KR20210046789A - 조정된 조화된 조건들에서 에너지 서브-시스템들 사이의 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법； 제어 센터； 에너지 시스템； 컴퓨터 프로그램； 및 저장 매체 - Google Patents
조정된 조화된 조건들에서 에너지 서브-시스템들 사이의 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법； 제어 센터； 에너지 시스템； 컴퓨터 프로그램； 및 저장 매체 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 서로와의 에너지의 교환 사이에서의 에너지의 교환을 위해 각각 연결된 다수의 에너지 서브-시스템들(3)을 갖는 에너지 시스템(1)에서 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 에너지의 교환을 제어하기 위한 개선된 방법을 제공하기 위해, 다음의 단계들이 제공된다: 제어 센터(2)를 통해 에너지 서브-시스템들(3)로부터 개개의 입력 데이터(6)를 수신하는 단계 － 입력 데이터(6)는 에너지를 수신 및/또는 제공하기 위한 대응하는 에너지 서브-시스템(3)의 개개의 지불 보상 조건들을 포함함 －; 제어 센터(2)를 통해 에너지 시스템(1)의 모든 에너지 서브-시스템들(3)의 입력 데이터(6)에 기반하여 최적의 조건들(7)을 결정하는 단계; 및 최적의 조건들(7)에 기반하여 에너지 서브-시스템들(3) 사이의 에너지의 교환을 제어하는 단계.
Description
본 발명은, 에너지(energy)를 교환하려는 목적을 위해 서로 각각 연결된 다수의 에너지 서브시스템(subsystem)들을 갖는 에너지 시스템(system)에서 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 게다가, 제어 센터(center), 및 다수의 에너지 서브시스템들 및 제어 센터를 갖는 에너지 시스템에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 컴퓨터 프로그램(computer program) 및 저장 매체를 포함한다.
전기 에너지는 항상 균형잡힌 비율로 전기 그리드(grid) 상에서 생산 및 소비될 필요가 있다. 전기 에너지에 대한 적당한 그리드-기반 저장 능력들은 특히, 전기 에너지가 소비되는 것과 동시에 전기 에너지가 생산될 필요가 있다는 것을 의미한다. 특히, 분산형 소규모 전력 스테이션(station)들, 예컨대 광발전(photovoltaic) 시설들, 열병합 유닛(unit)들, 바이오가스(biogas) 시설들, 전력 생성용 풍력 터빈(turbine)들 및 정지형 저장 시스템들, 특히 배터리(battery) 저장소들의 구축은 간단하고 효율적인 제어 또는 피드백(feedback) 제어를 필요로 한다.
따라서, 전기 에너지의 교환을 제어하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
이러한 목적은 독립 특허 청구항들에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 유리한 실시예들 및 편리한 개발들이 하위청구항들의 대상이다.
본 발명의 제1 양상은 에너지를 교환하려는 목적을 위해 서로 각각 연결된 다수의 에너지 서브시스템들을 갖는 에너지 시스템에서 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
- 제어 센터가 에너지 서브시스템들로부터 개개의 공급 데이터(data)를 수신하는 단계 － 공급 데이터는 에너지를 수신 및/또는 제공하기 위한 적용가능한 에너지 서브시스템의 개개의 보수 조건(remuneration condition)들을 포함함 －,
- 제어 센터가 에너지 시스템의 모든 에너지 서브시스템들의 공급 데이터에 기반하여 최적의 조건들을 결정하는 단계, 및
- 최적의 조건들에 기반하여 에너지 서브시스템들 사이의 에너지의 교환을 제어하는 단계.
에너지는 특히 전기 에너지이다. 그러나, 대안적으로, 에너지는 뜨겁거나 차가울 수 있다. 다시 말하면, 용어 "에너지"는, 예컨대 "전기 에너지", "열 에너지" 또는 "냉열 에너지(cold energy)"를 의미한다. 아래의 텍스트(text)는 "전기 에너지"를 지칭한다. 이것은 본 발명을 제한하도록 의도되지 않으며; 반대로, 전기 에너지에 관련된 아래의 실시예들 모두는 다른 에너지 형태들에 또한 유사하게 적용된다.
전술된 에너지 시스템은 제어 센터 및 다수의 에너지 서브시스템들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 에너지 서브시스템들이 개개의 제어 유닛에 의해 제어되는 것이 가능하다. 이러한 경우, 제어 센터와의 개개의 에너지 서브시스템의 통신은 개개의 에너지 서브시스템의 적용가능한 제어 유닛에 의해 달성된다. 이러한 경우, 에너지 시스템은, 예컨대 제어 센터 및 에너지 서브시스템들 각각에 대한 다수의 제어 유닛들을 포함할 수 있다. 이어서, 공급 데이터는 에너지 서브시스템들의 개개의 제어 유닛들로부터 수신될 수 있다. 에너지 서브시스템들 사이의 전기 에너지의 교환은 에너지 서브시스템들의 개개의 제어 유닛들을 제어함으로써 제어될 수 있다.
에너지 서브시스템들은 각각, 단일 가구(household)에 걸쳐, 단일 빌딩(building)에 걸쳐 또는 공장에 걸쳐 확장될 수 있다. 에너지 서브시스템들 각각은, 예컨대 다음의 시설들, 즉 광발전 시설, 바이오가스 시설들, 열병합 유닛, 전기 에너지 저장소(특히, 정지형 배터리 저장소), 전기 자동차, 풍력 발전기 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 부가적으로, 에너지 서브시스템들은 전기 에너지의 순수한 소비자들, 이를테면 예컨대, 산업용 시설들, 요리 기구들, 세탁기들 또는 임의적인 가전 제품들을 포함할 수 있다. 에너지 시스템은, 예컨대 구역, 도시, 커뮤니티(community), 지역 또는 다른 방식으로 정의된 구역의 에너지 서브시스템들로부터 형성될 수 있다. 특히, 적합한 크기의 영역에 걸쳐 에너지 시스템이 확장되기 위한 규정(provision)이 존재한다. 특히, 다수의 물리적으로 분리된 에너지 시스템들이 국가에서 공존하기 위한 규정이 존재한다. 제어 센터는 에너지 시스템의 중앙 서버(server)일 수 있다. 서버는, 예컨대 인터넷(Internet)을 통해 에너지 서브시스템들과, 특히 그의 제어 유닛들과 통신할 수 있다. 제어 센터가 반드시 에너지 시스템에 의해 커버(cover)되는 구역에 있을 필요는 없다.
