WO2022012933A1 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung von energieflüssen zwischen teilnehmern eines energie-netzwerks - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zur steuerung von energieflüssen zwischen teilnehmern eines energie-netzwerks Download PDFInfo
- Publication number
- WO2022012933A1 WO2022012933A1 PCT/EP2021/068011 EP2021068011W WO2022012933A1 WO 2022012933 A1 WO2022012933 A1 WO 2022012933A1 EP 2021068011 W EP2021068011 W EP 2021068011W WO 2022012933 A1 WO2022012933 A1 WO 2022012933A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- energy
- reserve power
- participants
- data
- reserve
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 76
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 39
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 45
- 238000013439 planning Methods 0.000 claims description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 22
- 238000012797 qualification Methods 0.000 claims description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 10
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 6
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 230000001447 compensatory effect Effects 0.000 abstract 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 2
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 2
- 238000012384 transportation and delivery Methods 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- 230000003442 weekly effect Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 238000010972 statistical evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- 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
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
- G06Q10/06311—Scheduling, planning or task assignment for a person or group
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/003—Load forecast, e.g. methods or systems for forecasting future load demand
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/004—Generation forecast, e.g. methods or systems for forecasting future energy generation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
- H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
- Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S40/00—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
- Y04S40/20—Information technology specific aspects, e.g. CAD, simulation, modelling, system security
Definitions
- the invention relates to a device and a method for controlling energy flows between participants in an energy network, where the participants can be energy consumers, energy producers or both (prosumers).
- the energy network can be an electricity network or a thermal network such as a district heating network.
- the subscribers are at least partially connected to one another via an energy transmission network with lines.
- energy flows are calculated in advance for a period of time, for example a day, using an optimization method.
- the energy flows in the time segment are controlled on the basis of the result of the calculation.
- Energy networks have at least two, but typically a large number of participants. Participants include energy producers, energy consumers or both. The participants can be private households, for example. These can appear as pure energy consumers. In recent years, however, private households have also increasingly acted as energy generators or energy storage devices, for example if they have a photovoltaic system or an accumulator (house battery).
- the energy network can be an electrical energy network, ie an electricity network. In this case, it can be the national supply network or a locally limited electrical network, in which case the locally limited electrical network can certainly be part of the national supply network, ie it does not have to be separate from it. In this case, the energy network can be assigned to a local energy market. Alternatively or additionally, the energy network can be a thermal network in which heat is exchanged between the participants.
- the participants are connected to one another by means of cables. There are typically no direct connections between all participants, but rather the connections are usually structured hierarchically.
- the energy network is typically divided into local grids that connect a locally limited group of participants.
- the local networks are connected to other local networks via medium-voltage lines.
- medium-voltage lines for large-scale connection of the sub-grids.
- the energy flows between the participants can be organized by a coordination platform.
- the coordination platform can carry out an optimization process.
- the energy flows between the participants are calculated as efficiently or optimally as possible in advance, for example one day in advance (English: day-ahead).
- the energy flows are then controlled on the basis of the result of the optimization process.
- the coordination platform can also be designed as a trading platform, so that the participants can submit sales offers and purchase offers.
- the sales offers and purchase offers regarding a form of energy can be optimization must be taken into account, with typically the maximum possible and in this sense the best possible energy conversion being advantageous.
- Such a local energy market is known, for example, from document EP 3518369 A1.
- One advantage of local energy markets is that individual prosumers with a comparatively small energy system can actively participate in energy trading. However, the granularity of participants in a local energy market is greater, i.e. there are more individual, non-aggregated participants. With these, the prediction error, i.e. the deviation of the electrical or thermal power actually required or delivered by the participants from the planned power, is significantly higher than with aggregated groups or virtual power plants. For example, if a prosumer provides less energy than initially offered, for example because the photovoltaic system achieves a weaker yield than expected, then additional costs arise for him because the missing power has to be drawn from the supply network. If a prosumer draws less power than planned, he still has to pay for the planned amount of energy, which makes participation in the energy market less attractive.
- this object is achieved by a device for controlling energy flows between participants in an energy network with the features of claim 1 solved.
- a device for controlling energy flows between participants in an energy network with the features of claim 1 solved.
- one solution is a method with the features of claim 11.
- the device according to the invention for controlling energy flows between participants in an energy network is designed to receive energy planning data from the participants for a period of time about an intended energy exchange, the energy flows in advance using the energy planning data by means of a first optimization -Procedure to calculate and based on the result of the calculation to control the energy flows in the time segment.
- the device is designed to receive or determine reserve power data on the participants for a future period, with a reserve power provided by the reserve power data compensating for deviations occurring in the period between energy flows planned for the period and energy flows actually occurring in the period allows. It is also designed to carry out a bidding process among stored reserve power providers and thus, by means of a second optimization process separate from the first optimization process, to determine a selection of the reserve power providers with which the reserve power providers - the reserve power provided for in the performance data is provided as required in the period of time.
- energy planning data for the period of time about an intended energy exchange is received from the participants, the energy flows in advance using the energy planning data by means of a first optimization -Method calculated and based on the result of the calculation, the energy flows are controlled in the time segment.
- reserve power data for the participants is received or determined for a future time period, with a reserve power provided by the reserve power data compensating for deviations occurring in the time period. deviations between energy flows planned for the period and energy flows actually occurring in the period.
- a bidding process is carried out among stored reserve power providers and a selection of reserve power providers is thus determined by means of a second optimization process separate from the first optimization process, with which the reserve power provided by the reserve power data can be used in the time segment if required is provided.
- the invention creates a possibility of compensating for uncertainties that exist among participants in an energy network and of providing compensation for existing uncertainties in the form of reserve power in advance, ie before a planned period of time.
- the disadvantages mentioned at the outset are thereby avoided.
- improved planning security is made possible for the operator of the energy network, which can be a local energy market.
- an improved handling of imponderables in energy planning is achieved for the participants.
- the decentralized regulation of flexibility also achieves better local balancing of the energy balance.
- the invention enables new providers of flexibility, who, for example, use a locally available stationary battery or an electric car, to participate in the local balancing of energy balances.
- This balancing can be done decentrally. To this end, it is advantageous to transmit information about the selection of reserve power providers determined in the bidding process to the participants. As a result, if a deviation occurs, the participants themselves can establish contact and contract with one or more of the reserve power providers in order to compensate for the deviation, ie to obtain positive or negative reserve energy.
- the device for controlling energy flows receives information about deviations that occur.
- This information can be provided, for example, by transmitting meter readings and current consumption, or by transmitting data about a future deviation that will occur, for example, in a subsequent time interval.
- a participant who operates a photovoltaic system can recognize for the next time interval, which can be 15 minutes, for example, whether the achievable power corresponds to the power planned the day before or whether a positive or negative deviation occurs and inform the device of the result.
- the device then effects the provision of the reserve energy and the subsequent billing of the reserve power, ie the reserve energy provided and the fact that this was used, insofar as the reserve power was previously acquired via the bidding process.
- qualification information includes confirmation of sufficient qualification of the reserve power provider.
- qualification information can, for example, be obtained in advance and stored in a database. It is expedient if the qualification information is obtained and stored for a period of time that is significantly longer than the typical period of time for which the optimization process is carried out. For example, the qualification information may be valid for one year or for several years after being obtained and stored while the optimization is performed on a daily basis.
- the qualification information is advantageously a statement about the reliability, ie the availability of the reserve energy from the reserve energy provider. This can be ascertained, for example, by assessing the technical systems.
- the advantageous result of the qualification information and the selection of the providers on the device side is that the reserve energy can be made available to the subscribers with high availability, which would hardly be achievable on the part of the subscribers themselves.
- the reserve power data is created and sent by the subscribers themselves, with the reserve power data of a subscriber including information about their own reserve power requirements.
- the participants themselves are responsible for knowing or determining their reserve power requirements.
- the reserve power data is collected in the device and suitable suppliers for reserve power are identified.
- the individual requirements of the participants with regard to the necessary reserve power can be addressed very well.
- it is also expedient if the participants take part in the bidding process for determining the selection of reserve providers by submitting bids for their part, ie specifying the price at which they are willing to buy reserve capacity. In this way, the bidding process becomes a two-way process in which both the buyers of the reserve capacity, ie the participants, and the seller of the reserve capacity, ie the suppliers, take part in bidding.
- the device receives energy flow planning data from an operator of a local energy market including the participants and determines the reserve power data for the time segment from the energy flow planning data.
- the reserve power data is determined centrally in this embodiment. The advantage of this central determination is that the participants are not forced to estimate their individually required reserve power.
- the required reserve power can be determined purely statistically from the total energy turnover, i.e. without considering the specific types of consumption and generation of the energy.
- specific characteristics of the participants can also be taken into account. For example, it can be taken into account for photovoltaic systems that they show small deviations from their predicted output when the sky is cloudless, but also when the sky is overcast, while larger deviations are possible in clear, cloudy weather due to the resulting exact cloud cover.
- Historical data on the necessary reserve power of the participants can also be taken into account.
- a first value can be taken into account for the participating reserve power providers, which represents a payment to be made independently of any reserve power actually provided for keeping the reserve power available.
- a second value can be taken into account for the participating reserve power providers, which represents a payment to be made depending on an actually accessed reserve power for the amount of the reserve power actually accessed.
- the participants in the energy network can be organized as a local energy market. There is an operator for this, who plans the energy flows in the local energy market.
- the operator of the local energy market is preferably also the operator of the balancing market for reserve power at the same time. Accordingly, the device and the method receive energy planning data from the participants for a period of time about an intended energy exchange, the energy flows are calculated in advance using the energy planning data using an optimization method and using the result of the calculation - ability to control the energy flows in the time period.
- the planning data and planning results which are used to control the energy flows in the local energy market, are already available for determining and obtaining the reserve power. Values for the actual energy flows from past periods are also available. In this way, a statistical evaluation of the data can be carried out for the central determination of the required reserve power.
- a local energy market can therefore advantageously be created in which the device or the method is used and which also involves a large number of participants.
- the participants are energy consumers, energy producers, energy stores or a combination of these possibilities, the energy flows in the energy network being controlled by the device or the method.
- the results of the optimization process are transmitted to the participants for controlling the energy flows.
- the device includes a communication interface for the bidirectional exchange of data with the participants.
- the energy network can also be a thermal energy network for exchanging thermal energy, in particular a district heating, district cooling or district steam network.
- Figure 1 shows a local energy market with a local market for balancing
- FIG. 2 shows a curve for a total planned and real power requirement
- FIG 1 shows schematically a local energy market 100 with a district heating network 100.
