WO2020094799A1 - Energiemanagementverfahren und energiemanagementsystem - Google Patents

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WO2020094799A1
WO2020094799A1 PCT/EP2019/080566 EP2019080566W WO2020094799A1 WO 2020094799 A1 WO2020094799 A1 WO 2020094799A1 EP 2019080566 W EP2019080566 W EP 2019080566W WO 2020094799 A1 WO2020094799 A1 WO 2020094799A1
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WO
WIPO (PCT)
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maintenance
energy management
calculated
energy
day
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/080566
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French (fr)
Inventor
Thomas Baumgärtner
Sebastian THIEM
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/20—Administration of product repair or maintenance
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply

Definitions

  • the invention relates to an energy management method according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an energy management system according to the preamble of claim 10.
  • Energy management of an energy system includes the planning and / or operation of energy-generating units and energy-technical consumption units of the energy system.
  • the energy management method can control, in particular regulate, the generation, consumption and / or distribution of one or more forms of energy within the energy system.
  • the generation units and the consumption units of the energy system form the components of the energy system that generate or consume an energy form, for example electrical energy.
  • components of the energy system that provide a form of energy can also be integrated into the energy management. Energy management is carried out using an energy management process.
  • An energy management system is designed to carry out an energy management process.
  • the goals of such an energy management process can be resource conservation as well as climate protection and cost reduction while ensuring the energy demand within the energy system.
  • An optimization process is a technical process in which a target function is extremized, that is, maximized or minimized.
  • the objective function character
  • a technical goal is achieved, for example the lowest possible total carbon dioxide emissions from the energy system or the most energy-efficient operation of the energy system.
  • Such optimization methods are extremely complex, comparable to simulations, so that a solution can typically only be determined numerically.
  • Such an optimization or such an optimization method is typically carried out for a prediction period (optimization horizon).
  • the power flows within the energy system for the prediction period are calculated as optimally as possible with regard to the objective function on which the optimization method is based.
  • the forecast period is typically a day (English: day-ahead) or shorter than a day (English: intraday).
  • the present invention is therefore based on the object of providing an improved energy management method.
  • a partial or complete failure of a component of the energy system is taken into account due to its maintenance during the optimization process.
  • the optimization method thus includes the maintenance of the at least one component, for example directly in the target function and / or as a secondary condition.
  • the optimization process which takes into account the maintenance of a combined heat and power unit (CHP)
  • CHP combined heat and power unit
  • the optimization method according to the invention determines a time range within the prediction period during which the maintenance can be carried out as optimally as possible (with respect to the target function).
  • the failure of the at least one component due to its maintenance is thus encompassed by the energy management method according to the invention and is thus technically compensated for as optimally as possible by further components of the energy system.
  • the maintenance of the at least one component of the energy system can be taken into account in a number of ways in the optimization process.
  • the availability of the component to be serviced is modeled particularly advantageously by means of a binary variable.
  • the binary variable has the value one for the time ranges in which the component is available without restriction.
  • the binary variable has the value zero in the time period in which maintenance is carried out and in which the component is therefore only available to a limited extent or not.
  • the at least one component is serviced at a value of zero of the binary variable.
  • the values of the binary variables are determined or calculated using the optimization process.
  • the time period for maintenance is then characterized by the time periods in which the binary variable has a calculated value of zero. In other words, there is a mixed-integer optimization problem. This is solved numerically using the optimization process. Alternatively or in addition, a numerical stochastic optimization can be carried out.
  • the energy management method according to the invention can thus avoid critical operating states of the energy system, for example energy bottlenecks, which could develop due to the maintenance of the at least one component. This enables energy-efficient operation of the energy system with increased operational reliability.
  • the control unit is designed to take into account maintenance of at least one of the components in the optimization method.
  • control unit can also be a control unit.
  • the components of the energy system are controlled in accordance with their calculated consumption and / or their calculated need.
  • the components can be controlled according to their calculated consumption and / or their calculated need by means of the control unit of the energy management system.
  • the consumption and / or the generation of an energy form of one of the components of the energy system for the prediction period is calculated by means of the optimization method.
  • the maintenance of the at least one component is taken into account.
  • the energy system is then operated in accordance with the solution of the optimization method.
  • the components of the energy system are controlled accordingly to the solution.
  • the energy system is advantageously operated as optimally as possible within the prediction period, taking into account the maintenance of the at least one component.
  • an auxiliary condition of the optimization method ensures that maintenance takes place within the prediction period.
  • the possibly most optimal solution namely no maintenance at all, is advantageously excluded as the solution of the optimization method.
  • the secondary condition ensures that the component is maintained within the prediction period.
  • the mandatory maintenance of the at least one component of the energy system is advantageously taken into account in the optimization process. Since the maintenance of one component of the energy system must take place within the forecast period, the optimization method can only determine the time period of the maintenance as optimally as possible within the forecast period or calculate. The optimization process takes the energy and power flows of the energy system into account as a whole, so that the best possible solution, for example with regard to the total carbon dioxide emissions of the energy system, can be calculated.
