WO2020043522A1 - Verfahren zum steuern eines austauschs von energie zwischen energiesubsystemen zu angeglichenen konditionen; steuerungszentrale; energiesystem; computerprogramm sowie speichermedium - Google Patents

Verfahren zum steuern eines austauschs von energie zwischen energiesubsystemen zu angeglichenen konditionen; steuerungszentrale; energiesystem; computerprogramm sowie speichermedium Download PDF

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WO2020043522A1
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energy
subsystems
exchange
feed
data
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PCT/EP2019/072092
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Arvid Amthor
Michael Metzger
Sebastian THIEM
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y04S40/20—Information technology specific aspects, e.g. CAD, simulation, modelling, system security

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an exchange of energy in an energy system with a plurality of energy subsystems, which are each connected to one another for the exchange of energy.
  • the invention also relates to a control center and an energy system with a plurality of energy subsystems and a control center.
  • the invention comprises a computer program and a storage medium.
  • a first aspect of the invention relates to a method for controlling an exchange of energy in an energy system with a plurality of energy subsystems, which are each connected to one another for the exchange of energy.
  • the process comprises the following steps:
  • the feed-in data comprising respective remuneration conditions of the corresponding energy subsystem for receiving and / or providing energy
  • the energy is in particular electrical energy. However, it can alternatively be heat or cold.
  • energy means, for example, “electrical energy”, “thermal energy” or “cold energy”.
  • electric energy we speak of "electrical energy”. This is not intended to limit the invention, on the contrary, all of the following statements regarding electrical energy also apply analogously to other forms of energy.
  • the above energy system may include the control center and the multiple energy subsystems.
  • the energy subsystems may be controlled by a respective control unit.
  • the communication of the respective energy subsystem with the control center takes place through the corresponding control unit of the respective energy subsystem.
  • the energy system can include, for example, several control units for each of the energy subsystems and the control center.
  • the feed data can then be received from the respective control units of the energy subsystems. Controlling the exchange of electrical energy between the Energy subsystems can be done by controlling the respective control units of the energy subsystems.
  • the energy subsystems can each extend over a single household, over a single building or over an operation.
  • Each of the energy subsystems can comprise, for example, one or more of the following systems: photovoltaic system, biogas systems, combined heat and power plant, electrical energy storage (in particular stationary battery storage), electric vehicle, wind generator.
  • the energy subsystems may include pure consumers of electrical energy such as industrial plants, cooking appliances, washing machines or any household appliances.
  • the energy system can be formed, for example, from the energy subsystems of a region, a city, a municipality, a district or a region defined in some other way. In particular, it is provided that the energy system extends over an area of a suitable size. In particular, it is envisaged that in one country several spatially separated energy systems coexist.
  • the control center can be a central server of the energy system.
  • the server can communicate with the energy subsystems, in particular with their control units, for example via the Internet.
  • the control center does not necessarily have to be in the region covered by the energy system
  • the feed-in data can indicate the remuneration terms for which a respective energy subsystem is ready to receive and / or provide electrical energy.
  • the remuneration conditions can include, for example, a price for an amount of energy.
  • the feed-in data thus contain an offer for a certain amount of energy at a certain price or a demand (ie for the decrease) of a certain amount of energy at a certain price.
  • the optimal conditions are determined by the control center based on the respective feed-in data of all energy subsystems. In other words, it is determined for which compensation conditions an optimum is achieved according to a predetermined criterion. These remuneration conditions can then be determined or defined as the optimal conditions.
  • the exchange of electrical energy between the energy subsystems is then controlled in accordance with the optimal conditions. In addition, controlling the exchange
  • the optimal conditions represent a price for which an optimum of energy exchange (in particular according to the previously determined criterion) is achieved.
  • the exchange of electrical energy between the energy subsystems can then take place at the price determined by the optimal conditions and in accordance with the energy quantities defined by means of the feed-in data.
  • the control of the exchange of electrical energy can take place in such a way that the individual energy subsystems provide exactly or at most the amount of energy specified for the reception or provision by means of the feed-in data.
  • the exchange of electrical energy is controlled in such a way that that amount of energy is received or made available by each of the energy subsystems, as corresponding remuneration conditions are determined in accordance with the feed-in data for the optimal conditions.
  • the optimal conditions are determined taking into account a maximized exchange of electrical energy.
  • the optimal conditions are determined in such a way that the exchange of electrical energy between the energy subsystems is maximized. This can be done in the manner of a mathematical optimization problem. By maximizing the energy exchange can increase the effectiveness of the energy system.
  • a demanded or offered amount of energy is received on the basis of the feed-in data of the respective energy subsystem for at least one remuneration condition.
  • the amount of energy that the energy subsystem offers or asks for at least one remuneration condition is received.
  • the demand data or the amount of energy offered for different remuneration conditions are received based on the feed-in data. For example, we receive such that a first amount of energy is requested for a first price and a second amount of energy is requested for a second price. In particular, the second amount of energy is greater than the first amount of energy if the second price is lower than the first price.
  • the feed-in data are combined by the control center in order to determine the optimal conditions based thereon.
  • the optimal conditions are formed in particular on the basis of all feed-in data of all energy subsystems.
  • the control center determines an overall amount of energy offered by the energy subsystems and an overall amount of energy requested by the energy subsystems. For example, it is determined at what price which amount of energy is consumed in total by the energy subsystems. is offered and at what price which amount of energy is in total demand through the energy subsystems. In particular, this means cumulative of all energy subsystems across all energy subsystems or via the feed-in data. It is thus possible to determine respective tables of values and / or a respective course for the total amount of energy offered and the total amount of energy demanded as a function of the remuneration condition, in particular as a function of a price per amount of energy. In other words, the total amount of energy offered and the total amount of energy in demand can each be a function of the remuneration conditions, in particular the price per amount of energy. This provides a particularly advantageous overview of the need and supply of the energy subsystems.
  • the respective feed-in data comprise a price elasticity curve for the respective energy subsystem.
  • a price elasticity curve can indicate the amount of electrical energy offered or requested by the respective energy subsystem as a function of the remuneration conditions, in particular the price per amount of energy.
  • a requested amount of energy can be represented by a negative range of values and a provided amount of energy by a positive range of values.
  • a requested amount of energy can also be represented by the positive range of values and the amount of energy provided by the negative range of values.
  • demanded and provided amounts of energy can be differentiated based on their sign. In this way, there is the possibility of specifying the feed conditions particularly advantageously.
  • the feed-in data can be combined, for example, by adding the price elasticity curves.
  • the price elasticity curves can each be subdivided into an area that represents the amount of energy requested and an area that represents the amount of energy offered. These two areas can then be added separately to the total amount of energy offered or to the total demand. This results in two price elasticity curves, which characterize the total amount of energy offered and the total amount of energy requested in a particularly advantageous manner.
  • the same remuneration conditions are stipulated for each of the energy subsystems by the optimal conditions.
  • the optimal conditions are binding as remuneration conditions for all energy subsystems in the energy system.
  • all energy subsystems exchange the respective amount of energy at the same price specified by the optimal conditions.
  • the method steps mentioned are carried out in succession for successive discrete time intervals.
  • provision is made in particular for the respective control data to be received from each of the subsystems for each of the time intervals. Feed-in data are therefore received from each of the individual energy subsystems for each of the time intervals.
  • the optimal conditions can then be determined for each of the time intervals.
  • the exchange of electrical energy on the basis of the optimal conditions then takes place in particular in the time interval for which the optimal conditions and the feed-in data used to determine the optimal conditions are valid.
  • the optimal conditions and a plan for the exchange of electrical energy can be each of the discrete time intervals can be determined in advance.
  • the planning mentioned is carried out 24 hours, 12 hours, 6 hours, 4 hours, 2 hours, 1 hour, 30 minutes, 15 minutes or 5 minutes in advance.
  • the process steps mentioned are advantageously carried out iteratively for the successive discrete time intervals. This means that the subsequent time interval is only planned after the planning of one of the time intervals has been completed. This results in a particularly high degree of flexibility.
  • the respective feed-in data are generally only valid for a single one of the time intervals, and the determination of the optimal conditions is carried out in succession for successive discrete time intervals, based in each case on the feed-in data valid for the respective time interval. As described above, this is done iteratively in particular. This results in a particularly high degree of planning security, since the planning for previous time intervals is already known in this case.
  • the fact that the respective feed-in data is generally only valid for one time interval means that it can be given for a certain time interval.
  • the control device it is also possible for the control device to receive permanently valid or longer time (that is to say over several time intervals) feed-in data. In this case, the feed-in data can be valid for more than a single one of the time intervals as described.
