KR20210120095A - 에너지 시스템, 로컬 에너지 시장, 및 에너지 시스템을 동작시키기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
적어도 하나의 중앙 제어 유닛(2) 및 적어도 하나의 에너지 서브시스템(4)을 포함하는 에너지 시스템(1)이 제안되며, 에너지 서브시스템(4)은 총 저장 용량을 갖는 에너지 저장 디바이스(40)를 포함하고, 제어 유닛(2)은 최적화에 기초하여 적어도 에너지 저장 유닛(40)을 제어하도록 설계된다. 본 발명에 따르면, 에너지 저장 디바이스(40)의 총 저장 용량은 최적화를 위해 제어 유닛(2)에 의해 제1 부분 저장 용량(41) 및 제2 부분 저장 용량(42)으로 분할될 수 있으며, 여기서 제1 부분 저장 용량(41)은 에너지 서브시스템(4)에 대한 내부 사용을 위해 제공되고, 제2 부분 저장 용량(42)은 에너지 서브시스템(4)에 대한 외부 사용을 위해 제공된다. 게다가, 본 발명은 로컬 에너지 시장(10), 및 에너지 시스템(1)을 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 특허 청구항 1항의 전제부에 따른 에너지 시스템(energy system)에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은 특허 청구항 10항의 전제부에 따른 로컬 에너지 시장(local energy market), 및 특허 청구항 13항의 전제부에 따른 에너지 시스템을 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다.
에너지 서브시스템(subsystem)들을 통해 로컬로(locally) 전기 에너지를 제공 및/또는 소비하는 로컬 에너지 시스템들은 에너지 시장의 자유화로 인해 미래에 점점 더 중요해질 것이다. 로컬 에너지 시스템들의 예들은 분배 네트워크 오퍼레이터(distribution network operator), 도시 지구(city district) 및/또는 지방자치제(municipality)의 공급 지역이다. 로컬 에너지 시스템들은 지금까지 알려진 것과 같이 ― 중앙에서 발전소들을 통해 ― 전기 에너지를 생성하지 않고, 오히려 더 작은 에너지 서브시스템들 예컨대, 열병합 발전소(combined heat and power plant)들 및/또는 사설 태양광 발전 시스템(photovoltaic system)들의 컴포넌트들을 통해 비중앙 집중 방식(decentralized manner)으로 전기 에너지를 생성한다. 마찬가지로, 로컬로 제공된 에너지는 에너지 시스템의 에너지 서브시스템들에 의해 로컬로 소비된다. 따라서, 로컬 에너지 시스템은 통상적으로 에너지를 교환하고, 교환된 전기 에너지를 자체적으로 생산 및/또는 소비하는 생산자들, 소비자들 및 프로슈머(prosumer)들(알려져 있는 바와 같이)을 갖는다. 전기 에너지가 또한 그러한 로컬 에너지 시스템을 통해 에너지 서브시스템들 사이에서 거래될 수 있으면, 이들은 로컬 에너지 시장을 형성한다.
알려져 있는 에너지 시스템들은 또한 에너지 저장 유닛(unit), 특히 배터리(battery) 저장 유닛을 가질 수 있다. 예로서, 많은 사설 주택(dwelling)들(에너지 서브시스템)은 연관된 배터리 저장 유닛을 갖는 태양광 발전 시스템을 포함한다. 이 경우, 배터리 저장 유닛은 통상적으로 자체 사용, 즉, 에너지 서브시스템에 대한 내부 사용에 대해 가능한 한 최적으로 사용되어야 한다. 그러나, 배터리 저장 유닛이 에너지 시스템의 추가적 에너지 서브시스템들에 의해, 즉, 배터리 저장 유닛을 포함하는 에너지 서브시스템에 대해 외부에 있는 에너지 서브시스템들에 의해 사용될 수 있는 것이 마찬가지로 유리할 것이다. 그에 의해, 에너지 서브시스템의 태양광 발전 시스템을 통해 생성된 전기 에너지는 에너지 시스템의 추가적 에너지 서브시스템의 배터리 저장 유닛을 통해 버퍼-저장(buffer-store)될 수 있다.
본 발명은 에너지 시스템 내에서 에너지 저장 유닛의 내부 및 외부 사용을 허용하는 목적에 기초한다.
목적은 독립 특허 청구항 1항의 특징들을 갖는 에너지 시스템에 의해, 독립 청구항 10항의 특징들을 갖는 로컬 에너지 시장에 의해, 그리고 독립 특허 청구항 13항의 특징들을 갖는 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들 및 개발들은 종속 특허 청구항들에서 특정된다.
