EP4754850A1 - Dezentrales energie-management - Google Patents

Dezentrales energie-management

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EP4754850A1
EP4754850A1 EP24762312.7A EP24762312A EP4754850A1 EP 4754850 A1 EP4754850 A1 EP 4754850A1 EP 24762312 A EP24762312 A EP 24762312A EP 4754850 A1 EP4754850 A1 EP 4754850A1
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EP
European Patent Office
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electrical energy
electrical
supply module
battery
energy supply
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Pending
Application number
EP24762312.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Wycisk
Thomas Scholz
Carsten Nagel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energieversorgung in einem Inselnetz (1), das Inselnetz (1) umfassend ein erstes elektrisches Energieversorgungsmodul (6) und ein zweites elektrisches Energieversorgungsmodul (7), bei denen jeweils Energie sowohl von einer Batterie (8) direkt als auch über einen DC/DC-Wandler (9) von einer Brennstoffzelle (9), als auch von Batterie (8) und Brennstoffzelle (10) gemeinsam bereitgestellt wird, wobei elektrische Energiequelle (4) des Inselnetzes (1) auf Grundlage der Daten der jeweils übrigen elektrischen Energiequellen (4) und der elektrischen Lasten (5) jeweils ihren eigenen Sollwert berechnen und diesen Sollwert den jeweils übrigen elektrischen Energiequellen (4) mitteilen, wobei bei Bedarf der Betriebsstatus des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls (6) geändert wird, sodass es nicht länger für die Netzversorgung zur Verfügung steht und die Batterie (8) des ersten Energieversorgungsmoduls (6) bis zu einem vorher bestimmten Ladezustand geladen wird, wobei parallel dazu der Betriebsstatus des zweiten elektrischen Energieversorgungsmoduls (7) geändert wird, sodass es für die Netzversorgung zur Verfügung steht, um eine angeforderte Netzlast zu decken. Die Erfindung betrifft ferner ein Inselnetz (1).

Description

Beschreibung
Dezentrales Energie-Management
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energieversorgung in einem Inselnetz sowie ein Inselnetz.
Inselnetze, z.B. auf Schiffen, insbesondere Spezialschiffen oder auch Landanlagen, benötigen hohe Netzverfügbarkeiten um auch bei Teilausfällen von Systemen oder Teilsystemen ein erhöhtes Risiko für die ausgeführte betriebliche Operation (z.B. dynamisches Positionieren von Schiffen, Arbeiten an Of f shore-Anlagen, Versorgung von Rechenanlagen, etc.) zu vermeiden. Umweltauflagen erhöhen zusätzlich die Anforderungen an Effizienz und Vermeidung schädlicher Abgase. Dies führt immer häufiger zu einer bevorzugten Betrachtung von Brennstoffzellen und Energiespeichern zum Vorhalten und Bereitstellen der erforderlichen Energie für elektrische Antrieben, z.B. für die Propulsion von Schiffen, und andere hochverfügbare Aggregate und Komponenten. Da die Charakteristik der Brennstoffzelle als Energiewandler sich von den traditionellen Generatoren-Sät zen unterscheidet, muss, im Sinne von Betriebssicherheit, Verfügbarkeit und Lebensdauer, der Systemaufbau und die diesbezügliche Regelung den neuen Anforderungen gerecht werden.
Energiespeicher wie Batterien werden über bidirektionale DC/AC Wandler in ein AC-Netz eingespeist bzw. geladen. Im DC- Netz findet man Batterien teilweise direkt mit dem DC-Bus oder aber über DC/DC-Steller mit diesem gekoppelt. Bei der direkten Kopplung folgt der Energiefluss dem Ladezustand der Batterie versus der Zwischenkreisspannung, wobei die Zwischenkreisspannung entsprechend den Anforderungen der Batterie eingestellt werden muss. Am Wandler (AC/DC oder DC/DC) wird, den Vorgaben an den Ladezustand der Speicher (SOC) entsprechend dem zentralen „Power Management System (PMS)" oder der Regelung folgend, aktiv geladen und entladen. Brennstoffzellen werden entweder mittels „PMS" über die Lastanforderung aus dem Netz oder über den Ladezustand der Batterie ( SOG ) geregelt . Dabei wirkt sich die Dynamik in der Veränderung der Last negativ auf die Lebensdauer der Brennstof f zellen aus .