  • the optimal conditions for each of the energy subsystems determine (the same) remuneration conditions within one of the discrete time intervals.
  • time intervals are determined and used to create respective feed-in data for the subsequent time interval.
  • the exchange of electrical energy in the one or more previous time intervals, which is followed by the subsequent time interval can be determined and used to generate the respective feed-in data for the subsequent time interval.
  • the exchange of electrical energy in previous time intervals can be used to create or determine the feed-in data for a subsequent time interval.
  • the previous time intervals can be in the future. In this case, the exchange of electrical energy for the previous time intervals located in the future can be simulated or calculated.
  • This simulation or calculation can be carried out iteratively on the basis of the exchange of electrical energy already established on the basis of the optimal conditions for the corresponding time intervals.
  • the exchange of electrical energy can be measured for previous periods of time that have already passed.
  • the control of the exchange of electrical energy can take place in a particularly calculable manner because the individual time intervals build on one another.
  • a respective state of the energy subsystems is determined after the exchange of electrical energy. This can be simulated or calculated in advance, or measured after the exchange has taken place. Based on this state of energy systems after the exchange
  • a subsequent time interval can in turn be planned (especially with regard to feed-in data, optimal conditions and the resulting exchange of electrical energy).
  • feed-in data are only provided and / or received for a time interval directly following a previous time interval after the exchange of electrical energy between see the energy subsystems for the previous time interval was determined.
  • the exchange of electrical energy is first determined for the previous time interval and only then is the feed-in data received for the subsequent time interval.
  • the discrete time intervals can be planned particularly advantageously one after the other.
  • a second aspect of the invention relates to a control center, which is set up to carry out a method according to the invention, as described in the context of the present application.
  • the control center can be a computing unit, in particular a server.
  • Another aspect of the invention relates to an energy system
  • control units for controlling a respective energy subsystem with regard to an exchange of electrical energy of the subsystem with other energy subsystems
  • a control center for receiving respective feed-in data from the energy subsystems, the feed-in data comprising respective remuneration conditions of the corresponding energy subsystem for receiving and / or providing electrical energy, for determining optimal conditions for all energy subsystems of the energy system depending on the feed-in data and for Control an exchange of electrical energy between the energy subsystems based on the optimal conditions.
  • the energy system comprises the control center mentioned above, which is set up to carry out a method according to the invention, as described in the context of the present application.
  • the energy subsystems can be part of the energy system.
  • the control units are understood as part of the energy system, but the energy subsystems are not.
  • the control center according to the invention and the energy system according to the invention are each further developed by features as have already been disclosed in connection with the method according to the invention. For reasons of scarcity, these features are not listed again in relation to the control center and the energy system.
  • the invention also includes a computer program which can be loaded directly into a memory of a control according to the invention, with program code means in order to carry out the steps of the method according to the invention when the program is executed in the control center.
  • the computer program according to the invention implements the method according to the invention on a control center according to the invention when it is executed on the control center.
  • the invention also includes a storage medium with electronically readable control information stored thereon, which comprise at least the computer program mentioned and are designed such that they carry out the method according to the invention when the storage medium is used in a control center according to the invention.
  • the storage medium can, for example, be set up for digital or analog storage of data.
  • the storage medium can be single or multiple writable, volatile or non-volatile.
  • FIG. 1 shows a block diagram of several energy subsystems and a control center
  • 3 shows an exemplary diagram with the dependence of a demanded or provided amount of energy depending on a remuneration condition
  • FIG. 4 shows an exemplary diagram of a total amount of energy offered and an amount of energy required in an energy system.
  • 1 shows in a block diagram an overview of several control units 4 and a control center 2, which together form part of an energy system 1. 1 also shows a number of energy subsystems 3 and an electrical network 5, also called a power network, for example the 50 Hz network.
  • the multiple control units 4 are each assigned to exactly one of the energy subsystems 3.
  • the control units 4 are set up to control the respectively assigned energy sub system 3.
  • the control units 4 are set up to control the generation and consumption of electrical energy by the corresponding energy subsystem 3.
  • the energy subsystems 3 can be set up to control the provision and reception of electrical energy with the electrical network 5.
  • the respective control unit 4 communicates with the corresponding energy subsystem 3.
  • the control units 4 are located at the location of the respective energy subsystem 3.
  • the control units 4 can also be referred to as the respective energy management systems of the energy subsystems 3.
  • Each of the energy subsystems 3 can include, for example, one or more of the following systems: photovoltaic system, biogas systems, combined heat and power plant, electrical energy storage (in particular stationary battery storage), electric vehicle, wind generator.
  • the energy subsystems 3 consumers of electrical energy such as in industrial plants, cooking appliances, washing machines or any Household appliances include.
  • the control unit 4 can be control computers of the respective energy subsystems 3.
  • the energy subsystems 3 of the energy system 1 can be arranged in the same street, neighborhood, district, town, city, region, district or in some other way in a predetermined area, in particular radius.
  • the energy subsystems 3 are connected to the electrical network 5 for the exchange of electrical energy.
  • the energy subsystems 3 are thus indirectly connected to one another via the electrical network 5.
  • the energy subsystems 3 can exchange electrical energy with one another.
  • This exchange of electrical energy between the energy subsystems 3 is controlled in the present case by the control center 2.
  • the control units 4 are each networked with the control center 2. This networking can be provided for example via the Internet, the cellular network, any other radio connection or in any way.
  • the control center 2 is a server device or a server.
  • each of the control units 4 determines respective feed data 6.
  • feed-in data 6 are determined or calculated in particular in real time or in advance (for example 1 hour, 2 hours, half a day or a whole day in advance) for a certain discrete time interval t.
  • a system state of the respective energy subsystem 3 (for example a state of charge of an electrical energy storage device of the corresponding energy subsystem 3) at the beginning of the time interval t and various predictions are advantageously taken into account.
  • predictions can be, for example, the weather, a generation of electrical energy derived therefrom and / or estimates for an energy consumption inside and / or outside the relate to the respective energy subsystem 3 in the corresponding time interval t.
  • the forecasts can be obtained, for example, from a weather service and / or from another forecasting facility. Alternatively or additionally, the predictions can also relate to the quantities mentioned for a longer period, for example half a day or a whole day. Overall, it can be determined in this way at what remuneration terms, that is to say at what price the respective energy subsystem 3 provides or asks for what amount of electrical energy.
  • FIG. 10 An exemplary price elasticity curve 10, also known as the absorption-price curve, is shown in FIG.
  • This price elasticity curve 10 shows the amount of energy E demanded or provided by the corresponding energy subsystem 3 as a function of a price P.
  • the exemplary price elasticity curve 10 shows that the corresponding energy subsystem 3 for the corresponding time interval t for receiving or providing electrical energy E one certain quantity depends on a price P applicable for this.
  • the demand for electrical energy E by the energy subsystem 3 is relatively large.
  • the energy subsystem 3 can fill up its electrical energy store at this low price.
  • an offer area 15 in which the price P is comparatively higher, the corresponding energy subsystem 3 is ready to provide electrical energy E.
  • negative values mean, for example, a demand for electrical energy and positive values a supply of electrical energy by the energy subsystem 3.
  • the price elasticity curve 10 can limit the costs for generation and / or consumption of electrical energy in the time interval t by the respective energy subsystem 3 specify.
  • the feed-in data 6 are transmitted to the control center 2 by the respective control units 4.
  • the control center 2 receives in one Step S2 the feed-in data 6 from the energy subsystems 3 or the control units 4. This is done in particular via a data connection using the networking described above.
  • the control center 2 determines optimal conditions 7 on the basis of the feed-in data 6.
  • the optimal conditions 7 are determined while maximizing an exchange of electrical energy between the energy subsystems 3.
  • the individual feed data 6 from the plurality of energy subsystems 3 are combined and evaluated.
  • the feed-in data 6 contained by the control units 4 or by the energy subsystems 3 are aggregated and managed with the aim of maximum energy conversion.
  • who the aggregated feed-in data 6, in particular divided into offered energy quantities and demanded energy quantities enter into an optimization problem as secondary conditions, which is solved with the aim of maximizing the exchange of electrical energy.
  • a total amount of energy 11 offered by the energy subsystems 3 and an overall amount of energy 12 demanded by the energy subsystems 3 are determined. These two amounts of energy 11, 12 can each be determined depending on the price.
  • FIG. 4 shows an exemplary course for the two amounts of energy 11 and 12.
  • the total amount of energy 11 offered as well as the total amount of energy 12 in demand are plotted as a function of the price P.