본 발명에 따른 에너지 시스템은 적어도 하나의 중앙 제어 유닛 및 적어도 하나의 에너지 서브시스템을 포함하며, 여기서 에너지 서브시스템은 총 저장 용량을 갖는 에너지 저장 유닛, 특히 배터리 저장 유닛을 포함하고, 제어 유닛은 적어도 최적화에 기초하여 에너지 저장 유닛을 제어하기 위해 설계된다. 본 발명에 따르면, 에너지 저장 유닛의 총 저장 용량은 최적화를 위해 제어 유닛에 의해 제1 부분 용량 및 제2 부분 용량으로 분할될 수 있으며, 여기서 제1 부분 용량은 에너지 서브시스템에 대한 내부 사용을 위해 의도되고, 제2 부분 용량은 에너지 서브시스템에 대한 외부 사용을 위해 의도된다.
다시 말해서, 제1 부분 용량은 에너지 서브시스템에 대한 내부 사용을 위해 설계 및/또는 사용될 수 있고, 제2 부분 용량은 에너지 서브시스템에 대한 외부 사용을 위해 설계 및/또는 사용될 수 있다.
이 경우, 제어라는 용어는 마찬가지로 조절(regulation)을 포함한다. 이것은 제어 유닛이 또한 조절 유닛일 수 있다는 것을 의미한다.
에너지 저장 유닛은 특히, 전기화학적 에너지 저장 유닛 예컨대, 배터리 저장 유닛 및/또는 (산화환원) 흐름 배터리, 열 저장 유닛(열 저장 유닛), 열기계적 및/또는 기계적 저장 유닛 예컨대, 플라이휠(flywheel), 및/또는 에너지의 저장 및 인출(withdrawal)을 가능하게 하는 일부 다른 저장 유닛이다.
본 발명의 의미에서 에너지 저장 유닛의 사용 또는 그것의 부분 용량들의 사용은 예컨대, 에너지를 저장하기 위한, 에너지를 버퍼-저장하기 위한, 에너지를 인출하기 위한, 그리고/또는 일부 다른 사용을 위한 예컨대, 비상 파워 리저브(power reserve)로서, 에너지 저장 유닛의 임의의 사용을 의미한다. 본 발명에 따르면, 에너지 저장 유닛을 통해 저장된 에너지의 내부 및 외부 사용 사이에서만 구별이 이루어지며, 여기서 내부 및 외부 관련 용어들은 에너지 저장 유닛을 포함하는 에너지 서브시스템을 지칭한다.
본 발명의 의미에서의 최적화는 목적 함수(objective function)에 기초한 수학적 최적화이다. 이 경우, 목적 함수는 최소화되거나 또는 최대화된다. 다시 말해서, 목적 함수의 변수들의 값들은 목적 함수가 최소화되거나 또는 최대화되도록 결정된다. 이러한 의미에서, 최적은 목적 함수가 최소화되거나 또는 최대화되는 것을 의미한다. 목적 함수는 통상적으로 목적 함수의 변수들 및/또는 파라미터(parameter)들이 충족해야 하는 복수의 2차 조건들 하에서 최적화된다. 최적화, 즉 최적의 목적 함수 및 이에 따른 목적 함수의 변수들의 최적 값들의 발견은 통상적으로, 이 경우 예컨대, 에너지 시스템과 같은 극도로 복잡한 시스템들에 대한 컴퓨터 지원을 통해서만 가능하다. 이 경우, 에너지 시스템의 동작은 예컨대, 에너지 시스템의 가능한 가장 높은 에너지 효율성, 가능한 가장 낮은 이산화탄소 방출 및/또는 가능한 가장 낮은 비용들/동작 비용들에 대한 최적화를 통해 최적화된다. 다시 말해서, 에너지 시스템의 가능한 가장 최적의 향후 동작이 통상적으로 시뮬레이션된다(simulated). 에너지 시스템은 이 시뮬레이션(simulation)을 통해 향후에 가능한 한 최적으로 동작될 수 있다. 시뮬레이션/최적화는 가능한 한 최적의 에너지 시스템을 발견하기 위해 수많은 에너지 시스템들을 설치 또는 구축하는 것이 가능하지 않기 때문에 특히 필요하다. 최적화를 위해 제공된 파라미터들 ― 이 파라미터들은 예컨대, 목적 함수를 파라미터화(parameterize)하거나 또는 초기화함 ― 은 통상적으로 현재 에너지 시스템에 대한 측정들을 통해 이력 데이터(historical data)로부터 또는 주어진 시점에 포착되었던 물리적 변수들이다. 다시 말해서, 파라미터화 및 이에 따른 목적 함수는 에너지 시스템으로부터 물리적으로 포착된 측정 데이터에 기초한다. 이것은 에너지 시스템이 목적 함수에 의해 물리적으로 현실적인 방식으로 모델링(model)되도록 보장한다. 따라서, 컴퓨터-지원 최적화는 에너지 시스템들을 가능한 한 효율적으로 설계 및/또는 동작하기 위해 당업자들에게 중요한 기술 도구를 제공한다.
에너지 시스템의 에너지 서브시스템은 에너지를 제공 및/또는 소비하는 에너지 시스템의 서브유닛(subunit)이다. 예로서, 태양광 발전 시스템 및 배터리 저장 유닛을 갖는 단독 주택(single-family dwelling)이 그러한 하나의 에너지 서브시스템이다.
