DE102011105158A1

DE102011105158A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verwalten elektrischer Energie in einem Stromnetz

Info

Publication number: DE102011105158A1
Application number: DE102011105158A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: ADS TEC GmbH
Current assignee: ADS TEC Energy GmbH
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-10-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verwalten elektrischer Energie in einem Stromnetz (12). Es ist ein Rechner (10, 20) zur Steuerung eines Energieauftrags (30), ein Spannungswandler (7) und ein mit dem Stromnetz (12) verbundener elektrischer Energiespeicher (1) zur Aufnahme oder Abgabe elektrischer Energie vorgesehen, wobei ein Messgerät (8) die zwischen dem Stromnetz (12) und dem Energiespeicher (1) transportierte elektrische Energie erfasst. Dem Rechner (10, 20) wird ein Energieauftrag (30) für einen Energiefluss aus dem oder in das Stromnetz (12) erteilt, worauf der Rechner (10, 20) einen Energiefluss initiiert, und die während der Verbindung mit dem Stromnetz (12) fließende elektrische Energie gemessen und bei Erreichen des geforderten Auftragsziels der Energiefluss beendet wird. Das Messgerät (8) meldet die transportierte Energiemenge als Datensatz (33), und der Rechner (10, 20) führt den Energieauftrag (30) und den Datensatz (33) des Messgerätes zusammen, wonach die Daten in einem anschließenden Arbeitsschritt verarbeitet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verwalten elektrischer Energie in einem Stromnetz.
Die Stromversorgung großer Energieanbieter muss so ausgelegt sein, dass einerseits eine ausreichende Grundlast zur Verfügung gestellt ist und andererseits eine ausreichende Kapazität zur Verfügung stehen muss, wenn Spitzenlasten auftreten. Die Bereitstellung von Spitzenlasten erfolgt unter Berücksichtigung von Erfahrungswerten, Berechnungen und Simulationen, wobei trotz weitgehend verlässlicher Abschätzung der benötigten Energiemengen Differenzmengen anfallen, die entweder als Überschuss zur Verfügung stehen oder als fehlende Kapazität das Netz belasten.
Energieanbieter nehmen von Stromerzeugern Liefermengen ab, die sich nach Erfahrungswerten und Simulationen bestimmen. Der Energieanbieter liefert dem einzelnen Verbraucher Energie über ein Stromnetz, das vom Netzbetreiber nach der zeitlich auftretenden Belastung gesteuert wird. Wird zu viel Energie eingekauft und von den Verbrauchern eines Energieanbieters nicht abgenommen, ist das Netz nicht optimal ausgelastet; wird vom Verbraucher mehr Energie verbraucht als sein Energielieferant eingekauft hat, muss die fehlende Energie teuer hinzugekauft werden, um den Bedarf zu decken. Immer dann, wenn der tatsächliche Verbrauch der Kunden eines Stromanbieters von der vorgehaltenen Liefermenge abweicht, die der Stromanbieter eingekauft hat, können erhebliche Konventionalstrafen an den Stromerzeuger oder den Netzbetreiber fällig werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verwalten elektrischer Energie in einem Stromnetz anzugeben, mit dem einerseits kurzfristig Energiemengen aus dem Stromnetz abgezogen werden können (Senke), und andererseits nach Bedarf in das Stromnetz eingespeist (Quelle) werden können, um das Netz gleichmäßig auszulasten.
Die Aufgabe wird nach dem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren gelöst.
Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebene elektrische Energiespeicher kann je nach Bedarf als Quelle, Senke oder auch als Netzstabilisator eingesetzt werden. Liegt z. B. in einem Stromnetz ein Energieüberschuss vor, wird mit einem Energieauftrag an das System veranlasst, dass Energie in den Energiespeicher geladen und somit das Stromnetz belastet wird. Fehlt im Netz Energie, kann kurzfristig z. B. über einen aus dem Energiespeicher phasenrichtig in das Stromnetz elektrische Energie eingespeist werden, um den erhöhten Bedarf zu decken.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es z. B. einem Stromanbieter möglich, das Stromnetz permanent zu überwachen und immer dann einzugreifen, wenn die von ihm berechneten Liefermengen unter- oder überschritten werden. Es kann ein Portal gebildet werden, das nach einem vorgegebenen Regelwerk belastend oder einspeisend in das Stromnetz eingreift und damit die Schwankungsbreite zwischen der im Netz bereitgestellten Energiemenge und der vom Verbraucher abgenommenen Energiemenge reduziert.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist aber auch ein wirtschaftliches Verwalten von Energie möglich. Ein Benutzer kann z. B. die Energiespeicher durch Verwendung von selbst produzierten Strom aufladen und die eingespeiste Energiemenge erst dann verbrauchen, wenn hierzu Bedarf besteht, z. B. weil die gelieferte Energie teuer ist. Der Benutzer selbst muss hierzu keinen Energiespeicher bereitstellen, sondern kann über ein Portal einen beliebigen der Energiespeicher eines Dritten nutzen, die an das Portal angeschlossen sind. So kann z. B. über Tag durch Solarstrom produzierte Energie als definiertes Energiepaket in einem beliebigen Energiespeicher abgelegt werden und dieses identische Energiepaket vom Benutzer bei Bedarf wieder abgerufen werden, z. B. um es selbst aufzubrauchen oder einem anderen Dritten zur Verfügung zu stellen.
Es ist somit möglich, aufgrund des Verwaltens elektrischer Energie aus einem Stromnetz die elektrische Energie portioniert wie Ware an Börsen einzukaufen oder zu verkaufen, da die dezentralen Energiespeicher jederzeit elektrische Energie aus dem Stromnetz abziehen oder in das Stromnetz einspeisen können. Mit dem Verfahren ist ein portioniertes Verwalten von Energie möglich. Dabei ist ein Energiespeicher ähnlich einer Festplatte in der digitalen Datenverarbeitung partitioniert, wobei die jeweiligen Partitionen eine definierte Energiemenge aufnehmen.
Bevorzugt sind die Daten des Energieauftrags und der Datensatz des Messgerätes fälschungssicher zertifiziert oder signiert. Dadurch ist auch sichergestellt, dass die Energieaufträge und die jeweiligen Daten der Ausführung sicher einander zugeordnet werden können, auch wenn mehrere dezentrale Energiespeicher jeweils mit einem gleichen Stromnetz verbunden werden und deren Spannungswandler und Messgeräte über ein Netzwerk mit einem Rechner, insbesondere einem Portal kommunizieren.
Als Energiespeicher eignet sich insbesondere ein Akkuspeicher aus Akkumodulen, insbesondere solche mit auf Lithium basierenden Zellen, so z. B. Lithium-Ionen-Zellen oder dgl. leistungsfähigen Zellen, wobei die geladene elektrische Energie jeweils auf alle Zellen des Akkuspeichers verteilt und aus diesen abgezogen wird. Ein im Akkuspeicher vorhandenes Batteriemanagementsystem (BMS) stellt dabei ein gleichmäßiges Aufladen bzw. ein gleichmäßiges Entladen der Einzelzellen sicher.
Vorteilhaft ist am Standort des Energiespeichers ein Steuergerät vorgesehen, das als Rechner ausgebildet den Energieauftrag nach einem Regelwerk steuert und ausführt und nach Laden der im Energieauftrag festgelegten Energiemenge den Energieauftrag als ausgeführt dem Rechner zurückmeldet. Dabei kann das Pegelwerk anteilig als lokales Regelwerk im Steuergerät abgelegt werden und als anteiliges zentrales Regelwerk in einem übergeordneten Rechner. Zweckmäßig kann der übergeordnete Rechner mit weiteren, dezentralen Rechnern zu einem Rechenzentrum mit einem einzigen, zentralen Regelwerk zusammengefasst werden.
In besonderer Ausführung der Erfindung kann der Rechner das Stromnetz überwachen und nach einem vorgegebenen Regelwerk selbständig einen Energieauftrag auslösen. Dabei kann die Ausführung des Auftrags an einen vorgegebenen Zeitpunkt und/oder an ein vorgegebenes Zeitfenster gebunden werden.