Oft werden deshalb die Lastanforderung an die Brennstof f zellen mit Energiespeichern (Batterien) gedämpft , wie in der US 11 , 621 , 432 B2 of fenbart .
Aufgabe der Erfindung ist es , ein insbesondere im Hinblick auf die Lebensdauer der beteiligten Komponenten verbessertes Verfahren zur Energieversorgung in einem Inselnetz mit Brennstof f zellen und Batterien als elektrische Energiequellen bereitzustellen . Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es , ein entsprechendes Inselnetz anzugeben .
Die Erfindung löst die auf ein Verfahren zur Energieversorgung in einem Inselnetz mit Brennstof f zellen und Batterien als elektrische Energiequellen gerichtete Aufgabe , indem sie vorsieht , dass bei einem derartigen Verfahren zur Energieversorgung in einem Inselnetz , das Inselnetz umfassend elektrische Leitungen und mehrere mit den elektrischen Leitungen koppelbare elektrische Einheiten, welche elektrische Energiequellen oder elektrische Lasten sein können, wobei die elektrischen Energiequellen ein erstes elektrisches Energieversorgungsmodul und ein zweites elektrisches Energieversorgungsmodul umfassen, bei denen j eweils Energie sowohl von einer Batterie direkt als auch über einen DC/DC-Wandler von einer Brennstof f zelle , als auch von Batterie und Brennstof f zelle gemeinsam bereitgestellt wird, wobei die elektrischen Energiequellen des Inselnetzes j eweils den übrigen elektrischen Energiequellen im Inselnetz Daten wie ihre j eweiligen Istwerte , Reserven und Minimalsollwerte bekannt geben, wobei die elektrischen Lasten des Inselnetzes Daten wie ihren I stwert und ihren erreichbaren Maximalwert im Inselnetz bekannt geben und wobei die elektrischen Energiequellen des Inselnetzes auf Grundlage der Daten der j eweils übrigen elektrischen Energiequellen und der elektrischen Lasten j eweils ihren eigenen Sollwert berechnen und diesen Sollwert den j eweils übrigen elektrischen Energiequellen mitteilen, wobei für das erste elektrische Energieversorgungsmodul ein Ladezustand seiner Batterie ermittelt wird und ein Arbeitspunkt seiner Brennstof f zelle bzw . ein Arbeitspunkt seines DC/DC-Wandlers in Abhängigkeit vom Ladezustand seiner Batterie gesteuert wird, wobei bei Unterschreiten einer unteren Ladungsgrenze der Batterie des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls eine Leistung der Brennstof f zelle des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls erhöht wird, bis die Batterie des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls in den Ladezustand wechselt oder bis die Brennstof f zelle des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls eine obere Leistungsgrenze erreicht hat und, falls dies nicht genügt , um die Batterie des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls zu laden, der Betriebsstatus des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls geändert wird, sodass es nicht länger für die Netzversorgung zur Verfügung steht und die Batterie des ersten Energieversorgungsmoduls bis zu einem vorher bestimmten Ladezustand geladen wird, wobei parallel dazu der Betriebsstatus des zweiten elektrischen Energieversorgungsmoduls geändert wird, sodass es für die Netzversorgung zur Verfügung steht , um eine angeforderte Netzlast zu decken .
In der vorliegenden Erfindung wird der Begri f f "Batterie" im weiteren Sinne verwendet , was bedeutet , dass er als Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis zu verstehen ist .