본 발명에 따르면, 에너지 서브시스템의 에너지 저장 유닛의 총 용량은 제1 부분 용량 및 제2 부분 용량으로 분할된다. 이것은 이 경우, 본 발명에 따라, 최적화를 위해 또는 최적화에서 발생한다. 다시 말해서, 에너지 저장 유닛은 물리적으로 분할되지 않고, 오히려 본 발명에 따르면, 최적화에서 가상 분할이 발생하며, 이것은 제어 유닛에 의해 수행되거나 또는 제어 유닛에 의해 수행될 수 있다. 이 경우, 제1 부분 용량은 에너지 시스템 서브시스템에 대한 내부 사용을 위해 의도된다. 제2 부분 용량은 예컨대, 에너지 시스템의 추가적 에너지 서브시스템들에 의한 사용을 위해 에너지 서브시스템에 대한 외부 사용을 위해 의도된다. 이 경우, 에너지 저장 유닛의 총 용량은 제1 및 제2 부분 용량의 합과 동일하다. 유리하게, 따라서 최적화는 에너지 저장 유닛을 통해 저장된 에너지 중 어느 것이 또는 얼마나 많이 내부 또는 외부 사용을 위해 의도되는지를 상징적으로(symbolically) 안다. 다시 말해서, 에너지 저장 유닛의 발명에 따른 분할은 내부 사용을 위해 의도되는 에너지의 양 및 외부 사용을 위해 의도되는 에너지의 양을 추적하는 것을 가능하게 한다. 이 경우 에너지의 이러한 분할 및 이러한 식별을 가능하게 하는 제어 유닛은 에너지 시스템의 에너지 서브시스템들에 대한 중앙 제어 유닛을 형성한다.
본 발명의 추가적 이점은 제어 디바이스에 의한 에너지 저장 유닛의 가상 분할이 선험적(priori)으로, 임시(ad-hoc)로 또는 수동(manual)으로 발생하지 않고, 오히려 최적화에 기초하여 가능한 한 최적으로 계산되거나 또는 결정된다는 점이다. 그에 의해, 에너지 저장 유닛은 내부 및/또는 외부 사용에 대해 가능한 한 최적으로 동작될 수 있다. 에너지 저장 유닛은 최적화 내에서만 가상으로 분할되기 때문에, 부분 용량들은 동일한 물리적 충전 조건들 및 방전 조건들을 갖는다. 따라서, 비용들 및/또는 세금들은 제1 부분 용량을 통해 저장된 에너지의 사용에 대해 발생 및 공제될 수 있다. 충전 보수 및/또는 방전 보수는 제2 부분 용량에 대해 제공될 수 있다.
따라서, 본 발명은 에너지의 자체 소비 및 추가적 에너지 서브시스템들에 의한 외부 사용에 대해 에너지 저장 유닛의 최적의 동작을 가능하게 하는 에너지 시스템을 제공한다. 다시 말해서, 에너지 저장 유닛의 혼합 동작(내부/외부)이 유리하게 가능해진다. 이 경우, 유리하게, 에너지 저장 유닛에 대한 구조적 수정들이 요구되지 않는다. 다시 말해서, 본 발명에 따른 기존의 에너지 저장 유닛들은 추가적인 구조적 지출 없이 통합될 수 있다.
유리하게, 에너지 저장 유닛의 혼합 동작은 또한 에너지의 생성 및 소비에 대해 에너지 시스템의 유연성을 제공한다. 이것은 예컨대, 에너지 서브시스템의 에너지 저장 유닛이 에너지 시스템의 추가적 에너지 서브시스템에 의해 사용될 수 있기 때문에, 전반적으로 더 높은 자원 효율성으로 이어진다. 전반적으로, 이것은 에너지 시스템에서 재생 에너지들의 비율을 촉진하고, 증가시킨다. 이것은 또한 가능한 한 효율적으로 발생하며, 즉, 에너지 저장 유닛이 내부 및 외부 사용을 위해 최적화된 방식으로 동작된다.
본 발명의 추가적 이점은 입증 책임이 또한 섹션 61k EEG(Erneuerbare Energien Gesetz, 독일 재생 에너지법)에 따라 에너지 저장 유닛의 오퍼레이터에게 있다는 점이다.
본 발명에 따른 로컬 에너지 시장은 복수의 에너지 서브시스템들을 갖는 에너지 시스템 및 전기 에너지를 교환하기 위해 에너지 서브시스템들을 전기적으로 커플링(couple)하는 파워 네트워크(power network)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 여기서 전기 에너지는 최적화에 따라 파워 네트워크를 통해 에너지 서브시스템들 사이에서 교환될 수 있고, 최적화는 전기 에너지의 소비 및/또는 제공에 대해 에너지 서브시스템들의 제안(offer)들 및/또는 입찰(bid)들 ― 제어 유닛에 송신됨 ― 을 고려할 수 있다.