  • the calendrical maintenance day and the launch of Z are eit Vietnamese proceedings, where the value of this variable is optimally calculated using the optimization method.
  • the maintenance of the at least one component of the energy system is taken into account in the optimization process in that the maintenance takes place within the prediction period and that the maintenance day and the start time of the maintenance are calculated using the optimization process.
  • the maintenance day is the calendar day on which maintenance begins.
  • the maintenance day and the starting Z eit Vietnamese maintenance of this maintenance day thus fix the beginning of the War tung firmly.
  • the maintenance day can also be called the start day of maintenance.
  • the maintenance day should not be confused with the total time or total duration of the maintenance, since the maintenance can take less than a day or several days.
  • the starting Z is typically a time range in which the beginning or start of the maintenance is carried out. This is because time is discretized for the numerical solution. For example, the forecast period is divided into 15-minute time increments.
  • a further optimization procedure is carried out before the calculated maintenance day. drive taking into account that maintenance begins on the day of maintenance. Further, Z eit Vietnamese means of the further optimization procedure, the start of processing at the maintenance day was recalculated.
  • the service is first roughly calculated using a first Opti m istsvons the maintenance day and the starting Z eittician. Since the forecast period can be relatively long, for example several weeks, it is, reindeer Deutschenzuprint advantageous before the calculated maintenance day a second (wide res) optimization method under consideration that the maintenance on the calculated maintenance day starts. Here, it is thus the starting Z eit Vietnamese the Maintenance recalculated on the day of maintenance and thus optimally determined.
  • short-term changes within the energy or power flows of the energy system for example due to weather forecasts, can advantageously be taken into account. In other words, short-term changes that can have an impact on the start of maintenance on the day of maintenance can be taken into account.
  • the maintenance starts of the component to the calculated maintenance day and calculated or recalculated starting Z eit Vietnamese of War tung.
  • the maintenance of the component will begin on AS POSSIBLE optimal maintenance day for optimum possible, that is to calculated or recalculated starting Z eit Vietnamese.
  • This advantageously optimizes the efficiency of the energy system, for example with regard to its total carbon dioxide emissions and / or its costs.
  • a month is used as the forecast period.
  • a day or a shorter period is used as the prediction period (day-ahead / intraday). This also makes sense because it allows short-term changes, for example due to the weather, to be taken into account.
  • a component of the energy system is serviced, however, such a short prediction period is disadvantageous. For example, maintenance cannot be carried out or carried out in this short time. Furthermore, maintenance typically does not have to be carried out immediately, but annually or quarterly. It is therefore advantageous to use a longer period, particularly preferably one month, as the forecast period.
  • this allows an automated coor or mung the maintenance of the starting Z eitcons of maintenance and the maintenance day with one of the maintenance company for maintenance provided effected.
  • a secondary condition it will be stipulated that maintenance does not take place at the end of the week.
  • fixed maintenance dates which are specified, for example, by the maintenance company provided for the maintenance, can be taken into account as a secondary condition in the optimization.
  • Maintenance offers from the maintenance company or a plurality of possible maintenance companies can advantageously be queried automatically as a result.
  • the energy management system of the energy system and the maintenance module of the maintenance company become Data exchange coupled.
  • the maintenance company can transmit maintenance offers, which include maintenance periods, for example, to the energy management system.
  • the system Energymanagementsys the calculated start Z eit Vietnamese maintenance and the maintenance day be reckoned maintenance that is the day to wel chem maintenance begins, transmitted firm to the maintenance module of maintenance.
  • the most optimal and automated maintenance of the component can advantageously take place.
  • no intervention by a user or a person is therefore required to plan the maintenance of the at least one component of the energy system. Maintenance planning is completely technically solved.
  • control unit of the energy management system is designed for data exchange with the maintenance module of the maintenance company provided for maintenance, the data provided for exchange being the calculated maintenance day, the calculated start time, availability of the maintenance company and / or other maintenance-related data , include.
  • the figure schematically shows a sequence of an energy management method according to an embodiment of the present invention.
  • the figure shows two diagrams. Time is plotted in arbitrary units on the abscissa 100 of the diagrams.
  • the energy flows or power flows within an energy system are calculated using a numerical optimization process and thus optimized. In known optimization processes, this takes place for relatively short forecasting periods, for example for a day.
  • the typical prediction period known from the prior art that is to say the optimization horizon, is identified by the reference symbol 41.
  • a current time at which the calculation, that is to say the optimization, is marked with the reference symbol 40.
  • the prediction period 44 it is advantageous to use a significantly longer period than a day as the prediction period.
  • This longer prediction period is identified by reference numeral 44.
  • a month is preferably used as the prediction period 44.