- the district heating network 100 includes a number of participants 11, including several private households 12, 13 companies and a combined heat and power plant 14.
- the district heating network 100 does not have to be isolated network, but can be connected to a higher-level network or connected district heating consumers or district heating Suppliers include, but do not appear as participants 11 of the local energy market 100.
- the participants 11 are connected to one another by lines 16, with no direct connection of each participant 11 to every other participant 11, but rather a bus-like connection.
- the participants 11 can exchange thermal power with one another via the lines 16 .
- the combined heat and power plant 14 is a pure heat generator and, in parallel, also a power generator. Some of the private households 12 and businesses 13 act purely as heat consumers, while others act as heat consumers and heat generators.
- the local energy market 100 is controlled and coordinated by a control device 102 .
- the control device 102 controls or regulates the energy flows between the participants 11 of the district heating network 100.
- the control device 102 is designed to calculate the energy flows between the participants 11 using an optimization method for a period of time, for example a day. To do this, the control device 102 requires physical and technical parameters of the participants 11, some of which are constant, but some of which also change from time period to time period.
- control device 102 includes a communication interface 104, for example a connection to the Internet.
- the participants 11 are also connected to the Internet, resulting in a bidirectional possibility of data exchange between the control device 102 and the participants 11 .
- All heat generators in the district heating network 100 ie in the given example the combined heat and power plant 14 and those of the private households 12 and businesses 13, which also act as heat generators, transmit at least their maximum amount of energy E max t that can be provided at a time t to the generator and its minimum selling price c min,t producer to the control device 102.
- the control device 102 is designed to receive this data from the participants 11.
- a specific carbon dioxide emission for example in g(CO2) per kWh and/or a specific primary energy use can be transmitted to the control device 102 .
- the data package with which the maximum amount of energy that can be provided at a time t and the minimum sales price at time t is stored can be referred to as a sales offer (English: cable order).
- the heat consumers i.e. the private households 12 and businesses 13, transmit at least their maximum amount of energy E max,t consumers that can be obtained at a point in time t and their maximum purchase price c max,t consumers to the control device 102.
- the data package with which the maximum amount of energy that can be drawn at a time t and the maximum purchase price at a time t is stored can be referred to as a purchase offer.
- the data package with which the parameters specified for the energy store are stored can be referred to as a storage order.
- the parameters transmitted using the data are used to parameterize the optimization process.
- An optimization procedure typically includes an objective function whose result is to be minimized or maximized.
- the objective function includes variables whose values are the result of the optimization process and parameters that change during the Do not change the execution of the optimization.
- the optimization process is parameterized when all parameters have a specific value.
- the variables of the optimization method are the energy flows between the components. Typically, the energy flows are calculated one day in advance, ie for the coming day.
- the target function can be a total carbon dioxide emission of the energy system, a total primary energy use of the energy system and/or the total costs of the energy system.
- the index k stands for the participant 11, the index n for the network node 18 of the district heating network 100 and the index t for the time t.
- the inner summation index i stands for a further network node 18, which is connected to the network node 18n.
- Pi,n,t are the variables of the objective function.
- the optimization method which is carried out by means of the control device 102, minimizes the target function mentioned and determines or calculates the variables and P i,n,t .
- P i,n,t is the effective line capacity between a network node i and the network node n at the time t, where a grid fee is incurred for the use of the energy transmission grid.
- the optimization problem i.e. calculating the maximum or minimum of the objective function, is typically carried out under constraints. For example, physically must be fulfilled for all network nodes n and all points in time t within the period of time to be considered.
- P i,n,t,out stands for a power which is taken from a line 16 at the network node 18 n
- P i,n,t,in stands for the power which is fed into the network node 18 n Management.
- a displaceable load can be modeled using the constraint and thus planning procedures are taken into account.
- the control device 102 After the energy flows have been calculated by means of the control device 102, these calculated values are transferred to the participants 11, that is to say they are transmitted to the control device 102 by means of the control device 102 or via the communication interface 104. This ensures that the participants 11 and thus the energy system are operated in the best possible way according to the solution of the optimization method. In other words, the control device 102 controls the participants 11 based on the solution of the optimization method. Thus, the efficiency of the district heating network 100, for example maximum energy consumption, is improved.
- FIG. 2 shows a progression of the total power requirement 25 in the local energy market 100 over the planned period of time. In many cases, when the precalculated period of time, for example the next day, is reached, there is a deviation 27 in the real energy flows from the pre-planned ones.
- Fig. 2 shows an exemplary real total power demand 26 in the local energy market 100.
- the area shown hatched in FIG. 2 identifies the deviation 27 between the planning and the actual energy flows.
- a supply of electrical or thermal energy from a wind turbine or a photovoltaic system may not match the forecast due to a short-term change in the weather. In these cases, both more and less energy can be generated.
- Another example would be an unforeseen closure of a facility, which means that less energy is required than planned.
- Other possibilities are failures of operational such as burners or heat pumps or of an industrial process or insolvency of a participant 11. Since the control of energy flows is based on pre-calculated and planned data, it does not include direct remedies for such deviations 27.
- a second local market 20 the local market 20 for compensation, is created in this exemplary embodiment, in which reserve energy is made available.
- the local market 20 for equalization is also shown in FIG. 1 with its suppliers 22 .
- This reserve energy can be positive, meaning that additional energy is available when needed. It can also be negative, which means that additional energy can be taken off when needed.
- thermal reserve energy - both positive and negative - for the district heating network 100 there are, for example, combined heat and power plants 14, gas boilers, electric heaters, buffer storage tanks, heat exchangers, fans, compression refrigeration machines, absorption refrigeration machines and thermo-chemical machines in question.
- Electrical storage devices such as accumulators in buildings and vehicles and power plants that can be loaded and unloaded in the short term, such as gas turbines, can be used to provide electrical reserve energy.
- the neutrality of the operator of the district heating network 100 is important for the functioning of a market for thermal energy of the participants 11 match the timetables of the delivery and purchase obligations from the trade, or whether there are deviations. Due to this information advantage, the operator of the district heating network 100 should not appear as a player on the market himself, because he would have to all other market participants an information advantage. It is therefore very advantageous for maintaining its neutrality if the procurement of the thermal reserve energy also takes place in a non-discriminatory, transparent process.
- the suppliers 22 of thermal reserve energy are qualified.
- the operator of the district heating network 100 assesses the ability of the provider 22 of thermal reserve energy to reliably feed thermal reserve energy requested at short notice into the district heating network 100 according to transparently communicated criteria.
- the following exemplary measures are used, among others: a. Presentation of the technical concept of the system offered for providing thermal reserve energy, for example through technical documents; b. Assessment of the technical condition of the equipment used by the provider 22 of thermal reserve energy.
- This appraisal can be carried out by an appraiser, such as TÜV; c. Carrying out test runs that demonstrate the reliable functioning of the thermal and also the communication and measurement infrastructure. It can also be taken into account whether certain parts of the system, including the communication systems, are redundant and this improves security.
- a quantification of the results can be done, for example, by the fact that the individual facts collected, such as the type and manufacturer of the system, age of the system ge and technical condition or existing redundancy, in particular of the communication system, can be entered in a database in dedicated fields. These entries are then linked to a predetermined evaluation scheme. An overall evaluation, for example an overall value number, can then be determined from these database entries by accumulating the evaluations. The total value serves as a quantitative parameter for evaluating the provider and can be compared with a threshold value in order to separate sufficiently qualified and insufficiently qualified providers of reserve power.
- Successful qualification ensures quality, in particular a high level of availability, and is a prerequisite for the provider 22 of thermal reserve energy to be able to offer its compensation service in the subsequent bidding process, i.e. to be able to participate in the local market 20 for compensation.
- a group of providers for thermal reserve energy is thus determined via the qualification of all such potential providers 22 .
- This group of providers can also include participants 11 of the district heating network 100 if they meet the requirements, ie their qualification runs successfully.
- the combined heat and power plant 14 and one of the companies 13 appear both as participants 11 and as providers 22 . It goes without saying that this qualification, i.e. the first phase, rarely takes place compared to the daily calculation and control of the energy flows and that an existing list of qualified providers 22 is mainly used.
- the energy flows are planned and calculated, which has already been described.
- the required reserve energies for the planned period of time ie one day for example, are also determined. It is also possible to decouple the determination of the required reserve energy and the subsequent steps from the calculation of the energy flows.
- the energy flows can be calculated on a daily basis and the reserve energies can only be determined on a weekly or monthly basis.
- the operator of the district heating network 100 uses a statistical method based on past measurement data to determine the thermal reserve energy that is required to ensure reliable operation of the district heating network 100 .
- This also happens in control device 102.
- the statistical method can result in an upper limit and a lower limit for the expected maximum deviations, so that the actual power remains in a band between a maximum value 28 and a minimum value 29 in the time segment .
- FIG. 2 shows that the actual power given, for example, remains within this range despite a significant deviation 27 from the plan.
- the control device 102 then books sufficient reserve power from the providers 22 in order to be able to provide every energy flow that actually occurs within the band between the maximum value 28 and the minimum value 29 .
- the participants 11 also convey uncertainties about the accuracy with their bids, ie their individually required reserve energy.
- the uncertainties in the bids of the participants 11 are then used by the operator of the thermal network in order to determine the required thermal reserve energy.
- the operator of the district heating network 100 procures the required thermal reserve energy in a bidding process.
- This bidding process can be organized in the form of an auction. For example, it can be performed daily, weekly, monthly or yearly.
- the providers 22 of reserve energy in the local market 20 who are actively involved for a specific period of time are determined for compensation via optimization.
- bids c t + for positive and c t - for negative compensation are obtained from the providers 22 in the local market 20 for compensation in advance, for example in euros per kWh. Additional information from the providers is the respective maximum power for positive (P t + ) and negative (P t -) compensation power in kW.
- the process is double-sided, ie it works with offers from buyers and sellers. If deviations are compensated for centrally, ie by the control device 102 alone, then no bids are required from the participants 11 and the bidding process is single-sided. In any case, the bidding process is operated with a "closed order book", ie the bids are not visible to the provider 22 and participant 11, so that manipulation of the bids is ruled out.
- a rope S + stands for a provider 22 who can provide power when it is needed by other participants 11 and a Buy B + for a participant 11 who may need additional power.
- a rope S ⁇ stands for a provider 22 who can absorb power if it has to be given up by other participants 11 and a Buy B ⁇ for a participant 11 who may have too much power available and has to give it up.
- a memory's flexibility can be adjusted by offering both positive and negative flexibility.
- the limitation of the store by the maximum storage capacity or its technical characteristics could also be taken into account.