다시 말해서, 로컬 에너지 시장 내에서의 에너지 서브시스템들은 그들의 생성된 전기 에너지를 판매하기 위한 제안들 또는 전기 에너지를 조달(procure)하기 위한 제안들을 제출할 수 있다. 이 경우, 제안들은 최적화에서 제어 유닛에 의해 고려된다. 마찬가지로, 에너지 저장 유닛을 제1 및 제2 부분 용량으로, 즉, 에너지 서브시스템들 중 하나에 대한 내부 및 외부 사용으로 분할하는 것이 고려된다. 추가적 에너지 형태들, 예컨대, 열 및/또는 냉기는 추가적으로 또는 대안적으로 전기 에너지와 동일한 방식으로, 예컨대, 난방 네트워크, 지역 난방 네트워크, 및/또는 냉방 네트워크를 통해 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 로컬 에너지 시장의 유사한 그리고 동등한 이점들은 본 발명에 따른 로컬 에너지 시스템으로부터 발생한다.
에너지 시스템을 동작시키기 위한 본 발명에 따른 방법으로서, 에너지 시스템은 적어도 하나의 에너지 서브시스템 및 중앙 제어 유닛을 포함하고, 에너지 서브시스템은 총 저장 용량을 갖는 에너지 저장 유닛을 갖고, 제어 유닛은 최적화에 기초하여 에너지 저장 유닛을 제어하고, 에너지 저장 유닛의 총 저장 용량은 최적화를 위해 제어 유닛에 의해 제1 부분 용량 및 제2 부분 용량으로 분할되는 것을 특징으로 하고, 여기서 제1 부분 용량은 에너지 서브시스템에 대한 내부 사용을 위해 사용되고, 제2 부분 용량은 에너지 서브시스템에 대한 외부 사용을 위해 사용된다는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법의 유사한 그리고 동등한 이점들은 본 발명에 따른 로컬 에너지 시스템으로부터 발생한다.
본 발명에 따른 유리한 일 실시예에 따르면, 제1 및 제2 부분 용량은 최적화의 변수들이다.
다시 말해서, 목적 함수의 변수들을 형성한다는 점에서 제1 및 제2 부분 용량이 최적화에서 고려된다. 최적화의 2차 조건으로서, 2개의 부분 용량들의 합이 항상 총 용량 특히, 에너지 저장 유닛의 총 용량 이하라는 사실에 대해 사용이 이루어질 수 있다. 그에 의해 에너지 저장 유닛의 총 용량의 (가상) 분할이 가능한 한 유리하게 최적화된다.
본 발명의 유리한 일 개발에서, 제어 유닛은 최적화에 대한 솔루션(solution)에 기초하여 에너지 저장 유닛의 충전 및/또는 방전을 제어하도록 설계된다.
다시 말해서, 제어 유닛은 최적화에 대한 솔루션에 따라 에너지 저장 유닛을 동작시키도록 설계되고, 필요한 경우, 로컬 에너지 시장의 거래 결과들을 고려한다. 따라서, 에너지 저장 유닛은 최적화에 대한 솔루션에 따라 제어 유닛에 의해 가능한 한 최적으로 유리하게 동작된다. 이것은 유리하게 에너지 시스템의 효율성을 더 개선한다. 특히, 에너지 저장 유닛 및 에너지 서브시스템들이 최적화에 대한 솔루션에 따라 동작되도록 보장된다.
본 발명의 유리한 일 실시예에서, 에너지 시스템은 에너지 서브시스템과 제어 유닛 사이에서 데이터 컨테이너(container)들을 전달하기 위한 데이터 인터페이스(interface)를 포함하며, 여기서 전달된 데이터 컨테이너들의 데이터는 최적화에서 제어 유닛에 의해 적어도 부분적으로 고려될 수 있다.
다시 말해서, 데이터 또는 데이터 컨테이너들의 형태의 정보는 데이터 인터페이스를 통해 제어 유닛과 에너지 서브시스템들 사이에서 양방향으로 또는 단방향으로 교환될 수 있다. 이 경우, 데이터는 최적화에서 제어 유닛에 의해 적어도 부분적으로 고려될 수 있다. 예로서, 에너지 시스템의 파라미터들에 대응하거나 또는 이에 기초한 측정 데이터는 에너지 서브시스템들에 의해 제어 유닛에 송신되고, 최적화에서 고려된다.
본 발명의 유리한 일 실시예에 따르면, 에너지 시스템은 데이터 인터페이스를 통해 교환되는 데이터 컨테이너들을 저장 및/또는 판독하기 위한 데이터베이스(database)를 포함한다.
그에 의해, 송신된 데이터는 특히 제어 유닛에 의해 저장되어, 제어 유닛이 개개의 에너지 서브시스템들의 실제 동작 거동을 인식할 수 있다. 이것으로부터 에너지 저장 유닛이 본 발명에 따라 동작되었는지 여부를 결정하는 것이 유리하게 가능하다.
이 경우, 데이터베이스는 그것의 블록체인(blockchain)으로 형성되는 것이 바람직하다.