Die Erfindung geht davon aus , dass in einem Inselnetz Brennstof f zellen und Batterien in einem Energieversorgungsmodul zusammengefasst werden und dass innerhalb j edes Energieversorgungsmoduls mittels eines Energiemanagementsystems der Ladezustand der Batterie in einem definierten Bereich gehalten und eine zu hohe Dynamik bzgl . der Brennstof f zelle vermieden wird . Dabei kann Energie sowohl aus der Batterie oder einem anderen Energiespeicher als auch aus der Brennstof f zelle dem Netz zur Verfügung gestellt werden . Bei Überschreitung eines maximalen Ladezustandes wird die Brennstof f zelle auf ihre Minimallast heruntergefahren und Energie ausschließlich dem Energiespeicher entnommen . Bei Unterschreitung der minimalen Ladung des Speichers wird die Leistung der Brennstof f zelle erhöht , bis diese ihre Maximalleistung erreicht hat . Gemäß der Erfindung wird nun, sollten die beschriebenen Maßnahmen nicht ausreichen, die Batterie zu laden, der Betriebsstatus des entsprechenden elektrischen Energieversorgungsmoduls auf „of f" gesetzt und das elektrische Energieversorgungsmodul steht dem Inselnetz so lange nicht zur Verfügung, bis ein definierter Ladezustand erreicht ist . Parallel dazu wird ein anderes elektrisches Energieversorgungsmodul auf das Inselnetz geschaltet , um die angeforderte Netzlast zu decken . Mit Erreichen des definierten Ladezustandes wird der Betriebsstatus des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls wieder auf „on" gesetzt , sodass dieses elektrische Energieversorgungsmodul zur Netzversorgung wieder zur Verfügung steht . Dies lässt sich besonders flexibel umsetzen, wenn die elektrischen Einheiten und insbesondere die elektrischen Energiequellen zu j eder Zeit über die gleichen Informationen verfügen sowie diese Informationen lokal , d . h . j ede elektrische Einheit für sich, und mittels gleicher Algorithmen auswerten . Mit j eder Anmeldung eines elektrischen Energieversorgungsmoduls im Inselnetz erhält dieses entsprechend definierte Parameter der anderen elektrischen Energieversorgungsmodule im Inselnetz ( z . B . Betriebsstunden, theoretisch verbleibende Lebensdauer etc . ) sowie ggf . eine Priorität , sodass die elektrischen Energieversorgungsmodule entsprechend der Leistungsanforderung der Lasten im Netz und entsprechend ihrer Priorität zugeschaltet werden .
Es ist vorteilhaft , wenn mit Erreichen einer oberen Ladungsgrenze der Batterie des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls , der Betriebsstatus des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls so eingestellt wird, so dieses wieder für die Netzversorgung zur Verfügung steht . Indem das erste Energieversorgungsmodul wieder für die Netzversorgung zur Verfügung steht , wird eine kontinuierliche Stromversorgung eher gewährleistet . Auch kann die Stromnachfrage im Inselnetz variieren, j e nach Tages zeit , Wetterbedingungen oder anderen Faktoren . Steht das erste Energieversorgungsmodul wieder zur Verfügung, kann das Netz besser auf Schwankungen in der Stromnachfrage reagieren .
Vorteilhafter Weise werden Daten einer elektrischen Einheit den übrigen elektrischen Einheiten, oder zumindest den elektrischen Energiequellen zeitgesteuert und in Zyklen mitgeteilt und auf Grundlage der Daten und mittels eines den elektrischen Einheiten verfügbaren Algorithmus ' die elektrischen Einheiten des Inselnetzes gesteuert . Durch eine gut koordinierte Datenübermittlung werden potenzielle Überlastungssituationen oder Engpässe vermieden . Dies begünstigt die Aufrechterhaltung einer konsistenten Systemleistung und gewährleitstet einen stabilen Betrieb . Alle elektrischen Einheiten des Inselnetzes können auf Grundlage ihrer eigenen Parameter und der zurückgemeldeten Parameter der anderen elektrischen Einheiten ihre Sollwerte ausrechnen und ihre Grenzen einhalten . Es erfolgt keine zentrale Berechnung oder Steuerung der elektrischen Einheiten . Die elektrischen Einheiten berechnen j ede für sich die j eweils gültigen Anforderungen . Das funktioniert , weil in j eder elektrischen Einheit die gleichen j eweils relevanten Algorithmen zum Tragen kommen .