- the network structure i.e. the location where the flexibility is provided, can be taken into account in the optimization problem and when submitting a bid.
- the result of the optimization method is a compilation of a selection of providers 22 of reserve power, which are used as required for the selected period of time. If there is a mismatch between the offers and the demand, for example if bids from participants 11 do not meet any suitable bids from providers 22, it is expedient if the operator of the local market 100 offers reserve power at a fixed price, which if necessary Participants 11 is assigned. A corresponding purchase of reserve power also ensures the supply of those subscribers 11 for whom no provider 22 has been found, without unilaterally burdening the operator of the local market 100 in the process.
- the remuneration for the thermal reserve energy which is part of the bidding process, can be broken down into two price components: a performance price component for ensuring the availability of the systems and the agreed amount of energy and/or performance, and an energy price component for remuneration Energy costs if the system is used, ie if the reserve energy is actually called up. Only the energy price component depends on the power actually used during operation, so it does not apply if it turns out that no reserve energy is required.
- a minimum time for advance information before the start of the physical output can also be used as an additional parameter, ie the lead time required when the reserve output is actually provided target.
- a fourth step the energy flows are controlled and, at the same time, thermal reserve energy is called up as required by the individual participants 11.
- performance measurements are continuously carried out on the demand side in order to request the thermal reserve energy in good time on the basis of short-term forecasts on the supply side be able.
- the operator of the local energy market informs buyers and sellers about their bilateral business relationship.
- the buyer of the reserve energy ie one of the participants 11 to inform the seller, ie one of the providers 22, in the event of a claim at short notice.
- An electronic medium is expediently used for the communication.
- the claim can be triggered manually.
- a claim automatically triggered by the building energy management system of the buyer, ie the subscriber 11, is more practical.
- Evidence of execution by the seller, ie the provider 22, also takes place electronically.
- the operator of the local energy market uses the meter data of the participants 11. Based on the meter readings, the operator determines differences between the contractual obligations of the participants 11 and the actual physical feed-ins and withdrawals . It therefore determines the deviations from planning and calculation that have to be compensated for by reserve energy. He balances these and uses the required flexible service in a cost-optimal manner by involving the providers 22 . The resulting energy costs in the unit euro per kWh are subsequently passed on to the participants 11, proportional to their delivery deviation in each time interval.
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Economics (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Marketing (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Public Health (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Zum Ausgleich von Abweichungen zwischen geplanten Energieflüssen und realen Energieflüssen in einem lokalen Energiemarkt wird ein lokaler Markt für Ausgleich geschaffen, in dem auf Basis eines Optimierungsverfahrens eine optimale Auswahl von qualifizierten Anbietern von Ausgleichsleistung getroffen wird.
Description
Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung von Energieflüssen zwischen Teilnehmern eines Energie-Netzwerks
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung von Energieflüssen zwischen Teilnehmern eines Ener- gie-Netzwerks, wobei die Teilnehmer Energieverbraucher, Ener- gieerzeuger oder beides (engl. Prosumer) sein können. Das Energie-Netzwerk kann ein Strom-Netzwerk oder ein thermisches Netzwerk wie beispielsweise ein Fernwärme-Netzwerk sein. Die Teilnehmer sind über ein Energie-Übertragungsnetz mit Leitun- gen wenigstens teilweise untereinander verbunden. Für die Steuerung werden Energieflüsse vorab für einen Zeitabschnitt, beispielsweise einen Tag, mittels eines Optimierungsverfah- rens berechnet. Anhand des Ergebnisses der Berechnung werden die Energieflüsse in dem Zeitabschnitt gesteuert.
Energie-Netzwerke weisen wenigstens zwei, aber typischerweise eine Vielzahl von Teilnehmern auf. Teilnehmer sind unter an- derem Energieerzeuger, Energieverbraucher oder beides. Bei den Teilnehmern kann es sich beispielsweise um private Haus- halte handeln. Diese können als reine Energieverbraucher auf- treten. In den letzten Jahren treten aber auch private Haus- halte zunehmend als Energieerzeuger oder Energiespeicher auf, wenn sie beispielsweise über eine Photovoltaik-Anlage verfü- gen oder einen Akkumulator (Hausbatterie).
Teilnehmer können auch Betriebe sein wie Geschäfte, Fabrikan- lagen, Bauernhöfe oder Schwimmbäder. Alle diese treten ebenso wie der private Haushalt in den meisten Fällen zumindest als Energieverbraucher auf, zunehmend aber ebenfalls als Energie- erzeuger oder auch Energiespeicher. Auch Generatoren wie Blockheizkraftwerke, Kohlekraftwerke, Gasturbinen, große Pho- tovoltaik-Anlagen oder Windenergie-Anlagen treten als Teil- nehmer auf, diese typischerweise als reine Energieerzeuger. Meist wird dabei Strom erzeugt, aber im Falle des Blockheiz- kraftwerks sowohl Strom als auch Wärme.
Bei dem Energie-Netzwerk kann es sich um ein elektrisches Energie-Netzwerk, also ein Strom-Netzwerk handeln. In diesem Fall kann es sich um das nationale Versorgungs-Netzwerk han- deln oder aber um ein lokal begrenztes elektrisches Netzwerk, wobei das lokal begrenzte elektrische Netzwerk durchaus ein Teil des nationalen Versorgungs-Netzwerks sein kann, also nicht davon getrennt vorliegen muss. In diesem Fall kann das Energie-Netzwerk einem lokalen Energie-Markt zugeordnet sein. Bei dem Energie-Netzwerk kann es sich alternativ oder zusätz- lich um ein thermisches Netzwerk handeln, bei dem Wärme zwi- schen den Teilnehmern ausgetauscht wird.
Zum Austausch der Energie sind die Teilnehmer mittels Leitun- gen untereinander verbunden. Dabei sind typischerweise keine direkten Verbindungen zwischen allen Teilnehmern vorhanden, sondern vielmehr sind die Verbindungen meist hierarchisch aufgebaut. Bei Stromnetzen beispielsweise gliedert sich das Energie-Netzwerk typischerweise in Ortsnetze, die einen ört- lich eng begrenzten Teilnehmerkreis anschließen. Die Ortsnet- ze sind mit anderen Ortsnetzen über Mittelspannungs-Leitungen verbunden. Schließlich gibt es noch Hochspannungs-Leitungen zur großräumigen Verbindung der Teilnetze.
Die Energieflüsse zwischen den Teilnehmern, das heißt der Austausch von Energie über die Leitungen des Energie- Netzwerks können von einer Koordinierungs-Plattform organi- siert werden. Dazu kann die Koordinierungsplattform ein Opti- mierungsverfahren durchführen. Damit werden die Energieflüsse zwischen den Teilnehmern möglichst effizient oder optimal vorab, beispielsweise einen Tag im Voraus (englisch: Day- Ahead), berechnet. Anhand des Ergebnisses des Optimierungs- verfahrens erfolgt dann die Steuerung der Energieflüsse.
Die Koordinierungs-Plattform kann weiterhin als Handelsplatt- form ausgebildet sein, sodass die Teilnehmer Verkaufsangebote und Kaufangebote abgeben können. Die Verkaufsangebote und Kaufangebote bezüglich einer Energieform können bei der Opti-
mierung berücksichtigt werden, wobei typischerweise ein mög- lichst maximaler und in diesem Sinne möglichst optimaler Energieumsatz vorteilhaft ist.
Ein solcher lokaler Energiemarkt ist beispielsweise aus dem Dokument EP 3518369 Al bekannt. Ein Vorteil lokaler Energie- märkte ist, dass einzelne Prosumer mit einem vergleichsweise kleinen Energiesystem aktiv an einem Energiehandel teilnehmen können. Allerdings ist die Granularität der Teilnehmer an ei- nem lokalen Energiemarkt größer, d.h. es treten mehr einzel- ne, nicht aggregierte Teilnehmer auf. Bei diesen ist der Vor- hersagefehler, also die Abweichungen tatsächlich geforderter oder abgegebener elektrischer oder thermischer Leistungen der Teilnehmer von den geplanten Leistungen deutlich höher als bei aggregierten Gruppen oder virtuellen Kraftwerken. Stellt ein Prosumer beispielsweise weniger Energie zur Verfügung als vorab angeboten, beispielsweise weil die Photovoltaik-Anlage eine schwächere Ausbeute erzielt als erwartet, dann entstehen ihm zusätzliche Kosten, da die fehlende Leistung aus dem Ver- sorgungsnetzwerk bezogen werden muss. Bezieht ein Prosumer weniger Leistung als geplant, muss er dennoch die geplante Menge an Energie bezahlen, wodurch die Teilnahme am Energie- markt unattraktiver wird.
Diese Probleme lassen sich für den Prosumer teilweise durch eine vorsichtigere Planung beheben. Dadurch würde aber das ganze Potential des lokalen Energiemarkts unterwandert und die Akzeptanz eines solchen Systems verringert.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung von Energieflüssen zwischen Teilnehmern eines Energie-Netzwerks anzugeben, mit denen die eingangs genannten Nachteile vermindert werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung durch eine Vorrichtung zur Steuerung von Energieflüssen zwischen Teil- nehmern eines Energie-Netzwerks mit den Merkmalen von An-
spruch 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens besteht eine Lö- sung in einem Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 11.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung von Energief- lüssen zwischen Teilnehmern eines Energie-Netzwerks ist aus- gestaltet, von den Teilnehmern Energie-Planungsdaten für ei- nen Zeitabschnitt über einen vorgesehenen Energieaustausch zu empfangen, die Energieflüsse vorab anhand der Energie- Planungsdaten mittels eines ersten Optimierungs-Verfahrens zu berechnen und anhand des Ergebnisses der Berechnung die Ener- gieflüsse in dem Zeitabschnitt zu steuern.
Weiterhin ist die Vorrichtung ausgestaltet, Reserveleistungs- daten zu den Teilnehmern für einen zukünftigen Zeitabschnitt zu empfangen oder zu ermitteln, wobei eine von den Reserve- leistungsdaten vorgesehene Reserveleistung den Ausgleich von im Zeitabschnitt auftretenden Abweichungen zwischen für den Zeitabschnitt geplanten Energieflüssen und im Zeitabschnitt real auftretenden Energieflüssen ermöglicht. Sie ist weiter- hin ausgestaltet, ein Bieterverfahren unter gespeicherten Re- serveleistungs-Anbietern durchzuführen und damit mittels ei- nes vom ersten Optimierungs-Verfahren getrennten zweiten Op- timierungs-Verfahrens eine Auswahl der Reserveleistungs- Anbieter zu ermitteln, mit denen die von den Reserveleis- tungsdaten vorgesehene Reserveleistung im Zeitabschnitt bei Bedarf erbracht wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung von Ener- gieflüssen zwischen Teilnehmern eines Energie-Netzwerks wer- den von den Teilnehmern Energie-Planungsdaten für den Zeitab- schnitt über einen vorgesehenen Energieaustausch empfangen, die Energieflüsse vorab anhand der Energie-Planungsdaten mit- tels eines ersten Optimierungs-Verfahrens berechnet und an- hand des Ergebnisses der Berechnung die Energieflüsse in dem Zeitabschnitt gesteuert werden.