다시 말해서, 예컨대, 제어 유닛 내에 존재하는 중앙 데이터베이스가 형성되지 않고, 오히려 비중앙 집중식 데이터베이스가 블록체인을 통해 형성된다. 그럼에도 불구하고, 제어 유닛은 적어도 부분적으로, 특히 완전히 블록체인을 포함할 수 있다. 블록체인은 또한 에너지 시스템의 개별 에너지 서브시스템들 사이에 비중앙 집중 방식으로 분배될 수 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 예컨대, 네트워크 오퍼레이터의 중앙 데이터베이스에 대한 프로비저닝(provision)이 이루어질 수 있다.
로컬 에너지 시장에 대해, 제안들 및/또는 입찰들이 피어-투-피어로(peer-to-peer) 그리고/또는 블록체인을 통해 제어 유닛에 송신될 수 있는 것이 특히 유리하다. 대안으로서 또는 추가적으로, 이것은 중앙 데이터베이스를 쿼리(query)함으로써 발생할 수 있다.
본 발명의 유리한 일 실시예에서, 에너지 저장 유닛을 포함하는 에너지 서브시스템은 단독 주택 또는 다가구 주택이다.
그에 의해, 통상적 로컬 에너지 생산자들 및 에너지 소비자들, 즉, 단독 주택들 및 다가구 주택들은 로컬 에너지 시스템에 의해 유리하게 통합될 수 있다. 이 경우, 각각의 단독 주택 또는 각각의 다가구 주택은 에너지 시스템의 개개의 에너지 서브시스템을 형성한다. 특히, 단독 주택들은 태양광 발전 시스템을 통해 전기 에너지를 제공한다. 게다가, 단독 주택들 및/또는 다가구 주택들 중 일부는 각각 에너지 저장 유닛을 가질 수 있으며, 에너지 저장 유닛은 본 발명에 따라 에너지 시스템의 추가적 단독 주택들 및/또는 다가구 주택들에 의해 효과적으로 그리고 특히 효율적 방식으로 사용될 수 있다. 다시 말해서, 단독 주택들 또는 다가구 주택들 중 하나의 에너지 저장 유닛은 본 발명 및/또는 본 발명의 실시예들 중 하나에 의해 에너지 시스템의 추가적 단독 주택들 또는 다가구 주택들에 사용될 수 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 에너지 저장 유닛을 포함하는 에너지 서브시스템은 상업 시설, 산업 시설, 및/또는 일부 다른 기술 시스템일 수 있다.
에너지 시스템은 바람직하게는 복수의 에너지 서브시스템들, 및 전기 에너지를 교환하기 위해 에너지 서브시스템들을 전기적으로 커플링하는 파워 네트워크를 포함한다.
본 발명의 추가적 이점들, 특징들, 및 세부사항들은 도면을 참조하여 그리고 아래에서 설명되는 예시적 실시예들로부터 명백해질 것이다. 이 경우, 단일 도면은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 시스템의 개략적 블록 다이어그램을 도시한다.
동일한, 동등한 또는 기능적으로 동일한 엘리먼트(element)들에는 도면에서 동일한 참조 부호들이 제공될 수 있다.
동일한, 동등한 또는 기능적으로 동일한 엘리먼트(element)들에는 도면에서 동일한 참조 부호들이 제공될 수 있다.
도면은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 시스템(1) 또는 본 발명의 일 실시예에 따른 로컬 에너지 시장(10)의 블록 다이어그램을 도시한다. 도면은 로컬 에너지 시스템(1) 및 전기 에너지에 대한 예를 참조하여 설명되며, 여기서 서술된 내용은 로컬 에너지 시장(10) 및 다른 형태들의 에너지, 예컨대, 열 및/또는 냉기로 직접적으로 그리고 모호하지 않게 전달될 수 있다.
에너지 시스템(1)은 예컨대, 에너지 저장 유닛(40) 예컨대, 배터리 저장 유닛을 갖는 에너지 서브시스템(4) 예컨대, 단독 주택을 포함한다. 게다가, 에너지 시스템(1)은 추가적 에너지 서브시스템들(5) 예컨대, 추가적 단독 주택들, 및/또는 다가구 주택들을 포함한다. 추가적 에너지 서브시스템들(5)은 마찬가지로, 에너지 저장 유닛 또는 복수의 에너지 저장 유닛들 예컨대, 배터리 저장 유닛들을 가질 수 있다. 전기 에너지의 경우가 아래에서 고려되며, 본 발명은 전기 에너지에 제한되지 않고, 다른 형태들의 에너지 예컨대, 열 및/또는 냉기는 대안으로서 또는 추가적으로 구상가능하다.