  • the distributions for the two amounts of energy 11, 12 can be made the respective price elasticity curves 10 of the plurality of energy subsystems 3 are formed.
  • the total amount of energy 12 in demand is determined by adding the demand area 14, by which a demand for electrical energy is presented, to the price elasticity curves 10.
  • the price elasticity curve 10 in the demand area 14 must still be on the P axis. are reflected or multiplied by -1.
  • the total amount of energy 11 offered can be formed by adding the supply areas 15 of the price elasticity curves 10 of all energy subsystems 3.
  • the optimal conditions 7 are determined from the two amounts of energy 11, 12, that is to say the total amount of energy 11 offered and the total amount of energy 12 requested.
  • the determination of the optimal conditions 7 can be seen as an optimization problem.
  • the amount of energy exchanged is maximized. It is important to note that the maximum amount of energy that can be exchanged is that for certain remuneration conditions (especially price) can be offered and requested at the same time.
  • the maximum amount of energy exchanged is at the intersection 13. In the present diagram, this is the intersection 13 between the total amount of energy 11 offered and the total amount of energy 12 in demand.
  • the price associated with the intersection is defined as the price for the optimal conditions 7.
  • a step S4 the exchange of electrical energy is controlled in accordance with the optimal conditions 7.
  • the control center 2 in particular controls each of the control units 4 in such a way that the control units 4 in turn the energy subsystems 3 the energy Provide or receive quantity of goods, as was specified in the feed-in data 6 for the optimal conditions 7 corresponding remuneration conditions.
  • the optimal conditions 7 and / or a net energy balance are transmitted to the energy subsystems 3 or their control units 4 for this purpose.
  • the exchange of electrical energy takes place in particular via the electrical network 5.
  • the control units 4 receive the optimal conditions 7 and / or the net energy balance in a step S5. Based on this, the operation of the respective energy subsystem 3 is optimized by the corresponding control unit 4 in a step S6. This optimization can be applied during the time interval t and / or during previous time intervals. In addition, predictions such as weather and / or energy consumption within and / or outside the energy subsystem 3 are taken into account for this optimization. In addition, time intervals other than the discrete time interval t can be taken into account in this optimization.
  • a system state of the respective energy subsystem 3 is determined at the end of the time interval t be. This can be done, for example, by measurement as soon as the time interval t has actually expired. This is particularly the case if the present method, in particular steps S1 to S7, is carried out in real time. Alternatively or additionally, the system status can be simulated or calculated. This can also be called a model-based determination. This is particularly advantageous if the method, in particular steps S1 to S7, is carried out before the time interval t occurs.
  • step S7 can be used as the basis for a next time interval t + 1.
  • the same method steps as for the time interval t are carried out in an analogous manner for the time interval t + 1.
  • the present process is carried out iteratively. This means the previous iteration step
  • a coordination of the energy subsystems 3 provided by the present method is discretized in time (namely according to the time intervals t) and the method is processed one after the other for each of the time intervals t
  • flexibility in the generation and consumption of electrical energy by the respective control units 4 for a considered time interval t can be estimated significantly easier and better.
  • the flexibility of the energy system 1 is increased compared to the prior art.
  • the system status of a respective energy subsystem 3 is known at the beginning of a time interval t (possibly in advance operation, also called day-ahead operation) or can at least be estimated based on a model.
  • the time intervals t can each extend over a fixed, in particular the same time period. This time period can be, for example, 5 minutes, 15 minutes, 30 minutes or 1 hour.
  • the energy subsystems 3 determine the exchange of energy in one or more time intervals t-1 preceding the time interval t and use it to generate the corresponding feed-in data 6 for the time interval t.
  • feed-in data 6 are only received after the exchange of energy between the energy subsystems 3 has been determined for the previous time interval t.
  • control units 4 are obliged to be flexible (more precisely Price elasticity, set in advance for a certain time interval t, but it can be achieved by bringing together several control units 4 and their underlying energy subsystems 3 overall, i.e. in total, better costs or efficient for the entire energy system 1, as well as the individual interests of the individual Energy subsystems 3 (optimization for a respective energy subsystem 3) can be improved by the interaction with the other energy subsystems 3.
  • the special feature is the distribution of the coordination according to the time intervals t and the successive processing of these, so that flexibilities (e.g. elasticities) only have to be estimated for a respective time interval t and not for a longer period. In this way, the existing flexibility can be estimated "more generously". In addition, there is a lower risk that an operational plan is calculated that cannot be presented technically afterwards.
  • the process is different for different systems in a wide variety of contexts (examples: electricity, heating, cooling on different scales, e.g. street, neighborhood, district, city or region, but also in systems behind the meter, in which the The complexity of the central coordination platform scales linearly with the number of participants and is overall manageable.
  • the mechanism described can provide information about the system state of the respective energy subsystem 3 or its control unit 4 both forward and also flow backwards within the respective forecast horizon at the currently viewed time interval t.
  • the system status can be, for example, the charge level of an energy store.
  • information about flexibilities flows forward in the time from previous time intervals tx to the currently viewed time interval t.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Austauschs von Energie in einem Energiesystem (1) mit mehreren Energiesubsystemen (3), welche jeweils für den Austausch von Energie untereinander verbunden sind. Um ein verbessertes Verfahren zum Steuern des Austauschs der Energie bereitzustellen, sind folgende Schritte vorgesehen: - Empfangen jeweiliger Einspeisedaten (6) aus den Energiesubsystemen (3) durch eine Steuerungszentrale (2), wobei die Einspeisedaten (6) jeweilige Vergütungskonditionen des entsprechenden Energiesubsystems (3) zum Empfang und/oder zur Bereitstellung von Energie umfassen, - Bestimmen von Optimalkonditionen (7) anhand der Einspeisedaten (6) aller Energiesubsysteme (3) des Energiesystems (1) durch die Steuerungszentrale (2), und - Steuern des Austauschs der Energie zwischen den Energiesubsystemen (3) anhand der Optimalkonditionen (7).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Steuern eines Austauschs von Energie zwischen Energiesubsystemen zu angeglichenen Konditionen; Steuerungs zentrale; Energiesystem; Computerprogramm sowie Speichermedi um
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Aus tauschs von Energie in einem Energiesystem mit mehreren Ener giesubsystemen, welche jeweils für den Austausch von Energie untereinander verbunden sind. Außerdem betrifft die Erfindung eine Steuerungszentrale sowie ein Energiesystem mit mehreren Energiesubsystemen und einer Steuerungszentrale. Zuletzt um fasst die Erfindung Computerprogramm sowie ein Speichermedi um.
Herstellung und Verbrauch elektrischer Energie müssen an ei nem Stromnetz stets in einem ausgeglichenen Maß erfolgen. Aufgrund gering ausgeprägter netzseitiger Speicherungsmög lichkeiten für elektrische Energie ist es insbesondere nötig, dass elektrische Energie zur selben Zeit erzeugt wird, in der sie auch verbraucht wird. Insbesondere durch den Zubau de zentraler Kleinkraftwerke, beispielsweise Photovoltaik- Anlagen, Blockheizkraftwerke, Biogasanlagen, Windräder zur Stromerzeugung sowie stationäre Speicher, insbesondere Batte riespeicher, ist eine einfache und effiziente Steuerung be ziehungsweise Regelung nötig.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbes sertes Verfahren zum Steuern eines Austauschs elektrischer Energie bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die unabhän gigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprü che . Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Austauschs von Energie in einem Energiesystem mit mehreren Energiesubsystemen, welche jeweils für den Aus tausch der Energie untereinander verbunden sind. Das Verfah ren umfasst die folgenden Schritte:
- Empfangen jeweiliger Einspeisedaten aus den Energiesubsys temen durch eine Steuerungszentrale, wobei die Einspeisedaten jeweilige Vergütungskonditionen des entsprechenden Energie subsystems zum Empfang und/oder zur Bereitstellung von Ener gie umfassen,
- Bestimmen von Optimalkonditionen anhand der Einspeisedaten aller Energiesubsysteme des Energiesystems durch die Steue rungszentrale, und
- Steuern des Austauschs von Energie zwischen den Energiesub systemen anhand der Optimalkonditionen.
Bei der Energie handelt es sich insbesondere um elektrische Energie. Es kann sich jedoch alternativ auch um Wärme oder Kälte handeln. Mit anderen Worten meint der Begriff „Energie" beispielsweise „elektrische Energie", „Wärmeenergie" oder „Kälteenergie". Im Folgenden ist von „elektrischer Energie" die Rede. Dies soll die Erfindung nicht einschränken, im Ge genteil gelten alle folgenden Ausführungen bezüglich elektri scher Energie analog auch für andere Energieformen.