공급 데이터는 보수 조건들을 표시할 수 있으며, 그 보수 조건들 하에서, 개개의 에너지 서브시스템은 전기 에너지를 수신 및/또는 제공하도록 준비된다. 보수 조건들은, 예컨대 에너지의 양에 대한 가격을 포함할 수 있다. 따라서, 예컨대, 공급 데이터는 특정 가격의 특정 양의 에너지에 대한 견적(quote) 또는 특정 가격의 특정 양의 에너지에 대한(즉, 이를 구매하기 위한) 수요를 포함한다.
모든 에너지 서브시스템들의 개개의 공급 데이터는 제어 센터가 최적의 조건들을 결정하기 위한 기반으로서 취해진다. 다시 말하면, 어느 보수 조건들에 대해 최적이 미리 결정된 기준에 따라 달성되는지가 결정된다. 이어서, 이들 보수 조건들은 최적의 조건들로서 결정 또는 규정될 수 있다.
후속하여, 에너지 서브시스템들 사이의 전기 에너지의 교환은 최적의 조건들에 따라 제어된다. 부가적으로, 전기 에너지의 교환의 제어는 에너지 서브시스템들의 개개의 공급 데이터에 따라 제어될 수 있다. 예컨대, 최적의 조건들은, (특히, 미리 결정된 기준에 따라) 에너지의 교환을 위해 최적이 달성되는 가격을 표현한다. 이어서, 에너지 서브시스템들 사이의 전기 에너지의 교환은 최적의 조건들에 의해 규정된 가격으로 그리고 공급 데이터에 의해 규정된 에너지의 양들에 따라 달성될 수 있다. 일반적으로, 전기 에너지의 교환의 제어는, 개별 에너지 서브시스템들이 공급 데이터에 의한 수신 또는 제공을 위해 식별된 그 에너지의 양을 정확하게 제공하거나 그 이상을 제공하지 않도록 달성될 수 있다. 특히, 전기 에너지의 교환은, 에너지 서브시스템들 각각이 공급 데이터에 따라 최적의 조건들에 대응하는 보수 조건들에 대해 규정된 그 에너지의 양을 수신 또는 제공하도록 제어된다.
일 전개에 따르면, 최적의 조건들의 결정이 전기 에너지의 최대화된 교환을 고려함으로써 수행되기 위한 규정이 존재한다. 다시 말하면, 에너지 서브시스템들 사이의 전기 에너지의 교환이 최대화되도록 최적의 조건들이 결정된다. 이는 수학적 최적화 문제의 방식으로 달성될 수 있다. 에너지의 교환을 최대화하는 것은 에너지 시스템의 효율이 증가되게 허용한다.
일 전개에 따르면, 적어도 하나의 보수 조건에 대한 요구되는 또는 제공되는 양의 에너지가 개개의 에너지 서브시스템의 공급 데이터에 기반하여 수신되기 위한 규정이 존재한다. 다시 말하면, 에너지 서브시스템이 적어도 하나의 보수 조건에 대해 제공하거나 요구하는 에너지의 양은 개개의 에너지 서브시스템의 공급 데이터에 기반하여 수신된다. 특히, 상이한 보수 조건들에 대한 개개의 요구되는 또는 제공되는 양들의 에너지는 공급 데이터에 기반하여 수신된다. 예컨대, 수신은, 제1 양의 에너지가 제1 가격에 대해 요구되고 제2 양의 에너지가 제2 가격에 대해 요구되도록 이루어진다. 특히, 제2 가격이 제1 가격보다 낮으면, 제2 양의 에너지는 제1 양의 에너지보다 크다. 대안적으로, 공급 데이터는, 개개의 에너지 서브시스템이 제3 가격에 대해 제3 양의 에너지를 수신하고 제4 가격에 대해 제4 양의 에너지를 제공한다고 결정하는 데 사용될 수 있으며, 제4 가격은 제3 가격보다 높다.
일 전개에 따르면, 제어 센터가 공급 데이터를 결합시켜 이를 최적의 조건들의 결정을 수행하기 위한 기반으로서 취하기 위한 규정이 존재한다. 다시 말하면, 특히 모든 에너지 서브시스템들의 모든 공급 데이터에 기반하여, 최적의 조건들이 형성된다.
일 전개에 따르면, 제어 센터가 에너지 서브시스템들에 의해 제공되는 에너지의 총량 및 상이한 보수 조건들에 대하여 에너지 서브시스템들에 의해 요구되는 에너지의 총량을 결정하기 위한 기반으로서 공급 데이터를 취하기 위한 규정이 존재한다. 예컨대, 어떤 총량의 에너지가 어떤 가격으로 에너지 서브시스템들에 의해 제공되는지 및 어떤 총량의 에너지가 어떤 가격으로 에너지 서브시스템들에 의해 요구되는지가 결정된다. 특히, 이러한 인스턴스(instance) 수단의 총계는 모든 에너지 서브시스템들에 걸쳐 또는 모든 에너지 서브시스템들의 공급 데이터에 걸쳐 누적되었다. 따라서, 제공되는 에너지의 총량 및 요구되는 에너지의 총량에 대한 값들의 개개의 테이블(table)들 및/또는 개개의 추세가 보수 조건에 기반하여, 특히 에너지의 양 당 가격에 기반하여 결정되는 것이 가능하다. 다시 말하면, 제공되는 에너지의 총량 및 요구되는 에너지의 총량은 각각, 보수 조건들, 특히 에너지의 양 당 가격의 함수일 수 있다. 이는 에너지 서브시스템들의 수요 및 공급의 특히 유리한 개요를 초래한다.
