Ablaufdiagramm,
FIG 5 eine Kommunikationsstruktur,
FIG 6 ein Ablaufdiagramm,
FIG 7 ein weiteres Ablaufdiagramm,
FIG 8 ein weiteres Gesamtsystem,
FIG 9 ein Ablaufdiagramm und
FIG 10 ein weiteres Ablaufdiagramm. Beschreibung der Ausführungsformen
Gemäß FIG 1 umfasst ein Gesamtsystem eine Anlage 1 der Metallindustrie. Die Anlage 1 kann mehrere Komponenten aufweisen. Beispiele derartiger Anlagen 1 sind Komponenten, die einer Gießeinrichtung technologisch vorgeordnet sind. Beispiele derartiger Komponenten sind eine eisenerzeugende Komponente (beispielsweise eine DRI-Anlage), ein Lichtbogenofen, ein Konverter und eine Pfannenanlage. Eine andere mögliche Anlage 1 ist eine Warmbandstraße. Diese Anlage ist einer Gießeinrichtung technologisch nachgeordnet.
Die Anlage 1 verbraucht in ihrem Betrieb elektrische Energie. Die Anlage 1 kann die elektrische Energie aus einem elektrischen Versorgungsnetz 2 beziehen, mit dem die Anlage 1 direkt (nicht dargestellt) oder indirekt (beispielsweise über einen Umrichter 3) verbunden ist. Das Versorgungsnetz 2 ist üblicherweise ein Drehstromnetz und damit ein mehrphasiges Versorgungsnetz. Das Drehstromnetz wird oftmals mit einer Mittelspannung im Bereich von 20 kV bis 30 kV oder mit einer Hochspannung von 110 kV betrieben.
Das Gesamtsystem umfasst oftmals als weiteres Teilsystem eine Elektrolyseanlage 4. In Verbindung mit einer derartigen Ausgestaltung wird die Erfindung nachstehend erläutert. Die Elektrolyseanlage 4 ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Wenn sie nicht vorhanden ist, entfallen nachstehend alle Sachverhalte, die auf die Elektrolyseanlage 4 bezogen sind.
Auch die Elektrolyseanlage 4 verbraucht in ihrem Betrieb elektrische Energie. Die Elektrolyseanlage 4 ist daher ebenfalls mit dem Versorgungsnetz 2 verbunden. Die Elektrolyseanlage 4 benötigt für ihren Betrieb eine Gleichspannung. Der Elektrolyseanlage 4 ist daher üblicherweise ein Gleichrichter 5 vorgeordnet, so dass nur eine indirekte Verbindung mit dem Versorgungsnetz 2 besteht.
In manchen Fällen benötigt die Anlage 1 für ihren Betrieb Wasserstoff. In diesem Fall sind die Anlage 1 und die Elektrolyseanlage 4 entsprechend der Darstellung in FIG 1 zum Transfer von Wasserstoff direkt oder indirekt miteinander verbunden. Etwaige Pumpen, Ventile und dergleichen sind in FIG 1 nicht mit dargestellt.
Das Gesamtsystem umfasst als Teilsystem weiterhin einen elektrischen Energiespeicher 6. Der Energiespeicher 6 ist zumindest zum Aufnehmen von elektrischer Energie, eventuell auch zum Abgeben von elektrischer Energie, direkt oder indirekt mit dem Versorgungsnetz 2 verbunden. Der Energiespeicher 6 ist weiterhin zum Abgeben elektrischer Energie mit der Anlage 1 und der Elektrolyseanlage 4 verbunden. Nimmt der Energiespeicher 6 elektrische Energie auf, wird sie stets aus dem Versorgungsnetz 2 bezogen. Gibt der Energiespeicher 6 elektrische Energie ab, wird sie primär zur Deckung des Bedarfs der Anlage 1 und der Elektrolyseanlage 4 und nur se- kundär zur Einspeisung in das Versorgungsnetz 2 verwendet. Im Ergebnis kann somit - je nachdem, ob die vom Energiespeicher 6 abgegebene elektrische Energie größer oder kleiner als die von der Anlage 1 und Elektrolyseanlage 4 verbrauchte elektrische Energie ist - temporär elektrische Energie in das Versorgungsnetz 2 eingespeist oder aus dem Versorgungsnetz 2 bezogen werden.
Es muss einstellbar sein, ob und in welchem Umfang dem Energiespeicher 6 elektrische Energie zugeführt wird bzw. ob und in welchem Umfang der elektrische Energiespeicher 6 elektrische Energie abgibt. Zu diesem Zweck ist in der Regel eine bidirektional betreibbare Umrichtereinheit vorhanden. Diese Umrichtereinheit ist in FIG 1 nicht mit dargestellt. Sie wird vielmehr als Bestandteil des Energiespeichers 6 angesehen.
Die genaue Art und Weise der elektrischen Verbindung der Anlage 1 , der Elektrolyseanlage 4 und des Energiespeichers 6 untereinander und mit dem Versorgungsnetz 2 ist von untergeordneter Bedeutung. Insbesondere können den verschiedenen Teilsystemen 1, 4 und 6 nach Bedarf Gleichrichter 5, Wechselrichter und sonstige Umrichter 3 zugeordnet sein. Es sollte jedoch gewährleistet sein, dass ein Transfer elektrischer Energie vom Energiespeicher 6 zu der Anlage 1 und der Elektrolyseanlage 4 ohne Umweg über das Versorgungsnetz 2 möglich ist.
Das Gesamtsystem umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung 7. Die Steuereinrichtung 7 ist mit einem Steuerprogramm 8 programmiert. Das Steuerprogramm 8 umfasst Maschinencode 9, der von der Steuereinrichtung 7 abarbeitbar ist. Aufgrund der Programmierung mit dem Steuerprogramm 8 arbeitet die Steuereinrichtung 7 den Maschinencode 9 ab. Die Abarbeitung des Maschinencodes 9 durch die Steuereinrichtung 7 bewirkt, dass die Steuereinrichtung 7 das Gesamtsystem gemäß einem Betriebsverfahren steuert, das nachstehend in Verbindung mit FIG 2 näher erläutert wird. Noch bevor das erfindungsgemäße Betriebsverfahren erläutert wird, wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Steuereinrichtung 7 nachstehend zwar als einheitliche Steuereinrichtung 7 erläutert wird, die die Teilsysteme 1 , 4 und 6 des Gesamtsystems gemeinsam steuert. Die Steuereinrichtung 7 kann jedoch ebenso für die Steuerung der T eilsysteme 1 , 4 und 6 jeweils eine eigene Teil-Steuereinrichtung aufweisen. In diesem Fall müssen zwischen den Teil-Steuereinrichtungen ein entsprechender Informationsaustausch und eine entsprechende Abstimmung bzw. Koordination erfolgen.