Nach dem Verfahren stellt der oder stellen die dezentralen Speicher ihre verfügbare Speicherkapazität als Quelle und/oder Senke dem Stromnetz online über den Rechner und ein entsprechendes EDV-Portal als Angebot für zweckmäßig registrierte Kunden zur Verfügung. Kunden können damit dynamisch bei Bedarf überschüssige Energiemengen ”parken” oder früher gespeicherte – insbesondere eigene – Energiemengen (Energiepakete) abrufen. Zweckmäßig ist, dass ein potentieller Nutzer am EDV-Portal registriert und angemeldet worden ist. Vorzugsweise besitzt der Auftraggeber eine zertifizierte Identität. Das individuelle Angebotsverhalten einzelner dezentraler Energiespeicher kann umfangreich und komplex in den Regelwerken konfiguriert und hinterlegt werden. Somit kann beispielsweise festgelegt werden, nach welchen Methoden oder Strategien ein Energiespeicher seine Leistungen zur Verfügung stellt, wie viel Restenergie im Energiespeicher verbleiben soll usw..
Angeboten werden können definierte Energiemengen bzw. Speicherkapazitäten (beispielsweise in KWh) oder aber auch dezidierte Leistungsverläufe über eine festlegbare Zeitachse (jeweils für Bezug oder Einspeisung). Es kann definiert werden, zu welchen Zeitpunkten oder aufgrund welcher Trigger-Ereignisse die jeweiligen Energieaufträge ausgeführt und abgefahren werden (zum Beispiel zeitabhängig, kostenabhängig, manueller Trigger, Online-Signal, Entscheidungsbäumen etc.). Ebenfalls können Fristen festgelegt werden, innerhalb derer Energieaufträge abgearbeitet werden sollen. Energieaufträge und Leistungen können nach vorab vereinbarten Preisen oder auf Basis von Online-Auktionen vergeben werden. Ein Speicher kann optional von vielen verschiedenen Kunden benutzt werden. Ein potentieller Kunde muss am Portal vorab registriert worden sein und über ein eindeutiges Kundenzertifikat verfügen, also eine zertifikatsbasierte Identität besitzen. Gemeinsam mit einer Zählerzertifikat des jeweiligen Speichers können dann einzelne Energieaufträge exakt zugeordnet und abgerechnet werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst einen Energiespeicher, der als Akkuspeicher ausgebildet und über einen Spannungswandler mit dem Stromnetz verbunden ist. Ein Messgerät dient der Erfassung der zwischen dem Stromnetz und dem Akkuspeicher transportierten elektrischen Energie, wobei das Messgerät und der Spannungswandler mit einem Steuergerät verbunden sind. Dieses Steuergerät kann vor Ort nahe dem Akkuspeicher vorgesehen sein und ist insbesondere ein Rechner, der über ein Netzwerk mit einem übergeordneten Rechner in Verbindung steht. Es kann ausreichend sein, das Steuergerät als Router auszubilden, der über das Netzwerk mit einem Rechner verbunden ist.
Vorteilhaft ist der Energiespeicher, der Spannungswandler und das Messgerät als Baueinheit zusammengefasst, wobei die Baueinheit an einem beliebigen Standort – vorteilhaft dreiphasig – an das Stromnetz und – über eine Datenleitung – an ein Netzwerk angeschlossen ist. Die Baueinheit kann in einem Container zusammengefasst sein, der an einem beliebigen Standort aufgestellt werden kann.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung die Struktur einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine Übersicht zum Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 1 ist mit 1 ein Energiespeicher bezeichnet, der im Ausführungsbeispiel aus einem Akkuspeicher 2 mit einer Vielzahl von Akkumodulen 3.1, 3.2, 3.n besteht. Die Akkumodule 3.1, 3.2, 3.n sind in einer Reihe 4 hintereinander geschaltet, wobei mehrere Reihen 4.1 bis 4.n zueinander parallel geschaltet liegen und über Stromschienen 5 und 6 miteinander elektrisch kontaktiert sind. Die Stromschienen 5 und 6 des Akkuspeichers 2 sind an einen Spannungswandler 7 angeschlossen, der die Gleichspannung (DC) des Akkuspeichers 2 in eine dreiphasige Wechselspannung (AC) transformiert, die über Anschlussleitungen 11 mit einem externen Stromnetz 12 verbunden ist. In der dreiphasigen Leitungsverbindung ist ein geeichtes Messgerät 8 eingeschleift, das bevorzugt als Smart Meter 9 ausgebildet ist. Sowohl der Spannungswandler 7 als auch das Messgerät 8 sind über Datenleitungen 13, 14 mit einem Steuergerät 10 verbunden, welches vorteilhaft als Rechner und/oder Router ausgebildet ist. Das Steuergerät 10 ist über ein Netzwerk 15 mit einem vorteilhaft als PC ausgeführten zentralen Rechner 20 verbunden, der sowohl zum Speichern als auch zum Weiterleiten und Verarbeiten von Daten ausgebildet ist. Die Verbindung des Netzwerks 15 ist bevorzugt eine Secure Network Tunnel-Verbindung, die als sichere Verbindung einen störungsfreien sicheren Datenverkehr zwischen dem zentralen Rechner 20 und dem Steuergerät 10 gewährleistet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner ein Client 19 (Benutzer) vorgesehen, der über ein Terminal 18 und ein Netzwerk 17 ebenfalls mit dem zentralen Rechner 20 in Verbindung steht. Auch diese Verbindung ist vorteilhaft als Secure Network Tunnel-Verbindung ausgestaltet, die eine sichere, vertrauliche Übermittlung der Daten zwischen dem Terminal 18 und dem zentralen Rechner 20 gewährleistet.
