WO2016131885A1 - Vorsorgliches einspeisen zwischengespeicherter energie in energieversorgungsnetz basierend auf energieverfügbarkeitsvorhersage und energieversorgungssicherheit - Google Patents

Vorsorgliches einspeisen zwischengespeicherter energie in energieversorgungsnetz basierend auf energieverfügbarkeitsvorhersage und energieversorgungssicherheit Download PDF

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    • Y04S20/222—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving

Definitions

  • an arrangement for managing energy that selectively energizes loadable or dischargeable intermediate energy storage device for temporarily storing (in particular electrical) energy and a
  • An exemplary embodiment of the present invention stores a program for managing energy, which program, when executed by one or more processors, performs the method steps described above.
  • the term "selectively energetically-chargeable or dischargeable energy buffer device” is understood to mean, in particular, an energy buffer device in which, in particular, electrical energy can be temporarily stored in order to supply this energy later, for example, to supply a (for example electrical) load or to or
  • Energy buffer operated in times of available energy (for example, from a power grid or from a
  • Prediction mode in particular a prognosis-based decision logic understood on the basis of input data concerning the characteristics, characteristics, operating parameters and / or environmental parameters of a Energy supply network can make a decision as to how the availability of energy from the power grid will develop in the future.
  • Energy requirement of the local arrangement can be met with at least a sufficient (for example, predeterminable) probability to meet the local energy needs.
  • the energy fed into the energy supply network by the intermediate energy storage device can then pass through
  • Control means thus form an intelligent power management system, the at the same time ensures a stable energy supply network, on the other hand, due to the consideration of the energy supply security criterion also includes the local requirements in terms of supply security with energy in the control.
  • the local area network may be configured to:
  • the presence of such disturbance events may be an indicator that the energy supply capacity of the energy supply network is currently below average and due to temporary regeneration in the
  • Elements of positive energy as well as elements of negative energy balance can thus be taken into account by the forecast data. If a weather forecast predicts cold temperatures, for example, an increased demand for energy from local end consumers can be expected. However, if strong winds are predicted at the same time, an increase in the energy supply due to connected wind turbines of the energy supply network can be expected. However, simultaneous clouding can lead to the expectation that connected solar systems will provide little energy. Based on this and other predictive data, the relationship between power feed and grid draw can be adjusted or even optimized. If appropriate, such predictive mechanisms can also incorporate seasonal insights (for example, "In the summer with the expected high outside temperature and plenty of sun, many air conditioners will draw energy from 1:00 pm to 4:00 pm").
  • seasonal insights for example, "In the summer with the expected high outside temperature and plenty of sun, many air conditioners will draw energy from 1:00 pm to 4:00 pm").
  • Predictive data contain at least one of the group, which consists of a weather forecast, a weather history, a date, a
  • the control of the time dependency of the feeding or recovery of the intermediate energy storage device can be accomplished by an encrypted data traffic. This can protect the controller from hacking attacks affecting both local power security and the global
  • Power supply network is fed, and which remaining portion is used for other purposes (for example, by at least one
  • Control device to other control devices via a
  • Communication network can use the other control devices with the
  • the arrangement may comprise a local energy generating device for generating energy, wherein the control device is set up to load the energy buffer device with at least part of the generated energy.
  • the intermediate energy storage device can be charged not only by the power supply network, but alternatively or additionally by an energy generating device which is arranged locally (for example, a solar system on the roof of a detached house).
  • Biomethane / diesel i. in particular on combustion of fuel (solid, liquid and / or gaseous) based generators, or a recuperator of waste heat).
  • Mechanisms may also be integrated to ensure that energy recovery is controlled at a lower priority than balancing the deviation of the monthly average power received by the utility (eg, minimizing a 15 minute maximum of related power, since this maximum is a high technical level) Expenses generated on the part of the energy supply network and thus in the
  • the described principle for expanding the data offer or for clarifying the decision data of an online-based prediction device is described.
  • control of a memory-based power feedback unit may be performed so as to take precautionary decisions based on prediction mechanisms
  • the prediction schemes may be local and / or autonomous.
  • Storage amount can also be small (for example, less than 1 kWh, smaller as 10 kWh or less than 100 kWh).
  • the degree of control related to network optimization to the extent of control related to user and / or owner needs may be set and / or parameterized and / or
  • a controller 106 may be a respective processor of the respective one
  • Recording device 118 is provided which is adapted to record data indicative of by means of the control means 106 in the
  • Power supply network 108 indicative data can be used, which can also be used by the controller 106 for controlling.
  • a learning device 112 of the arrangement 100 can be adapted to those in the
  • Recording device 118 stored data to access
  • a weighting (eg 40% to 60%) between a measure of taking into account the future evolution of energy availability from the utility grid 108 and a measure of consideration of the local energy security criterion in determining the
  • the controller 106 controls the amount of the
  • the controller 106 may charge or discharge the intermediate energy storage device 130, depending on whether excess energy is currently being generated in the building 104 or insufficient power is being generated.