Nachfolgend wird weiterhin zwischen dem elektrischen Energiespeicher 6 einerseits und den weiteren Teilsystemen 1 , 4 unterschieden. Die „weiteren Teilsysteme“ umfassen nur die Anlage der Grundstoffindustrie 1 und gegebenenfalls die Elektrolyseanlage 4, aber nicht den elektrischen Energiespeicher 6. Wenn hingegen der Begriff „Teilsysteme“ ohne den Zusatz „weitere“ verwendet wird, sind alle Teilsysteme gemeint, also nicht nur die Anlage der Grundstoffindustrie 1 und gegebenenfalls die Elektrolyseanlage 4, sondern auch der elektrische Energiespeicher 6. Gemäß FIG 2 wird der Steuereinrichtung 7 in einem Schritt S1 ein aktueller Zustand Z des Gesamtsystems bekannt. Der aktuelle Zustand Z umfasst für die Teilsysteme 1 , 4, 6 jeweils einen aktuellen Teilzustand Z1, Z4, Z6. Die Ziffer des jeweiligen aktuellen Teilzustands Z1 , Z4, Z6 stimmt mit dem Bezugszeichen des jeweiligen Teilsystems 1 , 4, 6 überein.
Beispielsweise kann der Teilzustand Z1 - das Vorhandensein entsprechender Komponenten der Anlage 1 vorausgesetzt - folgende Größen umfassen:
- den Produktionsfortschritt einer eisenerzeugenden Anlage,
- den Produktionsfortschritt eines Lichtbogenofens,
- einen Prozesszustand einer Stranggießmaschine,
- eine Temperatur eines einem Walzwerk vorgeordneten Ofens,
- Verschleißzustände von Arbeitswalzen von Walzgerüsten des Walzwerks,
- ob in den Walzgerüsten des Walzwerks gerade Walzstiche ausgeführt werden.
Der Teilzustand Z1 kann weiterhin umfassen, welche Materialien sich in welchem Zustand momentan in der Anlage 1 befinden. Beispielsweise kann der Teilzustand Z1 - das Vorhandensein entsprechender Materialien in entsprechenden Komponenten der Anlage 1 vorausgesetzt - folgende Größen umfassen:
- Menge und Zustand einer Charge in einem Lichtbogenofen oder in einer Pfanne,
- Zeitdauern, für welche sich Walzgüter bereits in einem Ofen befinden,
- Temperaturen der Walzgüter.
Der Teilzustand Z4 kann beispielsweise eine Temperatur und eine chemische Zusammensetzung der Elektrolyseflüssigkeit der Elektrolyseanlage 4 und einen Verschleißzustand der Elektrolyseanlage 4 umfassen.
Der Teilzustand Z6 umfasst zumindest den Ladezustand des Energiespeichers 6, also das Ausmaß, zu dem der Energiespeicher 6 geladen ist. Der Teilzustand Z6 kann auch weitere Größen umfassen, beispielsweise eine Temperatur des Energiespeichers 6 oder einen maximal möglichen oder zulässigen Lade- und Entladestrom. Weiterhin kann der Teilzustand Z6 einen Verschleißzustand des Energiespeichers 6 umfassen.
In einem Schritt S2 werden der Steuereinrichtung 7 geplante erste Betriebsweisen B1 , B4 der weiteren Teilsysteme 1 , 4 bekannt. Die genannten Betriebsweisen B1 , B4 sind gemäß FIG 3 auf einen ersten Zeithorizont T 1 bezogen. Der erste Zeithorizont T 1 erstreckt sich gemäß FIG 3 über einen nennenswerten Zeitraum, beispielsweise über 20 Stunden, 22 Stunden, 24 Stunden oder 26 Stunden. Natürlich sind auch andere Zeiträume möglich. In einem Schritt S3 wird der Steuereinrichtung 7 für den ersten Zeithorizont T1 weiterhin ein geplanter erster Bezug E2 an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz 2 bekannt. Die Zahl „2“, mit welcher vorliegend der Buchstabe „E“ ergänzt wurde, soll andeuten, dass der Bezug an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz 2 erfolgt.
In einem Schritt S4 ermittelt die Steuereinrichtung 7 einen erwarteten Endzustand Z6’ des elektrischen Energiespeichers 6. Der erwartete Endzustand Z6’ ist auf das Ende des ersten Zeithorizonts T 1 bezogen. Die Steuereinrichtung 7 ermittelt den erwarteten Endzustand Z6’ basierend auf dem geplanten ersten Bezug E2 und den geplanten ersten Betriebsweisen B1 , B4. In der Regel ermittelt die Steuereinrichtung 7 im Schritt S4 auch die erwarteten Endzustände der weiteren Teilsysteme 1 , 4. Dies ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch von untergeordneter Bedeutung.
In einem Schritt S5 werden der Steuereinrichtung 7 geplante zweite Betriebsweisen BT, B4’ der weiteren Teilsysteme 1 , 4 bekannt. Die geplanten zweiten Betriebsweisen BT, B4’ sind - siehe FIG 3 - auf einen zweiten Zeithorizont T2 bezogen, der sich an den ersten Zeithorizont T 1 unmittelbar anschließt. Der zweite Zeithorizont T2 ist in der Regel erheblich kleiner als der erste Zeithorizont T 1. Beispielsweise kann der zweite Zeithorizont T2 bei 1 Stunde oder bei einigen wenigen Stunden liegen.
Die geplanten zweiten Betriebsweisen BT, B4’ können der Steuereinrichtung 7 vorgegeben werden. Alternativ können sie, ausgehend von den Endzuständen der anderen Teilsysteme 1 , 4 am Ende des ersten Zeithorizonts T1, von der Steuereinrichtung 7 beispielsweise gemäß einem Betriebsverfahren ermittelt werden, wie es detailliert in der älteren, nicht vorveröffentlichten Anmeldung „Kosteneffizienter Betrieb einer Anlage der Stahlindustrie und weiterer Teilsysteme eines Gesamtsystems“ der Primetals Technologies Germany GmbH, amtliches Aktenzeichen 23 151 165.0, eingereicht am 11.01.2023 beim Europäischen Patentamt, erläutert ist.
In einem Schritt S6 legt die Steuereinrichtung 7 einen geplanten zweiten Bezug E2’ an elektrischer Energie fest. Die Festlegung erfolgt unter Berücksichtigung des erwarteten Endzustands Z6’ des elektrischen Energiespeichers 6 und der geplanten zweiten Betriebsweisen BT, B4’.