  • the significantly longer prediction period 44 is advantageous for planning that is as optimal as possible and thus takes account of maintenance of one of the components of the energy system as optimally as possible.
  • the maintenance 4 of the at least one component of the energy system can also be considered as a secondary condition in the optimization process. In other words, it is stipulated as a secondary condition that the maintenance 4 of the at least one component takes place with certainty within the prediction period 44.
  • the duration of maintenance 4 can also be taken into account in the optimization process.
  • Maintenance 4 can take one or more days consequences. For example, it is conceivable to divide maintenance 4 into several days as far as it is technically possible.
  • the lower diagram schematically illustrates an exemplary solution of the optimization method, which takes maintenance 4 of the at least one component into account.
  • the availability of the component to be serviced is plotted on the ordinate 101 of the lower diagram.
  • availability is modeled by a binary variable that takes the discrete values one and zero.
  • the value of the binary variable is zero if the component of the energy system is not available, that is to say at the time that the maintenance 4 is carried out.
  • the availability of the component of the energy system that has to be maintained is plotted on the ordinate 101 of the lower diagram.
  • the rectangular course of the availability of the component is shown.
  • the availability of the component to be serviced outside the maintenance period 4 has the value one.
  • the maintenance period 4 or maintenance 4 is eit Vietnamese by a start and an end time 42 Z 43 in.
  • the start 42 of the Z eit Vietnamese MAINTENANCE 4 is calculated by means of the optimization procedure.
  • the maintenance day of maintenance 4 which specifies the start of maintenance on a calendar basis, is calculated using the optimization method. This can also be done in that a certain time step of the numerical method, which can be identified with a natural number, corresponds to a certain date. In other words, the optimization process does not have to explicitly calculate a date. It is sufficient if a date (maintenance day) can be determined from the result of the optimization process.
  • the start is Z eit Vietnamese 42 of Maintenance 4 possible optimally within the forecast period 44 calculated.
  • the prediction period is 44 typically a month.
  • the method thus enables the starting point 42 of the maintenance 4 to be determined as optimally as possible.
  • the energy system can advantageously be operated in an improved manner, for example in relation to its total carbon dioxide emissions.

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Abstract

Es wird ein Energiemanagementverfahren zum Betrieb eines Energiesystems mit einer Mehrzahl von Komponenten vorgeschlagen, bei dem für jede Komponente ihr Verbrauch und/oder ihr Bedarf einer Energieform für einen Vorhersagezeitraum (44) mittels eines numerischen Optimierungsverfahrens berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Optimierungsverfahren eine Wartung (4) wenigstens einer der Komponente berücksichtigt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Energiemanagementsystem zum Betrieb eines Energiesystems.

Description

Beschreibung
Energiemanagementverfahren und Energiemanagementsystem
Die Erfindung betrifft ein Energiemanagementverfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Energiemanagementsystem gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruches 10.
Ein Energiemanagement eines Energiesystems, beispielsweise eines Gebäudes oder eines lokalen Energiemarktes, umfasst die Planung und/oder den Betrieb von energietechnischen Erzeu gungseinheiten und energietechnischen Verbrauchseinheiten des Energiesystems. Hierbei kann das Energiemanagementverfahren die Erzeugung, den Verbrauch und/oder die Verteilung einer oder mehrerer Energieformen innerhalb des Energiesystems steuern, insbesondere regeln. Die Erzeugungseinheiten und die Verbrauchseinheiten des Energiesystems bilden die Komponenten des Energiesystems aus, die eine Energieform, beispielsweise elektrische Energie, erzeugen beziehungsweise verbrauchen.
Weiterhin können Komponenten des Energiesystems, die eine Energieform bereitstellen, beispielsweise Energiespeicher, ebenfalls in das Energiemanagement eingebunden werden. Das Energiemanagement wird mittels eines Energiemanagementverfah rens durchgeführt.
Ein Energiemanagementsystem ist zur Durchführung eines Ener giemanagementverfahrens ausgebildet. Ziele eines solchen Energiemanagementverfahrens können sowohl die Ressourcenscho nung als auch Klimaschutz und Kostensenkung bei Sicherstel lung des Energiebedarfes innerhalb des Energiesystems sein.
Eine mögliche Ausbildung eines solchen Energiemanagementver fahrens basiert auf der Verwendung nummerischer Optimierungs verfahren. Ein Optimierungsverfahren ist ein technisches Ver fahren, bei welchem eine Zielfunktion extremalisiert, das heißt maximiert oder minimiert wird. Die Zielfunktion charak- terisiert hierbei ein technisches Ziel, beispielsweise eine möglichst geringe Gesamtkohlenstoffdioxidemission des Ener giesystems oder einen möglichst energetisch effizienten Be trieb des Energiesystems. Solche Optimierungsverfahren sind, vergleichbar zu Simulationen, äußerst komplex, sodass eine Lösung typischerweise nur noch numerisch ermittelt werden kann. Typischerweise wird eine solche Optimierung beziehungs weise ein solches Optimierungsverfahren für einen Vorhersage zeitraum (Optimierungshorizont) durchgeführt. Hierbei werden beispielsweise die Leistungsflüsse innerhalb des Energiesys tems für den Vorhersagezeitraum bezüglich der dem Optimie rungsverfahren zugrundliegenden Zielfunktion möglichst opti mal berechnet. Typischerweise ist der Vorhersagezeitraum ein Tag (englisch: Day-Ahead) oder kürzer als ein Tag (englisch: Intraday) .