Das oben genannte Energiesystem kann die Steuerungszentrale und die mehreren Energiesubsysteme umfassen. Alternativ ist es möglich, dass die Energiesubsysteme durch eine jeweilige Steuerungseinheit gesteuert werden. In diesem Fall erfolgt die Kommunikation des jeweiligen Energiesubsystems mit der Steuerungszentrale durch die entsprechende Steuerungseinheit des jeweiligen Energiesubsystems. In diesem Fall kann das Energiesystem beispielsweise mehrere Steuerungseinheiten für jedes der Energiesubsysteme sowie die Steuerungszentrale um fassen. Die Einspeisedaten können dann aus den jeweiligen Steuerungseinheiten der Energiesubsysteme empfangen werden. Das Steuern des Austauschs elektrischer Energie zwischen den Energiesubsystemen kann durch Steuern der jeweiligen Steue rungseinheiten der Energiesubsysteme erfolgen.
Die Energiesubsysteme können sich jeweils über einen einzigen Haushalt, über ein einziges Gebäude oder über einen Betrieb erstrecken. Jedes der Energiesubsysteme kann beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Anlagen umfassen: Photovolta- ik-Anlage, Biogasanlagen, Blockheizkraftwerk, elektrischer Energiespeicher (insbesondere stationärer Batteriespeicher) , Elektrofahrzeug, Windgenerator. Zusätzlich können die Ener giesubsysteme reine Verbraucher elektrischer Energie wie zum Beispiel Industrieanlagen, Kochgeräte, Waschmaschinen oder beliebige Haushaltsgeräte umfassen. Das Energiesystem kann beispielsweise aus den Energiesubsystemen einer Region, einer Stadt, einer Gemeinde, eines Landkreises oder einer auf ande re Weise definierten Region gebildet sein. Dabei ist insbe sondere vorgesehen, dass sich das Energiesystem über einen Bereich geeigneter Größe erstreckt. Insbesondere ist vorgese hen, dass in einem Land mehrere räumlich voneinander getrenn te Energiesysteme koexistieren. Bei der Steuerungszentrale kann es sich um einen zentralen Server des Energiesystems handeln. Der Server kann beispielsweise über das Internet mit den Energiesubsystemen, insbesondere mit deren Steuerungsein heiten, kommunizieren. Dabei muss die Steuerungszentrale nicht zwangsläufig in der durch das Energiesystem abgedeckten Region liegen.
Die Einspeisedaten können angeben, zu welchen Vergütungskon ditionen ein jeweiliges Energiesubsystem zum Empfang und/oder zur Bereitstellung von elektrischer Energie bereit ist. Die Vergütungskonditionen können beispielsweise einen Preis für eine Energiemenge umfassen. Beispielsweise enthalten die Ein speisedaten somit ein Angebot für eine bestimmte Energiemenge zu einem bestimmten Preis oder eine Nachfrage (also zur Ab nahme) einer bestimmten Energiemenge zu einem bestimmten Preis . Basierend auf den jeweiligen Einspeisedaten aller Energiesub systeme werden die Optimalkonditionen durch die Steuerungs zentrale bestimmt. Mit anderen Worten wird bestimmt, für wel che Vergütungskonditionen nach einem vorbestimmten Kriterium ein Optimum erreicht wird. Diese Vergütungskonditionen können dann als die Optimalkonditionen bestimmt beziehungsweise festgelegt werden.
Anschließend wird der Austausch elektrischer Energie zwischen den Energiesubsystemen entsprechend den Optimalkonditionen gesteuert. Zusätzlich kann das Steuern des Austauschs
elektrischer Energie entsprechend den jeweiligen Einspeiseda ten der Energiesubsysteme gesteuert werden. Beispielsweise repräsentieren die Optimalkonditionen einen Preis, für den ein Optimum des Energieaustauschs (insbesondere nach dem vor bestimmten Kriterium) erreicht wird. Der Austausch elektri scher Energie zwischen den Energiesubsystemen kann dann zu dem durch die Optimalkonditionen festgelegten Preis und ent sprechend der mittels der Einspeisedaten festgelegten Ener giemengen erfolgen. Im Allgemeinen kann das Steuern des Aus tauschs elektrischer Energie derart erfolgen, dass durch die einzelnen Energiesubsysteme genau die oder höchstens die mit tels der Einspeisedaten zum Empfang oder zur Bereitstellung ausgewiesenen Energiemenge erfolgt. Insbesondere wird der Austausch elektrischer Energie derart gesteuert, dass durch jedes der Energiesubsysteme diejenige Energiemenge empfangen oder bereitgestellt wird, wie entsprechend der Einspeisedaten für den Optimalkonditionen entsprechende Vergütungskonditio nen festgelegt sind.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Bestimmen der Optimalkonditionen unter Berücksichtigung eines maximier ten Austausches elektrischer Energie durchgeführt wird. Mit anderen Worten werden die Optimalkonditionen derart bestimmt, dass der Austausch elektrischer Energie zwischen den Energie subsystemen maximiert wird. Dies kann nach Art eines mathema tischen Optimierungsproblems erfolgen. Durch die Maximierung des Energieaustauschs kann die Effektivität des Energiesys tems gesteigert werden.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass anhand der Einspeisedaten des jeweiligen Energiesubsystems für zumindest eine Vergütungskondition eine nachgefragte oder angebotene Energiemenge empfangen wird. Mit anderen Worten wird anhand der Einspeisedaten des jeweiligen Energiesubsystems empfan gen, welche Energiemenge das Energiesubsystem für die zumin dest eine Vergütungskondition anbietet oder nachfragt. Insbe sondere werden anhand der Einspeisedaten jeweilige nachge fragte oder angebotene Energiemengen für unterschiedliche Vergütungskonditionen empfangen. Beispielsweise wir derart empfangen, dass für einen ersten Preis eine erste Energiemen ge und für einen zweiten Preis eine zweite Energiemenge nach gefragt wird. Insbesondere ist die zweite Energiemenge größer als die erste Energiemenge, wenn der zweite Preis niedriger ist als der erste Preis. Alternativ kann anhand der Einspei sedaten bestimmt werden, dass das jeweilige Energiesubsystem für einen dritten Preis eine dritte Energiemenge empfängt und für einen vierten Preis eine vierte Energiemenge bereit stellt, wobei der vierte Preis höher ist als der dritte
Preis .
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass durch die Steuerungszentrale die Einspeisedaten zusammengefasst werden, um darauf basierend das Bestimmen der Optimalkonditionen durchzuführen. Mit anderen Worten werden die Optimalkonditio nen insbesondere auf Basis aller Einspeisedaten aller Ener giesubsysteme gebildet.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass durch die Steuerungszentrale basierend auf den Einspeisedaten für un terschiedliche Vergütungskonditionen eine insgesamt durch die Energiesubsysteme angebotene Energiemenge und eine insgesamt durch die Energiesubsysteme nachgefragte Energiemenge be stimmt wird. Beispielsweise wird bestimmt, zu welchem Preis welche Energiemenge insgesamt durch die Energiesubsysteme an- geboten wird und zu welchem Preis welche Energiemenge insge samt durch die Energiesubsysteme nachgefragt wird. Insbeson dere bedeutet insgesamt hierbei über alle Energiesubsysteme beziehungsweise über die Einspeisedaten alles Energiesubsys teme kumuliert. Es können somit jeweilige Werttabellen und/oder ein jeweiliger Verlauf für die insgesamt angebotene Energiemenge und die insgesamt nachgefragte Energiemenge in Abhängigkeit von der Vergütungskondition, insbesondere in Ab hängigkeit von einem Preis pro Energiemenge, bestimmt werden. Mit anderen Worten können die insgesamt angebotene Energie menge und die insgesamt nachgefragte Energiemenge jeweils ei ne Funktion der Vergütungskonditionen, insbesondere des Prei ses pro Energiemenge, sein. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders vorteilhafte Übersicht über den Bedarf und das An gebot der Energiesubsysteme.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die jeweiligen Einspeisedaten eine Preiselastizitätskurve für das jeweilige Energiesubsystem umfassen. Eine solche Preiselastizitätskurve kann die durch das jeweilige Energiesubsystem angebotene be ziehungsweise nachgefragte elektrische Energiemenge als Funk tion der Vergütungskonditionen, insbesondere des Preises pro Energiemenge, angeben. Dabei kann im Rahmen der Preiselasti zitätskurve eine nachgefragte Energiemenge durch einen nega tiven Wertebereich und eine bereitgestellte Energiemenge durch einen positiven Wertebereich repräsentiert werden. Al ternativ kann auch eine nachgefragte Energiemenge durch den positiven Wertebereich und die bereitgestellte Energiemenge durch den negativen Wertebereich repräsentiert werden. Im allgemeine können nachgefragte und bereitgestellte Energie mengen anhand ihres Vorzeichens unterschieden werden. Auf diese Weise ergibt sich die Möglichkeit, die Einspeisekondi tionen besonders vorteilhaft anzugeben.