In einem Schritt S7 wartet die Steuereinrichtung 7 einen Zeitpunkt tO ab, also den Beginn des ersten Zeithorizonts T 1.
Ab dem Zeitpunkt tO ermittelt die Steuereinrichtung 7 in einem Schritt S8 jeweils anhand der für den jeweiligen Zeitpunkt t geplanten ersten Betriebsweisen B1 , B4 der weiteren Teilsysteme 1 , 4 und des für den jeweiligen Zeitpunkt t geplanten ersten Bezugs E2 an elektrischer Energie die zugehörige Betriebsweise B6 des elektrischen Energiespeichers 6. Im Ergebnis gleicht der elektrische Energiespeicher 6 somit die Differenz zwischen dem elektrischen Energiebedarf der weiteren Teilsysteme 1 , 4 einerseits und dem - festgelegten - ersten Bezug E2 an elektrischer Energie aus. Der Ausgleich erfolgt für jeden Zeitpunkt t oder zumindest für kleinere Zeiträume von typischerweise maximal 10 % des ersten Zeithorizonts T1. Meist sind die kleineren Zeiträume sogar kleiner der als zweite Zeithorizont T2. Beispielsweise können die kleineren Zeiträume bei jeweils 15 Minuten liegen.
In einem Schritt S9 steuert die Steuereinrichtung 7 für den jeweiligen Zeitpunkt t die Teilsysteme 1 , 4, 6 entsprechend den für den jeweiligen Zeitpunkt t geplanten bzw. ermittelten Betriebsweisen B1 , B4, B6 an, betreibt sie also gemäß diesen Betriebsweisen B1 , B4, B6. Auch den Umrichter 3 steuert die Steuereinrichtung 7 an, und zwar so, dass aus dem Versorgungsnetz 2 elektrische Energie entsprechend dem geplanten ersten Bezug E2 an elektrischer Energie bezogen wird.
In einem Schritt S10 prüft die Steuereinrichtung 7, ob ein Zeitpunkt t1 erreicht ist, also das Ende des ersten Zeithorizonts T1. Ist dies nicht der Fall, geht die Steuereinrichtung 7 zum Schritt S8 zurück. Anderenfalls geht die Steuereinrichtung 7 zu einem Schritt S11 über.
Im Schritt S11 und damit ab dem Zeitpunkt t1 ermittelt die Steuereinrichtung 7 jeweils anhand der für den jeweiligen Zeitpunkt t geplanten zweiten Betriebsweisen BT, B4’ der weiteren Teilsysteme 1 , 4 und des für den jeweiligen Zeitpunkt t festgesetzten zweiten Bezugs E2’ an elektrischer Energie die zugehörige Betriebsweise B6’ des elektrischen Energiespeichers 6. Sodann steuert die Steuereinrichtung 7 in einem Schritt S12 für den jeweiligen Zeitpunkt t die Teilsysteme 1 , 4, 6 entsprechend den für den jeweiligen Zeitpunkt t geplanten bzw. ermittelten Betriebsweisen BT, B4’, B6’ an. Auch den Umrichter 3 steuert die Steuereinrichtung 7 an, und zwar so, dass aus dem Versorgungsnetz 2 elektrische Energie entsprechend dem festgesetzten zweiten Bezug E2’ an elektrischer Energie bezogen wird. Die Schritte S11 und S12 korrespondieren somit im Ergebnis mit Ausnahme des Umstands, dass sie auf einen anderen Zeitpunkt bezogen sind, inhaltlich mit den Schritten S8 und S9.
In einem Schritt S13 prüft die Steuereinrichtung 7, ob ein Zeitpunkt t2 erreicht ist, also das Ende des zweiten Zeithorizonts T2. Ist dies nicht der Fall, geht die Steuereinrichtung 7 zum Schritt S11 zurück. Anderenfalls ist die Vorgehensweise von FIG 2 beendet.
FIG 2 zeigt eine vereinfachte Vorgehensweise. Die reale Vorgehensweise ist etwas komplexer. Insbesondere erfolgt in der Realität eine rollierende Vorgehensweise. Die Schritte S1 bis S13 werden also immer wieder ausgeführt, wobei die Zeitpunkte tO, t1 und t2 immer wieder angepasst und nachgeführt werden, so dass insbesondere der zweite Zeithorizont T2 - gegebenenfalls mit geringen Schwankungen - stets gleich weit in der Zukunft liegt.
Wenn beispielsweise - ein typischer Fall - der erste Zeithorizont T 1 bei 23 Stunden liegt und der zweite Zeithorizont T2 bei 1 Stunde liegt und mit einem Raster von 1 Stunden gearbeitet wird, liegt nach der erstmaligen Ausführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens die Betriebsweise des Gesamtsystems im Kern für 24 Stunden fest. Der Zeitraum, für den die Betriebsweise des Gesamtsystems feststeht, verringert sich nach und nach um 1 Stunde. Nach Ablauf dieser Stunde wird das Betriebsverfahren erneut ausgeführt, wobei die Betriebsweise des Gesamtsystems für die nunmehr 23. Stunde durch die vorherige Ausführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens festgelegt wurde und die Betriebsweise des Gesamtsystems für die nunmehr 24. Stunde neu festgelegt wird.
Für die Festlegung des geplanten zweiten Bezug E2’ an elektrischer Energie, also die Implementierung des Schrittes S6, ermittelt die Steuereinrichtung 7 gemäß FIG 4 zunächst in einem Schritt S21 basierend auf den geplanten zweiten Betriebsweisen B1 ’, B4’ für die weiteren Teilsysteme 1 , 4 einen Bedarf an elektrischer Energie ET, E4’ für den Betrieb der weiteren Teilsysteme 1 , 4 während des zweiten Zeithorizonts T2. Weiterhin ermittelt die Steuereinrichtung 7 in einem Schritt S22 eine Differenz ÖZ6 des erwarteten Endzustands Z6’ des elektrischen Energiespeichers 6 und eines für das Ende des zweiten Zeithorizonts T2 gewünschten Sollzustands Z6* des elektrischen Energiespeichers 6, insbesondere eine Differenz der entsprechenden Ladezustände. In einem Schritt S23 legt die Steuereinrichtung 7 schließlich den zweiten Bezug E2’ an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz 2 während des zweiten Zeithorizonts T2 unter Berücksichtigung der in den Schritten S21 und S22 ermittelten Werte fest. Im einfachsten Fall kann die Steuereinrichtung 7 schlichtweg die Summe bilden.