Bei bekannten Energiemanagementverfahren besteht das Problem, dass bestimmte Zustände des Energiesystem, beispielsweise ein Ausfall einer Komponente, nicht berücksichtigt werden.
Dadurch wird das Energiemanagement und somit der möglichst optimale Betrieb des Energiesystems verschlechtert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Energiemanagementverfahren bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein Energiemanagementverfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch ein Energiemanagementsystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 10 gelöst. In den abhängigen Patentansprü chen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Energiemanagementverfahren zum Be trieb eines Energiesystems mit einer Mehrzahl von Komponenten wird für jede Komponente ihr Verbrauch und/oder ihr Bedarf einer Energieform für einen Vorhersagezeitraum mittels eines nummerischen Optimierungsverfahrens berechnet. Erfindungsge- maß wird beim Optimierungsverfahren eine Wartung wenigstens einer der Komponenten berücksichtigt.
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß ein teilweiser oder vollständiger Ausfall einer Komponente des Energiesystems durch seine Wartung beim Optimierungsverfahren berücksich tigt. Das Optimierungsverfahren umfasst somit die Wartung der wenigstens einen Komponente, beispielsweise direkt in der Zielfunktion und/oder als Nebenbedingung. Beispielsweise wird mittels des Optimierungsverfahrens, welches eine Wartung eins Blockheizkraftwerkes (BHKW) berücksichtigt, die Lösung ermit telt, dass die Wartung dann durchgeführt werden soll, wenn ein Stromüberschuss im Energiesystems durch erneuerbare Ener gien vorhanden ist oder Energiespeicher ausreichend geladen sind. Mit anderen Worten ermittelt das Optimierungsverfahren erfindungsgemäß einen Zeitbereich innerhalb des Vorhersage zeitraumes, zu welchem die Wartung möglichst optimal (bezüg lich der Zielfunktion) erfolgen kann. Der Ausfall der wenigs tens einen Komponente durch seine Wartung ist somit durch das erfindungsgemäße Energiemanagementverfahren umfasst und wird dadurch technisch möglichst optimal durch weitere Komponenten des Energiesystems kompensiert.
Die Wartung der wenigstens einen Komponente des Energiesys tems kann durch eine Mehrzahl von Möglichkeiten beim Optimie rungsverfahren berücksichtigt werden. Besonders vorteilhaft wird die Verfügbarkeit der Komponente, die gewartet werden soll, mittels einer Binärvariablen modelliert. Hierbei weist die Binärvariable für die Zeitbereiche, in welchen die Kompo nente uneingeschränkt verfügbar ist, den Wert Eins auf. In dem Zeitbereich, in welchem die Wartung erfolgt, und in wel chem die Komponente somit nur eingeschränkt oder nicht ver fügbar ist, weist die Binärvariable den Wert Null auf. Mit anderen Worten wird die wenigstens eine Komponente bei einem Wert von Null der Binärvariable gewartet. Die Werte der Bi närvariablen werden mittels des Optimierungsverfahrens ermit telt oder berechnet. Der Zeitbereich der Wartung ist dann durch die Zeitbereiche gekennzeichnet, in welchem die Binär- variable einen berechneten Wert von Null aufweist. Mit ande ren Worten liegt ein gemischt-ganzzahliges Optimierungsprob lem vor. Dieses wird numerisch mittels des Optimierungsver fahrens gelöst. Alternativ oder ergänzend kann eine nummeri sche stochastische Optimierung durchgeführt werden.
Durch das erfindungsgemäße Energiemanagementverfahren können somit kritische Betriebszustände des Energiesystems, bei spielsweise Energieengpässe, die sich durch die Wartung der wenigstens einen Komponente, ausbilden könnten, vermieden werden. Dadurch wird ein energetisch möglichst effizienter Betrieb des Energiesystems bei einer erhöhten Betriebssicher heit ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem zum Betrieb ei nes Energiesystems mit einer Mehrzahl von Komponenten umfasst wenigstens eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, für jede Komponente ihren Verbrauch und/oder ihren Bedarf einer Energieform für einen Vorhersagezeitraum mittels eines Optimierungsverfahrens zu berechnen. Erfin dungsgemäß ist die Steuereinheit dazu ausgebildet beim Opti mierungsverfahren eine Wartung wenigstens einer der Komponen te zu berücksichtigen.