Ferner werden Reserveleistungsdaten zu den Teilnehmern für einen zukünftigen Zeitabschnitt empfangen oder ermittelt, wo- bei eine von den Reserveleistungsdaten vorgesehene Reserve- leistung den Ausgleich von im Zeitabschnitt auftretenden Ab-
weichungen zwischen für den Zeitabschnitt geplanten Energief- lüssen und im Zeitabschnitt real auftretenden Energieflüssen ermöglicht. Weiterhin wird ein Bieterverfahren unter gespei- cherten Reserveleistungs-Anbietern durchgeführt und damit mittels eines vom ersten Optimierungs-Verfahren getrennten zweiten Optimierungs-Verfahrens eine Auswahl der Reserveleis- tungs-Anbieter ermittelt, mit denen die von den Reserveleis- tungsdaten vorgesehene Reserveleistung im Zeitabschnitt bei Bedarf erbracht wird.
Die Erfindung schafft eine Möglichkeit, Unsicherheiten, die bei Teilnehmern eines Energie-Netzwerks bestehen, auszuglei- chen und bereits vorab, also vor einem beplanten Zeitab- schnitt, einen Ausgleich für bestehende Unsicherheiten in Form von Reserveleistung bereitzustellen. Die eingangs ge- nannten Nachteile werden dadurch vermieden. Insbesondere wird für den Betreiber des Energie-Netzwerks, das ein lokaler Energiemarkt sein kann, eine verbesserte Planungssicherheit ermöglicht. Ebenso wird auch für die Teilnehmer ein verbes- serter Umgang mit Unwägbarkeiten der Energieplanung erreicht.
Auch wird durch die dezentrale Regelung der Flexibilität ein besserer lokaler Ausgleich der Energie-Bilanzen erreicht. Schließlich ermöglicht die Erfindung neuen Anbietern von Fle- xibilität, die beispielsweise eine lokal vorhandene stationä- re Batterie oder ein Elektroauto einsetzen, die Mitwirkung am lokalen Ausgleich der Energie-Bilanzen.
Dabei werden für die eigentliche Energiesteuerung und die Steuerung der Reserveleistung getrennte Optimierungsverfahren verwendet, also mit anderen Worten nicht beide Vorgänge zu- sammen in einem rechnerischen Vorgang behandelt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrich- tung und des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den ab- hängigen Ansprüchen hervor. Dabei können die Ausführungsfor- men der unabhängigen Ansprüche mit den Merkmalen eines der Unteransprüche oder vorzugsweise auch mit denen aus mehreren
Unteransprüchen kombiniert werden. Demgemäß können noch zu- sätzlich folgende Merkmale vorgesehen sein:
Es ist zweckmäßig, in dem Zeitabschnitt auftretende Abwei- chungen zwischen den berechneten Energieflüssen und den real auftretenden Energieflüssen unter Verwendung wenigstens eines Teils der im Bieterverfahren erworbenen Reserveleistung aus- zugleichen .
Dieses Ausgleichen kann dezentral erfolgen. Dazu ist es vor- teilhaft, eine Information über die im Bieterverfahren ermit- telte Auswahl von Reserveleistungs-Anbietern an die Teilneh- mer zu übermitteln. In der Folge können die Teilnehmer bei Auftreten einer Abweichung selbst einen Kontakt und Vertrag mit einem oder mehreren der Reserveleistungs-Anbieter her- steilen, um einen Ausgleich der Abweichung zu erreichen, also positive oder negative Reserveenergie zu bekommen.
Das Ausgleichen kann aber auch zentral erfolgen. Dafür ist es zweckmäßig, wenn die Vorrichtung zur Steuerung von Energief- lüssen eine Information über auftretende Abweichungen erhält. Diese Information kann beispielsweise durch die Übermittlung von Zählerständen und aktuellem Verbrauch erfolgen oder durch eine Übermittlung von Daten zu einer zukünftigen Abweichung, die beispielsweise in einem folgenden Zeitintervall auftreten wird. Beispielsweise kann ein Teilnehmer, der eine Photovol- taik-Anlage betreibt, für das nächste Zeitintervall, das bei- spielsweise 15 Minuten betragen kann, erkennen, ob die er- reichbare Leistung mit der am Vortag geplanten Leistung über- einstimmt oder ob eine positive oder negative Abweichung auf- tritt und das Ergebnis der Vorrichtung mitteilen. Die Vor- richtung bewirkt dann die Bereitstellung der Reserveenergie und die spätere Abrechnung der Reserveleistung, also der be- reitgestellten Reserveenergie und der Tatsache, dass diese in Anspruch genommen wurde, soweit die Reserveleistung vorher über das Bieterverfahren erworben wurde.
Vorteilhaft können bei dem Bieterverfahren für teilnehmende Reserveleistungs-Anbieter nur solche Reserveleistungs- Anbieter berücksichtigt werden, bei denen eine Qualifizie- rungsinformation eine Bestätigung einer ausreichenden Quali- fikation des Reserveleistungs-Anbieters umfasst. Eine solche Qualifizierungsinformation kann beispielsweise vorab einge- holt werden und in einer Datenbank abgelegt werden. Es ist zweckmäßig, wenn die Qualifizierungsinformation für einen Zeitraum eingeholt und gespeichert wird, der deutlich länger ist als der typische Zeitabschnitt, für den das Optimierungs- verfahren durchgeführt wird. Beispielsweise kann die Qualifi- zierungsinformation nach der Einholung für ein Jahr oder für mehrere Jahre gültig sein und gespeichert werden, während die Optimierung täglich durchgeführt wird.
Die Qualifizierungsinformation ist vorteilhaft eine Aussage über die Verlässlichkeit, also Verfügbarkeit der Reserveener- gie von dem Reserveenergie-Anbieter. Diese kann beispielswei- se durch eine Begutachtung der technischen Anlagen erhoben werden. Durch die Qualifizierungsinformation und die Auswahl der Anbieter auf Seite der Vorrichtung wird vorteilhaft er- reicht, dass die Reserveenergie den Teilnehmern mit hoher Verfügbarkeit zur Verfügung gestellt werden kann, was auf Seite der Teilnehmer selbst kaum erreichbar wäre.
Die Reserveleistungsdaten werden in einer Ausgestaltung von den Teilnehmern selbst erstellt und versendet, wobei die Re- serveleistungsdaten eines Teilnehmers Angaben zu dessen eige- nem Reserveleistungsbedarf umfassen. Mit anderen Worten sind die Teilnehmer selbst dafür verantwortlich, ihren Reserve- leistungsbedarf zu kennen oder zu ermitteln. In der Vorrich- tung werden die Reserveleistungsdaten gesammelt und passende Anbieter für Reserveleistung identifiziert. In dieser Ausge- staltung kann sehr gut auf individuelle Anforderungen der Teilnehmer bezüglich der nötigen Reserveleistung eingegangen werden.
In dieser Ausgestaltung ist es auch zweckmäßig, wenn die Teilnehmer am Bieterverfahren zur Ermittlung der Auswahl an Reserveanbietern teilnehmen, indem sie ihrerseits Gebote ab- geben, also angeben, zu welchem Preis sie bereit sind, Reser- veleistung einzukaufen. Auf diese Weise wird aus dem Bieter- verfahren ein zweiseitiges Verfahren, bei dem sowohl Käufer der Reserveleistung, also die Teilnehmer, als auch Verkäufer der Reserveleistung, also die Anbieter, mit Geboten teilneh- men.
In einer anderen Ausgestaltung empfängt die Vorrichtung Ener- giefluss-Planungsdaten von einem Betreiber eines die Teilneh- mer umfassenden lokalen Energiemarkts und ermittelt aus den Energiefluss-Planungsdaten die Reserveleistungsdaten für den Zeitabschnitt. Mit anderen Worten werden die Reserveleis- tungsdaten in dieser Ausgestaltung zentral ermittelt. Vor- teilhaft ist an dieser zentralen Ermittlung, dass die Teil- nehmer nicht gezwungen sind, ihre individuell nötige Reserve- leistung abzuschätzen.
Es ist auch möglich, eine zentrale und dezentrale Ermittlung zu kombinieren, indem für solche Teilnehmer, die Daten zu ih- rer nötigen Reserveleistung abgeben, entsprechend versorgt werden und für all solche Teilnehmer, die keine Daten dazu liefern, eine statistische Ermittlung der nötigen Reserve- leistung erfolgt. Die statistische Ermittlung kann dabei mit verschiedenen Methoden arbeiten, um die Reserveleistungsdaten zu ermitteln. Beispielweise kann aus dem gesamten Energieum- satz rein statistisch, also ohne Betrachtung der spezifischen Verbrauchs- und Erzeugungsarten der Energie, die nötige Re- serveleistung ermittelt werden. Es können aber auch spezifi- sche Eigenschaften der Teilnehmer berücksichtigt werden. Bei- spielsweise kann für Photovoltaik-Anlagen berücksichtigt wer- den, dass diese bei wolkenlosem Himmel, aber auch bei bedeck- tem Himmel geringe Abweichungen von ihrer prognostizierten Leistung zeigen, während bei heiterem, wolkigem Wetter höhere Abweichungen möglich sind durch die sich ergebende genaue
Wolkendecke. Auch können historische Daten zu der nötigen Re- serveleistung der Teilnehmer berücksichtigt werden.
Bei dem Bieterverfahren kann ein erster Wert für die teilneh- menden Reserveleistungs-Anbieter berücksichtigt werden, der eine unabhängig von einer tatsächlich erbrachten Reserveleis- tung zu erbringende Vergütung für das Bereithalten der Reser- veleistung darstellt. Ferner kann ein zweiter Wert für die teilnehmenden Reserveleistungs-Anbieter berücksichtigt wer- den, der eine abhängig von einer tatsächlich abgerufenen Re- serveleistung zu erbringende Vergütung für die Höhe der tat- sächlich abgerufenen Reserveleistung darstellt.
