WO2022073668A1 - Verfahren zum steuern von wärme-/kälteaustauschen zwischen mehreren energiesystemen sowie steuerungsplattform - Google Patents

Verfahren zum steuern von wärme-/kälteaustauschen zwischen mehreren energiesystemen sowie steuerungsplattform Download PDF

Info

Publication number
WO2022073668A1
WO2022073668A1 PCT/EP2021/070551 EP2021070551W WO2022073668A1 WO 2022073668 A1 WO2022073668 A1 WO 2022073668A1 EP 2021070551 W EP2021070551 W EP 2021070551W WO 2022073668 A1 WO2022073668 A1 WO 2022073668A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
energy
control platform
cold
energy systems
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/070551
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Niessen
Sebastian Schreck
Jochen SCHÄFER
Sebastian THIEM
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2022073668A1 publication Critical patent/WO2022073668A1/de

Links

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
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/80—Management or planning
    • Y02P90/84—Greenhouse gas [GHG] management systems
    • Y02P90/845—Inventory and reporting systems for greenhouse gases [GHG]

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1 and a control platform according to the preamble of patent claim 11 .
  • Energy systems for example city districts, communities or industrial plants, for example with residential, office and/or industrial buildings, can be distributed among themselves, for example by means of an external power grid or external heating network (supply networks), i.e. locally, energy in the form of electricity or heat exchange .
  • supply networks i.e. locally, energy in the form of electricity or heat exchange .
  • Such a local energy exchange (energy transfer/power exchange/power transfer) can be technically enabled by a local energy market platform.
  • the energy systems transmit offers for energy consumption and/or energy supply to the local energy market platform.
  • the local energy market platform coordinates the energy exchanges between the energy systems via the associated supply networks.
  • a local energy market is technically realized by the local energy market platform, which forms a control platform.
  • Such a local energy market platform/control platform for the exchange of electrical energy is known, for example, from document EP 3518369 A1.
  • a local energy market allows the energy systems to exchange and trade locally generated energy, in particular electrical energy (electricity).
  • the local energy market thanks to its decentralized technical design, makes it possible to coordinate the locally generated energy efficiently with the local energy consumption.
  • a local energy market is particularly advantageous with regard to renewable energies, which are typically generated locally.
  • the offers preceding the energy exchange consist of a maximum price for a quantity of energy to be obtained or consumed and/or a minimum price for a quantity of energy to be provided, in particular to be generated.
  • the disadvantage of this is that further technical information that may be relevant with regard to the energy systems is not transmitted and/or is not taken into account in the optimization that is carried out by the local energy market.
  • there is no differentiation according to how the heat is obtained .
  • heat generated from renewable sources cannot be preferentially exchanged on the consumption side, since well-known local energy markets equate this with conventionally generated heat.
  • efficient operation of the energy systems with regard to heat generated from renewable sources is not ensured, despite optimization by the local energy market platform.
  • the object of the present invention is to improve a local exchange of heat/cold that takes place via a local energy market.
  • the inventive method for controlling heat / cold exchange between multiple energy systems each energy system having one or more heat / cold units for heat / cold supply and / or heat / cold consumption, and the energy systems heat over a respect
  • Energy systems can exchange external heat/cooling network, with the heat/cold exchanges being controlled by means of a control platform central to the energy systems, which controls the heat/cold exchanges between the energy systems based on optimization, is characterized in that the control platform respective specific carbon dioxide emissions (specific C02 emission factors) of the heating/cooling units are taken into account in the optimization in such a way that the total carbon dioxide emission is minimized.
  • the control platform according to the invention for controlling heat/cold exchanges between a number of energy systems, with each energy system having one or more heat/cold units for providing heat/cold and/or for consuming heat/cold, and the energy systems heat/cool Cold can be exchanged via an external heat/cold network with regard to the energy systems, with the heat/cold exchanges being controlled by means of the central control platform with regard to the energy systems, which is designed to heat/cold exchanges between the energy systems based on optimization
  • Control is characterized in that the control platform is designed to take into account the respective specific carbon dioxide emissions of the heat units in the optimization in such a way that the total carbon dioxide emissions are minimized.
  • the term energy can basically include electrical energy, heat, cold or thermal energy, chemical energy and/or other forms of energy. Physically there is only heat and no cold .
  • the term cold is used and typically denotes heat or a condition with a temperature below the respective ambient temperature.
  • the term “heat” is also understood to mean the technical term “cold”.
  • the heat exchange can be designed as cold exchange, the heat units as cold units, the heat supply and/or the heat consumption as cold supply or cold consumption, and/or the external heating network as a cooling network, in particular a district cooling network.
  • a local energy market is realized by an energy market platform, which can also be referred to as a control platform or energy trading platform.
  • the local energy market platform can be cloud-based and the exchange of offers and/or data/information can be blockchain-based.
  • the local energy market platform or control platform coordinates and controls the energy exchanges, in particular the heat exchanges, between the energy systems based on offers and/or data/information that the energy systems have transmitted to them in advance and/or that are already available to the control platform.
  • Controlling ie determining the energy exchanges (heat/cold and/or electricity and/or other forms of energy, for example chemical energy) is based on an optimization (optimization method), ie on a mathematical optimization.
  • the optimization is based on an objective function whose value is to be maximized or minimized.
  • the target function can include or model the total energy turnover, the total carbon dioxide emissions, the total energy losses, and/or the total operating costs of all participating energy systems and/or the supply networks.
  • a performance within a time range results in a specific energy or amount of energy in this time range, which is provided and/or consumed or exchanged. In this sense, the terms energy/energy exchange and power/power exchange are equivalent in the present invention and are therefore interchangeable.
  • IPCC Fifth Assessment Report in particular defines an energy system as: “All components related to the production, conversion, supply and use of energy. "
  • a power system typically includes multiple power subsystems.
  • Energy subsystems typically include a number of energy technology components, in particular energy technology systems, for example energy conversion systems, in particular generation systems, consumption systems and/or storage systems with regard to heat/cold and/or electricity.
  • each of the energy subsystems can include one or more of the following components: electricity generators, combined heat and power systems, in particular combined heat and power plants, gas boilers, diesel generators, electric boilers, heat pumps, compression chillers, absorption chillers, pumps, district heating networks, energy transmission lines, wind turbines or wind turbines, photovoltaic systems, Biomass plants, biogas plants, waste incineration plants, industrial plants, conventional power plants and/or the like.