일 전개에 따르면, 개개의 공급 데이터가 개개의 에너지 서브시스템에 대한 가격 탄력성 곡선을 포함하기 위한 규정이 존재한다. 그러한 가격 탄력성 곡선은 보수 조건들, 특히 에너지의 양 당 가격의 함수로서 개개의 에너지 서브시스템에 의해 제공되는 또는 요구되는 전기 에너지의 양을 표시할 수 있다. 가격 탄력성 곡선은, 음의 값 범위로 표현되는 에너지의 요구되는 양 및 양의 값 범위로 표현되는 에너지의 제공되는 양을 수반할 수 있다. 대안적으로, 에너지의 요구되는 양은 양의 값 범위로 또한 표현될 수 있고, 에너지의 제공되는 양은 음의 값 범위로 표현될 수 있다. 일반적으로, 에너지의 요구되고 제공되는 양들은 그들의 산술적 부호에 기반하여 구별될 수 있다. 이는, 공급 조건들을 특히 유리하게 표시하는 것이 가능하게 하는 것을 초래한다.
공급 데이터는, 예컨대 가격 탄력성 곡선들을 추가함으로써 결합될 수 있다. 따라서, 제어 센터가 에너지 서브시스템들의 가격 탄력성 곡선들을 결합, 특히 추가하기 위한 전개에 따른 규정이 존재한다. 이러한 목적을 위해, 가격 탄력성 곡선들은 각각, 에너지의 요구되는 양을 표현하는 영역 및 에너지의 제공되는 양을 표현하는 영역으로 분할될 수 있다. 이어서, 이들 2개의 영역들은 각각, 제공되는 에너지의 총량 및 요구되는 에너지의 총량에 별개로 추가될 수 있다. 이는, 제공되는 에너지의 총량 및 요구되는 에너지의 총량을 특히 유리하게 특성화하는 2개의 가격 탄력성 곡선들을 초래한다.
일 전개에 따르면, 최적의 조건들이 에너지 서브시스템들 각각에 대해 동일한 보수 조건들을 규정하기 위한 규정이 존재한다. 특히, 에너지 서브시스템들 사이의 전기 에너지의 교환은 에너지가 각각의 경우에서 동일한 보수 조건들, 즉 최적의 조건들에 따라 교환되는 것을 초래한다는 것이 규정된다. 다시 말하면, 최적의 조건들은 에너지 시스템의 모든 에너지 서브시스템들에 대한 보수 조건들로서 결부된다. 예컨대, 모든 에너지 서브시스템들은 최적의 조건들에 의해 미리 정의된 동일한 가격으로 개개의 양의 에너지를 교환한다.
일 전개에 따르면, 언급된 방법 단계들 각각이 연속적인 이산 시간 간격들 동안 연속적으로 수행되기 위한 규정이 존재한다. 이러한 경우, 특히, 개개의 공급 데이터가 시간 간격들 각각 동안 제어 센터에 의해 서브시스템들 각각으로부터 수신되기 위한 규정이 존재한다. 따라서, 개개의 공급 데이터는 시간 간격들 각각 동안 각각의 개별 에너지 서브시스템으로부터 수신된다. 이어서, 최적의 조건들이 시간 간격들 각각에 대해 결정될 수 있다. 이어서, 최적의 조건들에 기반한 전기 에너지의 교환은 특히, 최적의 조건들, 및 최적의 조건들을 결정하는 데 사용되는 공급 데이터가 유효한 시간 간격에서 달성된다. 전기 에너지의 교환을 위한 최적의 조건들 및 계획은, 개개의 이산 시간 간격의 시작 전에 이미 사전에 결정될 수 있다. 예컨대, 언급된 계획은 이산 시간 간격들 각각, 즉 24 시간, 12 시간, 6 시간, 4 시간, 2 시간, 1 시간, 30 분, 15 분 또는 5 분 동안 이미 사전에 수행된다. 언급된 방법 단계들은 유리하게, 연속적인 이산 시간 간격들 동안 반복적으로 수행된다. 이는, 시간 간격들 중 하나의 시간 간격의 계획의 완료 이후에만 다음 시간 간격이 계획된다는 것을 의미한다. 이는 특히 높은 레벨(level)의 유연성을 초래한다.
일 전개에 따르면, 개개의 공급 데이터가 일반적으로 시간 간격들 중 단일 시간 간격 동안에만 유효성을 갖고, 최적의 조건들의 결정이 개개의 시간 간격 동안 유효한 공급 데이터에 기반하여 각각의 경우에서 연속적인 이산 시간 간격들 동안 연속적으로 수행되기 위한 규정이 존재한다. 이전에 설명된 바와 같이, 이는 특히 반복적으로 달성된다. 이는, 이러한 경우 선행 시간 간격들에 대한 계획들이 이미 알려져 있으므로, 특히 높은 레벨의 계획 확실성을 초래한다. 개개의 공급 데이터가 일반적으로 하나의 시간 간격 동안에만 유효성을 갖는다는 사실은, 그들이 특정 시간 간격 동안 전달될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나, 대안적으로, 영구적으로 유효하거나 또는 더 긴 시간 동안(즉, 다수의 시간 간격들에 걸쳐) 유효한 공급 데이터가 제어 디바이스(device)에 의해 수신되는 것이 또한 가능하다. 이러한 경우, 공급 데이터는 설명된 바와 같이, 시간 간격들 중 단일 시간 간격 이상 동안 유효성을 가질 수 있다.
특히, 최적의 조건들은 이산 시간 간격들 중 하나 내에서 에너지 서브시스템들 각각에 대해 (동일한) 보수 조건들을 규정한다.