  • the Internet can also for a forecast forecast on the future energy needs or the future energy volume from the Power supply network 108 indicative data are obtained. For example, via the communication interface 182, weather data from one

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Abstract

Anordnung (100) zum Verwalten von Energie, die eine selektiv energetisch beladbare oder endladbare Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zum Zwischenspeichern von Energie und eine Steuereinrichtung (106) aufweist, die eingerichtet ist, basierend auf einem Vorhersagemodell hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung von Energieverfügbarkeit aus einem Energieversorgungsnetz (108) und unter Berücksichtigung eines lokalen Energieversorgungssicherheitskriteriums eine energiebezogene Zeit-Menge- Charakteristik zu steuern, gemäß welcher in der Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zwischengespeicherte Energie daraus entladen und in das Energieversorgungsnetz (108) eingespeist wird.

Description

Vorsorgliches Einspeisen zwischengespeicherter Energie in
Energieversorgungsnetz basierend auf Energieverfügbarkeitsvorhersage und Energieversorgungssicherheit
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Verwalten von Energie, ein computerlesbares Speichermedium und ein Software-Programm. Im Kontext von intelligenten Energieverwaltungssystemen bekommt die
Rückspeisung auf der Verbraucherseite eine zunehmende Bedeutung . Hierbei können von Verbrauchern betriebene Energiespeicher implementiert werden, die geeignet sind, Strom in ein Energieversorgungsnetz einzuspeisen. Entsprechende Mechanismen der Laststeuerung werden als Demand Side Management (DSM) und Demand Side Response (DSR) bezeichnet. Zusätzlich werden die
Steuerungen und Regelungen von autonomen Energieinseln zu einer neuen Herausforderung für den Systembau. Dabei werden zwar schon heute Formen von Rückspeisungen betrieben, die aber häufig ineffizient sind . Bisherige rückspeisefähige Energiespeicher werden so betrieben, dass überschüssige Energie gespeichert wird und dann ins Energieversorgungsnetz zurückgespeist wird .
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einer
Energiezwischenspeichereinrichtung zwischengespeicherte Energie effizient zu verwalten.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung zum Verwalten von Energie geschaffen, die eine selektiv energetisch beladbare oder endladbare Energiezwischenspeichereinrichtung zum Zwischenspeichern von (insbesondere elektrischer) Energie und eine
Steuereinrichtung (zum Beispiel einen Prozessor) aufweist, die eingerichtet ist, basierend auf einem Vorhersagemodell hinsichtlic h der zukünftigen Entwicklung von Energieverfügbarkeit aus einem Energieversorgungsnetz und unter
Berücksichtigung eines lokalen Energieversorgungssicherheitskriteriums eine energiebezogene Zeit-Menge-Charakteristik zu steuern, gemäß welcher in der Energiezwischenspeichereinrichtung zwischengespeicherte Energie daraus entladen und in das Energieversorgungsnetz eingespeist (bzw. rückgespeist) wird .
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Verwalten von Energie bereitgestellt, wobei bei dem Verfahren Energie in einer selektiv energetisch beladbaren oder endladbaren
Energiezwischenspeichereinrichtung zwischengespeichert wird, und eine energiebezogene Zeit-Menge-Charakteristik, gemäß welcher in der
Energiezwischenspeichereinrichtung zwischengespeicherte Energie daraus entladen und in ein Energieversorgungsnetz eingespeist wird, basierend auf einem Vorhersagemodell hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung von
Energieverfügbarkeit aus dem Energieversorgungsnetz und unter
Berücksichtigung eines lokalen Energieversorgungssicherheitskriteriums gespeichert wird .
In einem computerlesbaren Speichermedium gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Programm zum Verwalten von Energie gespeichert, welches Programm, wenn es von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt wird, die oben beschriebenen Verfahrensschritte aufweist bzw. durchführt.