In der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff des Steu- erns den Begriff des Regeins. Somit kann im Sinne der vorlie genden Erfindung die Steuereinheit ebenfalls eine Regelein heit sein.
Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen Energiemanagementver fahren gleichartige und gleichwertige Vorteile des erfin dungsgemäßen Energiemanagementsystems .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Komponenten des Energiesystems entsprechend ihres berech neten Verbrauchs und/oder ihres berechneten Bedarfs gesteu ert . Mit anderen Worten sind mittels der Steuereinheit des Ener giemanagementsystems die Komponenten entsprechend ihres be rechneten Verbrauchs und/oder ihres berechneten Bedarfs steu erbar .
Hierbei wird mittels des Optimierungsverfahrens der Verbrauch und/oder die Erzeugung einer Energieform einer der Komponen ten des Energiesystems für den Vorhersagezeitraum berechnet.
Weiterhin wird hierbei die Wartung der wenigstens einen Kom ponente berücksichtigt. Anschließend wird das Energiesystem gemäß der Lösung des Optimierungsverfahrens betrieben. Mit anderen Worten werden die Komponenten des Energiesystems ent sprechend der Lösung gesteuert. Dadurch wird vorteilhafter weise das Energiesystem innerhalb des Vorhersagezeitraumes unter Berücksichtigung der Wartung der wenigstens einen Kom ponente möglichst optimal betrieben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mittels einer Nebenbedingung des Optimierungsverfahrens si chergestellt, dass die Wartung innerhalb des Vorhersagezeit raumes erfolgt.
Dadurch wird vorteilhafterweise die möglicherweise optimalste Lösung, nämlich gar keine Wartung durchzuführen, als Lösung des Optimierungsverfahrens ausgeschlossen. Mit anderen Worten wird mittels der Nebenbedingung sichergestellt, dass die War tung der Komponente innerhalb des Vorhersagezeitraumes er folgt. Das ist deshalb von Vorteil, da typischerweise Kompo nenten des Energiesystems innerhalb eines bestimmten Zeitrau mes, beispielsweise jährlich oder vierteljährlich, gewartet werden müssen. Dadurch wird vorteilhafterweise die zwingend durchzuführende Wartung der wenigstens einen Komponenten des Energiesystems beim Optimierungsverfahren berücksichtigt. Da die Wartung der einen Komponente des Energiesystems innerhalb des Vorhersagezeitraumes erfolgen muss, kann das Optimie rungsverfahren lediglich den Zeitbereich der Wartung mög lichst optimal innerhalb des Vorhersagezeitraumes ermitteln oder berechnen. Hierbei berücksichtigt das Optimierungsver fahren die Energie- beziehungsweise Leistungsflüsse des Ener giesystems gesamtheitlich, sodass eine möglichst optimale Lö sung, beispielsweise bezüglich der Gesamtkohlenstoffdioxide- missionen des Energiesystems, berechnet werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird ein kalendarischer Wartungstag sowie der StartZeitpunkt der War tung mittels des Optimierungsverfahrens berechnet.
Mit anderen Worten sind der kalendarische Wartungstag sowie der StartZeitpunkt der Wartung eine Variable des Optimie rungsverfahrens, wobei der Wert dieser Variablen mittels des Optimierungsverfahrens möglichst optimal berechnet wird. Mit anderen Worten wird die Wartung der wenigstens einen Kompo nente des Energiesystems beim Optimierungsverfahren dadurch berücksichtigt, dass die Wartung innerhalb des Vorhersage zeitraumes erfolgt, und dass der Wartungstag und der Start zeitpunkt der Wartung mittels des Optimierungsverfahrens be rechnet werden.
Der Wartungstag ist der kalendarische Tag, an welchem die Wartung beginnt. Der Wartungstag und der StartZeitpunkt der Wartung an diesem Wartungstag legen somit den Beginn der War tung fest. In diesem Sinne kann der Wartungstag ebenfalls als Starttag der Wartung bezeichnet werden. Der Wartungstag darf nicht mit der Gesamtzeit oder Gesamtdauer der Wartung ver wechselt werden, da die Wartung kürzer als ein Tag oder meh rere Tage dauern kann.
Der StartZeitpunkt ist typischerweise ein Zeitbereich, in welchem der Beginn oder Start der Wartung erfolgt. Das ist deshalb der Fall, da für die numerische Lösung die Zeit dis- kretisiert wird. Beispielsweise wird der Vorhersagezeitraum in Zeitschritten von 15 Minuten unterteilt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vor dem berechneten Wartungstag ein weiteres Optimierungsver- fahren unter einer Berücksichtigung, dass die Wartung am War tungstag beginnt, durchgeführt. Weiterhin wird mittels des weiteren Optimierungsverfahrens der StartZeitpunkt der War tung am Wartungstag erneut berechnet.