Es ist zweckmäßig, wenn eine Priorisierung der elektrischen Einheiten dynamisch angepasst wird . In einem Stromnetz können sich die Anforderungen und Belastungen im Laufe der Zeit ändern . Durch die dynamische Priorisierung können Netzverantwortliche die Lasten besser ausgleichen und Engpässe verhindern . Die Priorisierung kann so angepasst werden, dass Spitzenlastzeiten oder besondere Anforderungen optimal bewältigt werden, beispielsweise indem kritische Komponenten priorisiert werden . Ferner sind Energiequellen und Verbraucher in einem modernen Stromnetz oft viel fältig und dezentral verteilt . Eine statische Priorisierung könnte die Fähigkeit des Netzes einschränken, auf sich ändernde Umstände zu reagieren . Die dynamische Anpassung ermöglicht es , neue Einheiten oder Technologien in das Netz zu integrieren und diese optimal zu nutzen . Insbesondere im Hinblick auf die Integration erneuer- barer Energien wie Wind- und Solarenergie in das Stromnetz wird die Dynamik der Stromerzeugung variabler . Eine dynamische Priorisierung kann dazu beitragen, die Schwankungen in der Stromerzeugung aus zugleichen und die Netzstabilität aufrecht zuerhalten .
Auf einem Schi f f ist es vorteilhaft , wenn durch Auswahlen eines Fahrprofils die Priorisierung vorgegeben wird . Beispielsweise könnten in einem Profil mit maximaler Energieef fi zienz entsprechende Energiequellen vorrangig betrieben werden . Anders ist es im Manöverbetrieb bei Schi f fen der Kriegsmarine . Dort ist eine zuverlässige und stabile Energiequelle nötig, auch wenn dies auf Kosten der Umwelt oder der Ökonomie geschieht . Umgekehrt ist es im Hafen, wo nur minimale Emissionen toleriert werden . Verschiedene Betriebs zustände können als feste Modi hinterlegt werden und die entsprechenden Anzahlen von „Power Units" bereitgehalten werden .
Zweckmäßiger Weise wird mittels einer Prioritätenliste die Priorisierung der elektrischen Einheiten definiert . Diese Prioritätenliste kann vorteilhafter Weise aufgrund einer Betriebsstundenauswertung der elektrischen Einheiten angepasst werden .
Vorteilhafter Weise wird eine Redundanz forderung definiert und bei Unterschreiten einer vorgegebenen Grenze im Inselnetz wird der Betriebsstatus mindestens einer ungenutzten elektrischen Energiequelle geändert , sodass sie für die Netzversorgung zur Verfügung steht , um eine angeforderte Redundanz zu decken . Durch die entsprechend dem erwarteten Betriebsprofil ausgelegte Anzahl und Leistungsgröße der elektrischen Energiequellen lässt sich j eder Betriebs zustand mit hinreichender Aus fallsicherheit entsprechend den Vorgaben abbilden . Gleichzeitig lassen sich die Brennstof f zellen ( lebensdauer- ) optimal betreiben .
Schließlich ist es vorteilhaft , wenn maschinelles Lernen zur
Optimierung der Betriebsparameter der elektrischen Energie- versorgungsmodule eingesetzt wird . Die Optimierung von Brennstof f zellen-Leistung zum Ladezustand der j eweiligen Batterie kann mittels KI kontinuierlich angepasst werden . Dafür überwacht die KI , wie oft die Brennstof f zelle ihre Leistung ändern muss , um den Ladezustand der Batterie im zulässigen Betriebsbereich zu halten und verändert hierfür die Vorgaben der Brennstof f zelle vorrausschauend .