Ein Software-Programm (zum Beispiel gebildet durch ein oder mehrere Computerprogramm-Elemente, welche optional auch örtlich verteilt und/oder mit kommunikativem Datenaustausch untereinander verbunden sein können) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Verwalten von
Energie weist die oben beschriebenen Verfahrensschritte auf (bzw. führt diese durch oder steuert diese), wenn es von einem oder mehreren Prozessoren der Anordnung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können sowohl mittels eines Computerprogramms, das heißt einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, das heißt in Hardware, oder in beliebig hybrider Form, das heißt mittels Software-Komponenten und Hardware- Komponenten, realisiert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff„selektiv energetisch beladbare oder entladbare Energiezwischenspeichereinrichtung" insbesondere ein Energiepuffergerät verstanden, in dem insbesondere elektrische Energie zwischengespeichert werden kann, um diese Energie später zum Beispiel zur Versorgung einer (zum Beispiel elektrischen) Last oder zum Ein- oder
Rückspeisen in ein Energieversorgungsnetz wieder aus dem Energiepuffergerät entnehmen zu können. Dabei ist die Energiezwischenspeichereinrichtung vorzugsweise derart eingerichtet, dass sie viele (insbesondere mindestens 100, weiter insbesondere mindestens 1000, noch weiter insbesondere mindestens 10000) energetische Be- und Entladezyklen durchführen kann. Die
Energiezwischenspeichereinrichtung ist vorzugsweise auch nur teilweise beladbar oder entladbar. Eine solche Energiezwischenspeichereinrichtung kann als
Energiepuffer betrieben werden, der in Zeiten verfügbarer Energie (zum Beispiel aus einem Energieversorgungsnetz oder aus einer
Energieerzeugungseinrichtung) energetisch aufgeladen und in Zeiten knapper Energie entladen werden kann (zum Beispiel zum Rückspeisen von Energie in das Energieversorgungsnetz oder zum Betreiben einer Energieverbraucheinrichtung). Ein Beispiel für eine Energiezwischenspeichereinrichtung ist ein
wiederaufladbarer Akkumulator. Dieser kann sowohl ortsfest als auch Teil einer mobilen Anlage (z. B. Fahrzeug) sein und temporär mit dem
Energieversorgungsnetz verbunden sein.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff
„Vorhersagemodeir insbesondere eine prognosebasierte Entscheidungslogik verstanden, die auf der Basis von Eingangsdaten betreffend die Charakteristik, Eigenschaften, Betriebsparameter und/oder Umgebungsparameter eines Energieversorgungsnetzes eine Entscheidungsprognose abgeben kann, wie sich die Verfügbarkeit der Energie aus dem Energieversorgungsnetz in der Zukunft entwickeln wird .
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff„lokales Energieversorgungssicherheitskriterium" insbesondere ein auf die lokalen
Verhältnisse der Anordnung (aus Energiezwischenspeichereinrichtung,
Steuereinrichtung und mindestens einer zugehörigen
Energieverbraucheinrichtung) bezogenes Kriterium verstanden, durch dessen Anwendung auf Basis eines aktuellen anordnungsbezogenen
Energieversorgungsszenarios und Energieverbrauchsszenarios entschieden werden kann, ob ein gegenwärtiger oder in absehbarer Zeit (insbesondere innerhalb eines nachfolgenden begrenzten Zeitintervalls) zu erwartender
Energiebedarf der lokalen Anordnung mindestens mit einer ausreichenden (zum Beispiel vorgebbaren) Wahrscheinlichkeit gedeckt werden kann, um die lokalen Energiebedürfnisse zu erfüllen. Die von der Energiezwischenspeichereinrichtung in das Energieversorgungsnetz eingespeiste Energie kann dann durch
Anwendung des Energieversorgungssicherheitskriterium quantitativ so bemessen werden, dass ungeachtet der Einspeisung die lokale Energiesicherheit mit mindestens der vorgegebenen Wahrscheinlichkeit erreichbar ist. Anders ausgedrückt kann die Steuerung der Energiezwischenspeichereinrichtung derart erfolgen, dass mit einer vorgebbaren Wahrscheinlichkeit (zum Beispiel mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 90% oder mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 99%) Engpässe bei der Versorgung lokaler Energieabnehmer oder Lasten mit (insbesondere elektrischer) Energie (zum Beispiel aus dem
Energieversorgungsnetz und/oder mindestens einer lokalen
Energieerzeugungseinrichtung, die der Anordnung zugeordnet ist) vermieden sind . Dabei kann zum Beispiel auf historische Energieverbrauchsdaten
zurückgegriffen werden. Insbesondere kann die Steuerung derart erfolgen, dass ein vorgebbares lokales Energieversorgungssicherheitskriterium (das heißt insbesondere die Sicherstellung von Energieverfügbarkeit einer lokalen Last in einem vorbestimmten Zeitraum mit mindestens einer vorbestimmten
Wahrscheinlichkeit) erfüllt ist, da ein aktueller Ladezustand der Energiezwischenspeichereinrichtung mit mindestens der vorgebbaren Wahrscheinlichkeit für eine ausreichende Energiedeckung sorgen kann.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff
„energiebezogene Zeit-Menge-Charakteristik" ein Zeitverlauf der Einspeisemenge von Energie von der Energiezwischenspeichereinrichtung in das
