DE102013004334A1

DE102013004334A1 - Verfahren zum Verändern des Leistungsflusses in einem elektrischen Energieversorgungsnetz

Info

Publication number: DE102013004334A1
Application number: DE102013004334.4A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Waffner; Beata Tatarczyk; Heinrich Brockkerde
Original assignee: CUT ENERGY GmbH; CUT! Energy GmbH
Current assignee: CUT ENERGY GmbH; CUT! Energy GmbH
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2014-09-18

Abstract

Verfahren zum Erfassen einer atypischen Abschaltung einer elektrischen Last. Zur Ermittlung atypischer Abschaltungen werden folgende Schritte durchgeführt: Auswerten eines historischen Lastgangs der Last, Bestimmen einer Grundlast und einer Regelabweichung von der Grundlast aus dem historischen Lastgang, Messen eines aktuellen Lastgangs der Last, Schalten der Last abhängig von einem externen Schaltsignal, Bestimmen der Abweichung des aktuellen Lastgangs von der bestimmten Grundlast, Ausgeben der Abweichung als Schaltnachweis.

Description

Der Gegenstand betrifft ein Verfahren zum Verändern eines Leistungsflusses in einem elektrischen Energieversorgungsnetz.
Für die Netzlastplanung eines Energieversorgungsnetzes ist es notwendig, dass ein Energieversorger gegenüber dem Netzbetreiber ein Lastprofil angibt. Außerdem hat der Energieversorger dafür Sorge zu tragen, dass die von ihm den Kunden zur Verfügung gestellte Energie auch tatsächlich in das Energieversorgungsnetz eingespeist wird. Hierzu schließt der Energieversorger (Vollversorger) langfristige Verträge mit dem Energielieferanten bzw. einzelnen Kraftwerken ab. Für die Erzeugungsplanung ist es notwendig, dass der Lastgang eines Vollversorgers im Wesentlichen bekannt ist, so dass der Lastfluss im Energieversorgungsnetz im Wesentlichen ausgeglichen ist.
Aufgrund der Planung von erwarteten Lastflüssen in Energieversorgungsnetzen ist es unumgänglich, dass die elektrische Energie vom Vollversorger gemäß der Planung zu Preisen eingekauft wird, welche im Voraus zu bestimmen sind und welche nicht dem tatsächlichen zum Zeitpunkt der Energienutzung errechneten Energiepreis widerspiegeln. So kann es dazu kommen, dass der Energiepreis am Spotmarkt der Strombörse erheblich um den vom Vollversorger an den Energieerzeuger gezahlten Preis schwankt. Dennoch muss der Vollversorger die elektrische Energie von dem Energielieferanten abnehmen, entsprechend der Verträge zahlen und wie geplant seinen Abnehmern zur Verfügung stellen. Hierzu stellt der Vollversorger einen Bilanzkreis auf, der die Bilanz zwischen in das Energieversorgungsnetz eingespeister elektrischer Energie und von Nutzern aus dem Energieversorgungsnetz bezogener elektrischer Energie wiedergibt. Der Bilanzkreis eines Vollversorgers muss ausgeglichen sein. Kommt es zu Abweichungen im Bilanzkreis, ist der Vollversorger gegenüber dem Netzbetreiber zu Kompensationszahlungen verpflichtet. Insofern hat der Vollversorger ein starkes Interesse daran, dass eine Planung der elektrischen Lasten möglichst genau ist und so der Einkauf der elektrischen Energie entsprechend erfolgen kann.
Bei der Planung des Lastgangs berücksichtigt der Vollversorger historische Lastgänge seiner zu versorgenden Kunden als ganzes und ermittelt daraus einen möglichen Lastgang für die Zukunft. Abhängig von diesem geplanten Lastgang erstellt der Vollversorger seinen Bilanzkreis und kauft elektrische Energie ein. Bei der Planung des Lastgangs berücksichtigt der Vollversorger jedoch spezifische Eigenschaften von einzelnen Lasten nicht. Dies ist für den Vollversorger auch nicht notwendig, da dieser lediglich dafür Sorge tragen muss, dass sein Bilanzkreis als ganzes ausgeglichen ist.
Bei der Planung eines Lastgangs ist es jedoch möglich, spezifische Eigenschaften von Lasten zu berücksichtigen und im tatsächlichen Betrieb Lasten abhängig von ihren spezifischen Eigenschaften zu schalten. Dies ermöglicht einen Eingriff in den Leistungsfluss des Vollversorgers.
Dem Gegenstand lag die Aufgabe zugrunde, den Leistungsfluss in einem Energieversorgungsnetz abhängig von spezifischen Eigenschaften elektrischer Lasten zu beeinflussen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Jede einzelne Last für sich gesehen stellt in der Regel nur einen ganz geringen Bruchteil der Gesamtleistung dar, die ein Energieversorger zur Verfügung stellt. Der Aufwand, eine einzelne Last abhängig von ihren spezifischen Eigenschaften zu betreiben, übersteigt den wirtschaftlichen Nutzen des Vollversorgers, da durch das Zu- bzw. Abschalten einer einzelnen Last der hieraus resultierenden Nutzen gering ist und den Aufwand nicht rechtfertigt. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass eine Mehrzahl von Lasten zusammengefasst wird. Beim Zusammenfassen von zwei oder mehr Lasten lässt sich der Einfluss auf den Leistungsfluss innerhalb eines Versorgungsnetzes skalieren, so dass ein Eingriff in den Leistungsfluss einen technischen und wirtschaftlichen Nutzen haben kann.
Viele Lasten erlauben jedoch keinen bzw. nur einen sehr geringen Eingriff in ihren Betrieb. Dies ist anders bei Lasten, bei denen elektrische Energie unidirektional in potentielle Energie gewandelt wird. Hierzu zählen beispielsweise Druckluftspeicher als auch Kälte- oder Wärmespeicher, die eine gewissen Speicherkapazität für Energie in Form von Kälte, Wärme oder Druck haben. Andere solche Lasten sind beispielsweise Hubanlagen, Hydraulikpumpen und dergleichen. Gemeinsam ist allen diesen Lasten, dass die verbrauchte elektrische Energie in potentielle Energie umgewandelt wird und durch die Last selber nicht mehr in elektrische Energie zurückgewandelt werden kann.
Das heißt, dass gegenständlich nicht zu den schaltbaren Lasten Akkumulatoren, Kondensatoren und Batterien gezählt werden können, bei denen die elektrische Energie zwischengespeichert werden kann und unmittelbar wieder als elektrische Energie entnommen werden kann.
Eine Mehrzahl der beschriebenen Lasten werden zu einem Pool, also einem Zusammenschluss, zusammengefasst. Dieser Pool wird vorzugsweise räumlich als auch technisch von dem Energieversorgungsnetz und dem Steuerrechner des Energieversorgers getrennt gesteuert.
Die Lasten innerhalb des Pools können unabhängig voneinander, jedoch gemeinsam ein- und abgeschaltet werden. Der Vollversorger geht davon aus, dass die jeweiligen Lasten entsprechend seiner Verlaufsplanung, die auf historischen Werten basiert, geschaltet werden. Dementsprechend hat der Vollversorger elektrische Energie eingekauft und bezieht diese. Die elektrische Energie wird somit entsprechend der Planung des Vollversorgers in das Energieversorgungsnetz eingespeist.
Wenn eine Last eines Pools abgeschaltet wird, erfolgt dies gegenständlich abweichend von dem prognostizierten Lastgang. Dies ist eine atypische Abschaltung, die vom Energieversorger bei der Berechnung des prognostizierten Lastgangs nicht eingeplant war. Dieses atypische Abschalten führt zu einem Freiwerden von elektrischer Leistung, die im Energieversorgungsnetz anderen Lasten zur Verfügung gestellt werden kann. Um jedoch nachweisen zu können, dass eine elektrische Leistung auch tatsächlich durch das atypische Abschalten freigeworden ist, ist es notwendig, diese atypische Abschaltung zu erfassen und die daraus resultierende elektrische Leistung beziffern zu können. Um dies zu tun, wird vorgeschlagen, dass ein historischer Lastgang der Last ausgewertet wird. Dieser historische Lastgang gibt Auskunft darüber, in welcher Schwankungsbreite die elektrische Leistung der Last variiert. Auch gibt der historische Lastgang Auskunft darüber, wie sich über einen bestimmten Zeitraum die elektrische Leistung der Last verhalten hat.