Zusätzlich kann die Steuereinrichtung 7 entsprechend der Darstellung in FIG 5 über das Internet 10 mit einer Energiebörse 11 verbunden sein. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 7 entsprechend der Darstellung in FIG 6 in einem Schritt S31 für eine Anzahl von Abschnitten des zweiten Zeithorizonts T2 (beispielsweise bei einer Länge des zweiten Zeitabschnitts T2 von 1 Stunde für vier Abschnitte von jeweils einer Stunde) jeweils eine Anzahl an Anforderungen Ai (mit i = 1 , 2, 3 usw.) für den Bezug an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz 2 ermitteln. Die Anforderungen Ai umfassen jeweils eine gewünschte Menge Mi an elektrischer Energie und jeweilige Bedingungen Ci, beispielsweise einen gewünschten Maximalpreis. In der Regel sind die Anforderungen Ai gestaffelt, d.h. sie unterscheiden sich zumindest im jeweils zugeordneten gebotenen Maximalpreis. Die jeweils angeforderten Mengen Mi an elektrischer Energie sind in der Regel ebenfalls voneinander verschieden, können aber im Einzelfall auch gleich sein.
In der Regel berücksichtigt die Steuereinrichtung 7 bei der Festlegung der Anforderungen Ai den erwarteten Endzustand Z6’ des elektrischen Energiespeichers 6 und/oder Betriebsgrenzen des elektrischen Energiespeichers 6. Wenn beispielsweise damit gerechnet werden muss, dass der elektrische Energiespeicher 6 am Ende des ersten Zeithorizonts T1 nahezu leer ist, muss für den zweiten Zeithorizont T2 ein relativ großer Bezug E2’ an elektrischer Energie gesichert werden, damit das Gesamtsystem zuverlässig weiter betrieben werden kann. In diesem Fall muss der Betreiber des Gesamtsystems bereit sein, einen relativ hohen Preis für die elektrische Energie zu zahlen. Wenn hingegen damit gerechnet werden kann, dass der elektrische Energiespeicher 6 am Ende des ersten Zeithorizonts T1 nahezu voll ist, muss für den zweiten Zeithorizont T2 nur ein relativ kleiner Bezug E2’ an elektrischer Energie gesichert werden, damit das Gesamtsystem zuverlässig weiter betrieben werden kann. Für relativ große Mengen an elektrischer Energie kann daher ein sehr geringer Maximalpreis geboten werden.
In ähnlicher Weise kann die Steuereinrichtung 7 bei der Festlegung der Anforderungen Ai Betriebsgrenzen des elektrischen Energiespeichers 6 berücksichtigen. Wenn - beispielsweise - während des zweiten Zeithorizonts T2 der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 6 um maximal 30 % geändert werden kann, ist es nicht sinnvoll, eine Menge Mi an elektrischer Energie anzufordern, welche im Ergebnis eine Änderung des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers 6 um mehr als 30 % bewirken würde.
Gegebenenfalls kann die Steuereinrichtung 7 bei der Festlegung der Anforderungen Ai auch eine erwartete Verfügbarkeit V (siehe FIG 1 an elektrischer Energie berücksichtigen, die für über den zweiten Zeithorizont T2 hinausreichende Zeiträume erwartet wird. Die erwartete Verfügbarkeit V kann der Steuereinrichtung 7 vorgegeben werden oder von der Steuereinrichtung 7 ermittelt werden. Die Ermittlung der erwarteten Verfügbarkeit V - die im Ergebnis eine Vermutung oder Abschätzung ist - kann die Steuereinrichtung 7 gegebenenfalls aufgrund historischer Daten über die erwartete Verfügbarkeit V, also im Ergebnis die tatsächliche Verfügbarkeit während vergleichbarer vergangener Zeiträume, und/oder einer Wettervorhersage vornehmen. Aufgrund der Berücksichtigung der erwarteten Verfügbarkeit V können beispielsweise - innerhalb gewisser Grenzen - Anforderungen Ai abgegeben werden, bei denen bestimmte Mengen Mi an elektrischer Energie mit geringeren Maximalpreisen kombiniert werden, wenn mit hinreichender Wahrscheinlichkeit damit gerechnet werden kann, dass die Preise für elektrische Energie kurz nach dem zweiten Zeithorizont T2 fallen. Es kann sozusagen etwas riskiert werden.
In einem Schritt S32 gibt die Steuereinrichtung 7 die von ihr ermittelten Anforderungen Ai an der Energiebörse 11 ab. In einem Schritt S33 nimmt die Steuereinrichtung 7 für die Anforderungen Ai Antworten Ri entgegen. Die Antworten Ri enthalten jeweils die Information, ob für die entsprechende Anforderung Ai der Bezug der angeforderten Menge Mi an elektrischer Energie unter Erfüllung der jeweils zugeordneten Bedingungen Ci von der Energiebörse 11 zugesagt wird oder nicht.
In einem Schritt S34 übernimmt die Steuereinrichtung 7 sodann diejenigen Anforderungen Ai, bei denen der Bezug der angeforderten Mengen Mi an elektrischer Energie unter Erfüllung der jeweils zugeordneten Bedingungen Ci von der Energiebörse 11 zugesagt wird, für den jeweiligen Abschnitt des zweiten Zeithorizonts T2 als zweiten Bezug E2’ an elektrischer Energie. Die geplanten ersten Betriebsweisen B1 , B4 sind Betriebsweisen, mit denen die entsprechenden Teilsysteme 1 , 4 während des ersten Zeithorizonts T1 nach Möglichkeit betrieben werden. In der Praxis können bei der Festlegung der geplanten ersten Betriebsweisen B1 , B4 jedoch nicht alle Sachverhalte vollständig berücksichtigt werden. Es bleiben stets gewisse Sachverhalte unberücksichtigt. Beispielsweise kann im Falle eines Walzwerks als Anlage 1 der Grundstoffindustrie ein Walzgut etwas wärmer oder etwas kälter als geplant sein, so dass Walzkräfte, Walzmomente und der zugehörige Bedarf an elektrischer Energie variieren.