일 전개에 따르면, 에너지 서브시스템들 중 하나가 후속 시간 간격에 선행하는 하나 이상의 시간 간격들에서 전기 에너지의 교환을 결정하고, 후속 시간 간격 동안 개개의 공급 데이터를 생성하기 위해 상기 에너지의 교환을 사용하기 위한 규정이 존재한다. 다시 말하면, 하나 이상의 선행 시간 간격들, 뒤이어 후속 시간 간격에서의 전기 에너지의 교환이 결정되며, 후속 시간 간격 동안 개개의 공급 데이터를 생성하는 데 사용될 수 있다. 다시 말하면, 선행 시간 간격들에서의 전기 에너지의 교환은 후속 시간 간격 동안 공급 데이터를 생성 또는 결정하기 위해 사용될 수 있다. 선행 시간 간격들은 미래에 있을 수 있다. 이러한 경우, 미래에 있는 선행 시간 간격들 동안의 전기 에너지의 교환은 시뮬레이션(simulate) 또는 계산될 수 있다. 이러한 시뮬레이션(simulation) 또는 계산은, 최적의 조건들에 기반하여 이미 규정되었던 적용가능한 시간 간격들 동안의 전기 에너지의 교환에 기반하여 반복적으로 달성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 전기 에너지의 교환은 이미 경과된 선행 시간 간격들에 대해 측정될 수 있다. 전반적으로, 언급된 특징들은, 개별 시간 간격들이 서로에 기반하므로 전기 에너지의 교환이 특히 쉽게 계산가능한 방식으로 제어되게 허용한다.
특히, 전기 에너지의 교환 이후의 에너지 서브시스템들의 개개의 상태가 결정된다. 이는, 이미 사전에 시뮬레이션 또는 계산되거나 또는 교환이 행해진 이후 측정될 수 있다. 결국, 전기 에너지의 교환 이후의 에너지 시스템들의 이러한 상태는 (특히, 공급 데이터, 최적의 조건들 및 전기 에너지의 결과적인 교환에 관해) 후속 시간 간격을 계획하는 데 사용될 수 있다.
일 전개에 따르면, 선행 시간 간격 동안의 에너지 서브시스템들 사이의 전기 에너지의 교환이 결정된 이후에만 선행 시간 간격에 바로 후속하는 시간 간격 동안 공급 데이터가 제공 및/또는 수신되기 위한 규정이 존재한다. 다시 말하면, 선행 시간 간격 동안의 전기 에너지의 교환이 먼저 규정되고, 그 이후에만, 후속 시간 간격 동안 공급 데이터가 수신된다. 이는 이산 시간 간격들이 연속적으로 특히 유리하게 계획되게 허용한다.
본 발명의 제2 양상은 본 출원에 설명된 바와 같이 본 발명에 따라 방법을 수행하도록 구성된 제어 센터에 관한 것이다. 특히, 제어 센터는 컴퓨팅(computing) 유닛, 특히 서버일 수 있다.
본 발명의 추가적인 양상은 에너지 시스템에 관한 것이며, 그 에너지 시스템은,
- 개개의 에너지 서브시스템을, 다른 에너지 서브시스템들과의 서브시스템의 전기 에너지의 교환에 관해 제어하기 위한 다수의 제어 유닛들, 및
- 에너지 서브시스템들로부터 개개의 공급 데이터를 수신하기 위한 제어 센터를 가지며, 여기서 공급 데이터는 공급 데이터에 기반하여 에너지 시스템의 모든 에너지 서브시스템들에 대한 최적의 조건들을 결정하고 최적의 조건들에 기반하여 에너지 서브시스템들 사이의 전기 에너지의 교환을 제어하기 위해, 전기 에너지를 수신 및/또는 제공하기 위한 적용가능한 에너지 서브시스템의 개개의 보수 조건들을 포함한다. 특히, 에너지 시스템은 본 출원에 설명된 바와 같이 본 발명에 따라 방법을 수행하도록 구성되는 전술된 제어 센터를 갖는다.
에너지 서브시스템들은 에너지 시스템의 일부일 수 있다. 에너지 시스템의 다른 실시예들에서, 제어 유닛들은 에너지 시스템의 일부로서 간주되지만, 에너지 서브시스템들은 그렇지 않다.
본 발명에 따른 제어 센터 및 본 발명에 따른 에너지 시스템은 또한 각각, 본 발명에 따른 방법과 관련하여 이미 개시되었던 바와 같은 특징들에 의해 전개된다. 간결함의 이유들 때문에, 이들 특징들은 제어 센터 및 에너지 시스템에 대해 이러한 시점에서 다시 나열되지 않는다.
게다가, 본 발명은 본 발명에 따른, 제어 센터의 메모리(memory)에 직접 로딩가능한(loadable) 컴퓨터 프로그램을 포함하며, 그 컴퓨터 프로그램은 그 프로그램이 제어 센터에서 실행될 때, 본 발명에 따라 방법의 단계들을 수행하기 위한 프로그램 코드(code) 수단을 갖는다. 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은, 그 컴퓨터 프로그램이 제어 센터 상에서 실행될 때, 본 발명에 따른 제어 센터 상에서 본 발명에 따른 방법을 구현한다. 따라서, 본 발명은 게다가, 전자적으로 판독가능한 제어 정보가 저장되어 있는 저장 매체를 포함하며, 그 제어 정보는, 인용된 컴퓨터 프로그램을 적어도 포함하고, 저장 매체가 본 발명에 따른 제어 센터에서 사용될 때 그 컴퓨터 프로그램이 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 설계된다. 저장 매체는, 예컨대 데이터의 디지털(digital) 또는 아날로그(analog) 저장을 위해 구성될 수 있다. 저장 매체는 한번 또는 여러 번 기입되는 것이 가능할 수 있으며, 휘발성 또는 비휘발성일 수 있다.
본 발명은 이제, 첨부한 도면들을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 다수의 에너지 서브시스템들 및 제어 센터의 블록 다이어그램(block diagram)을 도시한다.
도 2는 본 방법의 예시적인 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 3은 보수 조건에 의존하는 에너지의 요구되는 또는 제공되는 양의 의존성의 예시적인 그래프(graph)를 도시한다.
도 4는 에너지 시스템에서 제공되는 에너지의 총량 및 요구되는 에너지의 총량의 예시적인 그래프를 도시한다.
도 1은 다수의 에너지 서브시스템들 및 제어 센터의 블록 다이어그램(block diagram)을 도시한다.