Energieversorgungsnetz verstanden. Anders ausgedrückt kann die
energiebezogene Zeit-Menge-Charakteristik eine Funktion der eingespeisten Energie von der Zeit repräsentieren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein vorsorgliches Leeren einer Batterie oder einer anderen
Energiezwischenspeichereinrichtung in einer Energieversorgung durchgeführt, wenn und insoweit vorhersagemodellbasiert davon ausgegangen werden kann, dass sie mit hoher Sicherheit wieder (bis zu einem bestimmten Zeitpunkt) so ausreichend gefüllt werden kann, dass es lokal mit ausreichender Sicherheit zu keinen Energieengpässen kommt. Somit kann eine
Energiezwischenspeichereinrichtung also dafür verwendet werden, nicht nur Energie aus einem Energieversorgungsnetz zwischenzuspeichern, um
bedarfsweise eine lokale Last mit dieser zwischengespeicherten Energie zu versorgen (zum Beispiel wenn das Energieversorgungsnetz gegenwärtig keine ausreichende Kapazität aufweist), sondern kann auch zeitweise Energieknappheit in dem Energieversorgungsnetz ausgleichen oder zumindest teilweise
kompensieren, indem Energie von der Energiezwischenspeichereinrichtung in das Energieversorgungsnetz eingespeist wird (insbesondere für Verbraucher in geografischer Nähe, was die Verlustleistung im Energieversorgungsetz weiter verkleinert oder minimiert). Dadurch kann das Energieversorgungsnetz gestützt bzw. stabilisiert werden, was die Versorgungssicherheit insgesamt verbessert. Auf diese Weise kann eine Energiezwischenspeichereinrichtung bereitgestellt werden, die nicht nur die lokalen Bedürfnisse nach Energieversorgungssicherheit im Bereich der Anordnung berücksichtigt, sondern auch die globalen
Anforderungen des Energieversorgungsnetzes in die Steuerung mit einbezieht. Die Energiezwischenspeichereinrichtung kann in Kombination mit der
Steuereinrichtung somit ein intelligentes Energieverwaltungssystem bilden, das gleichzeitig ein stabiles Energieversorgungsnetz sicherstellt, andererseits aufgrund der Berücksichtigung des Energieversorgungssicherheitskriteriums auch die lokalen Erfordernisse hinsichtlich Versorgungssicherheit mit Energie in die Steuerung mit einbezieht.
Im Weiteren werden zusätzliche exemplarische Ausführungsbeispiele der Anordnung, des Verfahrens, des computerlesbaren Speichermediums und des Software-Programms beschrieben.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinrichtung eingerichtet sein, die Zeit-Menge-Charakteristik der
eingespeisten Energie basierend auf einem Energieeigenbedarf mindestens einer lokalen Energieverbraucheinrichtung zu steuern, die mit der
Energiezwischenspeichereinrichtung und/oder mit dem Energieversorgungsnetz gekoppelt oder koppelbar ist, um von der Energiezwischenspeichereinrichtung und/oder dem Energieversorgungsnetz mit Energie versorgt zu werden. Eine solche Energieverbraucheinrichtung kann zum Beispiel eine lokale Last wie zum Beispiel eine Wärmepumpe oder eine elektrische Fußbodenheizung sein, oder aber ein Gebäudebereich oder gesamtes Gebäude. Auch ein Gebäudekomplex kann als Energieverbraucheinrichtung angesehen werden. Wenn der zu erwartende Energieeigenbedarf einer solchen Energieverbraucheinrichtung aufgrund des Vorliegens historischer Daten ausreichend zuverlässig abgeschätzt werden kann, kann durch Extrapolation der historischen Daten in die Zukunft die Erfüllung des Energieversorgungssicherheitskriteriums mit ausreichender
Wahrscheinlichkeit sichergestellt werden, ohne die Fähigkeit der
Energiezwischenspeichereinrichtung zu konterkarieren, das
Energieversorgungsnetz durch bedarfsweises Einspeisen von Energie zu stabilisieren.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das lokale
Energieversorgungssicherheitskriterium indikativ sein für eine, insbesondere vorgebbare oder vorgegebene, Wahrscheinlichkeit, dass die
Energiezwischenspeichereinrichtung bis zu einem vorgebbaren oder
vorgegebenen Zeitpunkt wieder mindestens bis zu einem vorgebbaren oder vorgegebenen Aufladungsgrad aufgeladen ist. Die Erfüllung oder Nichterfüllung dieses Kriteriums (insbesondere basierend auf einem früherem, vorbekannten und/oder erwarteten Benutzerverhalten) kann dann bestimmen, ob bzw. welche Energiemenge von der Energiezwischenspeichereinrichtung in das
Energieversorgungsnetz übertragen wird.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinrichtung eingerichtet sein, die Zeit-Menge-Charakteristik der
eingespeisten Energie basierend auf einer Netzqualitätscharakteristik,
insbesondere basierend auf einem Zeitverlauf der Netzqualitätscharakteristik, des Energieversorgungsnetzes zu steuern. Im Rahmen der vorliegenden
Anmeldung kann unter dem Begriff„Netzqualitätscharakteristik" eine auf eine Qualität des Energieversorgungsnetzes bezogene Charakteristik verstanden werden, die in dem Energieversorgungsnetz in der Vergangenheit herrschte, gegenwärtig herrscht und/oder in der Zukunft herrschen wird . Die eingespeiste Energiemenge kann also davon abhängig gemacht werden, ob in dem
Energieversorgungsnetz bzw. einem von dem Energieversorgungsnetz
bereitgestellten Energiesignal Störereignisse auftreten. Das Vorliegen solcher Störereignisse (zum Beispiel Spannungsspitzen oder eine zeitweise Abweichung eines Ist-Werts von einem Soll-Wert) können ein Indikator dafür sein, dass gegenwärtig die Energieversorgungskapazität des Energieversorgungsnetzes unterdurchschnittlich ist und durch zeitweise Rückspeisung von in der
Energiezwischenspeichereinrichtung zwischengespeicherter elektrischer Energie verbessert werden kann. Indem der zeitliche Verlauf der Netzqualität für die Steuerung berücksichtigt wird, insbesondere ein Vergleich zwischen einem historischen Mittelwert und aktuell gegebenen Verhältnissen hinsichtlich der
Netzqualität vorgenommen wird, kann die Anordnung selbsttätig das Erfordernis erkennen, die Energiezwischenspeichereinrichtung ganz oder teilweise zur Stützung des Energieversorgungsnetzes zu entladen, sofern dies die
anordnungsinterne Energieversorgungssicherheit erlaubt.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Netzqualitätscharakteristik indikativ sein für die von dem Energieversorgungsnetz gegenwärtig und/oder in absehbarer Zukunft leistbare Energieversorgungskapazität, insbesondere eine Energieknappheit oder ein Energieüberangebot. In Zeiten von Energieknappheit kann die
Energiezwischenspeichereinrichtung Energie in das Energieversorgungssystem rückspeisen, wohingegen in Zeiten eines Energieüberangebots (zum Beispiel bei starken Winden, während deren Anhaltens eine Windkraftanlage mehr Energie liefert als eigentlich benötigt wird) kann die Energiezwischenspeichereinrichtung als Energiepuffer fungieren und aufgeladen werden und in diesem Zeitraum von einer Einspeisung von Energie in das überlastete Energieversorgungsnetz absehen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Netzqualitätscharakteristik ein von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellter elektrischer Spannungswert und/oder ein von dem Energieversorgungsnetz sich durch Verbrauch ergebender elektrischer Stromwert und/oder ein Crest Faktor der von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellten Versorgung und/oder mindestens ein insbesondere diskontinuierliches Spannungsereignis in der von dem Energieversorgungsnetz gestellten elektrischen Spannung und/oder eine von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellte Leistung und/oder eine von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellte Energie und/oder Flicker-Ereignisse in dem von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellten Signal und/oder mindestens eine Harmonische oder Zwischenharmonische der oder des von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellten elektrischen Spannung oder elektrischen Stroms und/oder ein Rundsteuersignal (wobei die sogenannte Rundsteuertechnik (ripple control) zur Fernsteuerung von Stromverbrauchern durch
Energieversorgungsunternehmen eingesetzt wird) und/oder eine Asymmetrie in der oder dem von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellten elektrischen Spannung oder elektrischen Strom und/oder eine Frequenz der oder des von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellten elektrischen Spannung oder elektrischen Strom sein. Diese oder andere Netzqualitätscharakteristika können durch die Steuereinrichtung durch eine Analyse des Energieversorgungsnetzes oder von Teilen davon ermittelt werden und in die Steuerung eingehen. Dadurch erfolgt die Steuerung aufgrund objektiver, physikalischer Parameter des
Energieversorgungsnetzes und somit in präziser Weise. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Netzqualität anhand von Informationen hinsichtlich einer Impedanz von zumindest einem Teil des Energieversorgungsnetzes charakterisiert werden. Anders ausgedrückt kann ein entsprechender Impedanzwert die Netzqualitätscharakteristik darstellen. Gemäß einer ersten Ausgestaltung kann die Erfassung der
Netzqualitätscharakteristik durch eine Messung einer Frequenzabhängigkeit der Impedanz erfolgen. Die Frequenzabhängigkeit der Impedanz erlaubt eine
Bestimmung oder Abschätzung, wie und welche Kommunikation über
Netzversorgungsleitungen möglich ist und/oder welche Störung (zum Beispiel Messung einer Dämpfung von harmonischen Oberwellen) im lokalen System vorhanden ist. Gemäß einer zweiten Ausgestaltung kann die Erfassung der Netzqualitätscharakteristik durch eine Messung der Impedanz zur Bestimmung eines Innenwiderstandes des Energieversorgungsnetzes erfolgen. Dadurch kann zum Beispiel sichergestellt werden, dass auf der Endverbraucherseite im Rahmen vorgesehener Energiebezugsmengen keine Unterspannung (zum Beispiel weniger als Nennspannung minus 10 %) bzw. bei Energieeinspeisung keine
Überspannung (d.h. mehr als Nennspannung plus 6 %, insbesondere plus 10 %) auftritt. Gemäß einer dritten, besonders bevorzugten Ausgestaltung kann die Erfassung der Netzqualitätscharakteristik auch eine Messung eines Zeitverlaufs von Impedanz (insbesondere Quellenimpedanz) und Nennspannung beinhalten. Dies erlaubt eine konkrete Aussage über einen lokalen Netzauslastungszustand .