Das Zusammenfassen der Einspeisedaten kann beispielsweise durch Addieren der Preiselastizitätskurven erfolgen. Dement sprechend ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass durch die Steuerungszentrale die Preiselastizitätskurven der Energiesubsysteme zusammengefasst, insbesondere addiert, wer den. Hierzu können die Preiselastizitätskurven jeweils in ei nem Bereich, der die nachgefragte Energiemenge repräsentiert, und einen Bereich, der die angebotene Energiemenge repräsen tiert, unterteilt werden. Diese beiden Bereiche können dann jeweils getrennt zur insgesamt angebotenen beziehungsweise zur insgesamt nachgefragten Energiemenge addiert werden. Auf diese Weise ergeben sich zwei Preiselastizitätskurven, welche die insgesamt angebotene Energiemenge und die insgesamt nach gefragte Energiemenge besonders vorteilhaft charakterisieren.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass durch die Op timalkonditionen für jedes der Energiesubsysteme dieselben Vergütungskonditionen festgelegt werden. Insbesondere wird festgelegt, dass bei dem Austausch elektrischer Energie zwi schen den Energiesubsystemen die Energie jeweils entsprechend derselben Vergütungskonditionen, nämlich den Optimalkonditio nen, ausgetauscht wird. Mit anderen Worten sind die Optimal konditionen als Vergütungskonditionen für alle Energiesubsys teme in dem Energiesystem verbindlich. Beispielsweise tau schen alle Energiesubsysteme die jeweilige Energiemenge zum selben durch die Optimalkonditionen vorgegebenen Preis aus.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die genannten Verfahrensschritte jeweils nacheinander für aufeinanderfol gende diskrete Zeitintervalle durchgeführt werden. In diesem Fall ist insbesondere vorgesehen, dass für jedes der Zeitin tervalle jeweilige Einspeisedaten aus jedem der Subsysteme durch die Steuerungszentrale empfangen werden. Es werden also aus jedem einzelnen der Energiesubsysteme für jedes der Zeit intervalle jeweilige Einspeisedaten empfangen. Die Optimal konditionen können dann für jedes der Zeitintervalle bestimmt werden. Der Austausch elektrischer Energie anhand der Opti malkonditionen erfolgt dann insbesondere in dem Zeitinter vall, für welches die Optimalkonditionen und die zur Bestim mung der Optimalkonditionen herangezogenen Einspeisedaten gültig sind. Die Optimalkonditionen sowie ein Plan für den Austausch elektrischer Energie können bereits vor Beginn ei- nes jeweiligen der diskreten Zeitintervalle im Voraus be stimmt werden. Beispielsweise wird für jedes der diskreten Zeitintervalle die genannte Planung bereits 24 Stunden, 12 Stunden, 6 Stunden, 4 Stunden, 2 Stunden, 1 Stunde, 30 Minu ten, 15 Minuten oder 5 Minuten im Voraus durchgeführt. Vor teilhafterweise werden die genannten Verfahrensschritte für die aufeinanderfolgenden diskreten Zeitintervalle iterativ durchgeführt. Das bedeutet, dass erst nach Fertigstellung der Planung eines der Zeitintervalle das darauffolgende Zeitin tervall geplant wird. Auf diese Weise ergibt sich ein beson ders hohes Maß an Flexibilität.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die jeweiligen Einspeisedaten im Allgemeinen nur für ein einziges der Zeit intervalle Gültigkeit haben und das Bestimmen der Optimalkon ditionen nacheinander für aufeinanderfolgende diskrete Zeit intervalle jeweils basierend auf den für das jeweilige Zeit intervall gültigen Einspeisedaten durchgeführt wird. Wie zu vor beschrieben, erfolgt dies insbesondere iterativ. Auf die se Weise ergibt sich ein besonders hohes Maß an Planungssi cherheit, da die Planungen für vorhergehende Zeitintervalle in diesem Fall bereits bekannt sind. Dass die jeweiligen Ein speisedaten im Allgemeinen nur für einen Zeitintervall Gül tigkeit haben, bedeutet, dass diese für ein bestimmtes Zeit intervall abgegeben werden können. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass dauerhaft gültige oder längere Zeit (also über mehrere Zeitintervalle hinweg) gültige Einspeisedaten durch die Steuerungseinrichtung empfangen werden. In diesem Fall können die Einspeisedaten wie beschrieben für mehr als ein einziges der Zeitintervalle Gültigkeit haben.
Insbesondere werden durch die Optimalkonditionen für jedes der Energiesubsysteme (dieselben) Vergütungskonditionen in nerhalb eines der diskreten Zeitintervalle festgelegt.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass durch eines der Energiesubsysteme der Austausch elektrischer Energie in einem oder mehreren einem anschließenden Zeitintervall vor- hergehenden Zeitintervallen bestimmt und zur Erstellung je weiliger Einspeisedaten für das anschließende Zeitintervall genutzt wird. Mit anderen Worten kann der Austausch elektri scher Energie in dem einen oder den mehreren vorhergehenden Zeitintervallen, an welcher sich das anschließende Zeitinter vall anschließt, bestimmt und zur Erstellung der jeweiligen Einspeisedaten für das anschließende Zeitintervall genutzt werden. Mit anderen Worten kann der Austausch elektrischer Energie in vorhergehenden Zeitintervallen für die Erstellung oder Bestimmung der Einspeisedaten für ein daran anschließen des Zeitintervall genutzt werden. Dabei können sich die vor hergehenden Zeitintervalle in der Zukunft befinden. In diesem Fall kann der Austausch elektrischer Energie für die in der Zukunft befindlichen vorhergehenden Zeitintervalle simuliert oder berechnet werden. Dieses Simulieren oder Berechnen kann iterativ anhand des anhand der Optimalkonditionen bereits festgelegten Austauschs elektrischer Energie für die entspre chenden Zeitintervalle erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann für bereits vergangene der vorhergehenden Zeitintervalle der Austausch elektrischer Energie gemessen werden. Insgesamt kann durch die genannten Merkmale das Steuern des Austauschs elektrischer Energie besonders gut kalkulierbar erfolgen, da die einzelnen Zeitintervalle aufeinander aufbauen.
Insbesondere wird ein jeweiliger Zustand der Energiesubsyste me nach dem Austausch elektrischer Energie bestimmt. Dies kann bereits im Voraus simuliert oder berechnet werden, oder nachdem der Austausch erfolgt ist, gemessen werden. Anhand dieses Zustands der Energiesysteme nach dem Austausch
elektrischer Energie kann wiederum ein nachfolgendes Zeitin tervall geplant (insbesondere in Bezug auf Einspeisedaten, Optimalkonditionen und daraus resultierendem Austausch elektrischer Energie) werden.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass für ein direkt an ein vorhergehendes Zeitintervall anschließendes Zeitinter vall erst dann Einspeisedaten bereitgestellt und/oder empfan gen werden, nachdem der Austausch elektrischer Energie zwi- sehen den Energiesubsystemen für das vorhergehende Zeitinter vall bestimmt wurde. Mit anderen Worten wird zunächst der Austausch elektrischer Energie für das vorhergehende Zeitin tervall festgelegt und erst danach die Einspeisedaten für das nachfolgende Zeitintervall empfangen. Auf diese Weise können die diskreten Zeitintervalle besonders vorteilhaft nacheinan der geplant werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuerungs zentrale, die dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren, wie es im Rahmen der vorliegenden Anmeldung be schrieben ist, durchzuführen. Insbesondere kann es sich bei der Steuerungszentrale um eine Recheneinheit, insbesondere einen Server, handeln.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Energiesystem mit
- mehreren Steuerungseinheiten zum Steuern eines jeweiligen Energiesubsystems in Bezug auf einen Austausch elektrischer Energie des Subsystems mit anderen Energiesubsystemen, und
- einer Steuerungszentrale zum Empfangen jeweiliger Einspei sedaten aus den Energiesubsystemen, wobei die Einspeisedaten jeweilige Vergütungskonditionen des entsprechenden Energie subsystems zum Empfang und/oder zur Bereitstellung von elektrischer Energie umfassen, zum Bestimmen von Optimalkon ditionen für alle Energiesubsysteme des Energiesystems abhän gig von den Einspeisedaten und zum Steuern eines Austauschs elektrischer Energie zwischen den Energiesubsystemen anhand der Optimalkonditionen. Insbesondere umfasst das Energiesys tem die obengenannte Steuerungszentrale, die dazu eingerich tet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren, wie es im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beschrieben ist, durchzuführen.