Der Energiespeicher 1, im Ausführungsbeispiel der Akkuspeicher 2, der Spannungswandler 7 und das geeichte Messgerät 8 werden vorteilhaft als Baueinheit 16 zusammengefasst. Die Baueinheit umfasst zweckmäßig auch das Steuergerät 10 bzw. einen Router, welches über die Datenleitungen 13 und 14 mit dem Spannungswandler 7 bzw. dem Messgerät 8 kommuniziert. Die Baueinheit 16 weist somit im Wesentlichen einen Anschluss 40 zur dreiphasigen Verbindung mit dem Stromnetz 12 und einen Datenanschluss 50 zur Verbindung mit dem Netzwerk 15 auf. Die Netzwerke 15 und 17 sind bevorzugt öffentliche Netzwerke, z. B. das Internet oder dgl.. Mehrere derartiger Baueinheiten 16, die an verschiedenen Orten stehen, bilden einen dezentralen Energiespeicher 100 (2). Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand einer Baueinheit 16 erläutert.
Die – an einem beliebigen Standort vorgehaltene – Baueinheit 16 dient als Quelle bzw. als Senke für das Stromnetz 12. Stellt z. B. ein Stromanbieter fest, dass die in das Netz eingespeiste Energie von seinen zu beliefernden Verbrauchern nicht abgerufen wird, so kann er als Client 19 über ein Terminal einen Energieauftrag 30 an den zentralen Rechner 20 bzw. das Rechenzentrum schicken. Dieser Energieauftrag 30 wird – mit dem Zertifikat und/oder der Signatur des Kunden versehen – im Rechenzentrum verarbeitet und als entsprechender Energieauftrag 30 an einen Energiespeicher 1 an einen geeigneten Standort gesendet, an dem der Energiespeicher 1 die ausreichende Kapazität zum Ausführen des Energieauftrags 30 aufweist. Sollte das Rechenzentrum feststellen, dass die Vielzahl der angeschlossenen Energiespeicher 1 den Energieauftrag einzeln nicht abarbeiten können, da eine einzelne Kapazität zu gering ist, kann der Energieauftrag vom Rechenzentrum in Teilaufträge aufgesplittet werden und die Teilaufträge auf die verschiedenen dezentralen Energiespeicher an verschiedenen Standorten aufgeteilt werden.