도 2는 본 방법의 예시적인 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 3은 보수 조건에 의존하는 에너지의 요구되는 또는 제공되는 양의 의존성의 예시적인 그래프(graph)를 도시한다.
도 4는 에너지 시스템에서 제공되는 에너지의 총량 및 요구되는 에너지의 총량의 예시적인 그래프를 도시한다.
도 1은, 함께 에너지 시스템(1)의 일부인 다수의 제어 유닛들(4) 및 제어 센터(2)의 개관을 도시하기 위해 블록 다이어그램을 사용한다. 게다가, 도 1은 다수의 에너지 서브시스템들(3) 및 전기적 그리드로 또한 지칭되는 전기 그리드(5), 예컨대 50 Hz 상호연결 그리드를 도시한다.
다수의 제어 유닛들(4)은 각각, 에너지 서브시스템들(3) 중 정확히 하나의 에너지 서브시스템에 할당된다. 제어 유닛들(4)은 개개의 연관된 에너지 서브시스템(3)을 제어하도록 구성된다. 특히, 제어 유닛들(4)은 적용가능한 에너지 서브시스템(3)에 의해 전기 에너지의 생성 및 소비를 제어하도록 구성된다. 게다가, 에너지 서브시스템들(3)은 전기 그리드(5)를 이용하여 전기 에너지의 제공 및 수신을 제어하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 개개의 제어 유닛(4)은 적용가능한 에너지 서브시스템(3)과 통신한다. 특히, 제어 유닛들(4)은 개개의 에너지 서브시스템(3)의 위치에 위치된다. 제어 유닛들(4)은 또한, 에너지 서브시스템들(3)의 개개의 에너지 관리 시스템들로 지칭될 수 있다.
에너지 서브시스템들(3) 각각은, 예컨대 다음의 시설들, 즉 광발전 시설, 바이오가스 시설들, 열병합 유닛, 전기 에너지 저장 시스템(특히, 정지형 배터리 저장소), 전기 자동차, 풍력 발전기 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 부가적으로, 에너지 서브시스템들(3)은 전기 에너지의 소비자들, 이를테면 예컨대, 산업용 시설들, 요리 기구들, 세탁기들 또는 임의적인 가전 제품들을 포함할 수 있다. 제어 유닛들(4)은 개개의 에너지 서브시스템들(3)의 제어 컴퓨터들일 수 있다. 에너지 시스템(1)의 에너지 서브시스템들(3)은 동일한 도로, 이웃, 지구(quarter), 타운(town), 도시, 구역, 지역, 또는 특히 일정 반경의 기타 미리 정의된 영역에 배열될 수 있다.
에너지 서브시스템들(3)은 전기 에너지를 교환하려는 목적을 위해 전기 그리드(5)에 연결된다. 따라서, 에너지 서브시스템들(3)은 각각, 전기 그리드(5)를 통해 서로 간접적으로 연결된다. 이러한 방식으로, 에너지 서브시스템들(3)은 서로 사이에서 전기 에너지를 교환할 수 있다. 에너지 서브시스템들(3) 사이의 전기 에너지의 이러한 교환은 본 경우에서 제어 센터(2)에 의해 제어된다. 이를 위해, 제어 유닛들(4)은 각각 제어 센터(2)에 네트워킹(network)된다. 이러한 네트워킹은, 예컨대 인터넷, 모바일 라디오 네트워크(mobile radio network)를 통해, 다른 라디오 연결을 통해 또는 그 밖의 수단에 의해 제공될 수 있다. 예컨대, 제어 센터(2)는 서버 디바이스 또는 서버이다.
도 2는 전기 에너지의 교환을 제어하기 위한 전술된 방법의 예시적인 실시예의 흐름도를 도시한다. 단계(S1)에서, 제어 유닛들(4) 각각이 개개의 공급 데이터(6)를 결정한다. 이들 공급 데이터(6)는 특정 이산 시간 간격(t) 동안, 특히 실시간으로 또는 사전에(예컨대, 1 시간, 2 시간, 반나절 또는 하루 전에) 결정 또는 계산된다. 유리하게, 시간 간격(t)의 시작부에서의 개개의 에너지 서브시스템(3)의 시스템 상태(예컨대, 적용가능한 에너지 서브시스템(3)의 전기 에너지 저장소의 충전 상태) 및 다양한 예측들이 이러한 인스턴스에서 고려된다. 이들 예측들은, 예컨대 날씨, 그로부터 도출된 전기 에너지의 생성 및/또는 적용가능한 시간 간격(t)에서의 개개의 에너지 서브시스템(3) 내부 및/또는 외부의 에너지 소비의 추정들에 관련될 수 있다. 예측들은, 예컨대 기상 서비스(service)로부터 그리고/또는 다른 예측 설비로부터 획득될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 예측들은 더 긴 시간 기간, 예컨대 반나절 또는 하루 동안에도 상기 변수들에 관련될 수 있다. 대체로, 이것은, 개개의 에너지 서브시스템(3)이 어떤 보수 조건들 하에서, 즉 어떤 가격으로 어떤 양의 전기 에너지를 제공 또는 요구하는지를 결정하는 것을 가능하게 한다.
생산소비(prosumption) 가격 곡선으로 또한 지칭되는 예시적인 가격 탄력성 곡선(10)이 도 3에 묘사된다. 이러한 가격 탄력성 곡선(10)은 가격(P)의 함수로서 적용가능한 에너지 서브시스템(3)에 의해 요구되거나 제공되는 에너지(E)의 양을 보여준다. 예시적인 가격 탄력성 곡선(10)으로부터, 적용가능한 에너지 서브시스템(3)이 그에 대해 유효한 가격(P)에 기반하여, 적용가능한 시간 간격(t) 동안 특정 양의 전기 에너지(E)를 취하거나 제공할 준비가 되어 있다는 것을 알 수 있다. 가격(P)이 비교적 낮은 수요 영역(14)의 경우, 에너지 서브시스템(3)에 의한 전기 에너지(E)에 대한 수요는 비교적 높다. 예컨대, 에너지 서브시스템(3)은 이러한 저렴한 가격으로 자신의 전기 에너지 저장소를 채울 수 있다. 가격(P)가 비교적 높은 공급 영역(15)에서, 적용가능한 에너지 서브시스템(3)은 전기 에너지(E)를 제공할 준비가 되어 있다. 예시로서, 가격 탄력성 곡선(10)의 음의 값들은 전기 에너지에 대한 수요를 나타내고, 양의 값들은 에너지 서브시스템(3)에 의한 전기 에너지의 공급을 나타낸다. 예컨대, 가격 탄력성 곡선(10)은, 시간 간격(t)에서 개개의 에너지 서브시스템(3)에 의한 전기 에너지의 생성 및/또는 소비에 대한 제한 비용들을 표시할 수 있다.