Die Teilnehmer des Energie-Netzwerks können als lokaler Ener- giemarkt organisiert sein. Dafür gibt es einen Betreiber, auf dessen Seite eine Planung der Energieflüsse im lokalen Ener- giemarkt stattfindet. Vorzugsweise ist der Betreiber des lo- kalen Energiemarkts auch gleichzeitig der Betreiber für den Ausgleichsmarkt für Reserveleistung. Demgemäß werden durch die Vorrichtung bzw. das Verfahren von den Teilnehmern Ener- gie-Planungsdaten für einen Zeitabschnitt über einen vorgese- henen Energieaustausch empfangen, die Energieflüsse vorab an- hand der Energie-Planungsdaten mittels eines Optimierungs- Verfahrens berechnet und anhand des Ergebnisses der Berech- nung die Energieflüsse in dem Zeitabschnitt zu steuern.
Vorteilhaft liegen dadurch die Planungsdaten und Planungser- gebnisse, anhand derer die Energieflüsse im lokalen Energie- markt gesteuert werden, auch für die Ermittlung und Einholung der Reserveleistung bereits vor. Auch Werte für die tatsäch- lichen Energieflüsse aus vergangenen Zeitabschnitten liegen vor. Dadurch kann für die zentrale Ermittlung der nötigen Re- serveleistung eine statistische Auswertung der Daten vorge- nommen werden.
Vorteilhaft lässt sich also ein lokaler Energiemarkt schaf- fen, in dem die Vorrichtung bzw. das Verfahren zum Einsatz kommen und der weiterhin eine Mehrzahl von Teilnehmern um-
fasst, wobei die Teilnehmer Energieverbraucher, Energieerzeu- ger, Energiespeicher oder eine Kombination dieser Möglichkei- ten sind, wobei die Energieflüsse in dem Energienetzwerk durch die Vorrichtung bzw. das Verfahren gesteuert werden. Dazu ist es zweckmäßig, wenn die Ergebnisse des Optimierungs- verfahrens an die Teilnehmer zur Steuerung der Energieflüsse übermittelt werden. Dazu wiederum ist es zweckmäßig, wenn die Vorrichtung eine Kommunikations-Schnittstelle zum bidirektio- nalen Austausch von Daten mit den Teilnehmern umfasst.
Neben den Teilnehmern des lokalen Energiemarkts existieren die Anbieter für Reserveenergie, die mit den Teilnehmern in Verbindung gebracht werden. Dabei ist es möglich, dass die Teilnehmer und die Anbieter für Reserveenergie überlappen, dass also Teilnehmer des lokalen Energiemarkts auch als Re- serveleistungsanbieter auftreten.
Das Energienetzwerk kann alternativ zu einem elektrischen Netzwerk auch ein thermisches Energienetzwerk zum Austausch thermischer Energie sein, insbesondere ein Fernwärme-, Fern- kälte- oder Ferndampf-Netzwerk sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren der Zeich- nung im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel näher be- schrieben und erläutert. Dabei zeigen
Figur 1 einen lokalen Energiemarkt mit lokalem Markt für Ausgleich
Figur 2 einen Verlauf für einen summierten geplanten und realen Leistungsbedarf
Figur 1 zeigt schematisch einen lokalen Energiemarkt 100 mit einem Fernwärme-Netzwerk 100. Das Fernwärme-Netzwerk 100 um- fasst eine Reihe von Teilnehmern 11, darunter mehrere private Haushalte 12, Betriebe 13 und ein Blockheizkraftwerk 14. Das Fernwärme-Netzwerk 100 muss kein isoliertes Netz sein, son- dern kann mit einem übergeordneten Netzwerk verbunden sein oder angebundene Fernwärme-Verbraucher oder Fernwärme-
Lieferanten umfassen, die aber nicht als Teilnehmer 11 des lokalen Energiemarkts 100 auftreten. Die Teilnehmer 11 sind durch Leitungen 16 untereinander verbunden, wobei keine di- rekte Verbindung jedes Teilnehmers 11 mit jedem anderen Teil- nehmer 11 vorliegt, sondern eine Bus-artige Verbindung. Über die Leitungen 16 können die Teilnehmer 11 thermische Leistung untereinander austauschen.
Das Blockheizkraftwerk 14 ist ein reiner Wärmeerzeuger und parallel dazu auch ein Stromerzeuger. Ein Teil der privaten Haushalte 12 und Betriebe 13 agieren als reine Wärmeverbrau- cher, während ein anderer Teil als Wärmeverbraucher und Wär- meerzeuger auftreten.
Der lokale Energiemarkt 100 wird von einer Steuervorrichtung 102 gesteuert und koordiniert. Die Steuervorrichtung 102 steuert oder regelt dazu die Energieflüsse zwischen den Teil- nehmern 11 des Fernwärme-Netzwerks 100. Dazu ist die Steuer- vorrichtung 102 ausgebildet, die Energieflüsse zwischen den Teilnehmern 11 mittels eines Optimierungsverfahrens für einen Zeitabschnitt, beispielsweise einen Tag, zu berechnen. Hierzu benötigt die Steuervorrichtung 102 physikalische und techni- sche Parameter der Teilnehmer 11, die teilweise konstant, aber teilweise auch von Zeitabschnitt zu Zeitabschnitt verän- derlich sind.
Um diese Parameter zu erhalten, umfasst die Steuervorrichtung 102 eine Kommunikationsschnittstelle 104, beispielsweise eine Verbindung zum Internet. Auch die Teilnehmer 11 sind mit dem Internet verbunden, wodurch sich eine bidirektionale Möglich- keit des Datenaustauschs zwischen der Steuervorrichtung 102 und den Teilnehmern 11 ergibt.
Alle Wärmeerzeuger im Fernwärme-Netzwerk 100, also im gegebe- nen Beispiel das Blockheizkraftwerk 14 und diejenigen der privaten Haushalte 12 und Betriebe 13, die ebenfalls als Wär- meerzeuger auftreten, übertragen wenigstens ihre zu einem Zeitpunkt t maximal bereitstellbare Energiemenge EmaX t Erzeuger
und ihren minimalen Verkaufspreis cmin,t Erzeuger an die Steuer- vorrichtung 102. Die Steuervorrichtung 102 ist dafür ausge- staltet, diese Daten von den Teilnehmern 11 aufzunehmen. Al- ternativ oder ergänzend zum Verkaufspreis kann eine spezifi- sche Kohlenstoffdioxidemission, beispielsweise in g(CO2) pro kWh und/oder ein spezifischer Primärenergieeinsatz an die Steuervorrichtung 102 übertragen werden. Das Datenpaket, mit dem die zu einem Zeitpunkt t maximal bereitstellbare Energie- menge und der zum Zeitpunkt t minimale Verkaufspreis gespei- chert ist, kann als Verkaufsangebot (englisch: Seil-Order) bezeichnet werden.
Die Wärmeverbraucher, also die privaten Haushalte 12 und Be- triebe 13, übertragen wenigstens ihre zu einem Zeitpunkt t maximal beziehbare Energiemenge Emax,t Verbraucher und ihren maxi- malen Kaufpreis cmax,t Verbraucher an die Steuervorrichtung 102.
Das Datenpaket, mit dem die zu einem Zeitpunkt t maximale be- ziehbare Energiemenge und der zum Zeitpunkt t maximale Kauf- preis gespeichert ist, kann als Kaufangebot (englisch: Buy- Order) bezeichnet werden.
Umfasst das Fernwärme-Netzwerk 100 auch Wärmespeicher, dann übertragen diese wenigstens die maximal bereitstellbare Spei- cherkapazität Emax ES, einen initialen Ladezustand Et=0 ES, die maximale Ladeleistung PLaden,max ES, die maximale Entladeleistung PEntladung,max ES, seinen Ladewirkungsgrad ηLaden und Entladewir- kungsgrad ηEntladen sowie eine mögliche zeitabhängige minimale Vergütung cEntladung,min,t ES für jede entladene Energiemenge. Das Datenpaket, mit dem die für den Energiespeicher genannten Pa- rameter gespeichert sind, kann als Speicherangebot (englisch: Storage-Order) bezeichnet werden.
Die mittels der Daten übertragenen Parameter werden zur Para- metrisierung des Optimierungsverfahrens verwendet. Ein Opti- mierungsverfahren umfasst typischerweise eine Zielfunktion, deren Ergebnis minimiert oder maximiert werden soll. Die Zielfunktion umfasst Variablen, deren Werte das Resultat des Optimierungsverfahrens sind und Parameter, die sich bei der
Durchführung der Optimierung nicht ändern. Das Optimierungs- verfahren ist parametrisiert, wenn alle Parameter einen be- stimmten Wert aufweisen. Die Variablen des Optimierungsver- fahren sind vorliegend die Energieflüsse zwischen den Kompo- nenten. Typischerweise werden die Energieflüsse einen Tag im Voraus, das heißt für den kommenden Tag berechnet. Die Ziel- funktion kann eine Gesamtkohlenstoffdioxidemission des Ener- giesystems, ein Gesamtprimärenergieeinsatz des Energiesystems und/oder die Gesamtkosten des Energiesystems sein.
Dabei steht der Index k für den Teilnehmer 11, der Index n für den Netzwerkknoten 18 des Fernwärme-Netzwerks 100 und der Index t für den Zeitpunkt t. Der innere Summationsindex i steht für einen weiteren Netzwerkknoten 18, der mit dem Netz- werkknoten 18 n verbunden ist.
und Pi,n,t sind die Variablen der Zielfunktion. Das Optimierungsverfahren, welches mittels der Steuervorrichtung 102 durchgeführt wird, minimiert die ge- nannte Zielfunktion und ermittelt beziehungsweise berechnet die Variablen und Pi,n,t .
Hierbei ist die Leistung des Energieerzeugers k am Netzknoten
n zum Zeitpunkt t, Leistung des Energieverbrau-
chers k am Netzknoten n zum Zeitpunkt t, die Ent-
ladeleistung des Energiespeichers k am Netzknoten n zum Zeit- punkt t, und Pi,n,t die Wirkleitungskapazität zwischen einem Netzknoten i und dem Netzknoten n zum Zeitpunkt t, wobei
hierfür für die Verwendung des Energieübertragungsnetzes eine Netzgebühr anfällt.
Das Optimierungsproblem, das heißt das Berechnen des Maximums oder Minimums der Zielfunktion, erfolgt typischerweise unter Nebenbedingungen. Beispielsweise muss physikalisch
für alle Netzwerkknoten n und alle Zeitpunkte t innerhalb des zu betrachtenden Zeitabschnitts erfüllt sein.