Im Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass der dargestellte Energiespeicher 1 ausreichend Kapazität aufweist, um den erteilten Energieauftrag 30 abzuarbeiten. Das Rechenzentrum wählt daher den in 1 dargestellten Energiespeicher 1 aus – gleich an welchem Standort er sich befindet – und sendet den Energieauftrag 30 an das Steuergerät 10 der Baueinheit 16. Das Steuergerät 10 hat eine derartige Intelligenz, dass es den Energieauftrag vorgabegerecht abarbeiten kann, wozu das Steuergerät 10 zunächst den Spannungswandler 7 derart steuert, dass sich ein Energiefluss aus dem Stromnetz 12 in die Akkumodule des Akkuspeichers 2 ergibt, also Ladung in dem Energiespeicher 1 gespeichert wird. Die aus dem Stromnetz 12 über den Spannungswandler 7 in den Akkuspeicher 2 fließende Energie wird von dem Messgerät 8 präzise erfasst und – vorzugsweise signiert – über die Datenleitung 14 dem Steuergerät 10 mitgeteilt. Ist die im Energieauftrag 30 vorgegebene Energiemenge erreicht, wird das Steuergerät 10 den Spannungswandler 7 derart einstellen, dass ein Energieaustausch zwischen dem Stromnetz 12 und dem Akkuspeicher 2 unterbunden ist; es fließt keine Ladung mehr. Das Steuergerät 10 meldet dem zentralen Rechner 20 die Daten der Ausführung des Energieauftrags 30 in einem protokolierten signierten und zertifizierten Datensatz 33, der z. B. die transportierte Energiemenge, die Zeit der Ausführung, die Dauer der Ausführung usw. enthalten kann. Der Datensatz 33 kann zur eindeutigen Zuordnung auch Daten des Energieauftrags 30 selbst enthalten. Der Rechner 20 stellt die ordnungsgemäße Erledigung des Energieauftrags 30 fest, führt alle Daten zusammen, signiert und verarbeitet diese in einem anschließenden Arbeitsschritt. In einer Portaldatenbank des zentralen Rechners 20 oder einem dezentralen Datenspeicher werden die Daten des signierten Auftrags und der Ort des dem Auftrag entsprechend geladenen Energiepaketes zusammengeführt und abgelegt. Damit können einzelne Energiepakete unterschiedlicher Aufträge als virtuelle Pakete einzeln verwaltet, identifiziert und abgerufen werden.
Stellt ein Energielieferant fest, dass kurzfristig ein erhöhter Energiebedarf über seiner prognostizierten Liefermenge besteht, so kann er diesen durch Zukauf der im Akkuspeicher 2 gespeicherten Energie oder durch Abrufen eines von ihm früher abgespeicherten Energiepaketes kurzfristig ausgleichen. Er kann als Client 19 über ein Terminal 18 wiederum einen Energieauftrag 30 erteilen, z. B. 15 kWh einspeisen, der durch Einspeisen der elektrischen Energie in das Stromnetz 12 abgearbeitet wird. Der Ablauf der Verfahrensschritte erfolgt entsprechend den Verfahrensschritten bei der Speicherung von Energie, wobei bei Abrufen eines früher gespeicherten Energieauftrags die dem Energieauftrag entsprechende Energie vorteilhaft aus dem Energiespeicher abgerufen wird, in dem sie abgespeichert wurde. Dies wird durch die im zentralen Rechner gespeicherten Datensätze zu den jeweiligen Energieaufträgen gewährleistet.
In besonderer Ausbildung der Erfindung kann der zentrale Rechner 20 das Stromnetz 12 überwachen und bei einer zu erwartenden Abweichung der benötigten Energiemenge von der prognostizierten Energiemenge nach Entscheidungsstrategien eines vorgegebenen Regelwerks selbständig einen Energieauftrag auslösen, um einen Energiespeicher als Quelle oder Senke an das Netz anzuschließen. Dabei kann die Ausführung des Auftrags an einen vorgegebenen Zeitpunkt und/oder an ein vorgegebenes Zeitfenster gebunden werden.
Ein erfindungsgemäßer Energiespeicher kann neben der reinen Speicherfunktion insbesondere auch als netzstabilisierende Komponente eingesetzt werden. Im Energiespeicher können Rückspeiseenergien aus dem Verbrauchsnetz (zum Beispiel von Motoren, die im Generatorbetrieb arbeiten) gespeichert und anschließend wieder zur Verfügung gestellt werden. Leistungsspitzen können über den Speicher ”abgefangen” werden, und somit kann die Netzseite hinsichtlich des Lastganges homogenisiert werden. Damit können Blindleistungen kompensiert werden, die dann nicht mehr auf der Netzseite zu Belastungen führen. Als weitere Netzstabilisierung kann ein optionaler USV-Betrieb (unterbrechungsfreie Stromversorgung) realisiert werden. Über definierbare Parameter in den Regelwerken kann der Zustand eines Netzausfalls frühzeitig erkannt werden. Das Versorgungsnetz kann dann abgeschaltet und auf Akkuversorgung umgeschaltet werden. In diesem Fall übernimmt die Leistungselektronik des Energiespeichers die Frequenzregelung des Netzes. Die Wiederankopplung an das Energienetz erfolgt synchronisiert, so dass ein möglichst phasengleiches Umschalten auf Netzbetrieb gewährleistet ist.