Jede der genannten Formen der Netzimpedanzmessung (und insbesondere die Kombination der verschiedenen Formen) kann zur dynamischen Abschätzung der aktuellen Quellenspannung, Parallellast und Innenimpedanz des
Niederspannungsnetzes sowie der (Zukunfts-)Projektion dieser Werte verwendet werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Anordnung eine Netzqualitätserfasseinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, die
Netzqualitätscharakteristik des Energieversorgungsnetzes zu erfassen und der Steuereinrichtung als Basis für das Steuern bereitzustellen. Die
Netzqualitätserfasseinrichtung kann ein Sensor sein, der für die Netzqualität indikative Messgrößen erfasst. Zum Beispiel kann ein solcher Sensor ein Voltmeter sein, der die Zeitabhängigkeit der Spannung des
Energieversorgungsnetzes erfasst und Abweichungen eines Ist-Verlaufs von einem Soll-Verlauf ermitteln kann. Alternativ oder ergänzend kann der Sensor ein Amperemeter sein, der aus einem Stromsignal entsprechende Daten extrahieren kann.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinrichtung eingerichtet sein, das Steuern basierend auf mindestens einer zeitlichen Ableitung, insbesondere der ersten Ableitung und/oder der zweiten Ableitung, der erfassten Netzqualitätscharakteristik durchzuführen. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Steuerung der zeitweisen Entladung der Energiezwischenspeichereinrichtung ins Netz hinein nicht nur basierend auf dem Wert der Netzqualität selbst, sondern auf Basis von deren Steigungsverhalten und/oder Krümmungsverhalten durchzuführen. Dadurch kann eine wesentlich feinere Nachverfolgung von bestehenden und sogar drohenden Störungen der Netzqualität ermöglicht werden, da die erste bzw. zweite Ableitung für derartige Störungen sensibler ist als das (insbesondere Strom- oder Spannungs-) Signal der Netzqualität selbst.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Anordnung eine Lerneinrichtung aufweisen, die zum Auffinden von Verhaltensmustern der Anordnung und/oder des Energieversorgungsnetzes in der Vergangenheit und zum Bereitstellen aufgefundener Verhaltensmuster an die Steuereinrichtung als Basis für die zukünftige Steuerung eingerichtet ist. Eine derartige Lerneinrichtung kann Elemente der künstlichen Intelligenz verwirklichen, zum Beispiel neuronale Netzwerke, Fuzzylogik oder Methoden der Mustererkennung . Wenn die
Lerneinrichtung zum Beispiel in einem Benutzerverhalten in der Vergangenheit bestimmte wiederkehrende Ereignisse erkennt (zum Beispiel ein erhöhter
Warmwasserbedarf morgens und ein erhöhter Strombedarf mittags an
Werktagen), so kann basierend auf diesen Verhaltensmustern präziser
vorhergesagt werden, welcher Energiebedarf lokal in der nahen Zukunft wahrscheinlich zu erwarten ist. Dieser Energiebedarf kann von einer Restladung der Energiezwischenspeichereinrichtung bedient werden, zum Beispiel wenn die Energiebereitstellungskapazität des Energieversorgungsnetzes gegenwärtig eingeschränkt ist. Das Energieversorgungssicherheitskriterium kann derartige Verhaltensmuster berücksichtigen. Auf diese Weise kann in benutzerspezifischer Weise die Energieversorgungssicherheit erhöht werden und dennoch die Menge von bedarfsweise in das Energieversorgungsnetz rückgespeister Energie vergrößert werden. Sowohl lokale als auch globale Erfordernisse können dadurch optimal bedient werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinrichtung eingerichtet sein, die Energieverwaltung basierend auf Vorhersagedaten zum Voraussagen einer von dem Energieversorgungsnetz gegenwärtig und/oder in absehbarer Zukunft leistbaren
Energieversorgungskapazität und/oder zum Voraussagen von einer aus dem Energieversorgungsnetz gegenwärtig und/oder in absehbarer Zeit abgerufenen Energiemenge und/oder zum Voraussagen von mittels einer
Energieerzeugungseinrichtung gegenwärtig und/oder in absehbarer Zeit in das Energieversorgungsnetz einspeisbarer Energiemenge zu steuern. Sowohl
Elemente positiver als auch Elemente negativer Energiebilanz können somit von den Vorhersagedaten berücksichtigt werden. Sagt eine Wettervorhersage kalte Temperaturen voraus, so kann zum Beispiel ein erhöhter Energiebedarf der lokalen Endverbraucher erwartet werden. Werden allerdings gleichzeitig starke Winde vorausgesagt, so ist auch mit einer Erhöhung der Energielieferung durch angeschlossene Windkraftanlagen des Energieversorgungsnetzes zu rechnen. Eine gleichzeitige Bewölkung lässt allerdings erwarten, dass angeschlossene Solaranlagen wenig Energie bereitstellen werden. Basierend auf dieser und anderer Vorhersagedaten kann das Verhältnis zwischen Energieeinspeisung und Netzentnahme eingestellt oder sogar optimiert werden. Gegebenenfalls können in solche Vorhersagemechanismen auch saisonale Erkenntnisse einfließen (z.B. „Im Sommer bei zu erwartender hoher Außentemperatur und viel Sonne werden von 13.00 Uhr bis 16.00 Uhr sehr viele Klimaanlagen Energie beziehen").