Dabei steht Pi,n,t ,out für eine Leistung, die einer Leitung 16 am Netzwerkknoten 18 n entnommen werden wird und Pi,n,t,in steht für die Leistung, die am Netzwerkknoten 18 n einge- speist wird in die Leitung.
Energieerzeuger, also beispielsweise die Windenergieanlage
1) vorgesehen.
Eine verschiebbare Last kann mittels der Nebenbedingung modelliert und somit beim Opti-
mierungsverfahren berücksichtigt werden.
Weitere physikalische/technische Nebenbedingungen, beispiels- weise dass Leistungen nur positive Werte annehmen oder Netz- randbedingungen, können berücksichtigt werden. Insbesondere können in dem Falle eines Stromnetzes die Art des Stroms, beispielsweise Strom aus Photovoltaikerzeugung, und/oder Prä- ferenzen der Energieverbraucher und/oder Präferenzen der Energieerzeuger beim Optimierungsverfahren mittels weiterer Nebenbedingungen berücksichtigt werden. Für mehrere Arten von
elektrischen Strömen wie auch thermischen Strömen gelten die obenstehenden Gleichungen jeweils einzeln. Bei Gleichungen mit physikalischer Basis, beispielsweise physikalische Rand- bedingungen für Energiespeicher, werden die Summen der Leis- tungen aus den einzelnen Stromarten gebildet. Es gilt also weiterhin für einen Leitungsfluss von Knoten i zu j: Pi,j, Pj,i >=0und Pi,j <= Pi,j,t,max·
Nach der Berechnung der Energieflüsse mittels der Steuervor- richtung 102 werden diese berechneten Werte an die Teilnehmer 11 übergeben, das heißt mittels der Steuervorrichtung 102 be- ziehungsweise über die Kommunikationsschnittstelle 104 der Steuervorrichtung 102 übertragen. Dadurch wird sicherge- stellt, dass die Teilnehmer 11 und somit das Energiesystem gemäß der Lösung des Optimierungsverfahrens bestmöglich be- trieben wird. Mit anderen Worten steuert die Steuervorrich- tung 102 die Teilnehmer 11 basierend auf der Lösung des Opti- mierungsverfahrens. Somit wird die Effizienz des Fernwärme- Netzwerks 100, beispielsweise ein maximaler Energieumsatz, verbessert.
Fig. 2 zeigt einen sich über den beplanten Zeitabschnitt er- gebenden Verlauf des summierten Leistungsbedarfs 25 im loka- len Energiemarkt 100. In vielen Fällen ergibt sich, wenn der vorberechnete Zeitabschnitt, beispielsweise der nächste Tag, erreicht ist, eine Abweichung 27 der realen Energieflüsse von den vorab geplanten. Fig. 2 zeigt einen beispielhaften realen summierten Leistungsbedarf 26 im lokalen Energiemarkt 100.
Die in Figur 2 schraffiert dargestellte Fläche kennzeichnet die Abweichung 27 zwischen der Planung und den realen Ener- gieflüssen. Beispielsweise kann eine Einspeisung von elektri- scher oder thermischer Energie aus einer Windenergieanlage oder einer Photovoltaik-Anlage durch eine kurzfristige Wet- teränderung nicht mit der Vorhersage übereinstimmen. In die- sen Fällen kann sowohl mehr als auch weniger Energie anfal- len. Ein anderes Beispiel wäre eine unvorhergesehene Schlie- ßung eines Betriebs, wodurch weniger Energie benötigt wird als geplant. Andere Möglichkeiten sind Ausfälle von Betriebs-
mittein wie Brennern oder Wärmepumpen oder eines industriel- len Prozesses oder eine Insolvenz eines Teilnehmers 11. Da die Steuerung der Energieflüsse auf vorab berechneten und ge- planten Daten beruht, beinhaltet sie keine direkte Abhilfe für solche Abweichungen 27.
Um den Abweichungen 27 möglichst optimal zu begegnen, wird in diesem Ausführungsbeispiel ein zweiter lokaler Markt 20, der lokale Markt 20 für Ausgleich, geschaffen, in dem Reserve- energie bereitgestellt wird. Der lokale Markt 20 für Aus- gleich ist mit seinen Anbietern 22 ebenfalls in Figur 1 dar- gestellt. Diese Reserveenergie kann positiv sein, was bedeu- tet, dass zusätzliche Energie bei Bedarf bereitsteht. Sie kann auch negativ sein, was bedeutet, dass zusätzliche Ener- gie bei Bedarf abgenommen werden kann.
Für die Bereitstellung von thermischer Reserveenergie - so- wohl positiver als auch negativer - für das Fernwärme- Netzwerk 100 kommen beispielsweise Blockheizkraftwerke 14, Gasboiler, Elektroheizer, Pufferspeicher, Wärmetauscher, Lüf- ter, Kompressions-Kältemaschinen, Absorptions-Kältemaschinen und thermo-chemische Maschinen in Frage. Für die Bereitstel- lung elektrischer Reserveenergie kommen elektrische Speicher wie Akkumulatoren in Gebäuden und Fahrzeugen und kurzfristig belastbare und entlastbare Kraftwerke wie Gasturbinen in Fra- ge.
Wichtig für das Funktionieren eines Marktes für thermische Energie ist die Neutralität des Betreibers des Fernwärme- Netzwerks 100, hier dargestellt durch die Steuereinrichtung 102. Er hat Kenntnis von sämtlichen Handelsaktivitäten aller Teilnehmer 11, da er überprüft, ob die tatsächlichen thermi- schen Einspeisungen und Entnahmen der Teilnehmer 11 zu den Fahrplänen der Liefer- und Bezugsverpflichtungen aus dem Han- del passen, oder ob Abweichungen vorliegen. Aufgrund dieses Informationsvorteils sollte der Betreiber des Fernwärme- Netzwerks 100 nicht selbst als Akteur auf dem Markt auftre- ten, denn er hätte gegenüber allen anderen Marktteilnehmern
einen Informationsvorteil. Es ist daher für die Wahrung sei- ner Neutralität sehr vorteilhaft, wenn auch die Beschaffung der thermischen Reserveenergie in einem diskriminierungsfrei- en transparenten Verfahren erfolgt.
Da das Angebot von Reserveenergie, sowohl positiv als auch negativ, eine Absicherungsmaßnahme ist, ist es wichtig, dass eine gewisse technische und planerische Sicherheit bei den Anbietern 22 des lokalen Markts 20 für Ausgleich vorliegt. Daher wird in einem ersten Schritt zur Beschaffung der Reser- veenergie eine Qualifizierung der Anbieter 22 thermischer Re- serveenergie durchgeführt. Dazu beurteilt der Betreiber des Fernwärme-Netzwerks 100 nach transparent kommunizierten Kri- terien die Fähigkeit des Anbieters 22 thermischer Reserve- energie, gesichert kurzfristig angefragte thermische Reserve- energie in das Fernwärme-Netzwerk 100 einzuspeisen oder zu entnehmen. Hierzu werden unter anderem folgende beispielhafte Maßnahmen eingesetzt: a. Darlegung des technischen Konzepts der angebotenen Anlage zur Bereitstellung thermischer Reserveenergie, beispielsweise durch technische Unterlagen; b. Begutachtung des technischen Zustands der Anlagen, die der Anbieter 22 thermischer Reserveenergie verwendet. Diese Be- gutachtung kann durch einen Gutachter erfolgen, wie bei- spielsweise durch den TÜV; c. Durchführung von Testläufen, die das zuverlässige Funktio- nieren der thermischen und auch der Kommunikations- und Messinfrastruktur nachweisen. Dabei kann auch berücksichtigt werden, ob bestimmte Teile der Anlage, auch der Kommunikati- onsanlagen redundant vorliegen und dadurch eine verbesserte Sicherheit gegeben ist.
Eine Quantifizierung der Ergebnisse kann dabei beispielsweise dadurch erfolgen, dass die einzelnen erhobenen Tatsachen wie beispielsweise Art und Hersteller der Anlage, Alter der Anla-
ge und technischer Zustand oder vorliegende Redundanz insbe- sondere des Kommunikationssystems in einer Datenbank in dedi- zierten Feldern eingetragen werden. Diese Eintragungen werden dann mit einem vorgegebenen Bewertungsschema verknüpft. Aus diesen Datenbankeinträgen kann dann über eine Akkumulierung der Bewertungen eine Gesamtbewertung, beispielsweise eine Ge- samtwertzahl ermittelt werden. Die Gesamtwertzahl dient als quantitative Größe zur Bewertung des Anbieters und kann mit einem Schwellwert verglichen werden, um eine Trennung von ausreichend qualifizierten und ungenügend qualifizierten An- bietern von Reserveleistung zu erreichen.
Eine erfolgreiche Qualifizierung sichert die Qualität, insbe- sondere ein hohes Niveau an Verfügbarkeit und ist Vorausset- zung dafür, dass der Anbieter 22 thermischer Reserveenergie seine Ausgleichsleistung auf dem nachfolgenden Bieterverfah- ren anbieten kann, also am lokalen Markt 20 für Ausgleich teilnehmen kann. Über die Qualifizierung aller solchen in Frage kommenden Anbieter 22 wird also ein Anbieterkreis für thermische Reserveenergie ermittelt. Dieser Anbieterkreis kann auch Teilnehmer 11 des Fernwärme-Netzwerks 100 umfassen, sofern diese die Anforderungen erfüllen, also deren Qualifi- zierung erfolgreich verläuft. Im vorliegenden Beispiel gemäß der Figur 1 treten das Blockheiz-Kraftwerk 14 und einer der Betriebe 13 sowohl als Teilnehmer 11 als auch als Anbieter 22 auf. Es versteht sich, dass diese Qualifizierung, also die erste Phase, selten im Vergleich zur täglichen Berechnung und Steuerung der Energieflüsse stattfindet und dass in der Hauptsache mit einer bestehenden Liste von qualifizierten An- bietern 22 gearbeitet wird.
In einem zweiten Schritt findet die Planung und Berechnung der Energieflüsse statt, die bereits beschrieben wurde. Im Zusammenhang mit dieser Berechnung, also der Durchführung des Optimierungsverfahrens, werden auch benötigte Reserveenergien für den beplanten Zeitabschnitt, also beispielsweise einen Tag, ermittelt.
Es ist auch möglich, die Ermittlung der benötigten Reserve- energien und die nachfolgenden Schritte zeitlich von der Be- rechnung der Energieflüsse zu entkoppeln. So kann die Berech- nung der Energieflüsse beispielsweise tagesweise stattfinden und die Ermittlung der Reserveenergien nur wöchentlich oder monatlich.