Die auf ein Inselnetz gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Inselnetz umfassend elektrische Leitungen und mehrere mit den elektrischen Leitungen koppelbare elektrische Einheiten, welche elektrische Energiequellen oder elektrische Lasten sein können, wobei die elektrischen Energiequellen ein erstes elektrisches Energieversorgungsmodul und ein zweites elektrisches Energieversorgungsmodul umfassen, bei denen j eweils Energie sowohl von einer Batterie direkt als auch über einen DC/DC-Wandler von einer Brennstof f zelle , als auch von Batterie und Brennstof f zelle gemeinsam bereitgestellt werden kann, wobei die elektrischen Energiequellen des Inselnetzes so konfiguriert sind, dass sie j eweils den übrigen elektrischen Energiequellen im Inselnetz Daten wie ihre j eweiligen I stwerte , Reserven und Minimalsollwerte bekannt geben, wobei die elektrischen Lasten des Inselnetzes j eweils so konfiguriert sind, dass sie Daten wie ihren I stwert und ihren erreichbaren Maximalwert im Inselnetz bekannt geben und wobei die elektrischen Energiequellen des Inselnetzes so konfiguriert sind, dass sie auf Grundlage der Daten der j eweils übrigen elektrischen Energiequellen und der elektrischen Lasten j eweils ihren eigenen Sollwert berechnen und diesen Sollwert den j eweils übrigen elektrischen Energiequellen mitteilen, wobei das erste elektrische Energieversorgungsmodul so konfiguriert ist , dass ein Ladezustand seiner Batterie ermittelt wird und ein Arbeitspunkt seiner Brennstof f zelle bzw . ein Arbeitspunkt seines DC/DC-Wandlers in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie gesteuert wird, wobei bei Unterschreiten einer unteren Ladungsgrenze der Batterie des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls eine Leistung der Brennstof f zelle des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls erhöht wird, bis die Batterie in den Ladezustand wechselt oder bis die Brennstof f zelle eine obere Leistungsgrenze erreicht hat , wobei , falls dies nicht genügt , um die Batterie des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls zu laden, der Betriebsstatus des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls geändert wird, sodass es nicht länger für die Netzversorgung zur Verfügung steht und die Batterie des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls bis zu einem vorher bestimmten Ladezustand geladen wird, wobei parallel dazu der Betriebsstatus eines zweiten elektrischen Energieversorgungsmoduls geändert wird, sodass es für die Netzversorgung zur Verfügung steht , um eine angeforderte Netzlast zu decken .
In Energieversorgungsnetzen nach dem Stand der Technik gab es üblicherweise eine zentrale , hochredundante Steuereinheit , die sich um das Power Management gekümmert hat . I st diese ausgefallen oder die Kommunikation mit dieser, das Netz nur noch im „Not-Modus" , musste per Hand gefahren werden oder Teile fielen ganz aus .
Gemäß der Erfindung entfällt die zentrale Steuerung, indem die beteiligten Einheiten j eweils mit gleichen relevanten Algorithmen und im gesamten Netz bekannten Daten aller beteiligten Einheiten die Regelung übernehmen . Es können mehrere Einheiten aus fallen, ohne dass es zu einer signi fikanten Beeinträchtigung der Steuerfunktionen im Inselnetz kommt . Darüber hinaus können Priorisierungen und Redundanzen vorgegeben werden und sind im Betrieb anpassbar .
Eine Kombination aus verschiedensten Energiequellen, Speichern, Verbrauchern ist ebenfalls möglich . D . h . die Zusammensetzung der Netze hinsichtlich Art und Anzahl der einzelnen Module ist frei konfigurierbar .
Insbesondere im Hinblick auf die Verwendung von Batterien und Brennstof f zellen schlägt die Erfindung eine Lösung vor, welche die Dynamik von Brennstof f zellen und die Lebensdauer von Batterien berücksichtigt . Bisher wurden die Batterien immer zentral einzelnen Netzteilen zugeordnet . Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden Brennstof f zelle und Batterie mit ihrer Steuerung zusammengefasst und werden als Einheit dem Netz zugeordnet . Dadurch ist die Leistungserzeugung j e nach Einsatzprofil und auch die Redundanz im Netz frei konfigurierbar .
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert . Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich :
Figur 1 eine vereinfachte Darstellung eines elektrischen Energieverteilungsnetzes mit mehreren elektrischen Energiequellen und elektrischen Verbrauchern und
Figur 2 ein Energieversorgungsmodul mit Batterie und Brennstof f zelle .
Die Figur 1 zeigt schematisch und beispielhaft ein elektrisches Inselnetz 1 nach der Erfindung . In dieser Abbildung wird die gewählte Netzwerktopologie als Bus dargestellt . Es ist wichtig fest zuhalten, dass auch andere Netzwerktopologien wie Ring, vermaschtes Netz , Baum und weitere denkbare Varianten erfolgreich Anwendung finden können . In der Möglichkeit , unterschiedliche Netzwerktopologien anzuwenden, um den spezifischen Anforderungen und Gegebenheiten der j eweiligen Anwendungsumgebung gerecht zu werden of fenbart sich die Vielseitigkeit der Erfindung .