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel können die
Vorhersagedaten zumindest eines aus der Gruppe enthalten, die besteht aus einer Wetterprognose, einer Wettervergangenheit, einem Datum, einer
Jahreszeit, einer Tageszeit, einer Verbrauchserwartung, einer aus einer Verbrauchshistorie abgeleiteten Prognose eines zukünftigen Benutzerverhaltens, einer Benutzerpräsenzdetektion (befindet sich ein Benutzer in einem Gebäude, ist mit einer höheren Energienachfrage zu rechnen, als wenn sich kein Benutzer in dem Gebäude aufhält), und einem Reservationsauftrag eines Benutzers (hat ein Benutzer Energie bereits reserviert, ist diese Energiemenge für das
Energiemanagement zu berücksichtigen). Andere Daten können
selbstverständlich auch berücksichtigt werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Anordnung eine Sicherheitseinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Anordnung vor externen Manipulationen zu schützen. Um eine Störung des
Energieversorgungsnetzes als auch der lokalen Energieversorgung zu vermeiden, kann zum Beispiel ein Datentransfer zwischen kommunizierfähigen Komponenten der Anordnung und kommunikativ koppelbaren anderen Entitäten geschützt werden . Hierfür kann zum Beispiel eine Firewall oder ein verschlüsselter
Datenverkehr verwendet werden. Auch kann die Steuerung der Zeitabhängigkeit der Einspeisung bzw. Rückspeisung der Energiezwischenspeichereinrichtung durch einen verschlüsselten Datenverkehr bewerkstelligt werden. Dadurch kann die Steuerung vor einem Hackerangriff geschützt werden, der sowohl auf die lokale Energieversorgungssicherheit als auch auf die globale
Energieversorgungssicherheit negativen Einfluss hätte.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Anordnung eine Aufzeichnungseinrichtung aufweisen, die zum Aufzeichnen von Daten eingerichtet ist, die indikativ für mittels der Steuereinrichtung in der
Vergangenheit eingestellte Zeit-Mengen-Charakteristika und/oder für in der Vergangenheit herrschende Netzqualitätscharakteristika des
Energieversorgungsnetzes sind. Eine solche Aufzeichnungseinrichtung kann eine Historie der Steuerung aufzeichnen und dadurch erfolgreiche sowie nicht erfolgreiche Steuerzyklen identifizieren. Durch die Aufzeichnung einer
vergangenen Steuerlogik kann die Steuerung zum Beispiel unter Verwendung von selbstlernenden Algorithmen stetig auf der Basis empirischer Daten verfeinert werden. Die Energieversorgung kann auf diese Weise noch sicherer gestaltet werden. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinrichtung eingerichtet sein, das Steuern autonom von dem
Energieverteilungsnetz durchzuführen. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff„autonomes Steuern" insbesondere verstanden, dass die Steuereinrichtung vollkommen eigenständig und unabhängig von anderen
Steuereinrichtungen darüber entscheidet, welcher Anteil der Energie, die in der Energiezwischenspeichereinrichtung gegenwärtig gespeichert ist, in das
Energieversorgungsnetz eingespeist wird, und welcher verbleibende Anteil zu anderen Zwecken eingesetzt wird (zum Beispiel um mindestens eine
angeschlossene Energieverbraucheinrichtung mit Energie zu versorgen). Die Steuerung kann somit ohne eine übergeordnete Steuerzentrale durchgeführt werden und ist auch nicht von bindenden Steuerkommandos abhängig, die von dem Energieversorgungsnetz bereitgestellt werden. Es hat sich herausgestellt, dass die Bereitschaft von Endverbrauchern, sich an einer Stützung des
Energieversorgungsnetzes durch zeitweises Rückspeisen von Energie zu beteiligen, dann stärker ausgeprägt ist, wenn die Entscheidungshoheit über das ob und wieviel dieser Rückspeisung auf lokaler Ebene verbleibt und nicht durch eine zentrale Steuerlogik des Energieversorgungsnetzes beherrscht wird . Durch die autonome Steuerung kann somit der Pool der Endverbraucher erhöht werden, sich an dem sowohl lokale als auch globale Bedürfnisse berücksichtigenden