  • the energy systems are still connected to one another via an external power grid.
  • the energy systems can feed out and/or feed in electrical energy (electricity) via the external power grid.
  • the energy systems can export and/or feed in heating/cooling via the external heating/cooling network.
  • the energy systems can supply electrical energy and/or heat/cold via the mentioned Replace supply networks, i.e. energy exchanges take place. It is not necessary for all energy systems to be connected to the heat/cold network for heat/cold exchange.
  • it is sufficient that at least one of the energy systems is coupled to the external heating network/cooling network for heat exchange/cold exchange (energy exchange).
  • the local energy market platform/control platform controls the energy exchanges in the sense that these control signals, for example a price signal or a value for a service in a specific time range, are transmitted to the energy systems with corresponding control variables. In this sense, an indirect control is provided. Direct control is not necessary, but can be provided. Associated technical control variables, for example the form of energy (electricity, heat/cold), the amount of energy and/or the time of the respective energy supply or energy consumption can also be transmitted from the local control platform to the respective energy systems.
  • the control variables for example an output of a heating/cooling unit within a time range that is to be provided or consumed, are determined by the local control platform using the optimization method.
  • control includes regulation
  • the energy systems can exchange electrical energy (electricity) via the power grid and heat or cold via the external heating network/cooling network.
  • These energy exchanges are controlled, ie coordinated, by the local control platform based on an overall optimization with regard to the energy systems.
  • the supply of energy in particular the supply of energy and the consumption of energy, can be matched locally in the best possible way.
  • the local control platform controls the exchange of electricity and the heat /Cold exchange between the energy systems . This advantageously ensures that, in principle, synergies between the two forms of energy and their provision, in particular their generation and consumption, can be realized. Both forms of energy exchange are optimized as a whole by the local energy market platform.
  • the specific carbon dioxide emissions are taken into account during the optimization, that is to say when determining the heat exchanges that are as optimal as possible, in such a way that the total carbon dioxide emissions are minimized.
  • every energy system that provides or generates heat/cold for an exchange has a specific carbon dioxide emission for its heat/cold provision, for example mass of carbon dioxide per kilowatt hour of provided/generated heat/cold ( amount ) , on .
  • the control platform is aware of these specific carbon dioxide emissions.
  • the total carbon dioxide emission for example within a specified time range for the heat/cold exchange, is formed by the sum of the carbon dioxide emissions of the energy systems, with the carbon dioxide emission of one of the energy systems being given by the product of its specific carbon dioxide emission with that caused by this for the Heat / cold exchange provided provided / generated amount of heat is formed.
  • the total carbon emission of the heat/cold exchanges is minimized.
  • the overall system at least including the multiple energy systems, is as cost-efficient as possible and as CCh-minimal as possible, i.e. multi-criteria, operable or operated.
  • there is the advantage that regenerative energy sources are preferably operated and thus their full load hours and economic efficiency are increased.
  • the present invention also has the advantage that the preferred operation of regenerative power sources and heating/cooling sources, in particular at the time of feed-in peaks, can prevent or mitigate overloading of the power grid or shutdown of systems.
  • minimal heat/cold provided, in particular obtained or generated, is therefore preferred for the heat/cold exchanges CCh-minimal.
  • the heat/cold consumers prefer heat/cold that was produced with as little carbon dioxide as possible being emitted.
  • this is made possible by the fact that the specific carbon dioxide emissions of the individual heating/cooling provisions or the associated heating/cooling units are taken into account in the optimization problem of the control platform (market platform) in such a way that the C02 emissions of the entire system (amount of energy systems that participating in the heat/cold exchanges via the control platform) is minimized.
  • heat/cold that is generated as CO2-neutrally as possible (green heat/cold).
  • Other categories are conceivable here, such as heat from heat pumps with photovoltaic electricity or solar thermal heat.
  • the energy systems (participants) participating in the heat exchange could transmit a maximum CO 2 footprint analogous to a maximum price by means of their offers to the control platform.
  • the provision of heat by a heat pump is particularly attractive if it draws electricity from regenerative sources such as photovoltaics (PV) at the same time.
  • PV photovoltaics
  • the control platform has knowledge of this connection and can inform the provider and the customer of the certify the regenerative heat provided in this way. If the provider generates the regenerative heat from other sources, for example from biomass, biogas or solar thermal energy, he can prove this to the control platform by means of an approval procedure and other measuring devices. These measuring devices can be remotely read out and calibrated by the control platform.
  • the optimization is carried out using a target function that includes the total carbon dioxide emissions as a function of the specific carbon dioxide emissions.
  • the target function basically determines which size and/or property of the entirety of the energy systems is optimized, ie minimized or maximized.
  • the objective function is parameterized based on offers that the energy systems transmit to the central control platform.
  • the target function includes the specific carbon dioxide emissions in such a way that the total carbon dioxide emissions, in particular for the heating/cooling provision, are minimized.
  • a summand of the target function is formed by the sum of the products from specific carbon dioxide emissions and the associated heating/cooling quantities or heating/cooling outputs. If the target function is now minimized, then the total carbon dioxide emissions are also minimized as far as possible, with further summands and/or secondary conditions being able to be provided.
  • the offers are matched as optimally as possible with regard to the total carbon dioxide emissions.
  • the control platform uses the optimization to determine the heat/cold exchanges that are optimal with regard to the target function for a coming day, in particular the next day.
  • the target function can model, quantify or represent the total heating/cooling turnover, the total energy turnover, the total losses of the heating/cooling network (total heating/cooling losses) and/or an electricity network, and/or the total operating costs and/or or include .
  • electricity generators, heat/cold generators, electricity storage, heat/cold storage, electricity network and heating/cooling network are modeled and optimized as a whole, so that overall optimal operation can be achieved.
  • control platform is designed as a local energy market platform that controls the heat/cold exchange based on the data/information transmitted to the energy systems.
  • the control platform is thus preferably designed as a local energy market platform.
  • the energy systems transmit offers to the control platform that precede the heat/cold exchanges.
  • the offers typically include a maximum price for a heat/cold quantity to be obtained or consumed and/or a minimum price for a heat/cold quantity to be provided, in particular to be obtained or generated.
  • the energy systems transmit their specific carbon dioxide emissions for providing their heat/cold quantity.
  • a purchase offer for a specific amount of heat/cooling (within a time range) thus provides for a maximum price per amount of heat/cooling and a maximum amount of heat/cooling that can be purchased.