Ausgehend von dem historischen Lastgang ist es möglich, sowohl eine Grundlast, beispielsweise ein Mittelwert der elektrischen Leistung innerhalb des Lastgangs und eine Regelabweichung der Grundlast zu ermitteln. Beispielsweise ist eine Last im historischen Mittel mit einer Leistung von 500 kW betrieben worden. Um diese Grundlast herum ist jedoch die Leistung geschwankt, beispielsweise mit einer Regelabweichung von 200 kW. Das heißt, dass der Lastgang der Last um eine Grundlast von 500 kW herum variiert, wobei die Regelabweichung zu einer Minimallast von 300 kW und einer Maximallast von 700 kW geführt hat. Es ist natürlich verständlich, dass dies nur die Regelabweichung ist, und die tatsächliche Last beziehungsweise der tatsächliche Lastgang größere Schwankungen aufweisen kann.
Anschließend erfolgt das Messen der aktuellen Last beziehungsweise das Erfassen des aktuellen Lastgangs der Last. Während dieses Messvorgangs erfolgt ein Schalten der Last abhängig von einem externen Schaltsignal. Dieses externe Schaltsignal kann nach einer oben erwähnten Abschaltanfrage erfolgen. Auch ein Zuschalten durch ein externes Zuschaltsignal kann erfolgen. Beides, also das Zuschaltsignal als auch das Abschaltsignal kann das Resultat eines Abschalten oder eines Zuschalten einer Last abweichend von dem prognostizierten Lastgang, wie oben bereits beschrieben, sein. Nachdem das Schaltsignal empfangen wurde, wird die Last geschaltet, das heißt entweder ein- oder abgeschaltet. Anschließend kann bestimmt werden, wie der aktuelle Lastgang von der bestimmten Grundlast abweicht. Diese Abweichung kann unter Anderem als Schaltnachweis ausgegeben werden. Somit ist es möglich, nachzuweisen, dass durch Schalten der Last eine atypische Schaltung erfolgt ist, die außerhalb der Grundlast liegt. Dieser Schaltnachweis kann dazu genutzt werden, um die tatsächlich freigewordene elektrische Leistung abzurechnen.
Die Messung der aktuellen Last erfolgt gemäß einem Ausführungsbeispiel als registrierende Leistungsmessung. Diese registrierende Leistungsmessung erfasst in Intervallen, vorzugsweise viertelstündlich, die tatsächliche verbrauchte elektrische Energie und erlaubt ein Nachverfolgen des Lastgangs über einen längeren Zeitraum. Durch die registrierende Leistungsmessung ist es möglich, den Nachweis über den Lastgang der zu schaltenden Last des Pools zu führen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Abweichung des aktuellen Lastgangs anhand der Messung der aktuellen Last in Intervallen, insbesondere im Minutentakt, Viertelstundentakt, Halbstundentakt und/oder Stundentakt bestimmt wird.
Wie oben bereits erläutert, wird die Abweichung des aktuellen Lastgangs von der Grundlast bestimmt. Diese Abweichung kann jedoch auch durch den Regelbetrieb der Last erfolgen, insbesondere in den Grenzen der Regelabweichung liegen. Um sicherzustellen, dass die Abweichung des aktuellen Lastgangs von der bestimmten Grundlast durch den atypischen Schaltvorgang bedingt ist und nicht im Rahmen dessen liegt, was regelmäßig erfolgt, kann es notwendig sein, dass die Regelabweichung von der bestimmten Abweichung des aktuellen Lastgangs abgezogen wird.
Die Messung der Last erfolgt in der Regel nicht unmittelbar nur für die Last selber, sondern auch für weitere Lasten. In einem verarbeitenden Betrieb kann beispielsweise ein Druckgenerator für den Druckluftspeicher am gleichen Zähler wie eine Produktionshalle angeschlossen sein. In der Produktionshalle ist beispielsweise das Licht eingeschaltet und es werden Kleinmaschinen betrieben. Durch den Betrieb von weiteren Lasten neben der zu schaltenden Last erfolgt eine Regelabweichung von der Grundlast. Diese Abweichungen von der Grundlast, die nicht durch das atypische Schalten bedingt sind, dürfen nicht Teil des Schaltnachweises sein. Aus diesem Grunde wird von dem aktuellen Lastgang die Regelabweichung abgezogen. Darüber hinaus kann noch eine weitere, fiktive Last von dem aktuellen Lastgang abgezogen werden, die als Sicherheit dient. Die Abweichung, die als Schaltnachweis ausgegeben wird, kann dann diejenige sein, die sich aus der bestimmten Abweichung abzüglich der Regelabweichung und gegebenenfalls abzüglich der Sicherheit ergibt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann darüber hinaus ein oberer und ein unterer Grenzwert für eine Abweichung festgesetzt werden. Nur innerhalb dieser Grenzen kann eine Abweichung als Schaltnachweis ausgegeben werden. Liegt die Abweichung unterhalb des unteren Grenzwertes, erfolgt gar kein Schaltnachweis. Liegt die Abweichung oberhalb des oberen Grenzwertes, kann beispielsweise als Schaltnachweis der obere Grenzwert ausgegeben werden. Das heißt, dass falls beim Schalten weitere leistungsmindernde Faktoren hinzutreten, die die Abweichung über einen oberen Grenzwert steigen lassen, können diese nicht berücksichtigt werden. Der Betrag des Schaltnachweises ist so mit Sicherheit lediglich derjenige, der durch das atypische Schalten der Last bedingt ist.
Wie eingangs bereits erläutert ist das Ziel, möglichst viel elektrische Leistung frei in dem Energieversorgungsnetz verfügbar zu machen, um so auf Leistungsschwankungen reagieren zu können. Auch soll eine möglichst große elektrische Leistung anderen Lasten als denen des Pools zur Verfügung gestellt werden, insbesondere wenn diese andere Lasten einen hohen Energiebedarf haben oder wenn der Energiepreis besonders hoch ist und die freigewordene elektrische Energie besonders teuer verkauft werden kann. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, das Schaltnachweise eine Mehrzahl von Lasten zusammengefasst werden und als geschaltete Last eines Pools von Lasten ausgegeben wird. Die geschaltete Last kann entweder in Form von nicht genutzter elektrische Leistung im Energieversorgungsnetz anderen Lasten als denen des Pools zur Verfügung gestellt werden oder muss als zusätzlich benötigte elektrische Leistung dem Energieversorgungsnetz zugeführt werden.
Entsprechend der geschalteten Last ist ein Nachweis notwendig, der ein Ausgleich der geschalteten Last bedingt. Ist nicht genutzte elektrische Leistung die geschaltete Last, ist es notwendig, nachzuweisen, dass diese auch tatsächlich anderen Lasten zur Verfügung gestellt oder am Energiemarkt verkauft wurde. Andererseits, wenn die geschaltete Last eine zusätzlich benötigte Leistung ist, ist es notwendig nachzuweisen, dass diese elektrische Leistung von einem Energielieferanten bezogen wurde oder am Energiemarkt eingekauft wurde. Nur so erfolgt ein Ausgleich des Bilanzkreises des Vollversorgers durch den Ausgleichbilanzkreis.
Es kann dazu kommen, dass eine schaltbare Last zuvor bestimmt wird. Wenn tatsächlich geschaltet wird, kann aufgrund vieler Faktoren die tatsächlich geschaltete Last von der bestimmten schaltbaren Last abweichen. Ein solcher Differenzbetrag wird als Fehllast ausgegeben. Tritt ein solcher Differenzbetrag auf, so ist der Ausgleichsbilanzkreis gegebenenfalls nicht ausgeglichen und eine Pönale zu zahlen.