Das Inselnetz 1 im Aus führungsbeispiel der Figur 1 umfasst elektrische Leitungen 2 und mehrere über elektrische Leitungen 2 und mittels Schalter 11 in das Inselnetz 1 koppelbare elektrische Einheiten 3 , welche elektrische Energiequellen 4 oder elektrische Lasten 5 bzw . Verbraucher sein können . Im Aus führungsbeispiel der Figur 1 umfasst das Inselnetz 1 als Energiequellen 4 einen Dieselgenerator 12 , eine Dampfturbine 13 , einen Wellengenerator 14 , ein erstes Energieversorgungsmodul 6 und ein zweites Energieversorgungsmodul 7 , das baugleich mit dem ersten Energieversorgungsmodul 6 sein kann . Die Figur 2 zeigt schematisch und beispielhaft ein erstes Energieversorgungsmodul 6 . Das erste Energieversorgungsmodul
6 umfasst Verbraucheranschlüsse 15 , eine Batterie 8 , die direkt an die Verbraucheranschlüsse 15 koppelt , eine Brennstof f zelle 10 , die über einen DC/DC-Wandler 9 an die Verbraucheranschlüsse 15 koppelt , sowie ein Energiemanagementsystem 16 , mit dem der Arbeitspunkt der Brennstof f zelle 10 , bzw . der Arbeitspunkt des DC/DC-Wandlers 9 in Abhängigkeit von einem Ladezustand der Batterie 8 steuerbar sind . Das erste elektrisches Energieversorgungsmodul 6 kann auf verschiedene Arten Energie ins Inselnetz 1 liefern . Die Energie kann entweder von seiner Batterie 8 direkt oder über seinen DC/DC-Wandler 8 von seiner Brennstof f zelle 9 oder von Batterie 8 und Brennstof f zelle 10 gemeinsam bereitgestellt werden . Die interne Steuerung des ersten Energieversorgungsmoduls 6 erfolgt über ein Bus-System 17 , welches für die Kommunikation zwischen dem Energiemanagementsystem 16 und einem Batteriemanagementsystem 18 , für die Kommunikation zwischen dem Energiemanagementsystem 16 und einer Brennstof f zellensteuerung 19 und für die Kommunikation zwischen dem Energiemanagementsystem 16 und dem DC/DC-Wandler 9 sorgt . Alle für den Betrieb des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls 6 notwendigen Daten, wie z . B . aus der Strommessung an den Verbraucheranschlüssen 15 , Steuerwerte , Warnungen und Fehlermeldungen werden über dieses Bus-System 17 übertragen . Das elektrische Energieversorgungsmodul 6 arbeitet autark und kann j e nach Bedarf problemlos in ein Netz integriert werden, beispielsweise auch mit mehreren bezüglich einer Steuerung voneinander unabhängigen, parallelgeschalteten elektrischen Energieversorgungsmodule 6 ,
7 .
Das erste elektrische Energieversorgungsmodul 6 ist gemäß der Erfindung so konfiguriert , dass ein Ladezustand seiner Batterie 8 ermittelt wird und ein Arbeitspunkt seiner Brennstof fzelle 9 bzw . ein Arbeitspunkt seines DC/DC-Wandlers 9 in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie 8 gesteuert wird . Bei Unterschreiten einer unteren Ladungsgrenze der Batterie 8 des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls 6 wird eine Leistung der Brennstof f zelle 10 des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls 6 erhöht , bis die Batterie 8 in den Ladezustand wechselt oder bis die Brennstof f zelle 10 eine obere Leistungsgrenze erreicht hat . Genügt dies nicht , um die Batterie 8 des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls 6 zu laden, wird der Betriebsstatus des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls 6 geändert , sodass es nicht länger für die Netzversorgung zur Verfügung steht und die Batterie 8 des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls 6 wird bis zu einem vorher bestimmten Ladezustand geladen, wobei parallel dazu der Betriebsstatus eines zweiten elektrischen Energieversorgungsmoduls 7 geändert wird, sodass es für die Netzversorgung zur Verfügung steht , um eine angeforderte Netzlast zu decken .