에너지 서브시스템(4) 및 추가적 에너지 서브시스템들(5)은 전기 에너지, 즉, 전력 또는 전기를 교환하기 위해 파워 네트워크(7)를 통해 커플링된다. 게다가, 에너지 시스템(1)은 데이터베이스(3)를 갖는 중앙 제어 유닛(2)을 포함한다. 제어 유닛(2)은 에너지 서브시스템(4, 5) 중 어느 것에도 할당되지 않고, 오히려 이러한 점에서 에너지 서브시스템들(4, 5)보다 상위에 있고, 따라서 에너지 서브시스템들(4, 5)에 대해 중심이 된다. 이러한 의미에서, 제어 유닛(2)은 에너지 시스템 내의 에너지 분배를 제어, 조절 및/또는 조정하는 중앙 조정 플랫폼(platform)을 형성한다.
게다가, 에너지 저장 유닛(40)을 포함하는 에너지 서브시스템(4)은 태양광 발전 시스템(45) 및 전기 부하(46)를 포함한다. 태양광 발전 시스템은 파워 네트워크(7)에 공급되고 그리고/또는 에너지 저장 유닛(40)을 통해 저장되거나 또는 버퍼-저장될 수 있는 전기 에너지(파워)를 생성한다. 파워의 인피드(infeed)는 참조 부호(424)를 갖는 화살표로 식별된다. 게다가, 에너지 서브시스템(4)은 파워 네트워크(7)로부터 파워를 끌어낼 수 있다. 이 참조는 참조 부호(423)를 갖는 화살표로 식별된다. 인피드(424) 및 인출(423)은 물리적 흐름들을 구성한다. 에너지 서브시스템(4)의 에너지 저장 유닛(40) 예컨대, 배터리 저장 유닛은 마찬가지로, 참조(423)를 통해 파워 네트워크(7)로부터 충전될 수 있다. 에너지 저장 유닛(40)은 마찬가지로, 파워 네트워크(7)를 통해 물리적으로 방전될 수 있으며, 이것은 참조 부호(424)로 식별된다.
게다가, 에너지 서브시스템(4)은 로컬 측정 유닛(43) 및 로컬 제어 유닛(44)을 포함한다. 로컬 제어 유닛(44)은 에너지 저장 유닛(40)을 로컬로 제어하기 위해 의도된다. 로컬 제어 유닛(44)은 차례로, 중앙 제어 유닛(2)을 통해 제어될 수 있어, 에너지 저장 유닛(40)이 중앙 제어 유닛(2)을 통해 전반적으로 제어될 수 있다.
로컬 측정 유닛(43)은 에너지 저장 유닛 및/또는 에너지 서브시스템(4)의 물리적 변수들의 값들을 포착하거나 또는 측정할 수 있다. 게다가, 측정 유닛(43)은 예컨대, 데이터베이스(3) 내의 저장을 위해 데이터 인터페이스(523)를 통해 포착된 측정 변수들(측정 값들/측정 데이터)을 중앙 제어 유닛(2)에 송신할 수 있다. 송신된 측정 데이터는 제어 유닛(2)에 의해 수행되는 에너지 시스템(1)의 동작을 최적화할 때 고려될 수 있다. 추가적 에너지 서브시스템들(5)은 대응하는 데이터 인터페이스(523)를 갖는다. 게다가, 추가적 에너지 서브시스템들(5)은 파워 네트워크(7)로부터 전기 에너지를 조달하기 위한 대응하는 인터페이스(423) 및 전기 에너지를 파워 네트워크(7)에 공급하기 위한 대응하는 인터페이스(424)를 갖는다.
제어 유닛(2)은 에너지 저장 유닛(40)의 총 용량을 제1 부분 용량(41) 및 제2 부분 용량(42)으로 분할하도록 설계된다. 에너지 저장 유닛(40)의 이러한 가상 분할은 도면에서 참조 부호(24)로 기호화(symbolize)된다. 대응하는 가상 파워 조달은 화살표(421)로 기호화 또는 식별되고, 대응하는 가상 파워 출력은 화살표(422)로 기호화 또는 식별된다. 에너지 저장 유닛(40)의 분할(24)은 에너지 시스템(1)의 동작을 최적화할 때, 특히, 에너지 서브시스템(4)의 동작을 최적화할 때 제어 유닛(2)에 의해 고려된다. 다시 말해서, 제1 부분 용량(41) 및 제2 부분 용량(42)은 최적화된, 즉, 최소화된 또는 최대화된 목적 함수의 변수들이다.