Die Energiesubsysteme können Teil des Energiesystems sein. In anderen Ausführungsformen des Energiesystems werden die Steu erungseinheiten als Teil des Energiesystems aufgefasst, die Energiesubsysteme jedoch nicht. Die erfindungsgemäße Steuerungszentrale und das erfindungsge mäße Energiesystem werden jeweils auch durch Merkmale weiter gebildet, wie sie bereits in Verbindung mit dem erfindungsge mäßen Verfahren offenbart wurden. Aus Gründen der Knappheit sind diese Merkmale hier nicht nochmals in Bezug auf die Steuerungszentrale und das Energiesystem aufgeführt.
Zur Erfindung gehört außerdem ein Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer erfindungsgemäßen Steuerungs zentrale ladbar ist, mit Programmcodemitteln, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Pro gramm in der Steuerungszentrale ausgeführt wird. Das erfin dungsgemäße Computerprogramm implementiert das erfindungsge mäße Verfahren auf einer erfindungsgemäßen Steuerungszentra le, wenn es auf der Steuerungszentrale ausgeführt wird. Dem entsprechend gehört zur Erfindung außerdem ein Speichermedium mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinforma tionen, welche zumindest das genannte Computerprogramm umfas sen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Speichermediums in einer erfindungsgemäßen Steuerungszentrale das erfindungsgemäße Verfahren durchführen. Das Speichermedi um kann beispielsweise zum digitalen oder analogen Speichern von Daten eingerichtet sein. Das Speichermedium kann einfach oder mehrfach beschreibbar, flüchtig (volatil) oder nicht flüchtig sein.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
FIG 1 in einem Blockdiagramm mehrere Energiesubsysteme und eine Steuerungszentrale;
FIG 2 ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausfüh
rungsform des vorliegenden Verfahrens; FIG 3 ein beispielhaftes Diagramm mit der Abhängigkeit einer nachgefragten oder bereitgestellten Energie menge abhängig von einer Vergütungskondition; und
FIG 4 ein beispielhaftes Diagramm über eine insgesamt an gebotene und eine insgesamt nachgefragte Energie menge in einem Energiesystem.
FIG 1 zeigt in einem Blockdiagramm eine Übersicht über mehre re Steuerungseinheiten 4 und eine Steuerungszentrale 2, wel che gemeinsam Teil eines Energiesystems 1 sind. Fig. 1 zeigt außerdem mehrere Energiesubsysteme 3 sowie elektrisches Netz 5, auch Stromnetz genannt, beispielsweise das 50 Hz- Verbundnetz .
Die mehreren Steuerungseinheiten 4 sind jeweils genau einem der Energiesubsysteme 3 zugeordnet. Die Steuerungseinheiten 4 sind dazu eingerichtet, das jeweils zugeordnete Energiesub system 3 zu steuern. Insbesondere sind die Steuerungseinhei ten 4 dazu eingerichtet, die Erzeugung und den Verbrauch elektrischer Energie durch das entsprechende Energiesubsystem 3 zu steuern. Aus dem können die Energiesubsysteme 3 dazu eingerichtet sein, eine Bereitstellung und einen Empfang elektrischer Energie mit dem elektrischen Netz 5 zu steuern. Hierzu kommuniziert die jeweilige Steuerungseinheit 4 mit dem entsprechenden Energiesubsystem 3. Insbesondere befinden sich die Steuerungseinheiten 4 am Ort des jeweiligen Energiesub systems 3. Die Steuerungseinheiten 4 können auch als jeweili ge Energiemanagementsysteme der Energiesubsysteme 3 bezeich net werden.
Jedes der Energiesubsysteme 3 kann beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Anlagen umfassen: Photovoltaik-Anlage, Biogasanlagen, Blockheizkraftwerk, elektrischer Energiespei cher (insbesondere stationärer Batteriespeicher) , Elektro fahrzeug, Windgenerator. Zusätzlich können die Energiesubsys teme 3 Verbraucher elektrischer Energie wie zum Beispiel In dustrieanlagen, Kochgeräte, Waschmaschinen oder beliebige Haushaltsgeräte umfassen. Bei den Steuerungseinheit 4 kann es sich um Steuerrechner der jeweiligen Energiesubsysteme 3 han deln. Die Energiesubsysteme 3 des Energiesystems 1 können in derselben Straße, Nachbarschaft, Stadtviertel, Ortschaft, Stadt, Region, Landkreis oder auf sonstige Weise in einem vorgegebenen Bereich, insbesondere Radius, angeordnet sein.
Die Energiesubsysteme 3 sind zum Austausch elektrischer Ener gie mit dem elektrischen Netz 5 verbunden. Indirekt sind die Energiesubsysteme 3 somit über das elektrische Netz 5 jeweils untereinander verbunden. Auf diese Weise können die Energie subsysteme 3 elektrische Energie untereinander austauschen. Dieser Austausch elektrischer Energie zwischen den Energie subsysteme 3 wird vorliegend durch die Steuerungszentrale 2 gesteuert. Hierzu sind die Steuerungseinheiten 4 jeweils mit der Steuerungszentrale 2 vernetzt. Diese Vernetzung kann bei spielsweise über das Internet, das Mobilfunknetz, über eine sonstige Funkverbindung oder auf beliebige Weise bereitge stellt sein. Beispielsweise handelt es sich bei der Steue rungszentrale 2 um eine Servereinrichtung beziehungsweise ei nen Server.
FIG 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein oben genanntes Verfahren zum Steuern des Austauschs elektrischer Energie. In einem Schritt S1 werden durch jede der Steuerungseinheiten 4 jeweilige Einspeisedaten 6 be stimmt. Diese Einspeisedaten 6 werden insbesondere in Echt zeit oder im Vorhinein (beispielsweise 1 Stunde, 2 Stunden, einen halben Tag oder einen ganzen Tag im Voraus) für ein be stimmtes diskretes Zeitintervall t bestimmt beziehungsweise berechnet. Hierbei berücksichtigt werden vorteilhafterweise ein Systemzustand des jeweiligen Energiesubsystems 3 (bei spielsweise ein Ladezustand eines elektrischen Energiespei chers des entsprechenden Energiesubsystems 3) zu Beginn des Zeitintervalls t sowie unterschiedliche Vorhersagen. Diese Vorhersagen können beispielsweise das Wetter, eine daraus ab geleitete Erzeugung elektrischer Energie und/oder Schätzungen für einen Energieverbrauch innerhalb und/oder außerhalb des jeweiligen Energiesubsystems 3 in dem entsprechenden Zeitin tervall t betreffen. Die Vorhersagen können beispielsweise von einem Wetterdienst und/oder von einer sonstigen Vorhersa geeinrichtung bezogen werden. Alternativ oder zusätzlich kön nen die Vorhersagen die genannten Größen auch für einen län geren Zeitraum, beispielsweise einen halben Tag oder einen ganzen Tag, betreffen. Insgesamt kann auf diese Weise be stimmt werden, zu welchen Vergütungskonditionen, also zu wel chem Preis das jeweilige Energiesubsystem 3 welche Menge an elektrischer Energie bereitstellt oder nachfragt.
Eine beispielhafte Preiselastizitätskurve 10, auch Prosumpti- on-Preis-Kurve, ist in FIG 3 dargestellt. Diese Preiselasti zitätskurve 10 zeigt die durch das entsprechende Energiesub system 3 nachgefragte beziehungsweise bereitgestellte Ener giemenge E abhängig von einem Preis P. Aus der beispielhaften Preiselastizitätskurve 10 ergibt sich, dass das entsprechende Energiesubsystem 3 für das entsprechende Zeitintervall t zur Aufnahme oder Bereitstellung elektrischer Energie E einer be stimmten Menge abhängig von einem hierfür gültigen Preis P ist. Für einen Nachfragebereich 14, in dem der Preis P rela tiv gering ist, ist die Nachfrage nach elektrischer Energie E durch das Energiesubsystem 3 relativ groß. Beispielsweise kann das Energiesubsystem 3 zu diesem günstigen Preis seinen elektrischen Energiespeicher auffüllen. In einem Angebotsbe reich 15, in dem der Preis P vergleichsweise höher ist, ist das entsprechende Energiesubsystem 3 zur Bereitstellung elektrischer Energie E bereit. Bei der Preiselastizitätskurve 10 bedeuten beispielhafterweise negative Werte eine Nachfrage nach elektrischer Energie und positiven Werte ein Angebot elektrischer Energie durch das Energiesubsystem 3. Beispiels weise kann die Preiselastizitätskurve 10 die Grenzkosten für Erzeugung und/oder Verbrauch elektrischer Energie im Zeitin tervall t durch das jeweilige Energiesubsystem 3 angeben.