Gemäß der Erfindung sind die elektrischen Energiequellen 4 des Inselnetzes 1 so konfiguriert , dass sie j eweils den übrigen elektrischen Energiequellen 4 im Inselnetz 1 Daten wie ihre j eweiligen I stwerte , Reserven und Minimalsollwerte bekannt geben, wobei die elektrischen Lasten 5 des Inselnetzes 1 j eweils so konfiguriert sind, dass sie Daten wie ihren I stwert und ihren erreichbaren Maximalwert im Inselnetz 1 bekannt geben und wobei die elektrischen Energiequellen 4 des Inselnetzes 1 so konfiguriert sind, dass sie auf Grundlage der Daten der j eweils übrigen elektrischen Energiequellen 4 und der elektrischen Lasten 5 j eweils ihren eigenen Sollwert berechnen und diesen Sollwert den j eweils übrigen elektrischen Energiequellen 4 mitteilen .
Ein Inselnetz 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist keineswegs auf das spezi fische Aus führungsbeispiel gemäß Figur 1 beschränkt . Die Erfindung umfasst eine Viel zahl von möglichen Ausgestaltungen und Variationen, die von der in Figur 1 dargestellten Aus führung abweichen können . Das dezentrale Energiemanagement des Inselnetzes 1 bietet die Möglichkeit , problemlos weitere elektrische Energiequellen 4 und elektrische Lasten 5 in das System zu integrieren . Dies gilt sowohl für elektrische Einheiten 3 gleicher Art als auch für verschiedene Arten elektrischer Einheiten 3 . Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein breites Spektrum von Anwendungen und technischen Umsetzungen . Durch diese Flexibilität können alternative Topologien und Anordnungen geschaffen werden, die den spezi fischen Anforderungen und Bedürfnissen der j eweiligen Umgebung oder Anwendung besser entspre- chen .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Energieversorgung in einem Inselnetz (1) , das Inselnetz (1) umfassend elektrische Leitungen (2) und mehrere mit den elektrischen Leitungen (2) koppelbare elektrische Einheiten (3) , welche elektrische Energiequellen (4) oder elektrische Lasten (5) sind, wobei die elektrischen Energiequellen (4) ein erstes elektrisches Energieversorgungsmodul (6) und ein zweites elektrisches Energieversorgungsmodul (7) umfassen, bei denen jeweils Energie sowohl von einer Batterie (8) direkt als auch über einen DC/DC-Wandler (9) von einer Brennstoffzelle (9) , als auch von Batterie (8) und Brennstoffzelle (10) gemeinsam bereitgestellt wird, wobei die elektrischen Energiequellen (4) des Inselnetzes (1) jeweils den übrigen elektrischen Energiequellen (4) im Inselnetz (1) Daten wie ihre jeweiligen Istwerte, Reserven und Minimalsollwerte bekannt geben, wobei die elektrischen Lasten (5) des Inselnetzes (1) Daten wie ihren Istwert und ihren erreichbaren Maximalwert im Inselnetz (1) bekannt geben und wobei die elektrischen Energiequellen (4) des Inselnetzes (1) auf Grundlage der Daten der jeweils übrigen elektrischen Energiequellen (4) und der elektrischen Lasten (5) jeweils ihren eigenen Sollwert berechnen und diesen Sollwert den jeweils übrigen elektrischen Energiequellen (4) mitteilen, wobei für das erste elektrische Energieversorgungsmodul (6) ein Ladezustand seiner Batterie (8) ermittelt wird und ein Arbeitspunkt seiner Brennstoffzelle (10) bzw. ein Arbeitspunkt seines DC/DC- Wandlers (9) in Abhängigkeit vom Ladezustand seiner Batterie (8) gesteuert wird, wobei bei Unterschreiten einer unteren Ladungsgrenze der Batterie (8) des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls (6) eine Leistung der Brennstoffzelle (10) des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls (6) erhöht wird, bis die Batterie (8) des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls (6) in den Ladezustand wechselt oder bis die Brennstoffzelle (10) des erstem elektrischen Energieversorgungsmoduls (6) eine obere Leistungsgrenze erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, dass, falls dies nicht genügt, um die Batterie (8) des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls (6) zu laden, der Betriebsstatus des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls (6) geändert wird, sodass es nicht länger für die Netzversorgung zur Verfügung steht und die Batterie (8) des ersten Energieversorgungsmoduls (6) bis zu einem vorher bestimmten Ladezustand geladen wird, wobei parallel dazu der Betriebsstatus des zweiten elektrischen Energieversorgungsmoduls (7) geändert wird, sodass es für die Netzversorgung zur Verfügung steht, um eine angeforderte Netzlast zu decken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mit Erreichen einer oberen Ladungsgrenze der Batterie (8) des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls (6) , der Betriebsstatus des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls (6) so eingestellt wird, dass dieses wieder für die Netzversorgung zur Verfügung steht.