Ein atypisches Schalten kann ein Zu- oder Abschalten sein. Die Abweichung des Lastgangs kann dann ein positives oder negatives Vorzeichen haben, derart, dass bei einem Abschalten der Last das Vorzeichen negativ ist und bei einem Zuschalten das Vorzeichen positiv. In der Folge kann die geschaltete Last ebenfalls ein positives oder negatives Vorzeichen haben. Wird die geschaltete Last abgeschaltet, so wird das Vorzeichen negativ. Wird die geschaltete Last zugeschaltet, so wird das Vorzeichen positiv.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das externe Schaltsignal eine Schaltzeit, einen Schaltzeitraum, eine Schaltdauer und/oder eine Leistungsangabe für die zu schaltende Last enthält. Entsprechend der Schaltanfrage, wie sie zuvor erwähnt wurde, erfolgt das Schaltsignal unter Angabe zumindest eines Schaltzeitraums. Jedoch kann auch eine Schaltdauer, eine Schaltzeit oder eine Leistungsangabe angegeben werden.
Insbesondere ist es möglich, dass eine Schaltdauer angegeben wird, die beispielsweise angibt, dass innerhalb eines Messintervalls, beispielsweise einer Viertelstunde, die Last nur fünf Minuten auszuschalten ist. Die Entscheidung, in welchen fünf Minuten innerhalb des angegebenen Zeitraums die Last tatsächlich geschaltet wird, kann der Steuerung der Last obliegen. Dies erhöht die Flexibilität der schaltbaren Last, da diese weiterhin einen störungsfreien Betrieb ermöglicht und dennoch eine atypische Schaltung unterstützen kann.
Ein gegenständliches Abschalten von Teilen der Lasten des Pools abweichend von einem prognostizierten Lastgang führt dazu, dass mehr elektrische Energie vom Energieversorger eingekauft wurde und in das Energieversorgungsnetz eingespeist wird, als tatsächlich verbraucht wird. Dieser Eingriff in den Bilanzkreis des Energieversorgers führt regelmäßig zu einer Pönale, da die überschüssige elektrische Energie anderweitig verbraucht werden muss.
Gegenständlich wird jedoch vorgeschlagen, dass durch einen Steuerrechner das Abschalten der Lasten des Pools abhängig davon erfolgt, dass die hierdurch nicht genutzte elektrische Leistung im Energieversorgungsnetz anderen Lasten als denen des Pools zur Verfügung gestellt werden kann.
Zu Spitzenlastzeiten kann es sinnvoll sein, elektrische Energie anderen Lasten als denen zur Verfügung zu stellen, die hierfür eigentlich vorgesehen waren. Dies hat den technischen Vorteil, dass flexibel auf schwankenden Energiebedarf eingegangen werden kann. Bei Spitzenlasten steigt der Energiepreis sprungartig, was dazu führt, dass die durch das Abschalten nicht verbrauchte elektrische Leistung zu einem erheblich höheren Preis verkauft werden kann, als diese vom Energieversorger im Vorfeld eingekauft wurde.
Wie eingangs bereits erläutert, kauft der Energieversorger abhängig von seiner Planung im Voraus elektrische Energie ein. Der Einkaufspreis berechnet sich aus einem historischen Mittelwert am Markt sowie den Erzeugungskosten. Dieser Preis steht jedoch nicht im unmittelbaren Zusammenhang zum realen Preis elektrischer Energie, die viertelstündlich, halbstündlich oder auch stündlich festgelegt werden. Um von solchen Preisschwankungen zu profitieren und den Energiebedarf im Energieversorgungsnetz decken zu können, welcher z. B. unvorhergesehen ist, wird gegenständlich die durch Abschalten nicht genutzte elektrischer Leitung anderen Lasten als denen des Pools zur Verfügung gestellt. Somit können Engpässe in der Energieversorgung umgangen und gleichzeitig ein Agio auf den Energiepreis erzielt werden.
Die beim Abschalten der Last freigewordene elektrische Energie wird von den Lasten des Pools jedoch zu gegebener Zeit benötigt. Hierbei wird jedoch der Effekt ausgenutzt, dass der Zeitpunkt, zu dem die elektrische Energie in den Lasten des Pools benötigt wird, variabel ist. Aus diesem Grunde erfolgt gegenständlich als Ausgleich zum Abschalten von zumindest Teilen der Lasten ein Zuschalten der Lasten. Dieses Zuschalten erfolgt ebenfalls abweichend von den prognostizierten Lastgang, da das Zuschalten aus dem Grund erfolgt, dass die elektrische Energie, die beim Abschalten freigeworden ist, den Lasten zu einem anderen Zeitpunkt zugeführt wird.
Diese dann zusätzliche elektrische Energie, die die Lasten benötigen, ist abweichend von der Prognose, die für die Lasten erstellt wurde zusätzlich notwendig. Das heißt, dass zusätzlich benötigte elektrische Energie dem Energieversorgungsnetz zugeführt werden muss, da im Bilanzkreis des Energieversorgers diese zusätzliche elektrische Last aufgrund des atypischen Zuschaltens nicht eingeplant ist und somit der Bilanzkreis nicht mehr ausgeglichen ist. Der Ausgleich des Bilanzkreises erfolgt über das zusätzliche Einspeisen der elektrischen Leistung in das Energieversorgungsnetz.
Diese elektrische Leistung kann auf dem Energiemarkt erworben werden. Insbesondere erfolgt das Zuschalten der Lasten in Lasttälern, das heißt in Zeiten, in denen die normale Netzlast gering ist. Gerade in diesen Zeiten ist ein Verbrauch von elektrischer Energie technisch sinnvoll, da die Energieerzeuger nicht so flexibel sind, um auf kurzfristige Lastschwankungen reagieren zu können. In Lasttälern ist der Preis für elektrische Energie darüber hinaus sehr gering und liegt unterhalb des Preises, der vom Vollversorger für die abhängig vom geplanten Lastgang eingekaufte Energie liegt.
Um ein Abschalten abweichend vom prognostizierten Lastgang überhaupt zu ermöglichen, ist der Betrieb der jeweils abzuschaltenden Last so, dass dieser auch ohne elektrische Energie für einen gewissen Zeitraum möglich ist. Daher wird vorgeschlagen, dass beim Abschalten und Zuschalten der Lasten des Pools eine Speicherkapazität der jeweiligen Last für potentielle Energie berücksichtigt wird, so dass der Betrieb der Last des Pools im Wesentlichen einschränkungsfrei ist.
Beispielsweise bei einem Druckspeicher hat dieser eine gewisse Speicherkapazität für Druckluft. Die beim Betrieb des Druckspeichers benötigte Druckluft kann grob abgeschätzt werden, so dass berechnet werden kann, wie lange ein Druckspeicher mit der zur Verfügung stehenden Energie, das heißt mit der zur Verfügung stehenden Druckluft arbeiten kann, ohne dass die auf die Druckluft angewiesenen Maschinen still stehen. Diese Zeit kann dazu genutzt werden, den Druckspeicher nicht aufzuladen. Das heißt, dass in diesem Zeitraum das übliche Laden des Druckspeichers mit Druckluft, welches in dem prognostizierten Lastgang vorhergesagt wurde, nicht erfolgt. Diese Last ist dann abgeschaltet und elektrische Energie ist frei. Durch das Nichtladen des Druckspeichers fällt der Druck jedoch ab und muss nachfolgend über einen längeren Zeitraum wieder aufgeladen werden. Dies ist die Zeit, zu der die Last zugeschaltet wird, abweichend vom prognostizierten Lastgang. Das Zu- und Abschalten erfolgt somit zum Einen atypisch, das heißt abweichend vom prognostizierten Lastgang, führt aber andererseits nicht zu einer Einschränkung des Betriebs der Last bzw. des Betriebs der von der Last abhängigen Maschinen und Geräte.