  • the purchase offer and the information it contains are associated energy systems transmitted to the control platform.
  • a sales offer for a specific amount of heat/cooling (within a time range) provides for a minimum price per amount of heat/cooling, a maximum amount of heat/cooling to be provided, in particular to be generated, and the associated specific carbon dioxide emissions.
  • the technical information or offers can be transmitted to the control platform by the energy systems using an energy management system associated with the respective energy system, an edge device, in particular a commercial agent.
  • the transmitted information preferably includes technical information about the respective heating/cooling units, in particular about the specific carbon dioxide emissions, about a maximum amount of heat/cooling that can be provided and/or about a maximum amount of heat/cooling that can be consumed .
  • the heat/cold is provided by electrical energy obtained from regenerative sources.
  • heat/cold is advantageously provided if it can be generated essentially with low CCh, low CCh or CC»2-free by means of renewable electrical energy (electricity obtained from renewable sources). This is possible because heat/cold typically does not have to be provided immediately, but can be shifted at least within certain time ranges.
  • a local heating network, a district heating network, a local cooling network, a district cooling network and/or a steam network is used for the heat exchange.
  • existing heating/cooling networks can advantageously be used, so that they can be combined with form a local heating/cooling/energy market for the control platform or can be integrated into one.
  • each of the energy systems has a measuring unit, with the measuring unit recording the respective heat/cold supply and/or the respective heat/cold consumption and transmitting it to the control platform.
  • the measuring unit can be in the form of a smart meter or can include a smart meter. It can also be part of an energy management system. This advantageously enables communication, verification and certification of the heat/cold provision and/or the heat/cold consumption.
  • a measuring unit is provided at each feed point for heat/cold in the heat/cold network, for example, by means of which the heat/cold feed (heat supply) can be recorded in a time-resolved manner and the control platform can be transmitted.
  • the measuring unit is preferably calibrated.
  • the respective specific carbon dioxide emissions are preferably transmitted to the control platform by the respective measuring unit.
  • the measuring unit is used to communicate with the control platform.
  • the electrical energy exchanges between the energy systems are also controlled by the control platform.
  • the electrical energy exchanges take place via a power grid.
  • the energy systems can exchange electrical energy (electricity) via the power grid and heat/cold via the external heating/cooling network.
  • These energy exchanges are based through the local control platform Controlled, ie coordinated, on a holistic optimization with regard to the energy systems.
  • the provision of energy in particular energy generation and energy consumption, can be brought into line locally in the best possible way, in particular with as little CO2 as possible.
  • the local control platform controls the power exchange and the heat/cold exchange between the energy systems. This advantageously ensures that, in principle, synergies between the two forms of energy and their provision, in particular their generation and consumption, can be realized. Both forms of energy exchange are optimized as a whole by the local energy market platform.
  • the figure shows a control platform 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the control platform 1 is designed to control heat/cold exchanges between a number of energy systems 4 . Furthermore, the control platform 1 is designed to control power exchanges between the energy systems 4 . In this sense, the control platform 1 forms a central unit for coordinating the heat/cold exchanges and power exchanges with respect to the energy systems 4 . In other words, the control platform 1 forms a local energy market platform for exchanging and trading energy (electricity and heat/cold) between the energy systems 1 . For this purpose, the energy systems transmit 4 offers regarding one intended, in particular prognosticated, heat/cold exchange and/or power exchange to the control platform 1, for example for the next day (engl. Day-Ahead).
  • the control platform 1 brings the offers for heat/cold provision, in particular heat/cold generation, and heat/cold consumption and additionally for electricity provision, in particular for electricity generation, and electricity consumption, by means of mathematical optimization in the best possible way.
  • the dissolution can be one hour, particularly preferably 15 minutes. In other words, such an optimization is carried out by the control platform 1 every hour or every 15 minutes.
  • the optimization is based on a target function that includes the specific carbon dioxide emissions of the energy systems 4 with regard to their heating/cooling provision.
  • the control platform 1 takes into account the respective specific carbon dioxide emissions of the heating/cooling units 42 of the energy systems 4 during the optimization in such a way that the total carbon dioxide emissions are minimized. For example, this is done using an addend in the target function that has the structure Ei P Q ⁇ t , where C is the specific carbon dioxide emissions of the i-th energy system participating in the heating/cooling provision and PQ I is the heating/cooling output for the Heating/cooling provision of the i-th energy system within the time interval At.
  • the specific carbon dioxide emissions can be time-dependent.
  • the respective specific carbon emissions are transmitted from the energy systems 4 to the control platform 1, for example coupled with their offers for heat/cold exchange. Al alternatively or additionally, these can be stored in the control platform 1 or already stored by means of it.
  • the time range At is typically the same for all energy exchanges within the target function, so that it can also be omitted from the target function as an overall multiplicative factor.
  • the target function has an addend of the form/structure d c i P Q,i . Further summands, which can be designed accordingly, for example with regard to a current exchange, and/or multiplicative factors can be provided.
  • the target function is minimized or maximized (depending on the choice of sign of the target function), whereby in particular the heating/cooling output PQ I or the associated heating/cooling quantities Pqj are determined.
  • the actual heat/cold exchanges which are based on the heat/cold exchanges determined by means of the optimization, take place via a heat/cold network 2 that is external to the energy systems.
  • the heating/cooling network z 2 is preferably designed as a local heating network, district heating network, local cooling network, district cooling network and/or steam heating network z/steam network z.
  • the energy systems 4 are coupled to the external heating network 2 for heat exchange via a respective delivery point 41 .
  • the power exchanges take place via a power grid 6 .
  • the energy systems 4 can feed in and/or feed out heat via their assigned point of consumption 41 .
  • the energy systems 4 can feed electrical energy, ie electricity, into and/or out of the power grid 6 via a corresponding respective grid connection point.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern von Wärme-/Kälteaustauschen zwischen mehreren Energiesystemen (4) vorgeschlagen, bei dem jedes Energiesystem (4) eine oder mehrere Wärme-/Kälteeinheiten (42) zur Wärme-/Kältebereitstellung und/oder zum Wärme-/Kälteverbrauch aufweist, und die Energiesysteme (4) Wärme-/Kälte über ein bezüglich der Energiesysteme (4) externes Wärme-/Kältenetz (2) austauschen können, wobei das Steuern der Wärme-/Kälteaustausche mittels einer bezüglich der Energiesysteme (4) zentralen Steuerungsplattform (1) erfolgt, welche die Wärme-/Kälteaustausche zwischen den Energiesystmen (4) basierend auf einer Optimierung steuert. Erfindungsgemäß berücksichtigt die Steuerungsplattform (1) die jeweiligen spezifischen Kohlenstoffdioxidemissionen der Wärme/Kälteeinheiten (42) bei der Optimierung derart, dass die Gesamtkohlenstoffdioxidemission minimiert wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuerungsplattform (1).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Steuern von Wärme/-Kälteaustauschen zwischen mehreren Energiesystemen sowie Steuerungsplattform