In einer möglichen Ausprägung ermittelt der Betreiber des Fernwärme-Netzwerks 100 mit einem statistischen Verfahren auf Basis der Messdaten der Vergangenheit die thermische Reserve- energie, die erforderlich ist, um einen sicheren Betrieb des Fernwärme-Netzwerks 100 zu gewährleisten. Das passiert eben- falls in der Steuervorrichtung 102. Beispielsweise kann sich durch das statistische Verfahren eine Obergrenze und eine Un- tergrenze für die erwarteten maximalen Abweichungen ergeben, so dass die tatsächliche Leistung im Zeitabschnitt in einem Band zwischen einem Maximalwert 28 und einem Minimalwert 29 bleibt. Figur 2 zeigt, dass die beispielsweise gegebene tat- sächliche Leistung innerhalb dieses Bands bleibt trotz deut- licher Abweichung 27 von der Planung. Die Steuervorrichtung 102 bucht dann ausreichende Reserveleistung von den Anbietern 22, um jeden tatsächlich anfallenden Energiefluss innerhalb des Bandes zwischen Maximalwert 28 und Minimalwert 29 bereit- stellen zu können.
In anderen Ausführungsvarianten übermitteln die Teilnehmer 11 mit ihren Geboten auch Unsicherheiten über die Genauigkeit, also ihre individuell benötigte Reserveenergie. Die Unsicher- heiten in den Geboten der Teilnehmer 11 werden dann vom Be- treiber des thermischen Netzes verwendet, um die notwendige thermische Reserveenergie zu ermitteln.
In einem Bieterverfahren beschafft der Betreiber des Fernwär- me-Netzwerks 100 in einem dritten Schritt die erforderlichen thermischen Reserveenergien. Dieses Bieterverfahren kann in Form einer Auktion organisiert sein. Es kann beispielsweise täglich, wöchentlich, monatlich oder jährlich durchgeführt werden.
In diesem Bieterverfahren werden die für einen bestimmten Zeitraum aktiv beteiligten Anbieter 22 von Reserveenergie im lokalen Markt 20 für Ausgleich über eine Optimierung festge- legt. Dabei werden von den Anbietern 22 im lokalen Markt 20 für Ausgleich vorab Gebote ct + für positive und ct- für nega- tive Ausgleichsleistung eingeholt, beispielsweise in Euro pro kWh. Zusätzliche Angaben der Anbieter sind die jeweilige ma- ximale Leistung für positive (Pt +) und negative (Pt-) Aus- gleichsleistung in kW.
Werden die Teilnehmer 11 selbst eingebunden in das Bieterver- fahren, ist das Verfahren double-sided, arbeitet also mit An- geboten von Käufern und Verkäufern. Wird der Ausgleich von Abweichungen zentral, also durch die Steuervorrichtung 102 allein durchgeführt, dann sind keine Gebote der Teilnehmer 11 erforderlich und das Bieterverfahren ist single-sided. In je- dem Fall wird das Bieterverfahren mit einem „closed order book" betrieben, d.h. die Gebote sind für die Anbieter 22 und Teilnehmer 11 nicht sichtbar, sodass eine Manipulation der Gebote ausgeschlossen wird.
Diese können für Kauf, Verkauf sowie Speichergebote definiert werden. Dabei ergibt sich ein Satz von Angeboten von positi- ver Ausgleichsflexibilität (Buys B+ und Sells S+) und Angebo- ten negativer Ausgleichsflexibilität (Buys B
_, Sells S_). Da- bei steht ein Seil S+ für einen Anbieter 22, der Leistung zur Verfügung stellen kann, wenn sie von anderen Teilnehmern 11 gebraucht wird und ein Buy B+ für einen Teilnehmer 11, der unter Umständen zusätzliche Leistung benötigt. Ein Seil S~ steht für einen Anbieter 22, der Leistung aufnehmen kann, wenn sie von anderen Teilnehmern 11 abgegeben werden muss und ein Buy B~ für einen Teilnehmer 11, der unter Umständen zu viel Leistung zur Verfügung hat und diese abgeben muss. Das Optimierungsverfahren wird mit folgender Angabe durchgeführt:
Die Flexibilität eines Speichers kann durch ein Angebot für sowohl positive als auch negative Flexibilität eingestellt werden. In einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit könnte zusätzlich die Begrenzung des Speichers durch die maximale Speicherkapazität bzw. dessen technische Charakteristik (La- de- und Entladewirkungsgrade, etc.) mitberücksichtigt werden. Zusätzlich kann im Optimierungsproblem und bei der Gebotsab- gabe die Netzstruktur, also der Ort der Bereitstellung der Flexibilität berücksichtigt werden.
Das Ergebnis des Optimierungsverfahrens ist eine Zusammen- stellung einer Auswahl von Anbietern 22 von Reserveleistung, die für den gewählten Zeitraum bei Bedarf in Anspruch genom- men werden. Besteht ein Mismatch zwischen den Angeboten und dem Bedarf, beispielsweise wenn Gebote von Teilnehmern 11 keine passenden Gebote von Anbietern 22 antreffen, ist es zweckmäßig, wenn der Betreiber des lokalen Markts 100 Reser- veleistung zu einem Fixpreis anbietet, die bei Bedarf den
Teilnehmern 11 zugewiesen wird. Ein entsprechender Kauf von Reserveleistung stellt die Versorgung auch derjenigen Teil- nehmer 11 sicher, für die kein Anbieter 22 gefunden wurde, ohne dabei den Betreiber des lokalen Markts 100 einseitig zu belasten.
Die Vergütung für die thermische Reserveenergie, über die mit dem Bieterverfahren mitentschieden wird, kann sich in zwei Preiskomponenten gliedern: eine Leistungs-Preiskomponente für das gesicherte Verfügbarhalten der Anlagen und der vereinbar- ten Energiemenge und/oder Leistung sowie eine Energie- Preiskomponente zur Vergütung anfallender Energiekosten im Falle eines Einsatzes der Anlage, d.h. für den Fall, dass die Reserveenergie tatsächlich abgerufen wird. Dabei ist nur die Energie-Preiskomponente von der tatsächlich im Betrieb abge- rufenen Leistung abhängig, fällt also nicht an, wenn sich herausstellt, dass keine Reserveenergie benötigt wird.
Neben den Preisen für angebotene Energie in Euro pro KWh oder Leistung Euro pro kW kann als weiterer Parameter auch eine Mindestzeit für die Vorab-Information vor Beginn der physi- schen Leistung verwendet werden, d.h. die benötigte Vorlauf- zeit, wenn die Reserveleistung tatsächlich erbracht werden soll.
Schließlich erfolgt in einem vierten Schritt die Steuerung der Energieflüsse und parallel dazu der Abruf von thermischer Reserveenergie nach Bedarf der einzelnen Teilnehmer 11. Dafür werden kontinuierlich an der Nachfrageseite Leistungsmessun- gen durchgeführt, um anhand von kurzfristigen Prognosen an der Angebotsseite die thermische Reserveenergie zeitgereicht anfordern zu können.
Hierbei ergeben sich zwei mögliche Abwicklungsalternativen.
In der ersten Abwicklungsalternative, einer dezentralen Ab- wicklung, informiert der Betreiber des lokalen Energiemarkts Käufer und Verkäufer über deren bilaterale Geschäftsbezie- hung. In diesem Fall muss der Käufer der Reserveenergie, also
einer der Teilnehmer 11, den Verkäufer, also einen der Anbie- ter 22 bei Inanspruchnahme kurzfristig informieren. Für die Kommunikation wird zweckmäßigerweise ein elektronisches Medi- um verwendet. Die Inanspruchnahme kann grundsätzlich manuell ausgelöst werden. Praxistauglicher ist allerdings eine vom Gebäudeenergie-Managementsystem des Käufers, also des Teil- nehmers 11 automatisch ausgelöste Inanspruchnahme. Auch der Nachweis der Ausführung durch den Verkäufer, also den Anbie- ter 22 erfolgt elektronisch.
In der zweiten Abwicklungsalternative, einer zentralen Ab- wicklung, verwendet der Betreiber des lokalen Energiemarkts die Zählerdaten der Teilnehmer 11. Auf der Basis der Messwer- te der Zähler ermittelt der Betreiber Differenzen zwischen den vertraglichen Verpflichtungen der Teilnehmer 11 und den tatsächlichen physischen Einspeisungen und Entnahmen. Er er- mittelt also die Abweichungen von der Planung und Berechnung, die durch Reserveenergie ausgeglichen werden muss. Er sal- diert diese und setzt kostenoptimal die erforderliche flexib- le Leistung durch Einbindung der Anbieter 22 ein. Die dadurch entstehenden Energiekosten in der Einheit Euro pro kWh legt er im Nachgang auf die Teilnehmer 11 um, proportional zu de- ren Lieferabweichung in jedem Zeitintervall.
Bezugszeichenliste
100 lokaler Energiemarkt
11 Teilnehmer
12 privater Haushalt
13 Betrieb
14 Blockheiz-Kraftwerk 16 Leitung
18 Knoten
20 lokaler Markt für Ausgleich 22 Anbieter
25 summierter geplanter Leistungsbedarf
26 summierter realer Leistungsbedarf
27 Abweichung
28 Maximalwert
29 Minimalwert
102 Steuervorrichtung
104 Kommunikations-Einrichtung
Claims
1. Vorrichtung (102) zur Steuerung von Energieflüssen zwi- schen Teilnehmern (11) eines Energie-Netzwerks (100), wobei die Vorrichtung (102) ausgestaltet ist,
- von den Teilnehmern (11) Energie-Planungsdaten für einen Zeitabschnitt über einen vorgesehenen Energieaustausch zu empfangen,
- die Energieflüsse vorab anhand der Energie-Planungsdaten mittels eines ersten Optimierungs-Verfahrens zu berechnen,
- anhand des Ergebnisses der Berechnung die Energieflüsse in dem Zeitabschnitt zu steuern,
- Reserveleistungsdaten zu den Teilnehmern (11) für einen zu- künftigen Zeitabschnitt zu empfangen oder zu ermitteln, wobei eine von den Reserveleistungsdaten vorgesehene Reserveleis- tung den Ausgleich von im Zeitabschnitt auftretenden Abwei- chungen zwischen für den Zeitabschnitt geplanten Energieflüs- sen und im Zeitabschnitt real auftretenden Energieflüssen er- möglicht,
- ein Bieterverfahren unter gespeicherten Reserveleistungs- Anbietern (22) durchzuführen, um mittels eines vom ersten Op- timierungs-Verfahren getrennten zweiten Optimierungs- Verfahrens eine Auswahl der Reserveleistungs-Anbieter (22) zu ermitteln, mit denen die von den Reserveleistungsdaten vorge- sehene Reserveleistung im Zeitabschnitt bei Bedarf erbracht wird.