Die Einspeisedaten 6 werden durch die jeweiligen Steuerungs einheiten 4 an die Steuerungszentrale 2 übermittelt. Mit an deren Worten empfängt die Steuerungszentrale 2 in einem Schritt S2 die Einspeisedaten 6 aus den Energiesubsysteme 3 beziehungsweise den Steuerungseinheiten 4. Dies erfolgt ins besondere über eine Datenverbindung mittels der oben be schriebenen Vernetzung.
In einem Schritt S3 bestimmt die Steuerungszentrale 2 Opti malkonditionen 7 anhand der Einspeisedaten 6. Insbesondere werden die Optimalkonditionen 7 unter Maximierung eines Aus- tauschs elektrischer Energie zwischen den Energiesubsystemen 3 bestimmt. Hierbei werden die einzelnen Einspeisedaten 6 aus den mehreren Energiesubsystemen 3 zusammengefasst und ausge wertet. Es kann vorgesehen sein, dass die von den Steuerungs einheiten 4 beziehungsweise von den Energiesubsysteme 3 ent haltenen Einspeisedaten 6 aggregiert und unter dem Ziel eines maximalen Energieumsatzes gemanagt werden. Insbesondere wer den die aggregierten Einspeisedaten 6, insbesondere aufge teilt in angebotene Energiemengen und nachgefragte Energie mengen, als Nebenbedingungen in ein Optimierungsproblem ein- gehen, dass mit dem Ziel des maximierten Austauschs elektri scher Energie gelöst wird.
Beispielsweise wird hierbei eine insgesamt durch die Energie subsysteme 3 angebotene Energiemenge 11 sowie eine insgesamt durch die Energiesubsysteme 3 nachgefragt Energiemenge 12 be stimmt. Diese beiden Energiemengen 11, 12 können jeweils preisabhängig bestimmt werden. Einen beispielhaften Verlauf für die beiden Energiemengen 11 und 12 zeigt die FIG 4. Darin aufgetragen sind die insgesamt angebotene Energiemenge 11 so wie die insgesamt nachgefragte Energiemenge 12 in Abhängig keit von dem Preis P. Die Verteilungen für die beiden Ener giemengen 11, 12 können aus den jeweiligen Preiselastizitäts kurven 10 der mehreren Energiesubsysteme 3 gebildet werden. Insbesondere wird die insgesamt nachgefragte Energiemenge 12 durch Addition der Nachfragebereich 14, durch welche eine Nachfrage nach elektrischer Energie präsentiert ist, der Preiselastizitätskurven 10 bestimmt. Im vorliegenden Beispiel muss, um positive Werte zu erhalten, die Preiselastizitäts kurve 10 in dem Nachfragebereich 14 noch an der P-Achse ge- spiegelt werden beziehungsweise mit -1 multipliziert werden. Analog kann die insgesamt angebotene Energiemenge 11 durch Addition der Angebotsbereiche 15 der Preiselastizitätskurven 10 aller Energiesubsysteme 3 gebildet werden.
Selbstverständlich ist denkbar, dass nicht für alle Energie subsysteme 3 eine ähnlich detaillierte Preiselastizitätskurve 10 gebildet beziehungsweise empfangen wird. Es ist auch mög lich, dass einige der Energiesubsysteme 3 nur für einige Ver gütungskonditionen, also Preise pro Kilowattstunde elektri scher Energie, Werte angeben. Insbesondere im Falle häusli cher Energiesubsysteme 3, die einem einzelnen Haushalt zuge ordnet sind, können die Einspeisedaten 6 einzelne Werte für unterschiedliche Vergütungskonditionen aufweisen.
Dem Beispiel gemäß Fig. 4 entsprechend werden die Optimalkon ditionen 7 aus den beiden Energiemengen 11, 12, also der ins gesamt angebotenen Energiemenge 11 und der insgesamt nachge fragte Energiemenge 12, bestimmt. Im Allgemeinen kann das Be stimmen der Optimalkonditionen 7 als Optimierungsproblem an gesehen werden. Bei dem vorliegenden Optimierungsproblem wird die ausgetauschte Energiemenge maximiert. Dabei gilt zu be achten, dass höchstens so viel Energie ausgetauscht werden kann, wie für bestimmte Vergütungskonditionen (insbesondere Preis) gleichzeitig angeboten und nachgefragt werden. Im vor liegenden Beispiel befindet sich die maximal ausgetauschte Energiemenge in dem Schnittpunkt 13. Dies ist im vorliegenden Diagramm der Schnittpunkt 13 zwischen insgesamt angebotene Energiemenge 11 und insgesamt nachgefragte Energiemenge 12.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der zum Schnittpunkt gehörige Preis als Preis für die Optimalkonditionen 7 festge legt .
In einem Schritt S4 wird der Austausch elektrischer Energie entsprechend den Optimalkonditionen 7 gesteuert. Hierbei wird durch die Steuerungszentrale 2 insbesondere jede der Steue rungseinheiten 4 derart angesteuert, dass durch die Steue rungseinheiten 4 wiederum die Energiesubsysteme 3 die Ener- giemenge bereitstellen oder empfangen, wie in den Einspeise daten 6 für den Optimalkonditionen 7 entsprechende Vergü tungskonditionen festgelegt wurde. Insbesondere werden hierzu die Optimalkonditionen 7 und/oder eine Netto-Energiebilanz an die Energiesubsysteme 3 beziehungsweise deren Steuerungsein heiten 4 übermittelt. Der Austausch elektrischer Energie er folgt insbesondere über das elektrische Netz 5.
Die Steuerungseinheiten 4 empfangen in einem Schritt S5 die Optimalkonditionen 7 und/oder die Netto-Energiebilanz. Basie rend darauf wird in einem Schritt S6 der Betrieb des jeweili gen Energiesubsystems 3 durch die entsprechende Steuerungs einheit 4 optimiert. Diese Optimierung kann während des Zeit intervalls t und/oder während vorhergehenden Zeitintervallen angewandt werden. Zusätzlich werden für diese Optimierung Vorhersagen wie zum Beispiel Wetter und/oder Energieverbräu- che innerhalb und/oder außerhalb des Energiesubsystems 3 be rücksichtigt. Außerdem können andere Zeitintervalle als das diskrete Zeitintervall t bei dieser Optimierung berücksich tigt werden.
In einem weiteren Schritt S7 wird ein Systemzustand des je weiligen Energiesubsystems 3 am Ende des Zeitintervalls t be stimmt. Dies kann beispielsweise durch Messung erfolgen, so bald das Zeitintervall t tatsächlich abgelaufen ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das vorliegende Verfahren, insbesondere die Schritte S1 bis S7, in Echtzeit durchgeführt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Systemzustand simu liert oder berechnet werden. Dies kann auch als modellbasier te Bestimmung bezeichnet werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Verfahren, insbesondere die Schritte S1 bis es S7 vor Eintritt des Zeitintervalls t durchgeführt wer den .
Der im Schritt S7 bestimmte Systemzustand kann als Basis für ein nächstes Zeitintervall t+1 herangezogen werden. Für das Zeitintervall t+1 werden dieselben Verfahrensschritte wie für das Zeitintervall t auf analoge Weise durchgeführt. Mit ande- ren Worten wird das vorliegende Verfahren iterativ durchge führt. Das bedeutet der vorhergehende Iterationsschritt
(Zeitintervall t) den jeweils als Basis für den nachfolgenden Iterationsschritt ( Zeitintervall t+1).