Gleiches gilt beispielsweise für ein Kühlhaus, welches eine gewisse Wärmekapazität hat. Diese Wärmekapazität kann dazu genutzt werden, einen Kühlkreislauf für einen gewissen Zeitraum auszuschalten, ohne dass eine untere Temperaturgrenze überschritten wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der prognostizierte Lastgang zur Bestimmung der elektrischen Leistung genutzt wird. Der prognostizierte Lastgang bestimmt die erwartete elektrische Leistung, die der Energieversorger seinen Kunden insgesamt zur Verfügung stellen muss. In dieser Gesamtleistung sind auch die Leistungen enthalten, die durch Abschalten von Lasten außerhalb des prognostizierten Zeitraums frei werden können. Anhand einer Differenz der verfügbaren elektrischen Leistung und einer durch das Abschalten nicht genutzten elektrischen Leistung kann eine tatsächliche elektrische Leistung anderen Lasten als denen des Pools zur Verfügung gestellt werden. Im Bilanzkreis des Energieversorgers ist eine elektrische Leistung enthalten, die beim Abschalten einer Last außerhalb des prognostizierten Lastgangs frei verfügbar wird. Diese frei verfügbare Leistung kann tatsächlich anderen Lasten als denen des Pools zur Verfügung gestellt werden. Hierdurch lassen sich einerseits Leistungsengpässe bei bestimmten Lasten ausgleichen und andererseits kann ein Preisvorteil genutzt werden, in dem die tatsächliche elektrische Leistung zu einem höheren Preis verkauft wird, als diese vom Energieversorger auf Basis des prognostizierten Lastgangs eingekauft wurde.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die durch Abschalten anderen Lasten zur Verfügung gestellte elektrische Energie durch beim Zuschalten zusätzlich benötigte elektrische Energie im Wesentlichen ausgeglichen ist. Das Zurverfügungstellen der tatsächlichen elektrischen Leistung anderen Lasten als denen des Pools führt dazu, dass Energie des Energieversorgers auch Lasten zur Verfügung gestellt wird, welche nicht Kunden des Energieversorgers sind. Der Energieversorger hat diese Energie jedoch eingekauft und muss sie auch seinen Kunden zur Verfügung stellen können. Insofern ist ein Energieausgleich zwischen der Energie beim Abschalten und der Energie beim Zuschalten notwendig.
Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass die durch Zuschalten zusätzlich benötigte elektrische Energie die der durch Abschalten nicht genutzten elektrischen Energie entspricht. Beim Zuschalten wird elektrische Energie benötigt, da das Einschalten der Lasten des Pools außerhalb des prognostizierten Lastgang, das heißt zu atypischen Zeiten, erfolgt. Der Energieversorger hat diese Lasten in seinem prognostizierten Lastgang nicht berücksichtigt und muss im Moment des Zuschaltens elektrische Energie zur Verfügung stellen, die er gegebenenfalls nicht eingekauft hat. Hierzu ist es notwendig, dass am Energiemarkt Energie eingekauft wird, um die beim Zuschalten zusätzlich benötigte Energie bereitzustellen. Durch Planung des Zuschaltzeitpunkts bzw. des Zuschaltzeitraums derart, dass dieser in Lasttälern erfolgt, kann die zusätzlich benötigte Energie zu einem geringen oder gar einem negativen Preis eingekauft werden. Insbesondere in Lasttälern kann es am Energiemarkt dazu kommen, dass der Energiepreis stark sinkt oder gar negativ wird. Dies bedeutet, dass ein Energieverbraucher dafür vergütet wird, dass er im Energieversorgungsnetz vorhandene elektrische Energie verbraucht.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die zusätzlich benötigte elektrische Energie sowie nicht genutzte elektrische Energie in Intervallen ermittelt wird. Dies kann stündlich oder täglich sein. In diesen Intervallen ist es notwendig, dass ein Energieausgleich stattfindet. Dies erfolgt dadurch, dass in dem entsprechenden Intervall ein Energieausgleich zwischen der durch Abschalten frei gewordene elektrischen Energie und der durch Zuschalten zusätzlich benötigten elektrischen Energie erfolgt. Ein Intervall ist bevorzugt stündlich oder täglich. Andere Intervalle, beispielsweise viertelstündlich, halbstündlich, zweistündlich oder auch wöchentlich sind möglich.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der prognostizierte Lastgang durch einen Energieversorger erstellt wird. Der prognostizierte Lastgang basiert auf historischen Werten, die dem Energieversorger vorliegen. Der Energieversorger schätzt ab, wie sich die Lasten innerhalb seines Kundenportfolios über einen Zeitraum, z. B. einem Tag verhalten. Entsprechend dieses prognostizierten Lastgangs kauft der Energieversorger zu einem festen Preis Energie ein. Dann wird dem Energieversorger abhängig von dem prognostizierten Lastgang elektrische Leistung bereitgestellt. Kommt es zu Schwankungen des tatsächlichen Lastgangs gegenüber dem prognostizierten Lastgang, so erfolgt normalerweise kein Ausgleich im Bilanzkreis des Energieversorgers. Der Energieversorger muss aber sicherstellen, dass die in das Energieversorgungsnetz eingespeiste elektrische Leistung der vom Energieversorgungsnetz abgenommenen Leistung entspricht. Der Bilanzkreis wird in Intervallen, beispielsweise viertelstündlich, halbstündlich oder stündlich überprüft. Bei Abweichungen in dem Bilanzkreis erfolgt eine Pönale für den Energieversorger.
Das außerhalb des prognostizierten Lastgangs Zu- und Abschalten ist ein Eingriff in den Bilanzkreis des Energieversorgers und führt, ohne einen entsprechenden Ausgleichsbilanzkreis, zu einer Pönale des Energieversorgers. Insofern muss beim Abschalten der Lasten des Pools sichergestellt werden, dass die frei gewordene elektrische Energie anderen Lasten zur Verfügung gestellt wird und auch tatsächlich verbraucht wird. Dieser Ausgleichsbilanzkreis muss nachgewiesen werden, um den Energieversorger vor einer Pönale zu schützen. Auch beim Zuschalten der Lasten muss ein Nachweis erfolgen, dass die dann benötigte zusätzliche elektrische Energie, die ebenfalls des prognostizierten Lastgangs liegt, auch tatsächlich zur Verfügung gestellt wird, das heißt von einem Energielieferanten in das Energieversorgungsnetz eingespeist wird.
Der prognostizierte Lastgang wird, wie bereits ausgeführt, gemäß einem Ausführungsbeispiel auf Basis historischer Lastprofile erstellt. Je genauer die historischen Werte sind, desto präziser kann ein Lastgang prognostiziert werden und desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Bilanzkreis des Energieversorgers nicht ausgeglichen ist. Andererseits kann mit einem sehr präzisen prognostizierten Lastgang nicht auf Lastschwankungen innerhalb des Energieversorgungsnetzes reagiert werden, insbesondere können keine Lastspitzen oder Lasttäler abgefangen werden. Dies führt dazu, dass Preisschwankungen am Energiemarkt nicht ausgenutzt werden können. Durch das außerhalb des prognostizierten Lastgangs vorgeschlagene Zu- und Abschalten von Lasten innerhalb eines Pools wird dieses Reagieren auf Lastschwankungen möglich.
Um sicherzustellen, dass elektrische Energie auch tatsächlich frei wird, ist es notwendig, dass die abzuschaltenden Lasten des Pools auch tatsächlich in dem Moment abgeschaltet werden können, in denen dies gewünscht ist. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass vor dem Abschalten zumindest von Teilen der Lasten des Pools abweichend von dem prognostizierten Lastgang eine Abschaltanfrage an eine Steuerung der jeweiligen Lasten übermittelt wird. Ist ein Abschalten einer Last möglich, so antwortet die Steuerung der jeweiligen Last mit einer Abschaltbestätigung. Im anderen Fall wird die Steuerung ein Abschalten nicht bestätigen. Dann kann diese Last nicht abgeschaltet werden und die tatsächlich freigewordene elektrische Energie ist geringer oder es müssen andere Lasten des Pools abgeschaltet werden.
Ein zentraler Steuerrechner koordiniert die Abschaltanfragen derart, dass zu Lastspitzen ein möglichst großer Prozentsatz der Lasten des Pools abgeschaltet werden. Hierbei kann berücksichtigt werden, welche Speicherkapazität von Energie die jeweiligen Lasten des Pools haben. Ein sehr großes Kühlhaus mit einer sehr guten Isolierung kann beispielsweise eine erheblich höhere Speicherkapazität haben, als ein kleiner Drucklufttank mit beispielsweise nur 10.000 l Volumen.
Bei der Steuerung des Abschaltens kann auch berücksichtigt werden, wie sich die einzelne Last historisch verhalten hat. So kann beispielsweise bei einem Kühlhaus berücksichtigt werden, dass zu Be- und Entladezeiten, also wenn die Türen des Kühlhauses geöffnet werden, erhebliche Mengen von gespeicherter Energie verloren gehen. Das heißt, dass zu diesen Zeiten ist ein Abschalten eher ungünstig ist und vorzugsweise nur kurzfristig erfolgen kann. Über Nacht oder in längeren Ruhezeiten, in denen die Türen des Kühlhauses nicht geöffnet werden, kann das Kühlaggregat jedoch über einen längeren Zeitraum ausgeschaltet bleiben, ohne dass die untere Temperaturgrenze überschritten wird. Auch kann berücksichtigt werden, wie das Wetter ist. Im Winter, also in Zeiten in denen die Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des Kühlhauses und dem Äußeren des Kühlhauses gering ist, sind längere Abschaltzeiten möglich, als dies im Sommer der Fall ist.
Auch kann eine Prognose über den Energiepreis erstellt werden. Das heißt, wenn beispielsweise die Wetterprognose einen sehr sonnigen Tag prognostiziert, ist davon auszugehen, dass zur Mittagszeit der Energiepreis sehr gering ist, da eine große Anzahl von Photovoltaikanlagen elektrische Energie zur Verfügung stellen werden. Ist es an diesem Tag auch noch windig und Windkraftanlagen stellen ebenfalls eine erhebliche Menge elektrischer Energie zur Verfügung, so kann davon ausgegangen werden, dass der Strompreis sehr gering ist. Beim Schalten der Lasten kann dies berücksichtigt werden, in dem z. B. eingeplant wird, dass die Lasten des Pools dann eingeschaltet werden, wenn der Energiepreis wahrscheinlich sehr gering ist. Insofern kann ein Abschalten der Lasten des Pools so geplant werden, dass ein darauf folgendes oder vorhergehendes Zuschalten in den Zeitraum eines Lasttals und/oder einer Erzeugungsspitze fällt.
Sowohl eine Abschaltanfrage, als auch eine Abschaltbestätigung kann eine Information über eine Abschaltzeit, eine Abschaltdauer und/oder eine Abschaltleistung enthalten. Für die Zentrale, die das Zu- und Abschalten steuert, ist es notwendig, dass nicht nur bekannt ist, dass abgeschaltet wird, sondern auch über welchen Zeitraum, welche Dauer und welche Leistung abgeschaltet wird. Nur so kann berechnet werden, wie groß die tatsächlich verfügbare Leistung ist und nur diese kann tatsächlich anderen Lasten zur Verfügung gestellt werden. Es ist notwendig, dass nachprüfbar ist, dass die elektrische Leistung auch tatsächlich frei geworden ist. Ferner ist es notwendig nachzuweisen, dass diese freigewordene elektrische Energie anderen Lasten auch tatsächlich zur Verfügung gestellt wird oder beispielsweise auch am Energiemarkt verkauft wurde. Nur dann kann über den Ausgleichbilanzkreis die Störung des Bilanzkreises des Energieversorgers ausgeglichen werden.
Auch das Einschalten erfolgt durch Einschaltanfrage und Einschaltbestätigung, wobei hierbei ebenfalls Informationen über Einschaltzeit, Einschaltdauer und Einschaltleistung ausgetauscht werden. Diese Einschaltleistung muss ebenfalls zur Verfügung gestellt werden und gegebenenfalls über den Energiemarkt eingekauft werden. Somit erfolgt auch beim Einschalten über den Ausgleichsbilanzkreis ein Ausgleich des Bilanzkreises des Energieversorgers.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Abschalten einer Last des Pools abhängig von spezifischen Eigenschaften der Last und/oder externen Faktoren geplant wird. Spezifische Eigenschaften der Last können insbesondere ihre Energiespeicherkapazität sein. Externe Faktoren können beispielsweise Wetterinformationen sein, wie zuvor bereits erläutert. Auch Informationen über Netzauslastung, atypische Netznutzung und dergleichen können verwendet werden, um das Ein- und Abschalten der Lasten des Pools zu planen. Darüber hinaus kann für jede einzelne Last konkret geplant werden, wie diese betrieben werden kann. Hier kann eine Grundlast, eine Maximallast, historische Lastgänge, Prozessinformationen oder dergleichen der jeweiligen einzelnen Last des Pools berücksichtigt werden. Abhängig von diesen Betriebsinformationen lässt sich die Last atypisch zu- und abschalten, um den Leistungsfluss innerhalb eines Energieversorgungsnetzes zu steuern.
Ein weiterer externer Faktor kann beispielsweise auch eine Prognose über den Energiepreis sein. Es kann geplant werden, dass das Abschalten zu Zeiten erfolgt, in denen der Energiepreis hoch ist und das Zuschalten zu Zeiten erfolgt, in denen der Energiepreis niedrig ist. Hierbei muss jedoch berücksichtigt werden, dass das Zu- und Abschalten derart ist, dass der Betrieb der Lasten im Wesentlichen einschränkungsfrei ist. Die Einschränkungsfreiheit des Betriebs der Last kann unter Berücksichtigung der Betriebsinformationen der Last erfolgen.
Auch wird vorgeschlagen, dass für jede Last des Pools eine abschaltbare Maximalleistung und eine maximale Abschaltdauer bestimmt wird. Darüber hinaus kann eine zuschaltbare Maximalleistung und eine maximale Zuschaltdauer bestimmt werden. Bei einem Druckluftspeicher kann dieser z. B. nur bis zum einem bestimmten Überdruck gefüllt werden, so dass bestimmt werden kann, wie lange maximal von einem unteren Betriebsdruck zum Maximaldruck die Druckpumpe des Druckspeichers betrieben werden kann. Diese Informationen können auch verwendet werden, um das Zu- und Abschalten außerhalb des prognostizierten Lastgangs zu planen, um auf Leistungsschwankung innerhalb des Energieversorgungsnetzes reagieren zu können.
Wie bereits erläutert, kann eine Last eines Pools ein Druckluftspeicher, ein Kältespeicher oder ein Wärmespeicher sein. Andere Lasten sind ebenfalls möglich, sofern diese eine Energiespeicherkapazität haben. Der Betrieb der Lasten muss über einen gewissen Zeitraum möglich sein, ohne dass diese elektrische Energie beziehen.
Die zuvor genannten Verfahren können auch als Computerprogramm oder als auf einem Speichermedium gespeichertes Computerprogramm realisiert werden. Hierbei kann zählerseitig und/oder zentralseitig ein Mikroprozessor zur Durchführung der jeweiligen Verfahrensschritte durch ein Computerprogramm geeignet programmiert sein.
Die Merkmale der Verfahren und Vorrichtungen sind frei miteinander kombinierbar. Insbesondere können Merkmale und Teilmerkmale der Beschreibung und/oder der abhängigen sowie unabhängigen Ansprüche, auch unter vollständiger oder teilweiser Umgehung von Merkmalen oder Teilmerkmalen der unabhängigen Ansprüche, in Alleinstellung oder frei miteinander kombiniert eigenständig erfinderisch sein.
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Beschreibung eines gegenständlichen Verfahrens;
2 eine schematische Topologie zur Anwendung eines gegenständlichen Verfahrens;
3 einen schematischen Verfahrensablauf;
4 einen schematischen historischen Lastgang;
5 eine Darstellung zur Berechnung eines Schaltnachweises.
1 zeigt ein Schema, entsprechend dem ein atypisches Schalten einer elektrischen Last erfolgt und somit ein Leistungsfluss in einem elektrischen Energieversorgungsnetz änderbar ist. Gezeigt ist schematisch ein Bilanzkreis 2a eines Energieversorgers. Dieser Bilanzkreis 2a setzt sich zusammen aus einem Betrag der von einem Energielieferanten 4 gelieferten elektrischen Energie und einem Betrag von an Lasten 8 gelieferten elektrischen Energie.
Der Energieversorger 2 plant zum Ausgleich seines Bilanzkreises 2a einen Lastgang der Lasten 8. Entsprechend der Planung des Lastgangs der Lasten 8, welche auf historischen Daten beruhen kann, kauft der Energieversorger 2 elektrische Energie beim Energielieferanten 4 ein. Dieser Einkauf erfolgt im Voraus, beispielsweise Tage oder Wochen vor der tatsächlichen Lieferung der elektrischen Energie. Der Energieversorger 2 muss in seinem Bilanzkreis 2a stets nachweisen, dass die von dem Energielieferanten 4 bezogene elektrische Energie, die in das Energieversorgungsnetz eingespeist wird, mit der an die Lasten 8 gelieferten Energie über das Energieversorgungsnetz ausgeglichen ist. Dieser Ausgleich erfolgt in dem Bilanzkreis 2a des Energieversorger 2. Kommt es zu Abweichung in dem Bilanzkreis 2a des Energieerzeugers 4, ist dieser zu Strafzahlungen an den Energienetzbetreiber verpflichtet, da in diesem Fall elektrische Leistung im Energieversorgungsnetz zur Verfügung steht, welche nicht abgenommen wurde oder das elektrische Leistung bezogen wurde, welche nicht zugeführt wurde. Der Energieerzeuger ist somit stets an einem ausgeglichenen Bilanzkreis 2a interessiert. In der Regel möchte der Energieversorger 2 atypische Schaltvorgänge verhindern, da diese in seiner Prognose nicht enthalten waren und seinen Bilanzkreis 2a unausgeglichen machen.
Andererseits ist durch die Planung des Energieversorgers 2 bekannt, welche elektrische Leistung wer zu welchem Zeitpunkt von einem Energielieferanten 4 erhält und den Lasten 8 zur Verfügung stellen möchte.
Diese elektrische Leistung kann für atypische Abschaltungen genutzt werden, solange ein Ausgleich für die Störung des Bilanzkreises 2a des Energieversorgers 2 erfolgt. Durch diese atypischen Schaltvorgänge ist es möglich, die elektrische Last in einem Energieversorgungsnetz umzuverteilen und den Leistungsfluss zu beeinflussen.
Nachfolgend ist anhand der 1 das atypische Schalten dargestellt.
Ein Bilanzkreis 6a einer externen Steuerschaltung 6 ist in der 1 dargestellt. Die externe Steuerschaltung 6 agiert unabhängig von dem Energieversorger 2 und bewirkt atypische Schaltvorgänge an den Lasten 8.
Die Steuerschaltung 6 kennt den Verlauf der von dem Energieversorger 2 über den Energielieferanten 4 an die Lasten 8 zur Verfügung gestellten elektrischen Leistung. Insbesondere kennt die Steuerschaltung 6 den prognostizierten Lastgang des Energieversorgers 2.
Darüber hinaus erkennt die Steuerschaltung 6 Leistungsbedarf bei Lasten 10, die sich von den Lasten 8 unterscheiden. Die Lasten 8 sind zu einem Pool zusammengefasst und verfügen allesamt über schaltbare Lasten, bei denen elektrische Energie in potentielle Energie umgewandelt wird. Die Lasten 8 können beispielsweise Druckspeicher, Kältespeicher, Wärmespeicher oder sonstige Speicher sein, die eine gewisse Energiekapazität aufweisen. Die Lasten 10 können völlig unbestimmt sein. Beispielsweise ist es auch möglich, dass die Lasten 10 ihren Leistungsbedarf über eine Energiebörse decken und somit die Steuerschaltung 6 der Energiebörse freigewordene Leistung zur Verfügung stellen kann oder von der Energiebörse benötigte Leistung zukaufen kann.
Zunächst plant die Steuerschaltung 6 abhängig von beispielsweise Wetterprognosen, wie sich ein Energiepreis in Zukunft verändern wird. Außerdem plant die Steuerschaltung 6 den Leistungsbedarf der Lasten 10, um abzuschätzen, wann besonders viel Leistung benötigt wird oder wann besonders viel Leistung frei verfügbar ist.
Darüber hinaus plant die Steuerschaltung 6, in welcher Form einzelne Lasten 8 geschaltet werden können. Hierbei berücksichtigt die Steuerschaltung 6, für jede Last 8 individuelle Faktoren, wie Energiespeicherkapazität, tatsächliche historische Lastgänge oder dergleichen. Anhand dieser Informationen ist es möglich, für jede einzelne Last 8 festzulegen, zu welchem Zeitpunkt bzw. in welchem Zeitraum diese abschaltbar ist, ohne dass der Betrieb der Last beeinträchtigt ist.
So kann ein Druckspeicher beispielsweise über mehrere Minuten oder mehrere Stunden ohne elektrische Leistung auskommen, wenn seine Druckspeicherkapazität ausreichend ist, den Betrieb der daran angeschlossenen Geräte über diesen Zeitraum zu gewährleisten. Hierbei kann berücksichtigt werden, welchen Druckluftbedarf die Geräte in der Regel über einen bestimmten Zeitraum haben und es kann berechnet werden, ob dieser Luftdruckbedarf durch den Luftdruckspeicher gedeckt werden kann, ohne dass dieser aufgeladen wird. Auch kann der Druckluftspeicher im Voraus mit mehr Luftdruck geladen werden, so dass eine längere Betriebsdauer beim Abschalten möglich ist.
Ähnliches gilt beispielsweise für ein Kühlhaus. Hier kann beispielsweise die Temperatur im Vorhinein wenige Grad niedriger eingestellt werden als die Soll-Temperatur. Über diese zusätzliche Abkühlung ist es möglich, dass Kühlhaus für einen längeren Zeitraum ohne elektrische Energie zu betreiben, ohne dass die Temperatur über einen unteren Grenzwert steigt. Auch ist es möglich, dass zunächst die Soll-Temperatur beibehalten und bestimmt wird, wie lange ausgehend von der Soll-Temperatur das Kühlhaus ohne Kühlaggregat betrieben werden kann, ohne dass die Ist-Temperatur über eine untere Grenze steigt. Hierbei können spezifische Temperaturverläufe in dem Kühlhaus, die aus historischen Werten bekannt sind, berücksichtigt werden. Insbesondere Zu- und Ablieferzeiträume sind besonders kritisch, da hier erhebliche Mengen an Luft aus dem Kühlhaus austreten kann und ein Nachkühlen notwendig wird. Gerade zu diesen Zeiten wäre ein Abschalten des Kühlaggregats nur kurz oder gar nicht möglich, wohingegen während langer Standzeiten, beispielsweise über Nacht, ein längeres Ausschalten eines Kühlaggregats möglich ist. Nach einem längeren Ausschalten, das heißt wenn die Temperatur stark gestiegen ist aber immer noch unterhalb der unteren Grenze liegt, ist ein Zuschalten des Kühlaggregats notwendig, um die Ist-Temperatur wieder auf Soll-Temperatur zu bringen.
All diese Faktoren können durch die Steuerschaltung 6 berücksichtigt werden und für jede einzelne Last 8 kann bestimmt werden, wie groß eine Abschaltleistung, wie groß eine Abschaltdauer ist und/oder welche Abschaltzeiträume und dergleichen möglich sind.
Zusammen mit der Prognose über den Leistungsbedarf der Lasten 10 und damit einhergehend insbesondere den Energiepreis kann die Steuerschaltung 6 Schaltanfragen und Schaltsignale an die Lasten 8 übermitteln. Erfolgt beispielsweise ein Ausschalten einer Last 8 gesteuert durch die Steuerschaltung 6, so liefert der Energieversorger 2 nur weniger elektrische Leistung an die Lasten 8 des Pools. Anders ist dies, wenn atypisch zugeschaltet wird, gesteuert durch die Steuerschaltung 6, dann muss der Energieversorger 2 mehr elektrische Leistung an die Lasten 8 liefern. Dies ist beispielsweise in dem Schaltverlauf 14 dargestellt.
Entsprechend des Schaltverlaufs 14 wird der Bilanzkreis 2a des Energieversorgers 2 beeinflusst. Das heißt, dass der Energieversorger 2 in seinem Bilanzkreis 2a zwar beispielsweise eingeplant hat, dass stets eine gleiche elektrische Leistung den Lasten 8 zur Verfügung gestellt wird, dies jedoch aufgrund des Schaltens durch die Steuerschaltung 6 entlang des Schaltverlaufs 14 gerade nicht der Fall ist. Beim Ausschalten wird elektrische Leistung frei und beim Zuschalten muss der Energieversorger 2 mehr elektrische Leistung zur Verfügung stellen. Dies ist ein Eingriff in den Bilanzkreis 2a des Energieversorgers 2, welcher dazu führen würde, dass dieser eine Strafe zahlen müsste, da sein Bilanzkreis 2a nicht ausgeglichen ist.
Um dies zu vermeiden, führt die Steuerschaltung 6 einen Ausgleichsbilanzkreis 6a. Zunächst übernimmt die Steuerschaltung 6 den Schaltverlauf 14 als Schaltverlauf 12 des Bilanzkreises 2a, so dass dieser wieder ausgeglichen ist. Dann muss die Steuerschaltung 6 dafür sorgen, dass ihr Ausgleichsbilanzkreis 6a ausgeglichen ist, das heißt, dass die elektrische Leistung entsprechend des Schaltverlaufs 14 ausgeglichen werden muss. Die beim Ausschalten in dem Schaltverlauf zu erkennende Absenkung der elektrischen Leistung wird in dem Schaltverlauf 12 durch ein Ansteigen von frei verfügbarer elektrischer Leistung dargestellt. Beim Zuschalten elektrischer Leistung ist in dem Schaltverlauf 12 ein Übersteigen des Lastgangs zu erkennen, was durch eine Unterversorgung in dem Schaltverlauf 12 zu erkennen ist. Der Bilanzkreis 6a muss diesen Schaltverlauf 12 ausgleichen. Die frei verfügbare elektrische Leistung im Moment des Ausschaltens der Lasten 8 muss durch die Steuerschaltung 6 den Lasten 10 zur Verfügung gestellt werden und ein Nachweis hierüber muss erfolgen. Die frei gewordene elektrische Leistung muss von den Lasten 10 von dem Energielieferanten 4 abgenommen werden und hierzu muss die Steuerschaltung 6 eine entsprechende Anweisung geben. Auch kann die freigewordene elektrische Leistung an der Energiebörse verkauft werden.
Auf der anderen Seite ist in dem Moment, wenn ein atypisches Zuschalten der Lasten 8 durch die Steuerschaltung 6 erfolgt, ein Ausgleich notwendig. Hierzu muss elektrische Energie dem Energieversorgungsnetz zugeführt werden, was ebenfalls durch die Steuerschaltung 6 bewirkt werden muss. Der Bilanzkreis 6a wird hierdurch ausgeglichen.
Die beim Abschalten frei gewordene elektrische Energie wird dadurch im Wesentlichen durch die beim Zuschalten zusätzlich benötigte elektrische Energie ausgeglichen.
2 zeigt eine schematische Topologie, bei der Lasten 8a, 8b, 8c zu einem Pool zusammengefasst sind und durch eine Steuerschaltung 6 derart beeinflusst werden können, dass atypische Schaltvorgänge bewirkt werden. In der 2 ist beispielsweise die Last 8a dargestellt, die sich aus einer Produktionshalle 22 und einem Druckluftspeicher 20 zusammensetzt. Eine Steuerschaltung 18a ist vorhanden, mit der die Druckpumpe des Druckluftspeichers 20 gesteuert werden kann. Schematisch dargestellt ist eine Funkverbindung zwischen der Steuerschaltung 18a und der Steuerschaltung 6.
Eine weitere Last 8b kann beispielsweise ein Kühlhaus sein, wobei einer Steuerschaltung 18b die Steuerung des Kühlaggregat übernimmt.
Abschließend kann eine Last 8c eine Klimakammer, beispielsweise zur Aufbewahrung von Obst sein und die Steuerschaltung 18c dient zur Klimaregulierung des Klimageräts für die Klimakammer der Last 8c.
Alle Steuerschaltungen 18a, b, c kommunizieren mit der Steuerschaltung 6, wobei die Steuerschaltung 18a und 18b über Funk kommunizieren und die Steuerschaltung 18c leitungsgebunden mit der Steuerschaltung 6 kommuniziert.
An den jeweiligen Lasten 8a–c sind Energiemesser 16a, 16b, 16c angeschlossen, die beispielsweise eine registrierende Leistungsmessung durchführen. Ferner ist zu erkennen, dass ein Energieversorgungsnetz über einen Energieversorger 2 gespeist wird. Diese Darstellung ist natürlich rein schematisch, da das Energieversorgungsnetz unmittelbar von dem Energielieferanten 4 gespeist wird. Zum besseren Verständnis ist jedoch der Energieversorger 2 in die Verbindung zwischen den Lasten 8 und den Energielieferanten 4 gezeichnet.
In dem Energieversorgungsnetz ist noch eine weitere Last 10 gezeigt, die beispielsweise unspezifische Lasten enthalten kann. Diese können große Lastschwankungen aufweisen, die zu stark variierenden Preisen an der Energiebörse führen.
Im Betrieb plant der Energieversorger 2 für sein gesamtes Versorgungsnetz bestehend aus allen daran angeschlossenen Lasten 8 einen Lastgang. Dieser basiert im Wesentlichen auf historischen Erfahrungen über das Verhalten des Gesamtnetzes. Vorzugsweise werden hier keine lastspezifische Faktoren berücksichtigt. Vielmehr wird das Netzverhalten in seiner Gesamtheit bei der Planung des Lastgangs durch den Energieversorger 2 berücksichtigt.
Abhängig von dem geplanten Lastgang kauft der Energieversorger 2 bei einem Energielieferanten 4 zu einem festgelegten Preis elektrische Energie ein, die abhängig vom prognostizierten Lastgang in das Energieversorgungsnetz eingespeist wird. Der Energieversorger 2 ist dafür verantwortlich, dass die Abweichungen zwischen der in das Energieversorgungsnetz gespeisten elektrischen Energie und der aus dem Energieversorgungsnetz entnommenen elektrischen Energie möglichst gering ist. Hierzu muss der Energieversorger 2 seinen Bilanzkreis 2a führen.
Die Steuerschaltung 6 greift nun gegenständlich in den geplanten Lastgang gezielt ein. Hierzu berechnet die Steuerschaltung 6 für jede einzelne Last 8a, 8b, 8c individuell, wie groß das Abschaltpotential ist. Das bedeutet, dass individuell bestimmt wird, welche Maximalleistung abgeschaltet werden kann. Auch die Schaltdauer wird berechnet. Dies kann abhängig von den Eigenschaften der Last 8a–c selber sein oder auch von externen Faktoren. Darüber hinaus wird durch die Steuerschaltung 6 prognostiziert, wie sich die sonstige Last der Lasten 10 im Energieversorgungsnetz verändert und es wird eine Prognose über den Energiepreis getroffen.
Abhängig von diesen Berechnungen greift nun die Steuerschaltung 6 aktiv in den Betrieb der Lasten 8a–c ein, indem deren Steuerschaltungen 18a, 18b, 18c Schaltsignale erhalten. Diese können Ein- als auch Abschaltsignale sein. Vor einem Schaltsignal erhalten die Steuerschaltungen 18a–c von der Steuerschaltung 6 Schaltanfragen, in denen Zeiten und Leistungen eines Schaltvorgangs abgefragt werden. In Reaktion auf solche Anfragen können die Steuerschaltungen 18a–c einen Schaltvorgang bestätigen oder ablehnen. Wird ein Schaltvorgang bestätigt, so übermittelt die Steuerschaltung 6 den entsprechenden Schaltbefehl und die Last 8a–c wird geschaltet.
Dieses Schalten führt zu einem Eingriff in den Bilanzkreis 2a des Energieversorgers 2. Die Abweichung in dem Bilanzkreis wird zunächst in den Bilanzkreis 6a der Steuerschaltung 6 übernommen, so dass der Bilanzkreis 2a des Energieversorgers 2 unbelastet bleibt. Um ein Ausgleich des Bilanzkreises 6a der Steuerschaltung 6 zu erzielen, muss diese frei werdende Leistung, wenn Lasten abgeschaltet werden, anderweitig verbraucht werden. Dies erfolgt durch Zurverfügungstellen dieser Leistung anderen Lasten 10 als den Lasten 8 des Pools, beispielsweise durch Veräußern der Energie an der Energiebörse. Diese Energie wurde durch die Steuerschaltung 6 dem Energieversorger 2 aus dem Energieversorgungsnetz entnommen. Es ist notwendig, dass der Energieversorger diese Energie zurückerhält, indem die Steuerschaltung 6 zu anderen Zeiten die Lasten 8 des Pools zuschaltet. Dieser Mehrbedarf an elektrischer Leistung muss durch die Steuerschaltung 6 in dem Bilanzkreis 6a ausgeglichen werden, in dem vom Energielieferanten 4 zusätzlich elektrische Leistung bezogen wird. Auch hierfür muss die Steuerschaltung 6 entsprechende Mechanismen zur Verfügung stellen.
Der Lastgang einer jeden Last 8a–c wird über einen registrierenden Leistungsmesser 16a–c erfasst. Mit Hilfe dieser registrierenden Leistungsmessung ist es möglich, Schaltvorgänge der Lasten nachzuweisen. Hierauf wird im Zusammenhang mit 4 und 5 eingegangen.
3 zeigt schematisch den Ablauf eines Schaltvorgangs.
Zunächst wird durch die Steuerschaltung 6 berechnet, zu welchen Zeiten Lasten zu- bzw. abgeschaltet werden können. Insbesondere das Abschalten wird so berechnet, dass dies zu Zeiten von Lastenspitzen des Energieversorgungsnetzes erfolgt, da dann zu erwarten ist, dass freiwerdende elektrische Leistung zu einem hohen Preis verkauft werden kann.
Ausgehend von der Berechnung, ob Lasten abgeschaltet werden können, werden Abschaltanfragen 32 an die Lasten 8a–c übermittelt. Die in den Lasten 8a–c angeordneten Steuerschaltungen 18a–c überprüfen, ob die Schaltabfragen befriedigt werden können, ohne den Betrieb der Lasten einzuschränken. Hierfür berücksichtigen die Steuerschaltungen 18a die Energiespeicherkapazität der jeweiligen Lasten und den Speicherstand der gespeicherten potentiellen Energie. Ist eine Abschaltanfrage zu befriedigen, so antworten die Lasten 8a–c mit einer Abschaltantwort 34 an die Steuerschaltung 6. Die Steuerschaltung 6 summiert die bestätigten Abschaltleistungen und gibt diese als frei verfügbare Leistung aus (36). Diese frei verfügbare Leistung kann im Energieversorgungsnetz anderen Lasten 10 als den Lasten 8 des Pools zur Verfügung gestellt werden und ist frei handelbar.
Im Anschluss wird ein Schaltbefehl 38 an die Lasten 8a–c übermittelt, der die Lasten 8a–c veranlasst, entsprechend ihrer Abschaltantwort 34 abzuschalten. Die Lasten 8a–c schalten dann ab. Die erfasste Abschaltleistung wird über die registrierende Leistungsmessung 16a–c erfasst und als geschaltete Last 40 an die Steuerschaltung 6 zurückgemeldet. Die Steuerschaltung 6 bestätigt (42) die geschaltete Last und weist damit nach, dass tatsächlich elektrische Energie zur Verfügung gestellt wurde, die im Energieversorgungsnetz zur Verfügung stand.
Der Ablauf gemäß 3 wird auch beim Zuschalten entsprechend verwendet, wobei hier dann nicht eine frei werdende elektrische Energie gemeldet wird, sondern eine elektrische Energie angefordert wird, insbesondere von einem Energielieferanten 4 und abschließend nachgewiesen wird, dass diese elektrische Energie auch verbraucht wurde.
Der Nachweis über den Verbrauch oder das Freiwerden elektrischer Energie erfolgt für jede Last 8 individuell und wird durch die Steuerschaltung 6 summiert. Dies ist schematisch in den 4 und 5 für eine Last dargestellt.
4 ist dargestellt, dass ein historischer Lastgang 40 in Fünfzehnminuten-Schritten über einen gesamten Tag berechnet wird. Dieser setzt sich aus historischen Werten zusammen und reflektiert den üblichen Leistungsverlauf einer Last 8. Basierend auf diesen üblichen Leistungsverlauf wird eine Grundlast 46 errechnet, bei der die gesamt verbrauchte elektrische Energie über alle Überwachungsintervalle gleich verteilt ist. Daneben werden Regelabweichungen 48a nach oben und 48b nach unten berechnet, die sich z. B. aus Abweichungshäufigkeiten und der Abweichungsgröße von der Grundlast ergeben. Für jede einzelne Last 8 wird so ein Lastgang 40 mit Grundlast 46 und Regelabweichung 48a, 48b berechnet.
Anschließend wird mit der registrierenden Leistungsmessung 16 wie in 5 dargestellt, der tatsächliche Lastverlauf 50 erfasst. Zu erkennen ist, dass der tatsächliche Lastverlauf 50 von den prognostizierten Lastgang 40 abweicht. Diese Abweichungen sind jedoch nicht alle durch Schaltvorgänge bedingt durch die Steuerschaltung 6 veranlasst, sondern können auch in der normalen Abweichung der Last von dem prognostizierten Lastgang begründet liegen. Diese normale Abweichung darf bei dem Nachweis der tatsächlich geschalteten Last nicht berücksichtigt werden. Aus diesem Grunde wird zunächst die Differenz aus dem Lastgang 50 und dem prognostizierten Lastgang 40 errechnet. Anschließend wird ermittelt, ob die Differenz innerhalb der Regelabweichung liegt oder nicht. Nur in den Fällen 52a, 52b liegt die Abweichung außerhalb der Regelabweichung. In diesen Fällen 52a, 52b wird von der Differenz aus Lastgang 40 und Lastgang 50 noch die Regelabweichung entweder nach oben 48a oder nach unten 48b abgezogen.
Die Regelabweichung 48a nach oben wird abgezogen, wenn die tatsächliche Last des Lastgangs 50 über der Last des Lastgangs 40 liegt und die Regelabweichung nach unten 48b wird abgezogen, wenn die tatsächliche Last 50 unterhalb der prognostizierten Last 40 liegt. Dieser Wert, aufgetragen in den Kurven 52a, 52b wird als Schaltnachweis ausgegeben.
Dieser Schaltnachweis kann als Maß dafür genommen werden, wie groß die tatsächlich geschaltete Last, bedingt durch die Steuerschaltung 6 war, da Grundlast und Regelabweichung einer jeden Last 8 berücksichtigt wurde und somit Schwankungen einer Last 8, die den normalen Betrieb der Last 8 unterliegen, ausgeblendet werden. Mit Hilfe dieses Schaltnachweises ist es möglich, den Bilanzkreis 6a auszugleichen und nachzuweisen, dass elektrische Energie zur Verfügung gestellt wurde oder zusätzlich benötigte und von einem Energielieferanten 4 bezogene elektrische Energie auch tatsächlich verbraucht wurde.

Claims

Verfahren zum Erfassen einer atypischen Abschaltung einer elektrischen Last umfassend: Auswerten eines historischen Lastgangs der Last, Bestimmen einer Grundlast und einer Regelabweichung von der Grundlast aus dem historischen Lastgang, Messen eines aktuellen Lastgangs der Last, Schalten der Last abhängig von einem externen Schaltsignal, Bestimmen der Abweichung des aktuellen Lastgangs von der bestimmten Grundlast, Ausgeben der Abweichung als Schaltnachweis.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der aktuellen Last als registrierende Leistungsmessung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung des aktuellen Lastgangs anhand der Messung der aktuellen Last in Intervallen, insbesondere im Minutentakt, Viertelstundentakt, Halbstundentakt und/oder Stundentakt bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelabweichung von der bestimmten Abweichung des aktuellen Lastgangs abgezogen wird und hieraus die Abweichung des aktuellen Lastgangs bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grenzwert für die Abweichung festgesetzt wird und nur bestimmte Abweichungen, die innerhalb des Grenzwertes liegen, als Schaltnachweis ausgegeben werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schaltnachweise einer Mehrzahl von Lasten zusammengefasst werden und als geschaltete Last eines Pools von Lasten ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die geschaltete Last eines Pools mit einer zuvor bestimmten schaltbaren Last verglichen wird und dass ein Differenzbetrag als Fehllast ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung des Lastgangs ein positives oder negatives Vorzeichen haben kann, derart, dass bei einem Abschalten der Last das Vorzeichen negativ ist und bei einem Zuschalten der Last das Vorzeichen positiv ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geschaltete Last ein positives oder negatives Vorzeichen haben kann, derart, dass bei einem Abschalten von Lasten das Vorzeichen negativ ist und bei einem Zuschalten von Lasten das Vorzeichen positiv ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Schaltsignal eine Schaltzeit, einen Schaltzeitraum, eine Schaltdauer und/oder eine Leistungsangabe für die zu schaltende Last enthält.