Die Baueinheit 16 eines dezentralen Energiespeichers 1 arbeitet bevorzugt am 400 Volt Niederspannungsnetz, kann aber auch in Stromnetze im Bereich einer Mittelspannung eingebunden werden. Dabei kann jeder Energiespeicher über das Netzwerk 15 mit einem oder auch mit mehreren zentralen Rechnern in Verbindung stehen, so dass die Nutzung des einzelnen Energiespeichers nicht nur über einen zentralen Rechner möglich ist, sondern von mehreren zentralen Rechnern aus. Der Energiespeicher kann dabei gezielt als Quelle oder Senke des Stromnetzes 12 oder auch als Netzstabilisator genutzt werden. Der Status des Energiespeichers kann von einem zentralen Rechner abgefragt und abgespeichert werden.
In Weiterbildung der Erfindung können die Energieaufträge in Abhängigkeit von vorgegebenen Regelwerken automatisch ausgelöst werden. Die Regelwerke können in einem zentralen Rechner ebenso abgearbeitet werden wie in den einzelnen Steuergeräten 10 als lokales Regelwerk vor Ort. In einem Regelwerk werden Parameter wie Energiebedarfsanforderungen, zeitweise Energieeinspeisung oder -abnahme, definierte Energiemengentransporte (ins Netz oder in den Speicher), Netzstabilisierungsanforderungen (Blindleistungskompensation, USV-Betrieb oder dgl.) berücksichtigt.
Alle zwischen der Baueinheit 16 und dem zentralen Rechner 20 ausgetauschten Daten werden manipulationssicher elektronisch signiert, wobei jedem einzelnen Energieauftrag auch mehrere manipulationssichere Zertifikate zugewiesen werden können. Die Rückmeldungen von dem Steuergerät 10 an das Rechenzentrum umfassen dabei dann jeweils die Datensätze 33 der Zählerwerte, vom geeichten Zäher signiert und sonstige Daten wie Auftragskennung, Zeiten und dgl.. Auch im Rechenzentrum sind damit beliebige Mengen an Energieaufträgen eindeutig voneinander zu unterscheiden, selbst wenn alle Zählerwerte letztendlich vom gleichen Messgerät 8 gezählt und signiert worden sind. Eine dienstbezogene Auftragsabrechnung an unterschiedliche Benutzer ist somit abgesichert und manipulationsgeschützt möglich.
Der Energiespeicher 1 kann neben der reinen Speicherfunktion aber auch als netzstabilisierende Komponente eingesetzt werden. Es können Rückspeiseenergien aus dem Verbrauchsnetz durch z. B. im Generatorbetrieb arbeitende Motoren gespeichert und bei Bedarf wieder zur Verfügung gestellt werden. So können Leistungsspitzen über den Speicher sicher abgefangen und Blindleistungen kompensiert werden. Dies erhöht die Netzstabilität. Optional ist auch ein USV-Betrieb (unterbrechungsfreie Stromversorgung) realisiert werden. Über definierbare Parameter in den verwendeten Regelwerken kann der Zustand eines Netzausfalls erkannt werden und der Energiespeicher zeit- und phasenrichtig an das Stromnetz 12 angeschlossen werden. In diesem Fall übernimmt die Leistungselektronik der Baueinheit 16 die Frequenzregelung des Netzes.
Anstelle des Steuergerätes 10 kann sowohl der Spannungswandler 7 als auch das Messgerät 8 über einen Router an das Netzwerk 15 angeschlossen werden, so dass der Spannungswandler 7 unmittelbar mit dem zentralen Rechner 20 kommuniziert und von diesem gesteuert wird. Die Daten des geeichten Messgerätes 8 (Smart Meter 9) werden so ebenfalls unmittelbar dem Rechner 20 zur Verfügung gestellt.