Durch die Tatsache, dass eine durch das vorliegende Verfahren bereitgestellte Koordination der Energiesubsysteme 3 in der Zeit diskretisiert ist (nämlich gemäß der Zeitintervalle t) und das Verfahren für jedes der Zeitintervalle t nacheinander abgearbeitet wird, können Flexibilitäten in Erzeugung und Verbrauch von elektrischer Energie durch die jeweiligen Steu erungseinheiten 4 für ein betrachtetes Zeitintervall t deut lich einfacher und besser abgeschätzt werden. Insgesamt wird die Flexibilität des Energiesystems 1 gegenüber dem Stand der Technik erhöht. Dies ergibt sich daraus, dass der Systemzu stand eines jeweiligen Energiesubsystems 3 zu Beginn eines Zeitintervalls t bekannt ist (gegebenenfalls in einem Voraus betrieb, auch Day-Ahead-Betrieb genannt) oder modellbasiert zumindest abgeschätzt werden kann. Die Zeitintervalle t kön nen sich jeweils über eine festgelegte, insbesondere unterei nander gleiche Zeitspanne erstrecken. Diese Zeitspanne kann beispielsweise 5 Minuten, 15 Minuten, 30 Minuten oder 1 Stun de betragen.
Insbesondere wird durch die Energiesubsysteme 3 der Austausch der Energie in einem oder mehreren dem Zeitintervall t vor hergehenden Zeitintervallen t-1 bestimmt und zur Erstellung der entsprechenden Einspeisedaten 6 für das Zeitintervall t genutzt wird. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass für ein direkt an das Zeitintervall t anschließendes Zeitin tervall t+1 erst dann Einspeisedaten 6 empfangen werden, nachdem der Austausch der Energie zwischen den Energiesubsys temen 3 für das vorhergehende Zeitintervall t bestimmt wurde.
Es wird hierbei ein verbessertes Verfahren zur Koordination mehrerer Energiesubsysteme 3 mittels ihrer Steuerungseinhei ten 4 beschrieben. Bei diesem Verfahren sind die Steuerungs einheiten 4 zwar verpflichtet ihre Flexibilität (genauer Preiselastizität, für ein bestimmtes Zeitintervall t vorab setzen, es können aber durch das Zusammenbringen mehrerer Steuerungseinheiten 4 und deren zugrunde liegender Energie subsysteme 3 insgesamt, also in Summe, bessere Kosten oder effizienten für das gesamte Energiesystem 1 erreicht werden, sowie auch die Einzelinteressen der einzelnen Energiesubsys teme 3 (Optimierung für ein jeweiliges Energiesubsystem 3) durch die Interaktion mit den anderen Energiesubsysteme 3 verbessert werden. Die Besonderheit liegt insbesondere in der Aufteilung der Koordination gemäß der Zeitintervalle t und dem sukzessiven abarbeiten dieser, so das Flexibilitäten (beispielsweise Elastizitäten) nur für ein jeweiliges Zeitin tervall t abgeschätzt werden müssen und nicht für einen län geren Zeitraum. Hierdurch können die vorhandenen Flexibilitä ten „großzügiger" abgeschätzt werden. Außerdem sinkt das Ri siko, dass eine Einsatzplanung berechnet wird, die sich im Nachhinein technisch nicht darstellen lässt.
Zusätzlich ist das Verfahren bei unterschiedlichen Systemen in unterschiedlichsten Kontexten (Beispiele: Strom, Wärme, Kälte in unterschiedlichen Skalen, z.B. Straße, Nachbar schaft, Stadtviertel, Stadt oder Region, aber auch in Syste men „Behind-the-Meter" , bei der die eigentliche Optimierungs aufgabe zu komplex zu lösen wäre) anwendbar. Die Komplexität der zentralen Koordinationsplattform skaliert linear mit der Anzahl der Teilnehmer und ist insgesamt überschaubar. Durch den beschriebenen Mechanismus kann Information über den Sys temzustand des jeweiligen Energiesubsystems 3 bzw. deren Steuerungseinheit 4 sowohl vorwärts als auch rückwärts inner halb des jeweiligen Vorhersagehorizonts zum aktuell betrach teten Zeitintervall t fließen. Der Systemzustand kann z.B. der Ladestand eines Energiespeichers sein. In der zentralen Koordinationsplattform fließt Information über Flexibilitäten vorwärts in der Zeit von vorherigen Zeitintervallen t-x zum aktuell betrachteten Zeitintervall t.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern eines Austauschs von Energie in ei nem Energiesystem (1) mit mehreren Energiesubsystemen (3), welche jeweils für den Austausch von Energie untereinander verbunden sind, mit den Schritten:
- Empfangen jeweiliger Einspeisedaten (6) aus den Energiesub systemen (3) durch eine Steuerungszentrale (2), wobei die Einspeisedaten (6) jeweilige Vergütungskonditionen des ent sprechenden Energiesubsystems (3) zum Empfang und/oder zur Bereitstellung von Energie umfassen,
- Bestimmen von Optimalkonditionen (7) anhand der Einspeise daten (6) aller Energiesubsysteme (3) des Energiesystems (1) durch die Steuerungszentrale (2), und
- Steuern des Austauschs von Energie zwischen den Energiesub systemen (3) anhand der Optimalkonditionen (7).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Optimalkonditionen (7) unter Berücksichti gung eines maximierten Austausches von Energie durchgeführt wird .
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Einspeisedaten (6) des jewei ligen Energiesubsystems (3) für zumindest eine Vergütungskon dition eine nachgefragte oder angebotene Energiemenge (10) empfangen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuerungszentrale (2) basie rend auf den Einspeisedaten (6) für unterschiedliche Vergü tungskonditionen eine insgesamt durch die Energiesubsysteme (3) angebotene Energiemenge (11) und eine insgesamt durch die Energiesubsysteme (3) nachgefragte Energiemenge (12) bestimmt wird .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Einspeisedaten (6) eine Preiselastizitätskurve (310 für das jeweilige Energiesubsys tem (3) umfassen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuerungszentrale (2) die Preiselastizitätskurven (3) der Energiesubsysteme (3) zusammengefasst, insbesondere addiert, werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Optimalkonditionen (7) für je des der Energiesubsysteme (3) dieselben Vergütungskonditionen festgelegt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Verfahrensschritte jeweils nacheinander für aufeinanderfolgende diskrete Zeitintervalle (t) durchgeführt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Einspeisedaten (6) im Allgemeinen nur für ein einziges der Zeitintervalle (t) Gültigkeit haben und das Be stimmen der Optimalkonditionen (7) nacheinander für aufeinan derfolgende diskrete Zeitintervalle (t) jeweils basierend auf den für das jeweilige Zeitintervall (t) gültigen Einspeiseda ten (6) durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eines der Energiesubsyste me (3) der Austausch der Energie in einem oder mehreren einem anschließenden Zeitintervall (t) vorhergehenden Zeitinterval- len (t-1) bestimmt und zur Erstellung jeweiliger Einspeiseda ten (6) für das anschließende Zeitintervall (t) genutzt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für ein direkt an ein vorherge hendes Zeitintervall (t) anschließendes Zeitintervall (t+1) erst dann Einspeisedaten (6) empfangen werden, nachdem der Austausch der Energie zwischen den Energiesubsystemen (3) für das vorhergehende Zeitintervall (t) bestimmt wurde.
12. Steuerungszentrale (2), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzufüh ren .
13. Energiesystem (1), mit
- mehreren Steuerungseinheiten (4) zum Steuern eines jeweili gen Energiesubsystems (3) in Bezug auf einen Austausch von Energie des Energiesubsystems (3) mit anderen Energiesubsys temen (3) , und
- einer Steuerungszentrale (2)
- zum Empfangen jeweiliger Einspeisedaten (6) aus den Energiesubsystemen (3), wobei die Einspeisedaten (6) je weilige Vergütungskonditionen des entsprechenden Ener giesubsystems (3) zum Empfang und/oder zur Bereitstel lung von Energie umfassen,
- zum Bestimmen von Optimalkonditionen (6) für alle Energiesubsysteme (3) des Energiesystems (1) abhängig von den Einspeisedaten (6), und
- zum Steuern eines Austauschs von Energie zwischen den Energiesubsystemen (3) anhand der Optimalkonditionen (7) .
14. Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Steuerungszentrale (2) eines Energiesystems (1) ladbar ist, mit Programmcodemitteln, um die Schritte des Verfahrens zum Steuern eines Austauschs von Energie nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen, wenn das Programm in der Steuerungs zentrale (2) des Energiesystems (1) ausgeführt wird.
15. Speichermedium mit darauf gespeicherten elektronisch les baren Steuerinformationen, welche zumindest ein Computerpro gramm nach Anspruch 14 umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Speichermediums in einer Steue rungszentrale (2) eines Energiesystems (1) ein Verfahren zum Steuern eines Austauschs von Energie nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchführen.
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