Mit anderen Worten wird zunächst mittels eines ersten Opti mierungsverfahrens der Wartungstag und der StartZeitpunkt der Wartung grob berechnet. Da der Vorhersagezeitraum relativ lang sein kann, beispielsweise mehrere Wochen, ist es von Vorteil vor dem berechneten Wartungstag ein zweites (weite res) Optimierungsverfahren unter einer Berücksichtigung, dass die Wartung am berechneten Wartungstag beginnt, durchzufüh ren. Hierbei wird somit der StartZeitpunkt der Wartung am Wartungstag erneut berechnet und somit möglichst optimal festgelegt. Dadurch können vorteilhafterweise kurzfristige Änderungen innerhalb der Energie- oder Leistungsflüsse des Energiesystems, beispielsweise aufgrund von Wettervorhersa gen, berücksichtigt werden. Mit anderen Worten werden dadurch kurzfristige Änderungen, welche einen Einfluss auf den Start zeitpunkt der Wartung am Wartungstag haben können, berück sichtigbar .
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beginnt die Wartung der Komponente am berechneten Wartungstag und zum berechneten oder erneut berechneten StartZeitpunkt der War tung .
Mit anderen Worten beginnt die Wartung der Komponente am mög lichst optimalen Wartungstag zum möglichst optimalen, das heißt zum berechneten oder erneut berechneten StartZeitpunkt . Dadurch wird vorteilhafterweise die Effizienz des Energiesys tems, beispielsweise bezüglich seiner Gesamtkohlenstoffdioxi- demissionen und/oder seiner Kosten, möglichst optimiert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Vorhersagezeitraum ein Monat verwendet. Typischerweise wird bei bekannten Energiemanagementverfahren als Vorhersagezeitraum ein Tag oder ein kürzer Zeitraum ver wendet (Day-Ahead/Intraday) . Das ist insoweit auch sinnvoll, da dadurch kurzfristige Änderungen, beispielsweise durch das Wetter, berücksichtigt werden können. Bei einer Wartung einer Komponente des Energiesystems ist jedoch ein derart kurzer Vorhersagezeitraum nachteilig. Beispielsweise ist die Wartung in dieser kurzen Zeit nicht realisierbar oder durchführbar. Weiterhin muss eine Wartung typischerweise nicht sofort, son dern jährlich oder vierteljährig erfolgen. Dadurch ist es von Vorteil als Vorhersagezeitraum einen längeren Zeitraum, be sonders bevorzugt einen Monat, zu verwenden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden weitere Nebenbedingungen der Wartung, insbesondere eine Wet tervorhersage und/oder eine Verfügbarkeit der für die Wartung vorgesehenen Wartungsfirma, berücksichtigt.
Vorteilhafterweise kann dadurch eine automatisierte Abstim mung der Wartung beziehungsweise des StartZeitpunktes der Wartung und des Wartungstages mit der für die Wartung vorge sehenen Wartungsfirma erfolgen. Beispielsweise wird als Ne benbedingung festgelegt werden, dass die Wartung nicht am Wo chenende erfolgt. Weiterhin können festgelegte Wartungstermi- ne, die beispielsweise durch die für die Wartung vorgesehene Wartungsfirma vorgegeben werden, bei der Optimierung als Ne benbedingung berücksichtigt werden. Vorteilhafterweise können dadurch auch Wartungsangebote der Wartungsfirma oder einer Mehrzahl von möglichen Wartungsfirmen automatisiert abgefragt werden .
Hierbei ist es von Vorteil den berechneten Wartungstag sowie den berechneten StartZeitpunkt der Wartung an ein Wartungsmo dul einer für die Wartung vorgesehenen Wartungsfirma zu über mitteln .
Mit anderen Worten werden das Energiemanagementsystem des Energiesystems und das Wartungsmodul der Wartungsfirma zum Datenaustausch miteinander gekoppelt. Hierbei kann die War tungsfirma Wartungsangebote, die beispielsweise Wartungszeit räume umfassen, an das Energiemanagementsystem übermitteln. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Energiemanagementsys tem den berechneten StartZeitpunkt der Wartung sowie den be rechneten Wartungstag der Wartung, das heißt den Tag an wel chem die Wartung beginnt, an das Wartungsmodul der Wartungs firma übermittelt. So kann vorteilhafterweise eine möglichst optimale und automatisierte Wartung der Komponente erfolgen. Vorteilhafterweise ist somit zur Planung der Wartung der we nigstens einen Komponente des Energiesystems kein Eingreifen eines Benutzers oder eines Menschen mehr erforderlich. Die Planung der Wartung wird vollständig technisch gelöst.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Steuereinheit des Energiemanagementsystems zum Datenaustausch mit dem Wartungsmodul der für die Wartung vorgesehenen War tungsfirma ausgebildet, wobei die zum Austausch vorgesehenen Daten den berechneten Wartungstag, den berechneten Startzeit punkt, eine Verfügbarkeit der Wartungsfirma und/oder weitere wartungsbezogene Daten, umfassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbei spiel sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Fi gur einen schematischen Ablauf einer Ausgestaltung des erfin dungsgemäßen Energiemanagementverfahrens .
Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente kön nen in der Figur mit denselben Bezugszeichen versehen sein.
Die Figur zeigt schematisch einen Ablauf eines Energiemanage mentverfahrens gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Er findung .
Hierbei zeigt die Figur zwei Diagramme. An den Abszissen 100 der Diagramme ist jeweils die Zeit in beliebigen Einheiten aufgetragen . Bei einem Energiemanagementverfahren werden die Energieflüsse beziehungsweise Leistungsflüsse innerhalb eines Energiesys tems mittels eines nummerischen Optimierungsverfahrens be rechnet und somit optimiert. Bei bekannten Optimierungsver fahren erfolgt dies für relativ kurze Vorhersagezeiträume, beispielsweise für einen Tag. In der Figur ist der typische, aus dem Stand der Technik bekannte Vorhersagezeitraum, das heißt der Optimierungshorizont, mit dem Bezugszeichen 41 ge kennzeichnet. Eine aktuelle Zeit, zu welcher die Berechnung, das heißt die Optimierung gestartet wird, ist mit dem Bezugs zeichen 40 gekennzeichnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es von Vorteil als Vor hersagezeitraum einen deutlich längeren Zeitraum als einen Tag zu verwenden. Dieser längere Vorhersagezeitraum ist mit dem Bezugszeichen 44 gekennzeichnet. Beispielsweise wird als Vorhersagezeitraum 44 ein Monat bevorzugt verwendet. Der deutlich längere Vorhersagezeitraum 44 ist für eine möglichst optimale Planung und somit einer möglichst optimalen Berück sichtigung einer Wartung einer der Komponenten des Energie systems vorteilhaft.
Es können weitere Randbedingungen oder Nebenbedingungen, bei spielsweise Wettervorhersagen, gegebenenfalls stochastisch, beim Optimierungsverfahren berücksichtigt werden. Die Wartung 4 der wenigstens einen Komponente des Energiesystems kann ebenfalls als Nebenbedingung beim Optimierungsverfahren be rücksichtigt werden. Mit anderen Worten wird als Nebenbedin gung festgelegt, dass die Wartung 4 der wenigstens einen Kom ponente innerhalb des Vorhersagezeitraumes 44 mit Sicherheit erfolgt. Mittels des Optimierungsverfahren wird lediglich der Wartungstag (Tag an dem die Wartung beginnt) sowie der Start zeitpunkt 42 der Wartung 4 am Wartungstag möglichst optimal innerhalb des Vorhersagezeitraumes 44, beispielsweise inner halb eines Monats, berechnet. Hierbei kann die Dauer der War tung 4 ebenfalls beim Optimierungsverfahren berücksichtigt werden. Die Wartung 4 kann über einen oder mehrere Tage er- folgen. Beispielsweise ist eine Aufteilung der Wartung 4, so weit sie technisch möglich ist, auf mehrere Tage, denkbar.
Das untere Diagramm verdeutlicht schematisch eine beispiel hafte Lösung des Optimierungsverfahrens, welches die Wartung 4 der wenigstens einen Komponente berücksichtigt. Die Verfüg barkeit der zu wartenden Komponente ist an der Ordinate 101 des unteren Diagramms aufgetragen. Die Verfügbarkeit ist im dargestellten Beispiel durch eine Binärvariable, die die dis kreten Werte Eins und Null annimmt, modelliert. Der Wert Null der Binärvariable liegt vor, wenn die Komponente des Energie systems nicht verfügbar ist, das heißt zu der Zeit, zu der die Wartung 4 vorgenommen wird. Mit anderen Worten ist an der Ordinate 101 des unteren Diagramms die Verfügbarkeit der Kom ponente des Energiesystems, die gewartet werden muss, aufge tragen. Als Lösung des Optimierungsverfahrens ergibt sich der dargestellte rechteckförmige Verlauf der Verfügbarkeit der Komponente. Hierbei weist die Verfügbarkeit der zu wartenden Komponente außerhalb des Wartungszeitraums 4 den Wert Eins auf. Innerhalb des Wartungszeitraums 4 weist die Verfügbar keit, welche durch die Binärvariable modelliert wird, den Wert Null auf. Der Wartungszeitraum 4 beziehungsweise die Wartung 4 ist durch einen StartZeitpunkt 42 und einen End zeitpunkt 43 gekennzeichnet. Der StartZeitpunkt 42 der War tung 4 wird mittels des Optimierungsverfahrens berechnet. Weiterhin wird der Wartungstag der Wartung 4, der den Beginn der Wartung kalendarisch festlegt, mittels des Optimierungs verfahrens berechnet. Dies kann auch dadurch erfolgen, dass ein bestimmter Zeitschritt des numerischen Verfahrens, der mit einer natürlichen Zahl gekennzeichnet sein kann, zu einem bestimmten Datum korrespondiert. Mit anderen Worten muss das Optimierungsverfahren nicht ein Datum explizit berechnen. Es genügt, wenn durch das Ergebnis des Optimierungsverfahrens ein Datum (Wartungstag) bestimmbar ist.