게다가, 제1 부분 용량(41)은 내부 사용을 위해 의도되고, 제2 부분 용량(42)은 에너지 서브시스템(4)에 대한 외부 사용을 위해 의도된다. 다시 말해서, 제2 부분 용량(42)을 통해 식별된 에너지 저장 유닛(40)의 파워는 추가적 에너지 서브시스템들(5)을 위해 의도된다. 제1 부분 용량(41)을 통해 식별된 전력은 내부 사용을 위해, 즉, 에너지 서브시스템(4) 내에서의 사용(자체 소비)을 위해 의도된다. 그에 의해 에너지 저장 유닛(40)을 통해 저장된 파워의 내부 및 외부 사용에 대한 분리 또는 식별이 유리하게 발생할 수 있다. 본 발명에 따르면, 이 경우, 분할(24)은 선험적으로, 임시로, 수동으로 그리고/또는 고정적으로 발생하지 않고, 오히려 제어 유닛(2)에 의해 가능한 한 최적으로 결정되거나 또는 계산된다. 이것은 최적화에서 제1 부분 용량(41) 및 제2 부분 용량(42)이 변수들로서 고려되기 때문이다. 2차 조건으로서, 총 용량, 즉, 에너지 저장 유닛(40)의 총 물리적 용량을 제공하기 위해 부분 용량들(41, 42)의 합에 대한 프로비저닝이 여기서 이루어진다. 그에 의해, 본 발명은 가능한 한 최적인 내부 및 외부 사용에 대해 에너지 저장 유닛(40)의 혼합 동작을 유리하게 가능하게 한다. 따라서, 에너지 저장 유닛의 자체 소비를 최적화하고, 로컬 에너지 시장(10)을 위해 에너지 저장 유닛(40)의 시장측 최적화를 수행하는 것이 가능하다. 이것은 특히, 로컬 에너지 시장(10)에 더 큰 유연성을 초래한다.
게다가, 중앙 데이터베이스(3)는 예컨대, 측정 유닛(43)을 통해 포착되고 데이터 인터페이스(400 또는 523)를 통해 데이터베이스(3) 또는 중앙 제어 유닛(2)에 송신된 측정 데이터를 기초로 에너지 서브시스템들(4, 5)의 실제 동작을 체크(check)하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 중앙 제어 유닛(2)에 따라 계산 및 결정된 바와 같은, 에너지 서브시스템들(4, 5)의 최적의 동작을 모니터링(monitor)하는 것이 마찬가지로 가능하다.
제어 유닛(2)을 통한 부분 용량들(41, 42)의 최적의 계산은 통상적으로 시간 의존적이다. 다시 말해서, 에너지 저장 유닛(40)의 제1 및 제2 부분 용량(41, 42)으로의 분할(24)은 통상적으로 시간이 지남에 따라 동적이다. 따라서, 분배는 에너지 시스템 내에서의 에너지 흐름들에 유연하게 최적화된다. 예로서, 최적화의 시간 증분은 1시간, 1/4시간, 또는 더 짧은 시간 레인지(range)이다. 사용되는 시간 증분들은 최적화 범위(horizon), 즉, 최적화에서 전체적으로 고려되는 기간, 예컨대, 1년 또는 1일(하루 전)에 따라 달라질 수 있다.
따라서, 본 발명은 저장된 에너지의 내부 및 외부 사용에 대한 에너지 저장 유닛(40)의 혼합 동작을 가능하게 하여, 로컬 에너지 시장의 내부 동작 및 외부 동작, 및 전반적 동작 모두가 개선된다.
본 발명이 바람직한 예시적인 실시예들을 통해 더 상세하게 설명 및 예시되었지만, 본 발명은 개시된 예들에 의해 제한되지 않거나, 또는 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 다른 변형들이 도출될 수 있다.
참조 부호들의 리스트
1
에너지 시스템
2
중앙 제어 유닛
3
데이터베이스
4
에너지 서브시스템
5
추가적 에너지 서브시스템들
10
로컬 에너지 시장
24
총 저장 용량의 분할
40
에너지 저장 유닛
41
제1 부분 용량
42
제2 부분 용량
43
로컬 측정 유닛
44
로컬 제어 유닛
45
태양광 발전 시스템
46
전기 부하
421
가상 파워 조달
422
가상 파워 출력
423
물리적 파워 조달
424
물리적 파워 출력
523
데이터 인터페이스
Claims (15)
- 에너지 시스템(energy system)(1)으로서,
중앙 제어 유닛(unit)(2) 및 적어도 하나의 에너지 서브시스템(subsystem)(4)을 포함하며,
상기 에너지 서브시스템(4)은 총 저장 용량을 갖는 에너지 저장 유닛(40)을 포함하고, 상기 제어 유닛(2)은 최적화에 기초하여 적어도 상기 에너지 저장 유닛(40)을 제어하도록 설계되며,
상기 에너지 저장 유닛(40)의 총 저장 용량은 최적화를 위해 상기 제어 유닛(2)에 의해 제1 부분 저장 용량(41) 및 제2 부분 저장 용량(42)으로 분할될 수 있는 것을 특징으로 하며,
상기 제1 부분 저장 용량(41)은 상기 에너지 서브시스템(4)에 대한 내부 사용을 위해 의도되고, 그리고
상기 제2 부분 저장 용량(42)은 상기 에너지 서브시스템(4)에 대한 외부 사용을 위해 의도되는, 에너지 시스템(1). - 제1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 부분 저장 용량(41, 42)은 최적화 변수들인 것을 특징으로 하는, 에너지 시스템(1). - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 제어 유닛(2)은 최적화에 대한 솔루션(solution)에 기초하여 상기 에너지 저장 유닛(4)의 충전 및/또는 방전을 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 에너지 시스템(1). - 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 시스템(1)은 상기 에너지 서브시스템(4)과 상기 제어 유닛(2) 사이에서 데이터 컨테이너(data container)들을 전달하기 위한 데이터 인터페이스(interface)(523)를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 전달된 데이터 컨테이너들의 데이터는 최적화에서 적어도 부분적으로 상기 제어 유닛(2)에 의해 고려될 수 있는, 에너지 시스템(1). - 제4 항에 있어서,