공급 데이터(6)는 개개의 제어 유닛들(4)에 의해 제어 센터(2)에 송신된다. 다시 말하면, 제어 센터(2)는 단계(S2)에서 에너지 서브시스템들(3) 또는 제어 유닛들(4)로부터 공급 데이터(6)를 수신한다. 이는 특히, 위에서 설명된 네트워킹에 의한 데이터 연결을 통해 달성된다.
단계(S3)에서, 제어 센터(2)는 공급 데이터(6)에 기반하여 최적의 조건들(7)을 결정한다. 특히, 최적의 조건들(7)은 에너지 서브시스템들(3) 사이의 전기 에너지의 교환을 최대화함으로써 결정된다. 이러한 인스턴스에서, 다수의 에너지 서브시스템들(3)로부터의 개별 공급 데이터(6)가 결합 및 평가된다. 제어 유닛들(4) 또는 에너지 서브시스템들(3)로부터 포함된 공급 데이터(6)가 최대 에너지 턴오버(turnover)의 목적으로 집계 및 관리되기 위한 규정이 존재할 수 있다. 특히, 에너지의 제공되는 양들 및 에너지의 요구되는 양들로 분할되는 집계된 공급 데이터(6)는 특히, 전기 에너지의 최대화된 교환의 목적에 의해 해결되는 최적화 문제에서 2차 조건들로서 사용될 것이다.
예컨대, 이러한 인스턴스에서, 에너지 서브시스템들(3)에 의해 제공되는 에너지의 총량(11) 및 에너지 서브시스템들(3)에 의해 요구되는 에너지의 총량(12)이 결정된다. 에너지의 이들 2개의 양들(11, 12)은 각각 가격에 기반하여 결정될 수 있다. 에너지의 2개의 양들(11 및 12)에 대한 예시적인 추세가 도 4에 도시된다. 이는 제공되는 에너지의 총량(11) 및 요구되는 에너지의 총량(12)을 가격(P)의 함수로서 도시한다. 에너지의 2개의 양들(11, 12)에 대한 분포들은 다수의 에너지 서브시스템들(3)의 개개의 가격 탄력성 곡선들(10)로부터 형성될 수 있다. 특히, 요구되는 에너지의 총량(12)은 가격 탄력성 곡선들(10)의 수요 영역(14)(그 영역은 전기 에너지에 대한 수요를 나타냄)을 추가함으로써 결정된다. 본 예에서, 양의 값들을 획득하기 위해, 수요 영역(14)의 가격 탄력성 곡선(10)은 또한, P 축 상에 미러링되거나(mirrored) -1이 곱해질 필요가 있다. 유사하게, 제공되는 에너지의 총량(11)은 모든 에너지 서브시스템들(3)의 가격 탄력성 곡선들(10)의 공급 영역들(15)을 추가함으로써 형성될 수 있다.
유사하게 상세한 가격 탄력성 곡선(10)이 모든 에너지 서브시스템들(3)에 대해 형성되거나 수신되지 않는다는 것이 자연스럽게 인식가능하다. 에너지 서브시스템들(3) 중 일부가 일부 보수 조건들, 즉 전기 에너지의 킬로와트(kilowatt) 시간 당 가격들에 대한 값들만을 표시하는 것이 또한 가능하다. 특히, 개별 가구와 연관된 가정용 에너지 서브시스템들(3)의 경우, 공급 데이터(6)는 상이한 보수 조건들에 대한 개별 값들을 가질 수 있다.
도 4에 도시된 예에 따라, 최적의 조건들(7)은 에너지의 2개의 양들(11, 12), 즉 제공되는 에너지의 총량(11) 및 요구되는 에너지의 총량(12)으로부터 결정된다. 일반적으로, 최적의 조건들(7)을 결정하는 것은 최적화 문제로 간주될 수 있다. 현재 최적화 문제는 교환되는 에너지의 양이 최대화되는 것을 수반한다. 특정 보수 조건들(특히, 가격)에 대해 동시에 제공 및 요구되는 것보다 더 많은 에너지가 교환될 수 없다는 것을 유념해야 한다. 본 예에서, 교환되는 에너지의 최대량은 교차점(13)에 있다. 본 그래프에서, 이것은 제공되는 에너지의 총량(11)과 요구되는 에너지의 총량(12) 사이의 교차점(13)이다. 본 예시적인 실시예에서, 교차점과 연관된 가격은 최적의 조건들(7)에 대한 가격으로서 규정된다.
단계(S4)에서, 전기 에너지의 교환은 최적의 조건들(7)에 따라 제어된다. 이러한 인스턴스에서, 제어 센터(2)는 특히 제어 유닛들(4) 각각을 작동시켜서, 제어 유닛들(4)이 결국, 에너지 서브시스템들(3)로 하여금 최적의 조건들(7)에 대응하는 보수 조건들에 대해 공급 데이터(6)에서 규정되었던 에너지의 양을 제공 또는 수신하게 한다. 특히, 이는 에너지 서브시스템들(3) 또는 그의 제어 유닛들(4)에 송신되는 순 에너지 버짓(net energy budget) 및/또는 최적의 조건들(7)에 의해 달성된다. 전기 에너지는 특히 전기 그리드(5)를 통해 교환된다.