2. Vorrichtung (102) nach Anspruch 1, ausgestaltet, die Re- serveleistungsdaten von den Teilnehmern (11) zu empfangen, wobei die Reserveleistungsdaten eines Teilnehmers (11) Anga- ben zu dessen eigenem Reserveleistungsbedarf umfassen.
3. Vorrichtung (102) nach Anspruch 1 oder 2, ausgestaltet, Energiefluss-Planungsdaten von einem Betreiber eines die Teilnehmer (11) umfassenden lokalen Energiemarkts (100) zu empfangen und aus den Energiefluss-Planungsdaten die Reserve- leistungsdaten für den Zeitabschnitt zu ermitteln.
4. Vorrichtung (102) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ausgestaltet, eine Information über die im Bieterverfahren ermittelte Auswahl von Reserveleistungs-Anbietern (22) an die Teilnehmer (11) zu übermitteln.
5. Vorrichtung (102) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ausgestaltet, bei dem Bieterverfahren für teilnehmende Reser- veleistungs-Anbieter (22) nur solche Reserveleistungs- Anbieter (22) zu berücksichtigen, bei denen eine Qualifizie- rungsinformation eine Bestätigung einer ausreichenden Quali- fikation des Reserveleistungs-Anbieters (22) umfasst.
6. Vorrichtung (102) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ausgestaltet, bei dem Bieterverfahren einen ersten Wert für die teilnehmenden Reserveleistungs-Anbieter (22) zu berück- sichtigen, der eine unabhängig von einer tatsächlich erbrach- ten Reserveleistung zu erbringende Vergütung für das Bereit- halten der Reserveleistung darstellt und einen zweiten Wert für die teilnehmenden Reserveleistungs-Anbieter (22) zu be- rücksichtigen, der eine abhängig von einer tatsächlich abge- rufenen Reserveleistung zu erbringende Vergütung für die Höhe der tatsächlich abgerufenen Reserveleistung darstellt.
7. Vorrichtung (102) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Energie-Planungsdaten ausgewählt sind aus der nicht abschließenden Liste: Energiebedarfswerte, Energiebe- reitstellungswerte, Energiespeicherwerte.
8. Energienetzwerk (100) mit einer Mehrzahl von Teilnehmern (11), wobei die Teilnehmer (11) Energieverbraucher, Energie- erzeuger, Energiespeicher oder eine Kombination dieser Mög- lichkeiten sind, und einer Vorrichtung (102) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Steuerung der Energieflüsse in dem Energienetzwerk (100).
9. Energienetzwerk nach Anspruch 8, bei dem wenigstens ein Teilnehmer (11) auch ein Reserveleistungs-Anbieter (22) ist.
10. Energienetzwerk nach Anspruch 8, das ein thermisches Energienetzwerk zum Austausch thermischer Energie, insbeson- dere ein Fernwärme-, Fernkälte- oder Ferndampf-Netzwerk ist.
11. Verfahren zur Steuerung von Energieflüssen zwischen Teil- nehmern (11) eines Energie-Netzwerks (100), bei dem
- von den Teilnehmern (11) Energie-Planungsdaten für den Zeitabschnitt über einen vorgesehenen Energieaustausch emp- fangen werden,
- die Energieflüsse vorab anhand der Energie-Planungsdaten mittels eines ersten Optimierungs-Verfahrens berechnet wer- den,
- anhand des Ergebnisses der Berechnung die Energieflüsse in dem Zeitabschnitt gesteuert werden,
- Reserveleistungsdaten zu den Teilnehmern (11) für einen zu- künftigen Zeitabschnitt empfangen oder ermittelt werden, wo- bei eine von den Reserveleistungsdaten vorgesehene Reserve- leistung den Ausgleich von im Zeitabschnitt auftretenden Ab- weichungen zwischen für den Zeitabschnitt geplanten Energief- lüssen und im Zeitabschnitt real auftretenden Energieflüssen ermöglicht,
- ein Bieterverfahren unter gespeicherten Reserveleistungs- Anbietern (22) durchgeführt wird und damit mittels eines vom ersten Optimierungs-Verfahren getrennten zweiten Optimie- rungs-Verfahrens eine Auswahl der Reserveleistungs-Anbieter (22) ermittelt wird, mit denen die von den Reserveleistungs- daten vorgesehene Reserveleistung im Zeitabschnitt bei Bedarf erbracht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Reserveleistungs- daten unter Verwendung von Planungsdaten zu den Energieflüs- sen statistisch ermittelt werden.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020208747.4 | 2020-07-14 | ||
DE102020208747.4A DE102020208747A1 (de) | 2020-07-14 | 2020-07-14 | Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung von Energieflüssen zwischen Teilnehmern eines Energie-Netzwerks |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2022012933A1 true WO2022012933A1 (de) | 2022-01-20 |
Family
ID=76845207
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/EP2021/068011 WO2022012933A1 (de) | 2020-07-14 | 2021-06-30 | Vorrichtung und verfahren zur steuerung von energieflüssen zwischen teilnehmern eines energie-netzwerks |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102020208747A1 (de) |
WO (1) | WO2022012933A1 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4283811A1 (de) * | 2022-05-25 | 2023-11-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum betreiben eines energiesystems, computerprogramm und elektronisch lesbarer datenträger |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3518369A1 (de) | 2018-01-30 | 2019-07-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und regelvorrichtung zur regelung eines elektrischen leistungstransfers sowie stromnetz |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7349883B2 (en) | 2003-03-10 | 2008-03-25 | Siemens Power Transmission & Distribution, Inc. | Optimized transmission and load security constrained unit commitment dispatch using linear programming for electricity markets |
DE102015218895A1 (de) | 2015-09-30 | 2017-03-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur Verteilung von Regelleistung |
DE102017207394A1 (de) | 2017-05-03 | 2018-11-08 | Propapier PM2 GmbH | Verfahren zum Betreiben einer Produktionsanlage |
DE102019127054A1 (de) | 2019-10-08 | 2021-04-08 | EnBW Energie Baden-Württemberg AG | Verfahren zum Bereitstellen einer elektrischen Versorgungsgröße in einem elektrischen Versorgungssystem und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
-
2020
- 2020-07-14 DE DE102020208747.4A patent/DE102020208747A1/de not_active Withdrawn
-
2021
- 2021-06-30 WO PCT/EP2021/068011 patent/WO2022012933A1/de active Application Filing
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3518369A1 (de) | 2018-01-30 | 2019-07-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und regelvorrichtung zur regelung eines elektrischen leistungstransfers sowie stromnetz |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
ANONYMOUS: "The Wayback Machine - Day-ahead market", 20 April 2020 (2020-04-20), XP055841185, Retrieved from the Internet <URL:https://web.archive.org/web/20200420040050/https://www.nordpoolgroup.com/the-power-market/Day-ahead-market/> [retrieved on 20210915] * |
ANONYMOUS: "The Wayback Machine - Kapazitätsreserve", 6 February 2020 (2020-02-06), XP055841132, Retrieved from the Internet <URL:https://web.archive.org/web/20200206041511/https://www.netztransparenz.de/EnWG/Kapazitaetsreserve> [retrieved on 20210915] * |
WANG QI ET AL: "Review of real-time electricity markets for integrating Distributed Energy Resources and Demand Response", APPLIED ENERGY, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS, GB, vol. 138, 18 November 2014 (2014-11-18), pages 695 - 706, XP029098429, ISSN: 0306-2619, DOI: 10.1016/J.APENERGY.2014.10.048 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102020208747A1 (de) | 2022-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lesieutre et al. | Convexity of the set of feasible injections and revenue adequacy in FTR markets | |
EP2188879A1 (de) | Dezentrales energienetz und verfahren zur verteilung von energie in einem dezentralen energienetz | |
WO2014079605A1 (de) | Multi-modales netz und verfahren zur verteilung von ressourcen in einem multi-modalen netz | |
DE102016118115A1 (de) | Energieversorgungssystem und Verfahren zum Betreiben eines Energieversorgungssystems | |
DE102018222753A1 (de) | Verfahren zum Betreiben eines Energie-Management-Systems sowie elektronische Recheneinrichtung zum Durchführen des Verfahrens, Computerprogramm und Datenträger | |
Kara et al. | Stochastic local flexibility market design, bidding, and dispatch for distribution grid operations | |
Farahmand | Integrated power system balancing in Northern Europe-models and case studies | |
WO2022012933A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur steuerung von energieflüssen zwischen teilnehmern eines energie-netzwerks | |
Lan et al. | Optimal portfolio design of energy storage devices with financial and physical right market | |
WO2020035346A1 (de) | Verfahren zum berechnen von elektrischen leistungstransfers für einen lokalen energiemarkt sowie lokaler energiemarkt | |
McCabe et al. | Experimental research on deregulated markets for natural gas pipeline and electric power transmission networks | |
EP3622466A1 (de) | Verfahren zum handel mit elektrischer energie zwischen kleinerzeugern und endverbrauchern | |
WO2017060007A1 (de) | Verfahren zur steuerung eines elektrischen energieverteilnetzes, energieverteilnetz und steuereinheit | |
Sarkar et al. | Implementation of LMP-FTR mechanism in an AC-DC system | |
Heo et al. | Standardized contracts with swing for the market-supported procurement of energy and reserve: illustrative examples | |
Anaya et al. | The role of distribution network operators in promoting cost-effective distributed generation: lessons from the United States for Europe | |
DE102011078042A1 (de) | Dezentrales Energienetz und Verfahren zur Verteilung von Energie in einem dezentralen Energienetz | |
EP3719738A1 (de) | Koordinationsmodul, intelligenter stromzähler, lokaler energiemarkt sowie energiesystem und verfahren zum betrieb eines energiesystems | |
CH710855B1 (de) | Intelligentes Energie-Verbundsystem mit Handelsplattform. | |
WO2021228457A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur steuerung von energieflüssen zwischen komponenten eines energiesystems | |
EP4071681A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines virtuellen energieerzeugungs- und/oder -speicherungsverbundes | |
WO2023208891A1 (de) | Verfahren und steuergerät zum virtuellen aufteilen eines elektrischen energiespeichers | |
Sun | US financial transmission rights: Theory and practice | |
Santos et al. | Financial Viability of the Aggregators Participation in the Regulation Reserve Market | |
Moreno et al. | The new transmission arrangements in the UK |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 21739610 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
DPE1 | Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101) | ||
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 21739610 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |