DE10338710A1

DE10338710A1 - Ferngesteuertes Lastmanagement für private Haushalte und Unternehmen

Info

Publication number: DE10338710A1
Application number: DE10338710A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr. Frank; Ulrich Kastner-Jung; Ulf Pillkahn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2005-03-31

Abstract

Lastspitzen und -täler bei der Energieversorgung werden dadurch abgebaut, dass dezentral bei Energiekonsumenten Energiespeicher installiert werden, die bei geringem Energiebedarf im Energieversorgungsnetzwerk geladen und bei hohem Energiebedarf im Energieversorgungsnetzwerk entladen werden.

Description

Über den Tag verteilt variiert der Energiebedarf entsprechend den menschlichen Aktiv- und Ruhephasen. Zur Tageszeit ist der Energiebedarf sowohl in privaten Haushalten als auch in Industrieanlagen höher als der Durchschnittsbedarf und zur Nachtzeit geringer. Die Erzeugung von Energie erfordert enorme Ressourcen und richtet sich grundsätzlich nach dem maximalen Energieverbrauch. Das bedeutet aber, dass zur Nachtzeit Potenzial zur Energieerzeugung ungenutzt bleibt. Es gilt deshalb, Unterschiede im Energiebedarf zu verringern und so auch Ressourcen zu schonen.
Bisher wurde dieses Problem unter anderem durch Pumpspeicherwerke gelöst. Nachts wird überschüssige Energie dazu verwendet, Wasser in ein höher gelegenes Becken zu pumpen, um am Tage die potentielle Energie zur Stromgewinnung nutzen zu können. Nachteil der Lösung ist zum einen der riesige Aufwand beim Bau und Betrieb eines solchen Kraftwerkes und zum anderen sind es die Verluste durch Umwandlung und Verteilung der Energie. Da es sich zusätzlich wieder um ein großes Kraftwerk handelt, kommt wiederum der Aspekt der Trägheit und Unflexibilität zum Tragen.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Energieversorgung zu ermöglichen, die hohen und geringen Energieverbrauch zu unterschiedlichen Zeiten effizient puffern kann.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen genannten Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Dementsprechend verfügt ein Energiespeicher über Mittel zur Zufuhr von elektrischer Energie aus einem Energieversorgungsnetzwerk und zur Abgabe von im Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie und über eine Steuerschnittstelle, über die die Mittel zur Zufuhr von elektrischer Energie auf Zufuhr von elektrischer Energie aus dem Energieversorgungsnetzwerk schaltbar sind, wenn ein geringer Energiebedarf im Energieversorgungsnetzwerk besteht, und auf Abgabe von elektrischer Energie aus dem Energiespeicher, wenn ein hoher Energiebedarf im Energieversorgungsnetzwerk besteht.

Dadurch ist es möglich, die Unterschiede im Energiebedarf für den Energieversorger zu verringern und so die Erzeugung von elektrischer Energie effizienter zu gestalten sowie Ressourcen zu schonen. Die Erfindung ermöglicht durch die Energiepufferung darüber hinaus eine größere Flexibilität und Unabhängigkeit von Haushalten und Unternehmen mit einem solchen Energiespeicher sowie die Möglichkeit der Kompensation von kürzeren Stromausfällen.

Die Steuerschnittstelle ist insbesondere nicht nur zeitgesteuert, sondern eine Schnittstelle zum Energieversorger bzw. Energieversorgungsnetzwerk, so dass der Energieversorger über das Energieversorgungsnetzwerk schalten kann, ob dem Energiespeicher elektrische Energie zugeführt wird oder ob der Energiespeicher elektrische Energie abgibt.

Vorzugsweise ist die Steuerschnittstelle über die Mittel zur Zufuhr von elektrischer Energie aus dem Energieversorgungsnetzwerk schaltbar. Damit bedarf es keiner zusätzlichen physikalischen Verbindungen zum Energieversorgungsnetzwerk selbst, sondern über das Stromkabel bzw. die Steckdose werden die Schaltzustände direkt vom Energieversorger in Form einer Powerline Communication an den Energiespeicher übermittelt.

Alternativ oder ergänzend kann die Steuerschnittstelle eine Schnittstelle zum Internet sein.

Der Energiespeicher enthält vorzugsweise einen Polymerakku.

Der Energiespeicher lässt sich unabhängig in Haushalten und Unternehmen installieren. Dies geschieht beispielsweise vorteilhaft in der Nähe des zentralen Stromanschlusses des Haushaltes oder des Unternehmens. Alternativ oder ergänzend ist ein solcher Energiespeicher aber auch in einem Haushaltsgerät, insbesondere in einem Kühlschrank, angeordnet.