단계(S5)에서, 제어 유닛들(4)은 최적의 조건들(7) 및/또는 순 에너지 버짓을 수신한다. 이에 기반하여, 개개의 에너지 서브시스템(3)의 동작은 단계(S6)에서, 적용가능한 제어 유닛(4)에 의해 최적화된다. 이러한 최적화는 시간 간격(t) 동안 그리고/또는 선행 시간 간격들 동안 적용될 수 있다. 부가적으로, 예측들, 이를테면 예컨대, 에너지 서브시스템(3) 내부 및/또는 외부의 날씨 및/또는 에너지 소비들이 이러한 최적화를 위해 고려된다. 게다가, 이산 시간 간격(t) 이외의 시간 간격들이 이러한 최적화를 위해 고려될 수 있다.
추가적인 단계(S7)에서, 시간 간격(t)의 끝에서의 개개의 에너지 서브시스템(3)의 시스템 상태가 결정된다. 이는, 예컨대 시간 간격(t)이 실제로 경과하자마자 측정에 의해 달성될 수 있다. 이것은 특히, 본 방법, 특히 단계들(S1 내지 S7)이 실시간으로 수행되는 경우이다. 대안적으로 또는 부가적으로, 시스템 상태가 시뮬레이션 또는 계산될 수 있다. 이는 또한 모델(model)-기반 결정으로 지칭될 수 있다. 이는 특히, 시간 간격(t)이 발생하기 전에 방법, 특히 단계들(S1 내지 S7)이 수행되는 경우 유리하다.
단계(S7)에서 결정된 시스템 상태는 다음 시간 간격(t+1)에 대한 기반으로서 사용될 수 있다. 시간 간격(t+1) 동안, 시간 간격(t) 동안과 동일한 방법 단계들이 유사한 방식으로 수행된다. 다시 말하면, 본 방법은 반복적으로 수행된다. 이는, 선행 반복 단계(시간 간격(t))가 후속 반복 단계(시간 간격(t+1))에 대한 기반으로서 각각의 경우에서 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
본 방법에 의해 제공되는 바와 같은 에너지 서브시스템들(3)의 조정이 시간에 걸쳐(즉, 시간 간격들(t)에 따라) 이산화되고, 방법이 시간 간격들(t) 각각 동안 연속적으로 수행된다는 사실은, 전기 에너지의 생성 및 소비에서의 유연성들이 고려 중인 시간 간격(t) 동안 개개의 제어 유닛들(4)에 의해 훨씬 더 쉽게 그리고 훨씬 더 양호한 방식으로 평가되게 허용한다. 에너지 시스템(1)의 유연성은 종래 기술과 비교하여 전반적으로 증가된다. 이는, 시간 간격(t)의 시작부에서의 개개의 에너지 서브시스템(3)의 시스템 상태가 알려져 있거나(가능하게는 일전 모드(day-ahead mode)로 또한 지칭되는 사전 모드) 또는 적어도, 모델에 기반하여 평가될 수 있기 때문이다. 시간 간격들(t)은 각각, 규정된 기간, 특히 그 시간 간격들 사이에서 동일한 기간에 걸쳐 연장될 수 있다. 이러한 기간은, 예컨대 5 분, 15 분, 30 분 또는 1 시간일 수 있다.
특히, 에너지 서브시스템들(3)은 시간 간격(t)에 선행하는 하나 이상의 시간 간격들(t-1)에서 에너지의 교환을 결정하며, 시간 간격(t) 동안 적용가능한 공급 데이터(6)를 생성하기 위해 상기 에너지의 교환을 사용한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 선행 시간 간격(t) 동안의 에너지 서브시스템들(3) 사이의 에너지의 교환이 결정된 이후에만 시간 간격(t)에 바로 후속하는 시간 간격(t+1) 동안 공급 데이터(6)가 수신되기 위한 규정이 존재한다.
이러한 인스턴스에서, 다수의 에너지 서브시스템들(3)을, 그들의 제어 유닛들(4)에 의해 조정하기 위한 개선된 방법이 설명된다. 이러한 방법은 제어 유닛들(4)이 특정 시간 간격(t) 동안 사전에 그들의 유연성(더 정확하게는 가격 탄력성)을 세팅(set)하게 하지만, 다수의 제어 유닛들(4) 및 그들의 기본 에너지 서브시스템들(3)의 조합은 전반적으로 더 양호한 비용들 또는 효율들을, 전체적으로 말하자면, 전체 에너지 시스템(1)에 대해 달성할 수 있으며, 다른 에너지 서브시스템들(3)과의 상호작용의 결과로서 개별 에너지 서브시스템들(3)의 개별 관심도들(개개의 에너지 서브시스템(3)에 대한 최적화)을 또한 개선시킬 수 있다. 특수한 특징은 특히, 시간 간격들(t)에 따른 조정의 분할 및 시간 간격들의 점진적인 처리이며, 이는, 유연성들(예컨대, 탄력성들)이 더 긴 기간이 아니라 개개의 시간 간격(t) 동안에만 평가될 필요가 있다는 것을 의미한다. 이는 존재하는 유연성들이 "더 관대하게" 평가되게 허용한다. 게다가, 기술적 관점으로부터 나중에 수행될 수 없는 운영 계획을 계산할 위험이 감소된다.
부가적으로, 극히 상이한 맥락들(예들: 상이한 스케일(scale)들, 예컨대 도로, 이웃, 지구, 도시, 또는 구역 상에서 뿐만 아니라 "비하인드-더-미터(behind-the-meter)" 시스템들에서의 전기, 열, 냉열, 이들에 대한 실제 최적화 문제는 해결되기에는 너무 복잡할 것임)에서 상이한 시스템들에 대해 방법이 사용될 수 있다. 중앙 조정 플랫폼(platform)의 복잡도는 가입자들의 수에 따라 선형적으로 스케일링(scale)되며, 전체적으로 관리가능하다. 설명된 메커니즘(mechanism)은 개개의 에너지 서브시스템(3) 또는 그의 제어 유닛(4)의 시스템 상태에 관한 정보가 현재 고려중인 시간 간격(t) 동안 개개의 예측 수평선 내에서 앞뒤로 흐르게 허용한다. 시스템 상태는, 예컨대 에너지 저장소의 충전 상태일 수 있다. 중앙 조정 플랫폼에서, 유연성들에 관한 정보는 선행 시간 간격(t-x)으로부터 현재 고려 중인 시간 간격(t)으로 시간상 앞으로 흐른다.