Die Erfindung betri f ft ein Verfahren gemäß dem Oberbegri f f des Patentanspruches 1 sowie eine Steuerungsplattform gemäß dem Oberbegri f f des Patentanspruches 11 .
Energiesysteme , beispielsweise Stadtteile , Gemeinden oder industrielle Anlagen, mit beispielsweise Wohn- , Büro- und/oder Industriegebäuden, können untereinander, beispielsweise mittels eines externen Stromnetzes oder externen Wärmenetzes (Versorgungsnetze ) , dezentral , das heißt lokal , Energie in Form von Strom beziehungsweise Wärme austauschen .
Ein solcher lokaler Energieaustausch (Energietrans f er/Leis- tungsaustausch/Leistungstrans f er ) kann technisch durch eine lokale Energiemarktplattform ermöglicht werden . Hierbei übermitteln die Energiesysteme Angebote für einen Energieverbrauch und/oder eine Energiebereitstellung an die lokale Energiemarktmarktplattform . Basierend hierauf koordiniert die lokale Energiemarktplattform die Energieaustausche zwischen den Energiesystemen über die zugehörigen Versorgungsnetze .
Mit anderen Worten wird ein lokaler Energiemarkt technisch durch die lokale Energiemarktplattform, die eine Steuerungsplattform ausbildet , verwirklicht . Eine solche lokale Energiemarktplatt form/Steuerungsplatt form für den Austausch elektrischer Energie ist beispielsweise aus dem Dokument EP 3518369 Al bekannt .
Durch einen lokalen Energiemarkt können die Energiesysteme lokal gewonnene Energie , insbesondere elektrische Energie ( Strom) , untereinander austauschen und handeln . Hierbei ermöglicht es der lokale Energiemarkt durch seine dezentrale technische Ausgestaltung die lokale gewonnene Energie ef fizient mit dem lokalen Energieverbrauch abzustimmen . Somit ist ein lokaler Energiemarkt besonders im Hinblick auf erneuerbare Energien, die typischerweise lokal gewonnen werden, vorteilhaft .
Bei bekannten Energiemärkten bestehen die den Energieaustauschen vorausgehenden Angebote aus einem maximalen Preis für eine zu beziehende beziehungsweise zu verbrauchende Energiemenge und/oder einen minimalen Preis für eine bereitzustellende , insbesondere zu erzeugende , Energiemenge . Nachteilig hieran ist , dass weitere gegebenenfalls relevante technische Informationen bezüglich der Energiesysteme nicht übermittelt werden und/oder nicht bei der Optimierung, die durch den lokalen Energiemarkt durchgeführt wird, berücksichtigt werden . Mit anderen Worten erfolgt , insbesondere in Bezug auf Wärme , keine Di f ferenzierung nach Gewinnungsart der Wärme . Dadurch kann auf Verbrauchsseite regenerativ gewonnene Wärme nicht bevorzugt ausgetauscht werden, da bekannte lokale Energiemärkte diese mit konventionell erzeugter Wärme gleichsetzen . Dadurch ist ein im Hinblick auf erneuerbar erzeugte Wärme effi zienter Betrieb der Energiesysteme trotz Optimierung durch die lokale Energiemarktplattform nicht sichergestellt .
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , einen lokalen Austausch von Wärme/Kälte , der über einen lokalen Energiemarkt erfolgt , zu verbessern .
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch eine Steuerungsplattform mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 11 gelöst . In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben .
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern von Wärme/-Kälte- austauschen zwischen mehreren Energiesystemen, wobei j edes Energiesystem eine oder mehrere Wärme/-Kälteeinheiten zur Wärme/-Kältebereitstellung und/oder zum Wärme/-Kälteverbrauch aufweist , und die Energiesysteme Wärme über ein bezüglich der Energiesysteme externes Wärme/-Kältenet z austauchen können, wobei das Steuern der Wärme/-Kälteaustausche mittels einer bezüglich der Energiesysteme zentralen Steuerungsplattform erfolgt , welche die Wärme/-Kälteaustausche zwischen den Energiesystemen basierend auf einer Optimierung steuert , ist gekennzeichnet dadurch, dass die Steuerungsplattform die j eweiligen spezi fischen Kohlenstof fdioxidemissionen ( spezi fische C02-Emissions f aktoren) der Wärme/-Kälteeinheiten bei der Optimierung derart berücksichtigt , dass die Gesamtkohlenstof f- dioxidemission minimiert wird .
Die erfindungsgemäße Steuerungsplattform zum Steuern von Wär- me/-Kälteaustauschen zwischen mehreren Energiesystemen, wobei j edes Energiesystem eine oder mehrere Wärme/-Kälteeinheiten zur Wärme/-Kältebereitstellung und/oder zum Wärme/-Kältever- brauch aufweist , und die Energiesysteme Wärme/-Kälte über ein bezüglich der Energiesysteme externes Wärme/-Kältenet z austauchen können, wobei das Steuern der Wärme/-Kälteaustausche mittels der bezüglich der Energiesysteme zentralen Steuerungsplattform erfolgt , die dazu ausgebildet ist , die Wärme/- Kälteaustausche zwischen den Energiesystemen basierend auf einer Optimierung zu steuern, ist dadurch gekennzeichnet , dass die Steuerungsplattform dazu ausgebildet ist , die j eweiligen spezi fischen Kohlenstof fdioxidemissionen der Wärmeeinheiten bei der Optimierung derart zu berücksichtigen, dass die Gesamtkohlenstof fdioxidemission minimiert wird .
Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen Verfahren gleichartige und gleichwertige Vorteile und Ausgestaltungen .
Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder eine oder mehrere Funktionen, Merkmale und/oder Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer seiner Ausgestaltungen können computergestützt sein .
Der Begri f f Energie kann grundsätzlich elektrische Energie , Wärme , Kälte beziehungsweise thermische Energie , chemische Energie und/oder weitere Energieformen umfassen . Physikalisch gibt es lediglich Wärme und keine Kälte . Technisch wird der Begri f f der Kälte j edoch verwendet und kennzeichnet typischerweise Wärme oder einen Zustand mit einer Temperatur unterhalb der j eweiligen Umgebungstemperatur . Somit wird vorliegend unter dem Begri f f der Wärme ebenfalls der technische Begri f f der Kälte verstanden . Dadurch kann der Wärmeaustausch als Kälteaustausch, die Wärmeeinheiten als Kälteeinheiten, die Wärmebereitstellung und/oder der Wärmeverbrauch als Kältebereitstellung beziehungsweise Kälteverbrauch, und/oder das externe Wärmenetz als Kältenetz , insbesondere Fernkältenetz , ausgebildet sein .
Technisch wird ein lokaler Energiemarkt durch eine Energiemarktplattform, die ebenfalls als Steuerungsplattform oder Energiehandelsplattform bezeichnet werden kann, verwirklicht . Die lokale Energiemarktplattform kann cloudbasiert und der Austausch der Angebote und/oder Daten/ Inf ormationen kann blockchainbasiert sein .
Die lokale Energiemarktplattform beziehungsweise Steuerungsplattform koordiniert und steuert die Energieaustausche , insbesondere die Wärmeaustausche , zwischen den Energiesystemen basierend auf Angebote und/oder Daten/ Inf ormationen, die die Energiesysteme vorab an diese übermittelt haben und/oder die der Steuerungsplattform bereits vorliegen . Das Steuern, das heißt das Ermitteln der Energieaustausche (Wärme/Kälte und/oder Strom und/oder weitere Energieformen, beispielsweise chemische Energie ) , erfolgt basierend auf einer Optimierung (Optimierungsverfahren) , das heißt auf einer mathematischen Optimierung . Die Optimierung basiert auf einer Ziel funktion, deren Wert maximiert oder minimiert werden soll . Die Zielfunktion kann den Gesamtenergieumsatz , die Gesamtkohlenstof f- dioxidemission, die Gesamtenergieverluste , und/oder die Gesamtbetriebskosten aller teilnehmenden Energiesysteme und/oder der Versorgungsnetze umfassen beziehungsweise modellieren . Durch eine Leistung innerhalb eines Zeitbereiches ergibt sich eine bestimmte Energie beziehungsweise Energiemenge in diesem Zeitbereich, die bereitgestellt und/oder verbraucht beziehungsweise ausgetauscht wird . In diesem Sinne sind die Begri f fe Energie/Energieaustausch und Leistung/Leistungsaus- tausch in der vorliegenden Erfindung äquivalent und sind somit untereinander austauschbar .
Aus struktureller Sicht definiert insbesondere der IPCC Fi fth Assessment Report ein Energiesystem als : „Alle Komponenten, die sich auf die Erzeugung, Umwandlung, Lieferung und Nutzung von Energie beziehen . "