Die Steuereinrichtung 7 prüft daher auch während des ersten Zeithorizonts T1 gemäß FIG 7 in einem Schritt S41 , ob beim tatsächlichen Betrieb der weiteren Teilsysteme 1 , 4 und auch beim Betrieb des elektrischen Energiespeichers 6 Betriebsgrenzen des elektrischen Energiespeichers 6 (beispielsweise maximale Ströme oder ein minimaler oder ein maximaler Ladungszustand) während des verbleibenden Teils des ersten Zeithorizonts T1 eingehalten werden. Anders ausgedrückt: Die Planung wurde so vorgenommen, dass die Betriebsgrenzen eingehalten werden. Aufgrund der unberücksichtigten Sachverhalte erfolgt nunmehr jedoch ein anderer Betrieb des elektrischen Energiespeichers 6 als angenommen. Daher ist es nunmehr möglich, dass trotz der Planung und beispielsweise auch trotz der Berücksichtigung gewisser Reserven bei der Planung die Betriebsgrenzen des elektrischen Energiespeichers 6 nicht mehr eingehalten werden.
Ergibt die Prüfung des Schrittes S41 , dass die Betriebsgrenzen eingehalten werden, ergreift die Steuereinrichtung 7, soweit es den geplanten ersten Bezug E2 an elektrischer Energie betrifft, keine weitergehenden Maßnahmen. Insbesondere behält sie den geplanten ersten Bezug E2 an elektrischer Energie unverändert bei. Ergibt die Prüfung des Schrittes S41 hingegen, dass die Betriebsgrenzen nicht eingehalten werden, ändert die Steuereinrichtung 7 in einem Schritt S42 die geplanten ersten Betriebsweisen B1 , B4 - selbstverständlich nur für die Zukunft, vorliegend also den verbleibenden Teil des ersten Zeithorizonts T1 - ab. Beispielsweise kann eine Walzgeschwindigkeit angepasst werden oder kann eine Produktion an Wasserstoff angepasst werden. Alternativ oder zusätzlich ändert die Steuereinrichtung 7 in einem Schritt S43 den geplanten ersten Bezug E2 an elektrischer Energie ab, auch hier selbstverständlich nur für die Zukunft, vorliegend also den verbleibenden Teil des ersten Zeithorizonts T1. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 7 an der Energiebörse 11 für mindestens einen Teilbereich des verbleibenden Teils des ersten Zeithorizonts T1 direkt einen gewissen Bezug an elektrischer Energie nachkaufen oder zurückgeben. Sowohl beim Schritt S42 als auch beim Schritt S43 sind die ergriffenen Maßnahmen darauf gerichtet, dass die Betriebsgrenzen des elektrischen Energiespeichers 6 eingehalten werden. Der Schritt S3 kann analog zu den Vorgehensweisen der FIG 4 und 6 implementiert sein.
Vorliegend wurde eine Ausgestaltung erläutert, bei welcher das Gesamtsystem als Teilsysteme
1 , 4, 6 ausschließlich die Anlage 1 der Grundstoffindustrie, die Elektrolyseanlage 4 und den elektrischen Energiespeicher 6 aufweist. Das Gesamtsystem kann jedoch gemäß FIG 8 auch noch andere Teilsysteme 12, 13, 14 umfassen. Diese Teilsysteme 12, 13, 14 sind, sofern sie vorhanden sind, weitere Teilsysteme im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Beispielsweise kann das Gesamtsystem einen Wasserstoffspeicher 12 umfassen. Der Wasserstoffspeicher 12 kann als Speicher im engeren Sinne ausgebildet sein, also als dedizierter Wasserstoffspeicher. Auch das Leitungsnetz, über das Wasserstoff transportiert wird, weist jedoch eine gewisse Speicherkapazität auf und kann als Wasserstoffspeicher 12 dienen. Der Wasserstoffspeicher 12 ist, sofern er vorhanden ist, zum Aufnehmen von Wasserstoff direkt oder indirekt mit der Elektrolyseanlage 4 verbunden und zum Abgeben von Wasserstoff direkt oder indirekt mit der Anlage 1 verbunden. Aufgrund des Wasserstoffspeichers 12 sind der Betrieb der Anlage 1 und der Elektrolyseanlage 4 flexibler gestaltbar.
Sofern der Wasserstoffspeicher 12 vorhanden ist, ist es möglich, dass der von der Elektrolyseanlage 4 erzeugte Wasserstoff stets dem Wasserstoffspeicher 12 zugeführt wird und der von der Anlage 1 gegebenenfalls benötigte Wasserstoff stets von dem Wasserstoffspeicher 12 geliefert wird, so dass der Wasserstoffspeicher 12 sozusagen als Umschlagstation für den Wasserstoff dient. Es ist aber weiterhin auch eine direkte Verbindung der Anlage 1 und der Elektrolyseanlage 4 möglich.
Alternativ oder zusätzlich kann das Gesamtsystem eine Stromerzeugungseinrichtung 13 umfassen, beispielsweise eine Windenergieanlage oder eine Photovoltaikanlage. In diesem Fall ist die Stromerzeugungseinrichtung 13 zur Übertragung elektrischer Energie direkt oder indirekt mit den übrigen elektrische Energie aufnehmenden oder abgebenden Teilsystemen 1, 4, 6 und auch dem elektrischen Versorgungsnetz 2 verbunden. Ein für die Stromerzeugungseinrichtung 13 meist erforderlicher Umrichter kann als Bestandteil der Stromerzeugungseinrichtung 13 angesehen werden. Er ist in FIG 1 nicht mit dargestellt. Vorzugsweise ist die Zuführung elektrischer Energie von der Stromerzeugungseinrichtung 13 zu den Teilsystemen 1, 4, 6 ohne Umweg über das Versorgungsnetz 2 möglich.
Sofern der Wasserstoffspeicher 12 und/oder die Stromerzeugungseinrichtung 13 vorhanden sind, müssen die Vorgehensweisen der FIG 2, 4 und 6 um die Berücksichtigung der entsprechenden Anfangszustände, Betriebsweisen, Ansteuerung und Endzustände dieser beiden Teilsysteme 12, 13 erweitert und ergänzt werden.
Vor allem aber kann das Gesamtsystem - zusätzlich zum elektrischen Energiespeicher 6 - als weiteres Teilsystem einen weiteren elektrischen Energiespeicher 14 umfassen. Zur sprachlichen Unterscheidung voneinander wird der weitere elektrische Energiespeicher 14 nachfolgend stets als solcher bezeichnet, während der elektrische Energiespeicher 6, der bereits in Verbin- dung mit FIG 1 erläutert wurde, soweit erforderlich als der andere elektrische Energiespeicher 6 bezeichnet wird.