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Daten einer elektrischen Einheit (3) den übrigen elektrischen Einheiten (3) zeitgesteuert und in Zyklen mitgeteilt werden und auf Grundlage der Daten und mittels eines den elektrischen Einheiten (3) verfügbaren Algorithmus' die elektrischen Einheiten (3) des Inselnetzes (1) gesteuert werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Priorisierung der elektrischen Einheiten (3) dynamisch angepasst wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verfahren die Energieversorgung auf einem Schiff betrifft und durch Auswählen eines Fahrprofils die Priorisierung vorgegeben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei mittels einer Prioritätenliste die Priorisierung definiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Priorisierung aufgrund einer Betriebsstundenauswertung der elektrischen Einheiten (3) angepasst wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Redundanzforderung definiert wird und bei Unterschreiten einer vorgegebenen Grenze im Inselnetz (1) der Betriebsstatus mindestens einer ungenutzten elektrischen Energiequelle (4) geändert wird, sodass sie für die Netzversorgung zur Verfügung steht, um eine angeforderte Redundanz zu decken.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei maschinelles Lernen zur Optimierung der Betriebsparameter der elektrischen Energieversorgungsmodule (6, 7) eingesetzt wird.
10. Ein Inselnetz (1) umfassend elektrische Leitungen (2) und mehrere mit den elektrischen Leitungen (2) koppelbare elektrische Einheiten (3) , welche elektrische Energiequellen (4) oder elektrische Lasten (5) sein können, wobei die elektrischen Energiequellen (4) ein erstes elektrisches Energieversorgungsmodul (6) und ein zweites elektrisches Energieversorgungsmodul (7) umfassen, bei denen jeweils Energie sowohl von einer Batterie (8) direkt als auch über einen DC/DC-Wandler (8) von einer Brennstoffzelle (9) , als auch von Batterie (8) und Brennstoffzelle (10) gemeinsam bereitgestellt werden kann, wobei die elektrischen Energiequellen (4) des Inselnetzes (1) so konfiguriert sind, dass sie jeweils den übrigen elektrischen Energiequellen (4) im Inselnetz (1) Daten wie ihre jeweiligen Istwerte, Reserven und Minimalsollwerte bekannt geben, wobei die elektrischen Lasten (5) des Inselnetzes (1) jeweils so konfiguriert sind, dass sie Daten wie ihren Istwert und ihren erreichbaren Maxi- malwert im Inselnetz (1) bekannt geben und wobei die elektrischen Energiequellen (4) des Inselnetzes (1) so konfiguriert sind, dass sie auf Grundlage der Daten der jeweils übrigen elektrischen Energiequellen (4) und der elektrischen Lasten (5) jeweils ihren eigenen Sollwert berechnen und diesen Sollwert den jeweils übrigen elektrischen Energiequellen (4) mitteilen, wobei das erste elektrische Energieversorgungsmodul (6) so konfiguriert ist, dass ein Ladezustand seiner Batterie (8) ermittelt wird und ein Arbeitspunkt seiner Brennstoffzelle
(9) bzw. ein Arbeitspunkt seines DC/DC-Wandlers (9) in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie (8) gesteuert wird, wobei bei Unterschreiten einer unteren Ladungsgrenze der Batterie (8) des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls (6) eine Leistung der Brennstoffzelle (10) des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls (6) erhöht wird, bis die Batterie (8) in den Ladezustand wechselt oder bis die Brennstoffzelle (10) eine obere Leistungsgrenze erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, dass, falls dies nicht genügt, um die Batterie (8) des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls (6) zu laden, der Betriebsstatus des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls (6) geändert wird, sodass es nicht länger für die Netzversorgung zur Verfügung steht und die Batterie (8) des ersten elektrischen Energieversorgungsmoduls (6) bis zu einem vorher bestimmten Ladezustand geladen wird, wobei parallel dazu der Betriebsstatus eines zweiten elektrischen Energieversorgungsmoduls (7) geändert wird, sodass es für die Netzversorgung zur Verfügung steht, um eine angeforderte Netzlast zu decken.
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