Ein Energiesystem umfasst typischerweise mehrere Energiesubsysteme . Energiesubsysteme umfassen typischerweise mehrere energietechnische Komponenten, insbesondere energietechnische Anlagen, beispielsweise Energiewandlungsanlagen, insbesondere Erzeugungsanlagen, Verbrauchsanlagen und/oder Speicheranlagen bezüglich Wärme/Kälte und/oder Strom .
Als Komponenten/Anlagen kann j edes der Energiesubsysteme eine oder mehrere der folgenden Komponenten umfassen : Stromgeneratoren, Kraftwärmekopplungsanlagen, insbesondere Blockhei zkraftwerke , Gasboiler, Dieselgeneratoren, Elektrokessel , Wärmepumpen, Kompressionskältemaschinen, Absorptionskältemaschinen, Pumpen, Fernwärmenetzwerke , Energietrans ferleitungen, Windkrafträder oder Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen, Biomasseanlagen, Biogasanlagen, Müllverbrennungsanlagen, industrielle Anlagen, konventionelle Kraftwerke und/oder dergleichen .
Typischerweise sind die Energiesysteme weiterhin über ein externes Stromnetz miteinander verbunden . Uber das externe Stromnetz können die Energiesysteme elektrische Energie ( Strom) ausspeisen und/oder einspeisen . Uber das externe Wär- me/-Kältenet z können die Energiesysteme Wärme/-Kälte ausspeisen und/oder einspeisen . Somit können die Energiesysteme elektrische Energie und/oder Wärme/Kälte über die genannten Versorgungsnetze austauschen, das heißt es erfolgen Energieaustausche . Es ist nicht erforderlich, dass alle Energiesysteme an dem Wärme/-Kältenet z zum Wärme/-Kälteaustausch angeschlossen sind . Für die vorliegende Erfindung ist es ausreichend, dass wenigstens eines der Energiesysteme mit dem externen Wärmenet z/Kältenet z zum Wärmeaustausch/Kälteaustausch (Energieaustausch) gekoppelt ist .
Die lokale Energiemarktplatt form/Steuerungsplatt form steuert die Energieaustausche in dem Sinne , dass diese Steuersignale , beispielsweise ein Preissignal oder einen Wert für eine Leistung in einem bestimmten Zeitbereich, mit entsprechenden Steuergrößen an die Energiesysteme übermittelt . In diesem Sinne ist eine mittelbare Steuerung vorgesehen . Eine unmittelbare Steuerung ist nicht erforderlich, kann j edoch vorgesehen sein . Zugehörige technische Steuergrößen, beispielsweise die Energieform ( Strom, Wärm/Kälte ) , die Energiemenge und/oder der Zeitpunkt der j eweiligen Energiebereitstellung beziehungsweise des Energieverbrauches können ebenfalls von der lokalen Steuerungsplattform an die j eweiligen Energiesysteme übermittelt werden . Die Steuergrößen, beispielsweise eine Leistung einer Wärme/-Kälteeinheit innerhalb eines Zeitbereiches , die bereitgestellt oder verbraucht werden soll , werden mittels des Optimierungsverfahrens durch die lokale Steuerungsplattform ermittelt .
Vorliegend umfasst der Begri f f des Steuerns ein Regeln .
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Energiesysteme über das Stromnetz elektrische Energie ( Strom) und über das externe Wärmenet z/Kältenet z Wärme beziehungsweise Kälte austauschen . Diese Energieaustausche werden durch die lokale Steuerungsplattform basierend auf einer bezüglich der Energiesysteme gesamtheitlichen Optimierung gesteuert , das heißt koordiniert . Dadurch können Energiebereitstellung, insbesondere Energieangebot und Energieverbrauch, lokal bestmöglich in Übereinstimmung gebracht werden . Vorliegend steuert die lokale Steuerungsplattform den Stromaustausch und den Wärme- /Kälteaustausch zwischen den Energiesystemen . Dadurch ist vorteilhafterweise sichergestellt , dass grundsätzlich Synergien zwischen den beiden Energieformen und deren Bereitstellung, insbesondere deren Erzeugung und deren Verbrauch, verwirklicht werden können . Beide Formen des Energieaustausches werden gesamtheitlich durch die lokale Energiemarktplattform optimiert .
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die spezi fischen Koh- lenstof fdioxidemissionen bei der Optimierung, das heißt beim Ermitteln der möglichst optimalen Wärmeaustausche derart berücksichtigt , dass die Gesamtkohlenstof fdioxidemission minimiert wird . Mit anderen Worten weist j edes Energiesystem, das eine Wärme/-Kälte für einen Austausch bereitstellt beziehungsweise erzeugt , für seine Wärme-/Kältebereitstellung eine spezi fische Kohlenstof fdioxidemission, beispielsweise Masse an Kohlenstof fdioxid pro Kilowattstunde bereitgestellter/er- zeugter Wärme-/Kälte (menge ) , auf . Die Steuerungsplattform ist in Kenntnis dieser spezi fischen Kohlenstof fdioxidemissionen . Die Gesamtkohlenstof fdioxidemission, beispielsweise innerhalb eines festgelegten Zeitbereiches für den Wärme/-Kälteaus- tausch, wird durch die Summe der Kohlenstof fdioxidemissionen der Energiesysteme ausgebildet , wobei die Kohlenstof fdioxidemission eines der Energiesysteme durch das Produkt seiner spezi fischen Kohlenstof fdioxidemission mit der durch dieses für den Wärme-/Kälteaustausch vorgesehenen bereitgestell- ten/erzeugten Wärmemenge gebildet ist . Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Gesamtkohlenstof femission der Wärme- /Kälteaustausche minimiert . Dadurch wird das Gesamtsystem, wenigstens umfassend die mehreren Energiesysteme , möglichst kostenef fi zient sowie möglichst CCh-minimal , das heißt multi- kriteriell , betreibbar beziehungsweise betrieben . Weiterhin ergibt sich der Vorteil , dass regenerative Energiequellen bevorzugt betrieben werden und somit deren Volllaststunden und Wirtschaftlichkeit erhöht wird . Ferner wird die Wirtschaftlichkeit von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen ( P2H-Anlagen) , beispielsweise von Hochtemperaturwärmepumpen, verbessert . Die vorliegende Erfindung weist weiterhin den Vorteil auf , dass durch den bevorzugten Betrieb von regenerativen Stromquellen und Wärme-/Kältequellen, insbesondere zum Zeitpunkt von Einspeisespitzen, eine Überlastung des Stromnetzes beziehungsweise eine Abschaltung von Anlagen verhindert oder abgemildert werden kann .
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit für die Wärme- /Kälteaustausche CCh-minimal bereitgestellte , insbesondere gewonnene beziehungsweise erzeugte Wärme/Kälte , bevorzugt . Mit anderen Worten beziehen die Wärme-/Kälteverbraucher bevorzugt Wärme/Kälte , bei deren Erzeugung möglichst wenig Koh- lenstof fdioxid emittiert wurde . Vorliegend wird dies dadurch ermöglicht , dass die spezi fischen Kohlenstof fdioxidemissionen der einzelnen Wärme-/Kältebereitstellungen beziehungsweise der zugehörigen Wärme-/Kälteeinheiten beim Optimierungsproblem der Steuerungsplattform (Marktplattform) derart berücksichtigt werden, dass der C02-Ausstoß des Gesamtsystems (Menge der Energiesysteme , die an den Wärme-/Kälteaustauschen über die Steuerungsplattform teilnehmen) minimiert wird .
Alternativ oder ergänzend könnten höhere oder zusätzliche Preise für möglichst CO2-neutral erzeugte Wärme/Kälte ( grüne Wärme/Kälte ) berücksichtigt werden . Hierbei sind weitere Kategorien, wie beispielsweise Wärme aus Wärmepumpen mit Photo- voltaikstrom oder Solarthermie-Wärme , denkbar .
Weiterhin könnten alternativ oder ergänzend die an den Wärmeaustauschen teilnehmenden Energiesysteme ( Teilnehmer ) einen maximalen C02-Footprint analog einem maximalen Preis mittels ihrer Angebote an die Steuerungsplattform übermitteln .
Dies würde beispielsweise bedeuten, dass die Bereitstellung von Wärme durch eine Wärmepumpe besonders dann attraktiv ist , wenn diese zum selben Zeitpunkt Strom aus regenerativen Quellen, beispielsweise Photovoltaik ( PV) , bezieht . Die Steuerungsplattform hat als neutrale Instanz Kenntnis von diesem Zusammenhang und kann dies dem Anbieter und dem Abnehmer der so bereitgestellten regenerativen Wärme attestieren . Sofern der Anbieter die regenerative Wärme aus anderen Quellen beispielsweise aus Biomasse , Biogas oder Solarthermie erzeugt , kann er dies der Steuerungsplattform mittels eines Zulassungsverfahrens und weiteren Messeinrichtungen nachweisen . Diese Messeinrichtungen können durch die Steuerungsplattform fernauslesbar und geeicht sein .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Optimierung mittels einer Ziel funktion, die die Gesamt- kohlenstof fdioxidemission in Abhängigkeit der spezi fischen Kohlenstof fdioxidemissionen umfasst .