In 2 sind die Abläufe des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch wiedergegeben. Einem am Portal des Zentralrechners 20 angemeldeten Auftraggeber ist eine zertifikatsbasierte Identität zugeordnet, so dass jeder erteilte Auftrag des Auftraggebers fälschungssicher identifiziert werden kann. Erteilt der Auftraggeber einen Energieauftrag wie z. B. ”Lade 15 kWh in den Speicher”, so wird der Energieauftrag im zentralen Rechner 20 signiert und über das Datennetz 15 (z. B. Internet) an einen der Akkuspeicher 2 des dezentralen Energiespeichers 100 gesendet. Hierzu kommunizieren die Akkuspeicher 2 des dezentralen Energiespeichers 100 über das Datennetz 15 mit dem Zentralrechner 20. Ein über das Datennetz 15 angesprochener Akkuspeicher 2 validiert den erhaltenen Energieauftrag und führt den Auftrag durch; der Akkuspeicher lädt 15 kWh aus dem Energienetz. Hierzu sind alle Akkuspeicher 2 über entsprechende Anschlüsse 40 mit dem Stromnetz 12 verbunden, wobei das Stromnetz über Anschlüsse 44 mit Stromerzeugern (Quelle 101) und Verbrauchern (Senke 102) verbunden ist.
Der angewählte Akkuspeicher 2 führt den Auftrag aus, z. B. ”Lade 15 kWh in den Speicher”, wobei die geladene Energie vom Smart Meter des ladenden Akkublocks 2 gemessen und der Messwert signiert und/oder zertifiziert wird. Der signierte Messwert des Smart Meters 9 wird mit den Daten des Energieauftrags 30, so z. B. Auftragsnummer, Auftraggeber, Datum, Zeit usw. zusammengefasst und vorteilhaft nochmals als Ganzes manipulationssicher signiert oder zertifiziert. Das so erhaltene Auftragsergebnis wird – über das Datennetz 15 – an den Auftraggeber am Portal quittiert. Der erteilte Energieauftrag 30 ist abgearbeitet.
In einer Portaldatenbank des Zentralrechners 20 und/oder einem dezentralen Speicher 22 wird jeder Energieauftrag mit den dazugehörigen Daten abgelegt und vermerkt, in welchem Akkuspeicher 2 des dezentralen Energiespeichers 100 ein dem Energieauftrag zugeordnetes Energiepaket Nr. xxxx geladen wurde. Ein Auftraggeber kann somit jederzeit den von ihm erteilten Energieauftrag 30 mit allen dazugehörigen Daten und den Ort des geladenen zugehörigen Energiepaketes Nr. xxxx identifizieren. In 2 sind beispielhaft geladene Energiepakete Nr. 4713, 4714 und 4715 dargestellt. Dadurch ist es möglich, die Energiepakete Nr. xxxx einzeln zu identifizieren und zu verwalten, so dass beliebige Regelwerke zur Verwaltung von Energiepaketen genutzt werden können.
Es ist auch möglich, einen einzelnen zertifizierten und signierten Energieauftrag mit mehreren Energiepaketen zu kumulieren. Wird z. B. ein signierter Auftrag 30 erteilt, 20 kWh zu laden, so kann der Auftrag in mehrere Energiepakete gestückelt werden, so z. B. in ein Energiepaket Nr. 4713 mit 10 kWh, ein Energiepaket Nr. 4714 mit 6 kWh und ein Energiepaket Nr. 4715 mit 4 kWh. Die gestückelten Energiepakete eines Auftrags können in einem oder mehreren Akkuspeichern 2 des dezentralen Energiespeichers 100 geladen sein; über die im Portal gespeicherten Auftragsdaten kann jederzeit jedes einzelne Energiepaket verwaltet und aufgerufen werden.