Mittels des Optimierungsverfahrens wird der StartZeitpunkt 42 der Wartung 4 möglichst optimal innerhalb des Vorhersagezeit raumes 44 berechnet. Hierbei ist der Vorhersagezeitraum 44 typischerweise ein Monat. Das Verfahren ermöglicht somit eine möglichst optimale Festlegung des Starzeitpunktes 42 der War tung 4. Dadurch kann vorteilhafterweise das Energiesystem, beispielsweise in Bezug auf seine Gesamtkohlenstoffdioxide- missionen, verbessert betrieben werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausfüh rungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein- geschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hie raus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
4 Wartung
40 Aktuelle Zeit
41 bekannter Vorhersagezeitraum
42 StartZeitpunkt der Wartung
43 Endzeitpunkt der Wartung
44 Vorhersagezeitraum
100 Abszisse
101 Ordinate

Claims

Patentansprüche
1. Energiemanagementverfahren zum Betrieb eines Energiesys tems mit einer Mehrzahl von Komponenten, bei dem für jede Komponente ihr Verbrauch und/oder ihr Bedarf einer Energie form für einen Vorhersagezeitraum (44) mittels eines numeri schen Optimierungsverfahrens berechnet wird, dadurch gekenn zeichnet, dass beim Optimierungsverfahren eine Wartung (4) wenigstens einer der Komponente berücksichtigt wird.
2. Energiemanagementverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Komponenten entsprechend ihres berechneten Verbrauchs und/oder ihres berechneten Bedarfs gesteuert werden.
3. Energiemanagementverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem mittels einer Nebenbedingung des Optimierungsverfahrens sichergestellt wird, dass die Wartung (4) innerhalb des Vor hersagezeitraumes (44) erfolgt.
4. Energiemanagementverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein kalendarischer Wartungstag und der StartZeitpunkt (42) der Wartung (4) mittels des Optimierungs verfahrens berechnet wird.
5. Energiemanagementverfahren gemäß Anspruch 4, bei dem vor dem berechneten Wartungstag ein weiteres Optimierungsverfah ren unter einer Berücksichtigung, dass die Wartung am War tungstag beginnt, durchgeführt wird, und bei dem mittels des weiteren Optimierungsverfahrens der StartZeitpunkt (42) der Wartung (4) am Wartungstag erneut berechnet wird.
6. Energiemanagementverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wartung (4) der Komponente am berech neten Wartungstag und zum berechneten oder erneut berechneten StartZeitpunkt (42) beginnt.
7. Energiemanagementverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Vorhersagezeitraum (44) ein Monat ver wendet wird.
8. Energiemanagementverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem weitere Nebenbedingungen der Wartung (4), insbesondere eine Wettervorhersage und/oder eine Verfügbar keit der für die Wartung (4) vorgesehenen Wartungsfirma, be rücksichtigt werden.
9. Energiemanagementverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der berechnete Wartungstag und der berech nete StartZeitpunkt (42) der Wartung (4) an ein Wartungsmodul einer für die Wartung vorgesehenen Wartungsfirma übermittelt wird .
10. Energiemanagementsystem zum Betrieb eines Energiesystems mit einer Mehrzahl von Komponenten, umfassend eine Steuerein heit, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist für jede Komponente ihren Verbrauch und/oder ihren Bedarf einer Ener gieform für einen Vorhersagezeitraum (44) mittels eines Opti mierungsverfahrens zu berechnen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit weiterhin dazu ausgebildet ist, beim Opti mierungsverfahren eine Wartung (4) wenigstens einer der Kom ponenten zu berücksichtigen.
11. Energiemanagementsystem gemäß Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit die Komponenten entsprechend ihres berechneten Verbrauchs und/oder ihres be rechneten Bedarfs steuerbar sind.
12. Energiemanagementsystem gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit zum Datenaus tausch mit einem Wartungsmodul einer für die Wartung (4) vor gesehenen Wartungsfirma ausgebildet ist, wobei die zum Aus tausch vorgesehenen Daten den berechneten Wartungstag, den berechneten StartZeitpunkt (42), eine Verfügbarkeit der War tungsfirma und/oder weitere wartungsbezogene Daten, umfassen
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013083138A1 (en) * 2011-12-08 2013-06-13 Vestas Wind Systems A/S A decision support system (dss) for maintenance of a plurality of renewable energy generators in a renewable power plant

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