Die Ziel funktion legt hierbei grundsätzlich fest , welche Größe und/oder Eigenschaft der Gesamtheit der Energiesysteme optimiert , das heißt minimiert oder maximiert wird . Die Zielfunktion wird basierend auf Angebote , die die Energiesysteme an die zentrale Steuerungsplattform übermitteln, parametrisiert . Vorliegend umfasst die Ziel funktion die spezi fischen Kohlenstof fdioxidemissionen derart , dass die Gesamtkohlen- stof fdioxidemission, insbesondere für die Wärme-/Kältebereit- stellung, minimiert wird . Beispielsweise wird ein Summand der Ziel funktion durch die Summe der Produkte aus spezi fischen Kohlenstof fdioxidemissionen und zugehörigen Wärme-/Kälte- mengen beziehungsweise Wärme-/Kälteleistungen gebildet . Wird nun die Ziel funktion minimiert , so werden ebenfalls die Ge- samtkohlestof fdioxidemissionen möglichst minimiert , wobei weitere Summanden und/oder Nebenbedingungen vorgesehen sein können . Mit anderen Worten erfolgt basierend auf der Zielfunktion ein im Hinblick auf die Gesamtkohlenstof fdioxidemission möglichst optimaler Abgleich ( engl . Matching) der Angebote .
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ermittelt die Steuerungsplattform mittels der Optimierung die bezüglich der Ziel funktion optimalen Wärme-/Kälteaustausche für einen kommenden Tag, insbesondere den nächsten Tag . Dadurch ist vorteilhafterweise ein ef fi zienterer Day-Ahead- Handel möglich . Typischerweise wird für den nächsten Tag ( engl . Day-Ahead) für j ede Stunde , insbesondere j ede 15 Minuten, des genannten Tages eine Optimierung basierend auf den übermittelten Inf ormationen/Daten durchgeführt , sodass entsprechend die Wärme-/Kälteaustausche innerhalb der genannten Zeiträume ermittelt werden . Die Ziel funktion kann den Gesamt- wärme-/Kälteumsat z , den Gesamtenergieumsatz , die Gesamtverluste des Wärme-/Kältenet zes ( Gesamtwärme-/ kälteverluste ) und/oder eines Stromnetzes , und/oder die Gesamtbetriebskosten modellieren, quanti fi zieren beziehungsweise darstellen und/oder umfassen . Insbesondere werden hierbei Stromerzeuger, Wärme-/Kälteerzeuger , Stromspeicher, Wärme-/Kältespeicher , Stromnetz und Wärme-/Kältenet z gesamtheitlich modelliert und optimiert , sodass ein gesamtheitlich optimaler Betrieb erreicht werden kann .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerungsplattform als lokale Energiemarktplattform ausgebildet , die die Wärme-/Kälteaustausche basierend auf den von den Energiesystemen an diese übermittelten Daten/ Inf ormationen steuert .
Die Steuerungsplattform ist somit bevorzugt als lokale Energiemarktplattform ausgebildet . Hierbei übermitteln die Energiesysteme den Wärme-/Kälteaustauschen vorausgehende Angebote an die Steuerungsplattform . Die Angebote umfassen typischerweise einen maximalen Preis für eine zu beziehende beziehungsweise zu verbrauchende Wärme-/Kältemenge und/oder einen minimalen Preis für eine bereitzustellende , insbesondere zu gewinnende beziehungsweise zu erzeugende , Wärme-/Kältemenge . Weiterhin übermitteln die Energiesysteme ihre spezi fische Kohlenstof fdioxidemission für das Bereitstellen ihrer Wärme- /Kältemenge . Ein Kaufangebot für eine bestimmte Wärme- /Kältemenge ( innerhalb eines Zeitbereiches ) sieht somit einen maximalen Preis pro Wärme-/Kältemenge sowie eine maximal abzunehmende Wärme-/Kältemenge vor . Das Kaufangebot beziehungsweise die dadurch umfassten Informationen werden durch die zugehörigen Energiesysteme an die Steuerungsplattform übermittelt . Vergleichbar sieht ein Verkaufsangebot für eine bestimme Wärme-/Kältemenge ( innerhalb eines Zeitbereiches ) einen minimalen Preis pro Wärme-/Kältemenge , eine maximal bereitzustellende , insbesondere zu erzeugende Wärme-/Kälte- menge , sowie die zugehörige spezi fische Kohlenstof fdioxide- mission vor . Die technischen Informationen beziehungsweise Angebote können durch die Energiesysteme mittels eines dem j eweiligen Energiesystem zugehörigen Energiemanagementsystems , einem Edge-Device , insbesondere einem Handelsagenten, an die Steuerungsplattform übermittelt werden .
Mit anderen Worten umfassen die übermittelten Informationen bevorzugt technische Informationen über die j eweiligen Wärme- /Kälteeinheiten, insbesondere über die spezi fischen Kohlenstof fdioxidemissionen, über eine maximal bereitstellbare Wär- me-/Kältemenge und/oder über eine maximale verbrauchbare Wär- me-/Kältemenge .
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Wärme-/Kältebereitstellung durch regenerativ gewonnene elektrische Energie .
Dadurch wird vorteilhafterweise dann Wärme/Kälte bereitgestellt , wenn diese im Wesentlichen CCh-günstig, CCh-arm oder CC»2-frei mittels erneuerbarer elektrischer Energie ( erneuerbar gewonnener Strom) erzeugt werden kann . Dies ist möglich, da Wärme/Kälte typischerweise nicht unmittelbar bereitgestellt werden muss , sondern zumindest innerhalb bestimmter Zeitbereiche verschiebbar ist .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird für die Wärmeaustausche ein Nahwärmenetz , ein Fernwärmenetz , ein Nahkältenetz , ein Fernkältenetz und/oder ein Dampfnetz verwendet .
Dadurch können vorteilhafterweise bereits bestehende Wärme- /Kältenetze verwendet werden, sodass diese in Verbindung mit der Steuerungsplattform einen lokalen Wärme-/Kältemarkt/En- ergiemarkt ausbilden beziehungsweise in einen solchen integriert werden können .
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist j edes der Energiesysteme eine Messeinheit auf , wobei die Messeinheit die j eweilige Wärme-/Kältebereitstellung und/oder den j eweiligen Wärme-/Kälteverbrauch erfasst und an die Steuerungsplattform übermittelt .
Die Messeinheit kann als Smart-Meter ausgebildet sein oder ein Smart-Meter umfassen . Sie kann weiterhin Bestandteil eines Energiemanagementsystems sein . Dadurch wird vorteilhafterweise eine Kommunikation, Veri fi zierung und Zerti fi zierung der Wärme-/Kältebereitstellung und/oder des Wärme-/Kältever- brauches ermöglicht . Hierzu ist beispielsweise an j eder Einspeisestelle für Wärme/Kälte in das Wärme-/Kältenet z eine solche Messeinheit vorgesehen mittels welcher die Wärme- /Kälteeinspeisung (Wärmbereitstellung) zeitlich aufgelöst erfasst und die Steuerungsplattform übermittelt werden kann . Die Messeinheit ist bevorzugt geeicht .
Bevorzugt werden durch die j eweilige Messeinheit die j eweiligen spezi fischen Kohlenstof fdioxidemissionen an die Steuerungsplattform übermittelt .
Mit anderen Worten dient die Messeinheit zur Kommunikation mit der Steuerungsplattform .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt zusätzlich das Steuern der elektrischen Energieaustausche zwischen den Energiesystemen durch die Steuerungsplattform .
Die elektrischen Energieaustausche erfolgen über ein Stromnetz . Mit anderen Worten können die Energiesysteme über das Stromnetz elektrische Energie ( Strom) und über das externe Wärme-/Kältenet z Wärme/Kälte austauschen . Diese Energieaustausche werden durch die lokale Steuerungsplattform basierend auf einer bezüglich der Energiesysteme gesamtheitlichen Optimierung gesteuert , das heißt koordiniert . Dadurch können Energiebereitstellung, insbesondere Energieerzeugung und Energieverbrauch, lokal bestmöglich, insbesondere möglichst C02-arm, in Übereinstimmung gebracht werden . Vorliegend steuert die lokale Steuerungsplattform den Stromaustausch und den Wärme-/Kälteaustausch zwischen den Energiesystemen . Dadurch ist vorteilhafterweise sichergestellt , dass grundsätzlich Synergien zwischen den beiden Energieformen und deren Bereitstellung, insbesondere deren Erzeugung und deren Verbrauch, verwirklicht werden können . Beide Formen des Energieaustausches werden gesamtheitlich durch die lokale Energiemarktplattform optimiert .
Weitere Vorteile , Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Aus führungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung . Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Energiemarktes mit einer Steuerungsplattform gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung .
Gleichartige , gleichwertige oder gleichwirkende Elemente können in der Figur mit denselben Bezugs zeichen versehen sein .
Die Figur zeigt eine Steuerungsplattform 1 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung .
Die Steuerungsplattform 1 ist zum Steuern von Wärme-/Kälte- austauschen zwischen mehreren Energiesystemen 4 ausgebildet . Weiterhin ist die Steuerungsplattform 1 zum Steuern von Stromaustauschen zwischen den Energiesystemen 4 ausgebildet . In diesem Sinne bildet die Steuerungsplattform 1 eine bezüglich der Energiesysteme 4 zentrale Einheit zum Koordinieren der Wärme-/Kälteaustausche und Stromaustausche aus . Mit anderen Worten bildet die Steuerungsplattform 1 eine lokale Energiemarktplattform zum Austausch und Handel von Energie ( Strom und Wärme/Kälte ) zwischen den Energiesystemen 1 aus . Hierzu übermitteln die Energiesysteme 4 Angebote bezüglich einem vorgesehenen, insbesondere prognosti zierten Wärme-/Kälte- austausch und/oder Stromaustausch, an die Steuerungsplattform 1 , beispielsweise für den nächsten Tag ( engl . Day-Ahead) . Die Steuerungsplattform 1 bringt die Angebote für Wärme-/Kälte- bereitstellung, insbesondere Wärme-/Kälteerzeugung, und Wär- me-/Kälteverbrauch sowie ergänzend für eine Strombereitstellung, insbesondere für eine Stromerzeugung, und einem Stromverbrauch, mittels einer mathematischen Optimierung bestmöglich in Übereinstimmung . Die Auflösung kann hierbei eine Stunde , besonders bevorzugt 15 Minuten betragen . Mit anderen Worten wird j ede Stunde beziehungsweise alle 15 Minuten eine solche Optimierung durch die Steuerungsplattform 1 durchgeführt . Die Optimierung erfolgt basierend auf einer Ziel funktion, die die spezi fischen Kohlenstof fdioxidemissionen der Energiesysteme 4 bezüglich ihrer Wärme-/Kältebereitstellung umfasst .
Gemäß der vorliegenden Erfindung berücksichtigt die Steuerungsplattform 1 die j eweiligen spezi fischen Kohlenstof fdioxidemissionen der Wärme-/Kälteeinheiten 42 der Energiesysteme 4 bei der Optimierung derart , dass die Gesamtkohlenstof f- dioxidemission minimiert wird . Beispielsweise erfolgt dies durch einen Summanden in der Ziel funktion, der die Struktur Ei PQ ^t aufweist , wobei C die spezi fischen Kohlenstof fdioxidemissionen des i-ten an der Wärme-/Kältebereitstellung teilnehmenden Energiesystems und PQ I die Wärme-/Kälteleistung für die Wärm-/Kühlbereitstellung des i-ten Energiesystems innerhalb des Zeitintervalls At bezeichnet . Beispielsweise weist eines der Energiesysteme für eine Wärme-/Kältebereitstellung mittels Nahwärme/-kälte und/oder Fernwärme/-kälte die spezifische Kohlenstof fdioxidemission c = 0 , 28 Tonnen CO2 pro Megawattstunde auf . Für eine Bereitstellung mittels Biogas ergibt sich im Mittel der Richtwert c = 0 , 148 Tonnen CO2 pro Megawattstunde . Die spezi fischen Kohlenstof fdioxidemissionen können grundsätzlich zeitabhängig sein . Die j eweiligen spezifischen Kohlenstof femissionen werden von den Energiesystemen 4 an die Steuerungsplattform 1 , beispielsweise gekoppelt mit ihren Angeboten zum Wärme-/Kälteaustausch, übermittelt . Al- ternativ oder ergänzend können diese in der Steuerungsplattform 1 hinterlegt beziehungsweise mittels dieser bereits gespeichert sein . Der Zeitbereich At ist typischerweise für alle Energieaustausche innerhalb der Ziel funktion gleich, sodass dieser bei der Ziel funktion als gesamtheitlicher multiplikativer Faktor ebenfalls weggelassen werden kann . Dadurch weist die Ziel funktion einen Summanden der Form/Struktur d ci PQ,i auf . Weitere Summanden, die entsprechend ausgestaltet sein können, beispielsweise bezüglich eines Stromaustausches , und/oder multiplikative Faktoren, können vorgesehen sein .
Mittels der Optimierung wird die Ziel funktion minimiert oder maximiert ( j e nach Wahl des Vorzeichens der Ziel funktion) , wodurch insbesondere die Wärme-/Kälteleistungen PQ I beziehungsweise die zugehörigen Wärme-/Kältemengen Pqj ermittelt werden .
Die tatsächlichen Wärme-/Kälteaustausche , die auf den mittels der Optimierung ermittelten Wärme-/Kälteaustauschen basieren, erfolgen über ein bezüglich der Energiesysteme externes Wär- me-/Kältenet z 2 . Das Wärme-/Kältenet z 2 ist bevorzugt als Nahwärmenetz , Fernwärmenetz , Nahkältenetz , Fernkältenetz und/oder Dampfwärmenet z/Dampfnet z ausgebildet . Die Energiesysteme 4 sind über eine j eweilige Abnahmestelle 41 mit dem externen Wärmenetz 2 zum Wärmeaustausch gekoppelt . Die Stromaustausche erfolgen über ein Stromnetz 6 . Mit anderen Worten können die Energiesysteme 4 über ihre zugeordnete Abnahmestelle 41 Wärme einspeisen und/oder ausspeisen . Über einen entsprechenden j eweiligen Netzanschlusspunkt können die Energiesysteme 4 elektrische Energie , das heißt Strom, in das Stromnetz 6 einspeisen und/oder ausspeisen .
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Aus führungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . Bezugs zeichenliste
1 Steuerungsplattform
2 externes Wärmenetz 4 Energiesystem
6 Stromnetz
41 Annahmestelle
42 Wärmeinheit
100 Datenverbindung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern von Wärmeaustauschen zwischen mehreren Energiesystemen (4) , wobei jedes Energiesystem (4) eine oder mehrere Wärmeeinheiten (42) zur Wärmebereitstellung und/oder zum Wärmeverbrauch aufweist, und die Energiesysteme (4) Wärme über ein bezüglich der Energiesysteme (4) externes Wärmenetz (2) austauschen können, wobei das Steuern der Wärmeaustausche mittels einer bezüglich der Energiesysteme (4) zentralen Steuerungsplattform (1) erfolgt, welche die Wärmeaustausche zwischen den Energiesystemen (4) basierend auf einer Optimierung steuert, gekennzeichnet dadurch, dass die Steuerungsplattform (1) die jeweiligen spezifischen Kohlen- stof fdioxidemissionen der Wärmeeinheiten (42) bei der Optimierung derart berücksichtigt, dass die Gesamtkohlenstof fdi- oxidemission minimiert wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Optimierung mittels einer Zielfunktion erfolgt, die die Gesamtkohlenstof fdioxidemission in Abhängigkeit der spezifischen Kohlenstof fdioxidemissionen umfasst.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Steuerungsplattform (1) mittels der Optimierung die bezüglich der Zielfunktion optimalen Wärmeaustausche für einen kommenden Tag, insbesondere den nächsten Tag, ermittelt.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Steuerungsplattform (1) als lokale Energiemarktplattform ausgebildet ist, die die Wärmeaustausche basierend auf von den Energiesystemen (4) an diese übermittelten Informationen steuert.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass die übermittelten Informationen technische Informationen über die jeweiligen Wärmeeinheiten (42) , insbesondere die spezifischen Kohlenstof fdioxidemissionen, eine maximal bereitste!!- bare Wärmemenge und/oder eine maximale verbrauchbare Wärmemenge, umfassen.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Wärmebereitstellung durch regenerativ gewonnene elektrische Energie erfolgt.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass für die Wärmeaustausche ein Nahwärmenetz, ein Fernwärmenetz, ein Nahkältenetz, ein Fernkältenetz und/oder ein Dampfnetz verwendet wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass jedes der Energiesysteme (4) eine Messeinheit aufweist, wobei die Messeinheit die jeweilige Wärmebereitstellung und/oder den jeweiligen Wärmeverbrauch erfasst und an die Steuerungsplattform (1) übermittelt.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass die jeweilige Messeinheit die jeweiligen spezifischen Kohlen- stof fdioxidemissionen an die Steuerungsplattform (1) übermittelt.
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass zusätzlich das Steuern der elektrischen Energieaustausche zwischen den Energiesystemen (4) durch die Steuerungsplattform (1) erfolgt.
11. Steuerungsplattform (1) zum Steuern von Wärmeaustauschen zwischen mehreren Energiesystemen (4) , wobei jedes Energiesystem (4) eine oder mehrere Wärmeeinheiten (42) zur Wärmebereitstellung und/oder zum Wärmeverbrauch aufweist, und die Energiesysteme (4) Wärme über ein bezüglich der Energiesysteme (4) externes Wärmenetz (2) austauchen können, wobei das Steuern der Wärmeaustausche mittels der bezüglich der Energiesysteme (4) zentralen Steuerungsplattform (1) erfolgt, die dazu ausgebildet ist, die Wärmeaustausche zwischen den Energiesystemen (4) basierend auf einer Optimierung zu steuern, 19 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsplattform (1) dazu ausgebildet ist, die jeweiligen spezifischen Kohlenstof fdi- oxidemissionen der Wärmeeinheiten (42) bei der Optimierung derart zu berücksichtigen, dass die Gesamtkohlenstof fdioxide- mission minimiert wird.
12. Steuerungsplattform (1) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass diese als lokale Energiemarktplattform ausgebildet ist.
13. Steuerungsplattform (1) gemäß einem der Ansprüche 11 oder
12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmenetz (2) als Nahwärmenetz, Fernwärmenetz und/oder Dampfnetz ausgebildet ist.
PCT/EP2021/070551 2020-10-06 2021-07-22 Verfahren zum steuern von wärme-/kälteaustauschen zwischen mehreren energiesystemen sowie steuerungsplattform WO2022073668A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020212612.7A DE102020212612A1 (de) 2020-10-06 2020-10-06 Verfahren zum Steuern von Wärme-/Kälteaustauschen zwischen mehreren Energiesystemen sowie Steuerungsplattform
DE102020212612.7 2020-10-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022073668A1 true WO2022073668A1 (de) 2022-04-14