Claims (15)
- 에너지(energy)를 교환하려는 목적을 위해 서로 각각 연결된 다수의 에너지 서브시스템(subsystem)들(3)을 갖는 에너지 시스템(system)(1)에서 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법으로서,
제어 센터(center)(2)가 상기 에너지 서브시스템들(3)로부터 개개의 공급 데이터(data)(6)를 수신하는 단계 － 상기 공급 데이터(6)는 에너지를 수신 및/또는 제공하기 위한 적용가능한 에너지 서브시스템(3)의 개개의 보수 조건(remuneration condition)들을 포함함 －,
상기 제어 센터(2)가 상기 에너지 시스템(1)의 모든 에너지 서브시스템들(3)의 공급 데이터에 기반하여 최적의 조건들(7)을 결정하는 단계, 및
상기 최적의 조건들(7)에 기반하여 상기 에너지 서브시스템들(3) 사이의 에너지의 교환을 제어하는 단계를 갖는, 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
상기 최적의 조건들(7)의 결정은 에너지의 최대화된 교환을 고려함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
적어도 하나의 보수 조건에 대한 요구되는 또는 제공되는 양(10)의 에너지는 개개의 에너지 서브시스템(3)의 공급 데이터(6)에 기반하여 수신되는 것을 특징으로 하는, 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 센터(2)는 상기 에너지 서브시스템들(3)에 의해 제공되는 에너지의 총량(11) 및 상이한 보수 조건들에 대하여 상기 에너지 서브시스템들(3)에 의해 요구되는 에너지의 총량(12)을 결정하기 위한 기반으로서 상기 공급 데이터(6)를 취하는 것을 특징으로 하는, 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 개개의 공급 데이터(6)는 개개의 에너지 서브시스템(3)에 대한 가격 탄력성 곡선(price elasticity curve)(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법. - 제5항에 있어서,
상기 제어 센터(2)는 상기 에너지 서브시스템들(3)의 가격 탄력성 곡선들(10)을 결합, 특히 추가하는 것을 특징으로 하는, 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최적의 조건들(7)은 상기 에너지 서브시스템들(3) 각각에 대해 동일한 보수 조건들을 규정하는 것을 특징으로 하는, 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 언급된 방법 단계들은 각각, 연속적인 이산 시간 간격들(t) 동안 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법. - 제8항에 있어서,
상기 개개의 공급 데이터(6)는 일반적으로 상기 시간 간격들(t) 중 단일 시간 간격 동안에만 유효성을 가지며, 상기 최적의 조건들(7)의 결정은 개개의 시간 간격(t) 동안 유효한 공급 데이터(6)에 기반하여 각각의 경우에서 연속적인 이산 시간 간격들(t) 동안 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 서브시스템들(3) 중 하나는 후속 시간 간격(t)에 선행하는 하나 이상의 시간 간격들(t-1)에서 에너지의 교환을 결정하고, 상기 후속 시간 간격(t) 동안 개개의 공급 데이터(6)를 생성하기 위해 상기 에너지의 교환을 사용하는 것을 특징으로 하는, 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
선행 시간 간격(t) 동안의 상기 에너지 서브시스템들(3) 사이의 에너지의 교환이 결정된 이후에만 상기 선행 시간 간격(t)에 바로 후속하는 시간 간격(t+1) 동안 공급 데이터(6)가 수신되는 것을 특징으로 하는, 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하도록 구성된 제어 센터(2).
- 에너지 시스템(1)으로서,
개개의 에너지 서브시스템(3)을, 다른 에너지 서브시스템들(3)과의 상기 에너지 서브시스템(3)의 에너지의 교환에 관해 제어하기 위한 다수의 제어 유닛들(4), 및
제어 센터(2)를 가지며,
상기 제어 센터는,
상기 에너지 서브시스템들(3)로부터 개개의 공급 데이터(6)를 수신하고 － 상기 공급 데이터(6)는 에너지를 수신 및/또는 제공하기 위한 적용가능한 에너지 서브시스템(3)의 개개의 보수 조건들을 포함함 －,
상기 공급 데이터(6)에 기반하여 상기 에너지 시스템(1)의 모든 에너지 서브시스템들(3)에 대한 최적의 조건들(7)을 결정하며, 그리고
상기 최적의 조건들(7)에 기반하여 상기 에너지 서브시스템들(3) 사이의 에너지의 교환을 제어하는, 에너지 시스템(1). - 에너지 시스템(1)의 제어 센터(2)의 메모리(memory)에 직접 로딩가능한(loadable) 컴퓨터 프로그램(computer program)으로서,
상기 프로그램이 상기 에너지 시스템(1)의 상기 제어 센터(2)에서 실행될 때, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된, 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법의 단계들을 실행하기 위한 프로그램 코드(code) 수단을 갖는, 컴퓨터 프로그램. - 전자적으로 판독가능한 제어 정보가 저장되어 있는 저장 매체로서,
상기 제어 정보는, 제14항에 기재된 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램을 포함하며, 상기 저장 매체가 에너지 시스템(1)의 제어 센터(2)에서 사용될 때, 상기 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램이 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된, 에너지의 교환을 제어하기 위한 방법을 수행하도록 설계되는, 저장 매체.
Applications Claiming Priority (3)
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| DE102018213862.1A DE102018213862A1 (de) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | Verfahren zum Steuern eines Austauschs von Energie zwischen Energiesubsystemen zu angeglichenen Konditionen; Steuerungszentrale; Energiesystem; Computerprogramm sowie Speichermedium |
| DE102018213862.1 | 2018-08-31 | ||
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