Neben der intelligenten Auftragskennzeichnung des dezentrale Energiespeichers 100 und der signierten Messwerte des am jeweiligen Anschluss 40 eines Akkublocks 2 vorgesehenen Smart Meters 9 kann auch auf der Netzseite der Quellen 101 (Stromerzeuger, Kraftwerke, Windräder, Solarzellen usw.) und Senken 102 (Verbraucher) eine intelligente Auftragskennzeichnung optional vorgesehen sein und an dem Anschluss 44 einer Senke 102 oder Quelle 101 ein Smart Meter zur Erfassung des Energieflusses vorgesehen sein. Dies ist vorteilhaft, wenn z. B. ein Auftraggeber zum Speisen einer Senke 102 ein Energiepaket Nr. xxxx abruft; das Smart Meter 109 erfasst, welche Energiemenge in die Senke 102 geflossen ist und den signierten Messwert zusammen mit einer intelligenten Auftragskennzeichnung verbindet und nach Abschluss des Auftrags ”Senke mit xx kWh gespeist” an das Portal meldet. Die Daten des Energieauftrags können mit denen des genutzten Energiepaketes abgeglichen und die ordnungsgemäße Erledigung des Auftrags ”Senke mit xx kWh speisen” dem Auftraggeber am Portal gemeldet werden. Eventuelle Abweichungen zwischen dem ”gelieferten” Energiepaket und der in der Senke ”angekommenen” Energiepaket können festgestellt werden.

Claims

Verfahren zum Verwalten elektrischer Energie, mit einem Rechner (10, 20) zur Steuerung eines Energieauftrags (30), mit einem elektrischen Energiespeicher (1) zur Aufnahme oder Abgabe elektrischer Energie, und mit einem Messgerät (8) zum Erfassen der in den Energiespeicher (1) transportierten elektrischen Energie, wobei dem Rechner (10, 20) ein Energieaustrag (30) für einen Energiefluss in den Energiespeicher (1) oder aus dem Energiespeicher (1) erteilt wird, worauf der Rechner (10, 20) einen Energiefluss initiiert, und die während einer Zeitspanne fließende elektrische Energie gemessen und bei Erreichen des geforderten Auftragsziels der Energiefluss beendet und das Messgerät (8) die transportierte Energiemenge als Datensatz (33) meldet, und der Rechner (10, 20) den Energieauftrag (30) und den Datensatz (33) des Messgerätes (8) zusammenführt und die Daten in einem anschließenden Arbeitsschritt verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieauftrag (30) zertifiziert und/oder signiert wird und im den Auftrag (30) empfangenden Energiespeicher (1) validiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Messgerät (8) gelieferten Daten zertifiziert und/oder signiert werden und mit den Daten des Energieauftrags (30) zusammengefasst und als Ganzes signiert und/oder zertifiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die als Ganzes signierten und/oder zertifizierten Daten als Auftragsergebnis dem Rechner (10, 20) übermittelt und quittiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere dezentrale Energiespeicher (1) jeweils mit einem Stromnetz (12) verbunden werden und deren Messgeräte (8) über ein Netzwerk (15) mit einem Rechner (20) kommunizieren.
Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (1) ein Akkuspeicher (2) ist und die elektrische Energie auf alle Zellen des Akkuspeichers (2) verteilt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Standort des Energiespeichers (1) ein Steuergerät (10) vorgesehen ist, das einen Energieauftrag (30) nach einem Regelwerk steuert und das Ergebnis des Energieauftrags (30) zurückmeldet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelwerk anteilig als lokales Regelwerk im Steuergerät (10) und anteilig als zentrales Regelwerk in einem übergeordneten Rechner (20) abgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner ein Stromnetz (12) überwacht und ein Energieauftrag nach einem vorgegebenen Regelwerk vom Rechner selbstständig ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausführung des Auftrags an einen vorgegebenen Zeitpunkt und/oder an ein vorgegebenes Zeitfenster gebunden wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (1) ein Akkuspeicher (2) ist, der über einen Spannungswandler (7) mit einem Stromnetz (12) verbunden ist und ein Messgerät (8) zur Erfassung der zwischen dem Stromnetz (12) und dem Energiespeicher (1) transportierten elektrischen Energie umfasst, wobei das Messgerät (8) und der Spannungswandler (7) mit einem Steuergerät (10) verbunden sind, das über ein Netzwerk (15) mit einem übergeordneten Rechner (20) in Verbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (10) ein Router oder ein Rechner ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner ein dezentraler Rechner ist, der über ein gesichertes Netzwerk (15) mit einem Rechenzentrum in Verbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (8) ein Smart Meter (9) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (1), der Spannungswandler (7) und das Messgerät (8) als eine Baueinheit (16) zusammengefasst sind, und die Baueinheit (16) an einem beliebigen Standort an das Stromnetz (12) und das Netzwerk (15) angeschlossen ist.