Family

ID=77317003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/070551 WO2022073668A1 (de) 2020-10-06 2021-07-22 Verfahren zum steuern von wärme-/kälteaustauschen zwischen mehreren energiesystemen sowie steuerungsplattform

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020212612A1 (de)
WO (1) WO2022073668A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
DE102018221156A1 (de) * 2018-12-06 2020-06-10 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung von Energieflüssen zwischen Komponenten eines Energiesystems
DE102019201463A1 (de) * 2019-02-05 2020-08-06 Siemens Aktiengesellschaft Energiesystem, lokaler Energiemarkt und Verfahren zum Betrieb eines Energiesystems

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102236833B (zh) 2010-04-30 2016-04-06 新奥科技发展有限公司 实现能源优化利用的泛能网及提供能源交易和服务的方法
US9171276B2 (en) 2013-05-06 2015-10-27 Viridity Energy, Inc. Facilitating revenue generation from wholesale electricity markets using an engineering-based model

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
DE102018221156A1 (de) * 2018-12-06 2020-06-10 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung von Energieflüssen zwischen Komponenten eines Energiesystems
DE102019201463A1 (de) * 2019-02-05 2020-08-06 Siemens Aktiengesellschaft Energiesystem, lokaler Energiemarkt und Verfahren zum Betrieb eines Energiesystems

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIU XUEZHI ET AL: "Optimal coordinated operation of a multi-energy community considering interactions between energy storage and conversion devices", APPLIED ENERGY, vol. 248, 24 April 2019 (2019-04-24), pages 256 - 273, XP085685257, ISSN: 0306-2619, DOI: 10.1016/J.APENERGY.2019.04.106 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020212612A1 (de) 2022-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011051673A1 (de) Energieverwaltungssystem
Lovins Negawatts: Twelve transitions, eight improvements and one distraction
DE102008063954B3 (de) Verfahren zum Regeln mindestens einer dezentralen Energieversorgungsanlage nach zumindest ökologischen Zielvorgaben, die insbesondere die Minimierung von CO2-Emissionen umfassen, sowie nach dem Verfahren geregelte dezentrale Energieversorgungsanlage
Filgueiras et al. Wind energy in Brazil—present and future
EP4193315A1 (de) Verfahren zum steuern von strom- und wärmeaustauschen zwischen mehreren energiesystemen mittels einer zentralen steuerungsplattform
EP2738362A1 (de) Kraftwärmekopplungssystem
DE102019201463A1 (de) Energiesystem, lokaler Energiemarkt und Verfahren zum Betrieb eines Energiesystems
EP1987402A1 (de) Modellbasierte prädiktive regelung einer gebäude-energieanlage
EP3767770A1 (de) Verfahren zum steuern eines austausches von energien innerhalb eines energiesystems sowie energiesystem
DE102018221156A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung von Energieflüssen zwischen Komponenten eines Energiesystems
EP2843788A2 (de) Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerkssystems
WO2020043522A1 (de) Verfahren zum steuern eines austauschs von energie zwischen energiesubsystemen zu angeglichenen konditionen; steuerungszentrale; energiesystem; computerprogramm sowie speichermedium
EP4150731A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum steuern von energieaustauschen
EP4081739A1 (de) Steuerung eines wärmenetzes
Alaileh et al. Energy efficiency and demand side management in Abu Dhabi
WO2022073668A1 (de) Verfahren zum steuern von wärme-/kälteaustauschen zwischen mehreren energiesystemen sowie steuerungsplattform
Bühler Integration of renewable energy sources using microgrids, virtual power plants and the energy hub approach
DE102018213705A1 (de) Verfahren zum Berechnen von elektrischen Leistungstransfers für einen lokalen Energiemarkt sowie lokaler Energiemarkt
Abhyankar et al. 2030 Report: Powering America’s Clean Economy
EP3872719A1 (de) Verfahren zur ermittlung eines ausfallrisikos
DE102020209046A1 (de) Verfahren zum Steuern von Wärmeaustauschen zwischen mehreren Energiesystemen sowie Steuerungsplattform
DE102020212611A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Energiesystems mittels eines Energiemanagementsystems
EP4092504A1 (de) Steuereinheit sowie verfahren zur steuerung eines betriebes einer wärmeerzeugungsanlage eines energiesystems
Nasiakou et al. Simulating active and reactive energy markets
EP3719738A1 (de) Koordinationsmodul, intelligenter stromzähler, lokaler energiemarkt sowie energiesystem und verfahren zum betrieb eines energiesystems

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: 21754736

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21754736

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1