상기 에너지 시스템(1)은 상기 데이터 인터페이스(523)를 통해 교환되는 상기 데이터 컨테이너들을 저장 및/또는 판독하기 위한 데이터베이스(database)(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 에너지 시스템(1). - 제5 항에 있어서,
상기 데이터베이스(3)는 블록체인(blockchain)을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는, 에너지 시스템(1). - 제4 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 서브시스템(4)은 상기 에너지 저장 유닛(40)의 물리적 측정 변수들을 포착하기 위한 측정 유닛(43)을 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 포착된 측정 변수들은, 상기 측정 유닛(44)을 통해, 상기 데이터 컨테이너들을 통해 상기 데이터 인터페이스(523)를 통해 상기 제어 유닛(2)에 전달될 수 있는, 에너지 시스템(1). - 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 저장 유닛(40)을 포함하는 상기 에너지 서브시스템(4)은 단독 주택(single-family dwelling) 또는 다가구 주택(multiple-family dwelling)인 것을 특징으로 하는, 에너지 시스템(1). - 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 시스템(1)은 복수의 에너지 서브시스템들(4, 5) 및 전기 에너지를 교환하기 위해 상기 에너지 서브시스템들(4, 5)을 전기적으로 커플링(couple)하는 파워 네트워크(power network)(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 에너지 시스템(1). - 로컬(local) 에너지 시장(10)으로서,
제9 항에 따른 에너지 시스템(1)을 포함하고,
전기 에너지는 최적화에 따라 파워 네트워크(7)를 통해 에너지 서브시스템들(4, 5) 사이에서 교환될 수 있는 것을 특징으로 하며,
최적화는 전기 에너지의 소비 및/또는 제공에 대한 상기 에너지 서브시스템들(4, 5)의 제안(offer)들 및/또는 입찰(bid)들 ― 제어 유닛(2)에 송신됨 ― 을 고려할 수 있는, 로컬 에너지 시장(10). - 로컬 에너지 시장(10)으로서,
제안들 및/또는 입찰들은 피어-투-피어로(peer-to-peer) 그리고/또는 블록체인을 통해 제어 유닛(2)에 송신될 수 있는 것을 특징으로 하는, 로컬 에너지 시장(10). - 로컬 에너지 시장(10)으로서,
에너지 저장 유닛(40)을 포함하는 적어도 에너지 서브시스템(4)은 전기 에너지의 저장을 위한 제안을 상기 에너지 저장 유닛(40)을 통해 제어 유닛(2)에 송신하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 로컬 에너지 시장(10). - 에너지 시스템(1)을 동작시키기 위한 방법으로서,
상기 에너지 시스템(1)은 적어도 하나의 에너지 서브시스템(4) 및 중앙 제어 유닛(2)을 포함하고,
상기 에너지 서브시스템(4)은 총 저장 용량을 갖는 에너지 저장 유닛(40)을 갖고,
상기 제어 유닛(2)은 최적화에 기초하여 상기 에너지 저장 유닛을 제어하고, 상기 에너지 저장 유닛(40)의 총 저장 용량은 최적화를 위해 상기 제어 유닛(2)에 의해 제1 부분 저장 용량(41) 및 제2 부분 저장 용량(42)으로 분할되는 것을 특징으로 하고,
상기 제1 부분 저장 용량(41)은 상기 에너지 서브시스템(4)에 대한 내부 사용을 위해 사용되고, 상기 제2 부분 저장 용량(42)은 상기 에너지 서브시스템(40)에 대한 외부 사용을 위해 사용되는, 에너지 시스템(1)을 동작시키기 위한 방법. - 제13 항에 있어서,
상기 제어 유닛(2)은 최적화에 대한 솔루션에 기초하여 상기 에너지 저장 유닛(40)의 충전 및/또는 방전을 제어하는 것을 특징으로 하는, 에너지 시스템(1)을 동작시키기 위한 방법. - 제13 항 또는 제14 항에 있어서,
상기 에너지 시스템(1)은 복수의 에너지 서브시스템들(4, 5)을 갖는 것을 특징으로 하며,
상기 제어 유닛(2)은 상기 에너지 저장 유닛(40)의 상기 제1 및 제2 부분 용량(41, 42)으로의 분할을 고려하여, 최적화에 기초하여 상기 에너지 서브시스템들(4, 5) 사이의 전기 에너지의 교환을 제어하는, 에너지 시스템(1)을 동작시키기 위한 방법.
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