Der weitere elektrische Energiespeicher 14 ist mit den übrigen Teilsystemen 1 , 4, 6 usw. und dem elektrischen Versorgungsnetz 2 direkt oder indirekt elektrisch verbunden. Der weitere elektrische Energiespeicher 14 ist weiterhin unabhängig von dem anderen elektrischen Energiespeicher 6 betreibbar. Es ist also unabhängig vom anderen Energiespeicher 6 einstellbar, ob und in welchem Umfang dem weiteren Energiespeicher 14 elektrische Energie zugeführt wird bzw. ob und in welchem Umfang der weitere elektrische Energiespeicher 14 elektrische Energie abgibt. Zu diesem Zweck ist für den weiteren elektrischen Energiespeicher 14 in der Regel eine eigene bidirektional betreibbare Umrichtereinheit vorhanden. Diese Umrichtereinheit ist in FIG 8 nicht mit dargestellt. Sie wird vielmehr als Bestandteil des weiteren elektrischen Energiespeichers 14 angesehen.
Aufgrund des Vorhandenseins des weiteren elektrischen Energiespeichers 14 wird die vorstehend in Verbindung mit FIG 2 erläuterte Betriebsweise des Gesamtsystems modifiziert. Dies wird nachstehend in Verbindung mit FIG 9 näher erläutert.
Eine Modifikation, die stets vorhanden ist, ist - selbstverständlich - dass die Vorgehensweise auch den weiteren elektrischen Energiespeicher 14 mit berücksichtigt. Der Steuereinrichtung 7 sind also auch ein aktueller Teilzustand Z14 für den weiteren elektrischen Energiespeicher 14 bekannt (siehe den Schritt S1 in FIG 9). Weiterhin ist der Steuereinrichtung 7 sowohl für den ersten Zeithorizont T 1 (siehe den Schritt S2 in FIG 9) eine geplante erste Betriebsweise B14 als auch für den zweiten Zeithorizont T2 eine geplante zweite Betriebsweise B14’ für den weiteren elektrischen Energiespeicher 14 bekannt. Auch werden der Teilzustand Z14 analog zu den übrigen Teilzuständen Z1 , Z4, Z6 verwertet und die Betriebsweisen B14 und B14’ analog zu den anderen ersten und zweiten Betriebsweisen B1 , B4, BT, B4’ der weiteren Teilsysteme 1 , 4 verwertet (vergleiche beispielsweise die Schritte S8, S9, S11 und S12 in FIG 9). Der aktuelle Teilzustand Z14 kann - selbstverständlich für den weiteren elektrischen Energiespeicher 14 - die gleichen Größen umfassen wie der Teilzustand Z6 des elektrischen Energiespeichers 6.
Eine weitere Modifikation, die zwar nicht zwingend gegeben ist, aber im Regelfall gegeben sein wird, besteht in der Art und Weise, auf welche der Steuereinrichtung 7 die zweite Betriebsweise B14’ für den weiteren elektrischen Energiespeicher 14 bekannt wird. Denn gemäß FIG 9 ist zwischen den Schritten S5 und S6 ein Schritt S51 vorhanden. Im Schritt S51 legt die Steuereinrichtung 7 unter Verwertung der geplanten zweiten Betriebsweisen BT, B4’ der weiteren Teilsysteme 1 , 4 - also der weiteren Teilsysteme 1 , 4 mit Ausnahme des weiteren elektrischen Energiespeichers 14 - die geplante zweite Betriebsweise B14 des weiteren Energiespeichers 14 fest. Gegebenenfalls können in die Ermittlung des Schrittes S51 auch Zustände der weiteren Teilsysteme 1 , 4 (einschließlich des weiteren elektrischen Energiespeichers 14) eingehen, die für den Übergang vom ersten zum zweiten Zeithorizont T1, T2 erwartet werden. Diese Zustände können, sofern erforderlich, aus den korrespondierenden aktuellen Zuständen Z1 , Z4 und den zugehörigen ersten Betriebsweisen B1, B4 ermittelt werden. In jedem Fall aber führt die Steuereinrichtung 7 den Schritt S6, in dem sie den geplanten zweiten Bezug E2’ an elektrischer Energie festlegt, erst nach dem Schritt S51 aus.
Aufgrund des weiteren elektrischen Energiespeichers 14 kann weiterhin die Vorgehensweise von FIG 7 so modifiziert werden, wie dies nachstehend in Verbindung mit FIG 10 erläutert wird.
Gemäß FIG 10 prüft die Steuereinrichtung 7 während des ersten Zeithorizonts T1 in einem Schritt S61 , ob beim tatsächlichen Betrieb der weiteren Teilsysteme 1, 4 (mit Ausnahme des weiteren elektrischen Energiespeichers 14) der elektrische Energiebedarf der weiteren Teilsysteme 1 , 4 von einem Energiebedarf gemäß der entsprechenden geplanten ersten Betriebsweisen B1, B4 abweicht.
Sofern der Energiebedarf nicht abweicht, geht die Steuereinrichtung 7 zu einem Schritt S62 über. Im Schritt S62 behält die Steuereinrichtung 7 die geplanten ersten Betriebsweisen B6, B14 beider elektrischer Energiespeicher 6, 14 unverändert bei. Die geplante erste Betriebsweise B6 des elektrischen Energiespeichers 6 ist zuvor basierend auf dem geplanten ersten Bezug E2 an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz 2 ermittelt worden. Somit behält die Steuereinrichtung 7 insbesondere auch den geplanten ersten Bezug E2 an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz 2 unverändert bei.
Sofern der Energiebedarf hingegen abweicht, geht die Steuereinrichtung 7 zu einem Schritt S63 über. Im Schritt S63 prüft die Steuereinrichtung 7, ob durch eine Abänderung der geplanten ersten Betriebsweise B14 und/oder der geplanten ersten Betriebsweise B6 - selbstverständlich unter Berücksichtigung der Betriebsgrenzen der beiden elektrischen Energiespeicher 6, 14 - der geplante erste Bezug E2 an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz 2 beibehalten werden kann. Wenn der geplante erste Bezug E2 an elektrischer Energie beibehalten werden kann, geht die Steuereinrichtung 7 zu einem Schritt S64 über, in dem sie die geplante erste Betriebsweise B6 und/oder die geplante erste Betriebsweise B14 entsprechend abändert. Jedoch behält die Steuereinrichtung 7 im Schritt S64 den geplanten ersten Bezug E2 an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz 2 weiterhin unverändert bei. Auch werden die ersten Betriebsweisen B1 , B4 der weiteren Teilsysteme 1, 4 nur soweit geändert, wie dies aufgrund der aufgetretenen Störungen unbedingt erforderlich ist.
Durch die Ausführung des Schrittes S64 kann beispielsweise erreicht werden, dass der weitere elektrische Energiespeicher 14 die Störung kurzfristig überbrückt. Gegebenenfalls kann zusätzlich auch die Betriebsweise des anderen elektrischen Energiespeichers 14 geändert werden. Im weiteren Verlauf kann dann - beispielsweise - der Zustand des weiteren elektrischen Energie- Speichers 14 wieder an den Zustand angenähert werden, den er ohne die Störung hätte. All dies geschieht jedoch ohne Abänderung der aus dem Versorgungsnetz 2 bezogenen elektrischen Energie.
Wenn hingegen der geplante erste Bezug E2 an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz 2 auch bei einer Abänderung der geplanten ersten Betriebsweise B14 und/oder der geplanten ersten Betriebsweise B6 nicht beibehalten werden kann, geht die Steuereinrichtung 7 zu einem Schritt S65 über. Im Schritt S65 ändert die Steuereinrichtung 7 nicht nur (im Rahmen der Möglichkeiten) die geplanten ersten Betriebsweisen B6, B14 der beiden elektrischen Energiespeicher 6, 14 ab. Vielmehr ändert die Steuereinrichtung 7 im Schritt S65 auch den geplanten ersten Bezug E2 an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz 2 und/oder die geplanten ersten Betriebsweisen B1 , B4 der anderen weiteren Teilsysteme 1 , 4 ab. Die Abänderung erfolgt derart, dass die Betriebsgrenzen der beiden elektrischen Energiespeicher 6, 14 eingehalten werden. In manchen Fällen kann es sinnvoll sein, die Abänderung auch derart vorzunehmen, dass auch der geplante erste Bezug E2 an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz 2 möglichst wenig geändert wird. In anderen Fällen ist es möglich, dass dies nicht zielführend ist und daher unberücksichtigt bleiben kann.
Das Gesamtsystem kann zusätzlich auch noch andere weitere Teilsysteme umfassen. Dies ist in FIG 1 nicht dargestellt. Auch in diesem Fall müssen die Vorgehensweisen der FIG 2, 4 und 6 um die Berücksichtigung der entsprechenden Anfangszustände, Betriebsweisen, Ansteuerung und Endzustände dieser Teilsysteme erweitert und ergänzt werden.
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Aufgrund der vorherigen Festlegung und späteren Realisierung des Bezugs E2’ an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz 2 sind die Kosten für die elektrische Energie zuverlässig bekannt. Insbesondere durch die Teilnahme an der Internetbörse 11 können die Kosten für die elektrische Energie sogar minimiert werden. Auch die Einbindung beispielsweise längerfristiger Bezugsverträge oder einer eigenen Stromerzeugungseinrichtung 13 ist ohne weiteres möglich.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste
1 Anlage
2 Versorgungsnetz
3 Umrichter
4 Elektrolyseanlage
5 Gleichrichter
6 Energiespeicher
7 Steuereinrichtung
8 Steuerprogramm
9 Maschinencode
10 Internet
11 Energiebörse
12 Wasserstoffspeicher
13 Stromerzeugungseinrichtung
14 weiterer Energiespeicher
Ai Anforderungen
B1 , B4, B6, B14 erste Betriebsweisen
BT, B4’, B6’, B14’ zweite Betriebsweisen
Ci Bedingungen
ET, E4’ Bedarfe an elektrischer Energie
E2, E2’ Bezüge an elektrischer Energie
Mi Mengen an elektrischer Energie
Ri Antworten
S1 bis S65 Schritte
T1 , T2 Zeithorizonte tO, t1 , t2 Zeitpunkte
V Verfügbarkeit
Z1 , Z4, Z6, Z14 aktuelle Zustände
Z6’ erwarteter Endzustand
Z6* Sollzustand
ÖZ6 Differenz

Claims

Ansprüche
1. Betriebsverfahren für ein Gesamtsystem,
- wobei das Gesamtsystem als ein Teilsystem einen elektrischen Energiespeicher (6) und weitere Teilsysteme (1 , 4) umfasst,
- wobei die weiteren Teilsysteme (1 , 4) eine Anlage (1) der Metallindustrie umfassen,
- wobei die Anlage (1) der Metallindustrie und der elektrische Energiespeicher (6) zur Übertragung elektrischer Energie direkt oder indirekt miteinander und mit einem elektrischen Versorgungsnetz (2) verbunden sind,
- wobei einer das Gesamtsystem steuernden Steuereinrichtung (7) aktuelle Zustände (Z1 , Z4, Z6) der Teilsysteme (1 , 4, 6) bekannt sind,
- wobei der Steuereinrichtung (7), bezogen auf einen ersten Zeithorizont (T1), ein geplanter erster Bezug (E2) an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz (2) und geplante erste Betriebsweisen (B1 , B4) der weiteren Teilsysteme (1 , 4) bekannt sind,
- wobei die Steuereinrichtung (7) basierend auf dem geplanten ersten Bezug (E2) und den geplanten ersten Betriebsweisen (B1 , B4) einen auf das Ende des ersten Zeithorizonts (T1) bezogenen erwarteten Endzustand (Z6’) des elektrischen Energiespeichers (6) ermittelt,
- wobei die Steuereinrichtung (7) unter Berücksichtigung des erwarteten Endzustands (Z6’) des elektrischen Energiespeichers (6) und der Steuereinrichtung (7) bekannter, für einen sich an den ersten Zeithorizont (T1) unmittelbar anschließenden zweiten Zeithorizont (T2) geplanter zweiter Betriebsweisen (BT, B4’) der weiteren Teilsysteme (1 , 4) einen geplanten zweiten Bezug (E2’) an elektrischer Energie festlegt,
- wobei die Steuereinrichtung (7) die weiteren Teilsysteme (1 , 4) während des ersten und zweiten Zeithorizonts (T 1 , T2) basierend auf den geplanten ersten und zweiten Betriebsweisen (B1 , B4, BT, B4’) betreibt und aus dem Versorgungsnetz (2) während des ersten und zweiten Zeithorizonts (T 1 , T2) gemäß des geplanten ersten Bezugs (E2) und des festgelegten zweiten Bezugs (E2’) an elektrischer Energie elektrische Energie bezieht,
- wobei die Steuereinrichtung (7) zum Festlegen des geplanten zweiten Bezugs (E2’) an elektrischer Energie basierend auf den geplanten zweiten Betriebsweisen (BT, B4’) einen Bedarf (ET, E4’) an elektrischer Energie für den Betrieb der weiteren Teilsysteme (1 , 4) während des zweiten Zeithorizonts (T2) ermittelt und den zweiten Bezug (E2’) an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz (2) während des zweiten Zeithorizonts (T2) unter Berücksichtigung des Bedarfs (ET, E4’) an elektrischer Energie für den Betrieb der weiteren Teilsysteme (1 , 4) während des zweiten Zeithorizonts (T2) und des erwarteten Endzustands (Z6’) des elektrischen Energiespeichers (6) und eines für das Ende des zweiten Zeithorizonts (T2) gewünschten Sollzustands (Z6*) des elektrischen Energiespeichers (6) festlegt.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtsystem als weiteres Teilsystem (14) einen weiteren elektrischen Energiespeicher (14) umfasst.
3. Betriebsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) zunächst unter Verwertung der geplanten zweiten Betriebsweisen (BT, B4’) der weiteren Teilsysteme (1 , 4) mit Ausnahme des weiteren elektrischen Energiespeichers (14) die geplante zweite Betriebsweise (B14’) des weiteren Energiespeichers (14) festlegt und erst dann den geplanten zweiten Bezug (E2’) an elektrischer Energie festlegt.
4. Betriebsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung
- während des ersten Zeithorizonts (T1) prüft, ob aufgrund unberücksichtigter Sachverhalte der elektrische Energiebedarf der weiteren Teilsysteme (1 , 4) mit Ausnahme des weiteren elektrischen Energiespeichers (14) von einem Energiebedarf gemäß der geplanten ersten Betriebsweisen (B1 , B4) abweicht,
- in dem Fall, dass der Energiebedarf nicht abweicht, die geplante erste Betriebsweise (B14) des weiteren elektrischen Energiespeichers (14) und eine basierend auf dem geplanten ersten Bezug (E2) an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz (2) geplante erste Betriebsweise (B6) des elektrischen Energiespeichers (6) beibehält und
- in dem Fall, dass der Energiebedarf abweicht,
-- vorrangig die geplante erste Betriebsweise (B14) des weiteren elektrischen Energiespeichers (14) und/oder die geplante erste Betriebsweise (B6) des elektrischen Energiespeichers (6) abändert, so dass der geplante erste Bezug (E2) an elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz (2) beibehalten wird, und nur dann, wenn Betriebsgrenzen des elektrischen Energiespeichers (6) und/oder des weiteren elektrischen Energiespeichers (14) nicht eingehalten werden können, die geplanten ersten Betriebsweisen (B1 , B4) der weiteren Teilsysteme (1 , 4) mit Ausnahme des weiteren elektrischen Energiespeichers (14) und/oder den geplanten ersten Bezug (E2) an elektrischer Energie derart abändert, dass die Betriebsgrenzen des elektrischen Energiespeichers (6) und des weiteren elektrischen (14) Energiespeichers eingehalten werden.
5. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3,, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) - während des ersten Zeithorizonts (T1) prüft, ob trotz unberücksichtigter Sachverhalte während des verbleibenden Teils des ersten Zeithorizonts (T1) Betriebsgrenzen des elektrischen Energiespeichers (6) eingehalten werden,
- in dem Fall, dass die Betriebsgrenzen eingehalten werden, den geplanten ersten Bezug (E2) an elektrischer Energie beibehält und
- in dem Fall, dass die Betriebsgrenzen nicht eingehalten werden, die geplanten ersten Betriebsweisen (B1, B4) und/oder den geplanten ersten Bezug (E2) an elektrischer Energie derart abändert, dass die Betriebsgrenzen des elektrischen Energiespeichers (6) eingehalten werden.
6. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass das Gesamtsystem als weiteres Teilsystem eine Elektrolyseanlage (4) umfasst,
- dass die Elektrolyseanlage (4) zur Übertragung elektrischer Energie direkt oder indirekt mit der Anlage (1) der Metallindustrie, dem elektrischen Energiespeicher (6) und dem elektrischen Versorgungsnetz (2) verbunden ist,
- dass die aktuellen Zustände (Z1 , Z4, Z6) einen aktuellen Zustand (Z4) der Elektrolyseanlage (4) umfassen und
- dass die geplanten ersten und zweiten Betriebsweisen (B1 , B4) eine jeweilige Betriebsweise (B4, B4’) für die Elektrolyseanlage (4) umfassen.
7. Steuerprogramm für eine Steuereinrichtung (7) für ein Gesamtsystem,
- wobei das Gesamtsystem als ein Teilsystem einen elektrischen Energiespeicher (6) und weitere Teilsysteme (1, 4) umfasst,
- wobei die weiteren Teilsysteme (1 , 4) eine Anlage (1) der Metallindustrie umfassen,
- wobei die Anlage (1) der Metallindustrie und der elektrische Energiespeicher (6) zur Übertragung elektrischer Energie direkt oder indirekt miteinander und mit einem elektrischen Versorgungsnetz (2) verbunden sind,
- wobei das Steuerprogramm Maschinencode (9) umfasst, der von der Steuereinrichtung (7) abarbeitbar ist,
- wobei die Abarbeitung des Maschinencodes (9) durch die Steuereinrichtung (7) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (7) das Gesamtsystem gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche steuert.
8. Steuereinrichtung für ein Gesamtsystem,
- wobei das Gesamtsystem als ein Teilsystem einen elektrischen Energiespeicher (6) und weitere Teilsysteme (1, 4) umfasst,
- wobei die weiteren Teilsysteme (1 , 4) eine Anlage (1) der Metallindustrie umfassen, - wobei die Anlage (1) der Metallindustrie und der elektrische Energiespeicher (6) zur Übertragung elektrischer Energie direkt oder indirekt miteinander und mit einem elektrischen Versorgungsnetz (2) verbunden sind,
- wobei die Steuereinrichtung mit einem Steuerprogramm (8) nach Anspruch 7 programmiert ist, so dass die Steuereinrichtung bei Abarbeitung des Maschinencodes (9) des Steuerprogramms (8) das Gesamtsystem gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 steuert.
9. Gesamtsystem, - wobei das Gesamtsystem als ein Teilsystem einen elektrischen Energiespeicher (6) und weitere Teilsysteme (1 , 4) umfasst,
- wobei die weiteren Teilsysteme (1 , 4) eine Anlage (1) der Metallindustrie umfassen,
- wobei die Anlage (1) der Metallindustrie und der elektrische Energiespeicher (6) zur Übertragung elektrischer Energie direkt oder indirekt miteinander und mit einem elektrischen Ver- sorgungsnetz (2) verbunden sind,
- wobei das Gesamtsystem eine Steuereinrichtung (7) nach Anspruch 8 umfasst, die bei Abarbeitung des Maschinencodes (9) eines Steuerprogramms (8) von Anspruch 7 das Gesamtsystem gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 steuert.
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