Eine Anordnung zur bedarfsgerechten und Ressourcen schonenden Energieversorgung erhält ein Energieversorgungsnetzwerk und eine Mehrzahl von Energiespeichern nach einer der zuvor geschilderten Arten. Darüber hinaus kann die Anordnung über Mittel zum Registrieren eines hohen bzw. eines geringen Energiebedarfs im Energieversorgungsnetzwerk verfügen, um den Energiespeichern über ihre Steuerschnittstellen entsprechende Informationen zur Verfügung zu stellen.

In einem Verfahren zur effizienten, ökologisch sinnvollen Energieversorgung über ein Energieversorgungsnetzwerk wird eine Vielzahl von bei Energiekonsumenten (Haushalten, Unternehmen) angeordneten Energiespeichern bei insgesamt geringem Energiebedarf im Energieversorgungsnetzwerk mit elektrischer Energie geladen und wird von den Energiespeichern bei insgesamt hohem Energiebedarf im Energieversorgungsnetzwerk elektrische Energie abgegeben. Wann ein hoher bzw. wann ein geringer Energiebedarf im Energieversorgungsnetzwerk besteht, kann über den Energieversorger in Abhängigkeit der Kapazität seiner Energieversorgung beispielsweise durch Schwellwerte festgelegt werden.

In einem Verfahren zum Ermöglichen einer effizienten, ökologischen Energieversorgung wird ein Käufer von einem Energieversorger bezuschusst, subventioniert bzw. erhält einen Rabatt, wenn er einen, insbesondere mit einem Haushaltsgerät verbundenen, Energiespeicher der zuvor genannten Art kauft.

Der Käufer kann insbesondere dadurch subventioniert werden, dass er zeitweise oder auf Dauer einen geringeren Strompreis zahlen muss oder das Gerät verbilligt wird.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Bestehende Energieversorgungen kann man sich als riesige Energiespeicher vorstellen. Sobald ein Kunde Energie benötigt, kann er auf Energiereserven zugreifen. Das Bereitstellen der Energie kann nur mit großen Anstrengungen und Überkapazitäten erreicht werden, da der Bedarf zwar mit einer gewissen Genauigkeit vorhergesagt werden kann, aber eben nicht so genau, dass man auf entsprechende Sicherheitsüberkapazitäten verzichten kann.
Es wird eine teilweise dezentrale Speicherung der Energie vorgeschlagen. Das kann durch Integration von Energiespeichern in elektrische Geräte erreicht werden. Eine konkrete Anwendung ist die Erweiterung eines Kühlschrankes mit einer Energiespeicherfunktion, aber auch andere Elektrogeräte mit Speicherfunktion sind denkbar. Der Energiepuffer gibt dem Kunden die Flexibilität, sowohl kurze Stromausfälle als auch gezieltes Abschalten durch den Energielieferanten beispielsweise in Zeiten großer Nachfrage zu überbrücken. Der Stromlieferant garantiert die ständige Bereitschaft des lokalen Energiespeichers bis zu einer noch festzulegenden Maximalgrenze von beispielsweise 75 % und hat die Freiheit, die dezentralen Energiespeicher zu dem Zeitpunkt laden zu können, zu welchem im Netz Energieüberkapazitäten bestehen. Auf diese Weise kann sich die Energieerzeugung stärker an dem Energiebedarf orientieren und es wird weniger ungenutzte Energie erzeugt.
Ein Bestandteil dieses Vorgehens ist nicht nur die dezentrale Speicherung der Energie, sondern vor allem auch das zentral gesteuerte Laden der dezentralen Speicher. Ein weiterer Bestandteil ist das zugrunde liegende Geschäftsmodell. Dem Energieerzeuger entsteht durch den Einsatz dieser Lösung ein weitaus größerer Nutzen als dem Energiekunden, der gegebenenfalls auf Nachtstrom zu einem günstigeren Zeitpunkt zurückgreifen kann. Als Bestandteil des Endgeräts entstehen aber dem Energiekunden höhere Anschaffungskosten. Damit das Konzept funktioniert, schließt der Energielieferant beim Kauf eines Neugerätes einen Vertrag über die Lieferung von Strom über einen bestimmten Zeitraum ab und subventioniert gleichzeitig den Kauf des Neugeräts.
Für einen Energiespeicher ist der Einsatz von Polymerakkus von Vorteil, da das gesamte Gehäuse als Akku ausgeführt werden kann und das Gewicht relativ gering ist. Der Akku muss so dimensioniert sein, dass er auch den hohen Schaltstrom beispielsweise eines Kühlschrankkompressors bereitstellen kann. Bei Stromausfällen und gezieltem Abschalten kann sich der Kühlschrank über einen gewissen Zeitraum selbst mit Energie versorgen und gegebenenfalls auch andere im Haushalt bzw. Unternehmen betriebene Geräte mit Strom versorgen.
Ebenso wie elektrische Geräte, beispielsweise der genannte Kühlschrank, einen Energiespeicher erhalten können, ist ein zentraler Energiespeicher für einen Haushalt oder ein Kleinunternehmen denkbar. Neue, flexible Materialien erlauben es, Speicherelemente wie beispielsweise Polymere im Bauwerk einzulassen. Gegenüber dem Energiespeicher in Elektrogeräten besteht hier der Vorteil der besseren Kalkulierbarkeit der Energiekapazität, da nicht alle Geräte mit Energiespeicher zwingend angeschlossen sind.
Um den Ladevorgang des Energiespeichers bzw. einer Vielzahl von Energiespeichern zentral steuern zu können, ist ein Informationsaustausch notwendig. Die Funktion "Laden des Energiespeichers" muss gezielt am Gerät eingeschaltet werden. Der Schaltvorgang kann beispielsweise durch auf die 50 Hz- bzw. 60 Hz-Welle modulierte Impulse ausgelöst werden.
Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung richtet sich vor allem an die Energielieferanten, die bei massenhaftem Einsatz von Kühlschränken mit Speicherfunktion eine positive Auswirkung auf das Nachfrageverhalten erfahren sollten. Diese geben den Vorteil teilweise an den Endkunden weiter, indem sie die durch den Energiespeicher teureren Elektrogeräte subventionieren. Mit der Deregulierung des Strommarktes ist es möglich, auch von anderen Stromanbietern Strom zu beziehen. Da nicht unbedingt damit zu rechnen ist, dass sich die Energieversorger für eine einheitliche Lösung zusammenschließen, ist auch ein produktgebundener Vertrag denkbar. Der Energielieferant gewährt dem Kunden einen Preisnachlass und dieser verpflichtet sich im Gegenzug zu einem zeitlichen Vertrag. Das bindet den Kunden an den Energielieferanten und dieser kann die Energielastkurve optimieren.
Durch die genannten Vorgehensweisen werden elektrische Geräte mit einer Speicherfunktion erweitert, um so die für den Energielieferanten entstehende Energienachfrage gleichmäßiger zu gestalten, also die großen Unterschiede in der Tages-Lastkurve auszugleichen. Dazu gehören die zentrale Steuerung des Ladevorgangs und das genannte Geschäftsmodell.

Claims

Energiespeicher mit Mitteln zur Zufuhr von elektrischer Energie aus einem Energieversorgungsnetzwerk und zur Abgabe von im Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie und mit einer Steuerschnittstelle, über die Mittel zur Zufuhr von elektrischer Energie auf Zufuhr von elektrischer Energie aus dem Energieversorgungsnetzwerk schaltbar sind, wenn ein geringer Energiebedarf im Energieversorgungsnetzwerk besteht, und auf Abgabe von elektrischer Energie aus dem Energiespeicher, wenn im Energieversorgungsnetzwerk ein hoher Energiebedarf besteht.
Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschnittstelle eine Schnittstelle zum Energieversorgungsnetzwerk ist.
Energiespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschnittstelle über die Mittel zur Zufuhr von elektrischer Energie schaltbar ist.
Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschnittstelle eine Schnittstelle zum Internet ist.
Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher einen Polymerakku aufweist.
Haushaltsgerät, insbesondere Kühlschrank, mit einem Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Anordnung aus einem Energieversorgungsnetzwerk und einer Mehrzahl von Energiespeichern nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Verfahren zur Energieversorgung über ein Energieversorgungsnetzwerk, bei dem in einer Vielzahl von bei Energiekonsumenten angeordneten Energiespeichern bei insgesamt geringem Energiebedarf im Energieversorgungsnetzwerk Energie gespeichert wird und bei dem die Energiespeicher bei insgesamt hohem Energiebedarf im Energieversorgungsnetzwerk elektrische Energie abgeben.
Verfahren zum Ermöglichen einer effizienten, ökologischen Energieversorgung, bei dem ein Käufer subventioniert wird, wenn er einen, insbesondere in einem Haushaltsgerät angeordneten, Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5 kauft.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Käufer subventioniert wird, indem er einen geringeren Strompreis zahlen muss.