Energieverwaltungssystem zu beteiligen. Dadurch können auch Schwankungen der Energieverteilung besser ausgeglichen werden. Durch eine autonome
Steuerung kann jeweils lokal sichergestellt werden, dass der Energieverbrauch des Endbenutzers auch tatsächlich durch lokale Energieversorgungsentitäten sichergestellt werden kann.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinrichtung eingerichtet sein, das Steuern nicht nur autonom von dem Energieversorgungsnetz, sondern zusätzlich kooperierend mit anderen an das Energieversorgungsnetz angeschlossenen Anordnungen mit
Energiezwischenspeichereinrichtung zum Einspeisen von Energie in das
Energieversorgungsnetz durchzuführen. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff„kooperatives Steuern" insbesondere verstanden, dass die Steuereinrichtung bei ihrer Steuerlogik das Verhalten anderer
Steuereinrichtungen berücksichtigt und/oder im Vorfeld und/oder im Nachgang zu dem eigenen Steuern mit anderen Steuereinrichtungen zum Abstimmen oder Koordinieren oder Synchronisieren des Steuerverhaltens kommuniziert. Mit anderen Worten kann in einen Steuerungsalgorithmus, den die Steuereinrichtung als Basis für die Steuerung des Grads der Einspeisung gepufferter Energie in das Energieversorgungsnetz durchführt, auch das Betriebsverhalten anderer
Anordnungen mit Energiezwischenspeichereinrichtung eingehen. Zum Beispiel kann der Grad der Energieeinspeisung durch eine Anordnung vom Grad der Energieeinspeisung durch andere Anordnungen abhängig gemacht werden (zum Beispiel kann ein antizyklisches Einspeiseverhalten zwischen den Anordnungen abgestimmt werden, um Einspeisespitzen und somit ein Energieüberangebot in dem Energieversorgungsnetz durch ein gleichförmiges, unabgestimmtes
Verhalten zu verhindern). Die Steuerlogik einer bestimmten Anordnung kann zum Erreichen des Ziels angepasst werden, dass Steuervorschläge anderer Anordnungen, sofern diese nicht im Widerspruch zu höherpriorisierten eigenen Steuerprinzipien der Anordnung stehen, in der eigenen Steuerlogik berücksichtigt werden. Eine Mitteilung eines eigenen Steuerverhaltens von einer
Steuereinrichtung an andere Steuereinrichtungen über ein
Kommunikationsnetzwerk kann die anderen Steuereinrichtungen mit der
Datenbasis versorgen, die nötig ist, um das Steuerverhalten der
kommunizierenden Steuereinrichtung auch für das Steuern der anderen
Steuereinrichtungen zu berücksichtigen. Besonders vorteilhaft ist es also, die autonome Steuerung kooperativ durchzuführen, das heißt in die Steuerlogik auch Parameter zu integrieren, die ein kooperatives Verhalten mehrerer lokaler
Steuerungen unterschiedlicher Anordnungen berücksichtigt. Dadurch kann zum Beispiel ein Aufschaukeln durch ein gleichförmiges unabgestimmtes Verhalten der einzelnen Anordnungen vermieden werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das
Vorhersagemodell lokale Vorhersagedaten (die also auf die Verhältnisse in der Anordnung bezogen sind) und anordnungsexterne (insbesondere auf das
Energieversorgungsnetz und/oder auf andere Anordnungen, die an das Energieversorgungsnetz angeschlossen sind, bezogene) Vorhersagedaten berücksichtigen, insbesondere kombinatorisch berücksichtigen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die von der Energiezwischenspeichereinrichtung maximal speicherbare und/oder in das Energieversorgungsnetz in einem Entladevorgang maximale einspeisbare
Energiemenge kleiner als 100 kWh, insbesondere kleiner als 10 kWh, weiter insbesondere kleiner als 1 kWh, sein. Insbesondere kann eine von der Anordnung verwaltete Leistung kleiner als 30 kW, insbesondere kleiner als 10 kW, weiter insbesondere kleiner als 3 kW, sein. Bei den Anordnungen kann es sich also um kleinere und mittlere Anlagen handeln, von denen sehr viele an das
Energieversorgungsnetz angeschlossen sein können.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann eine Gewichtung zwischen einem Maß der Berücksichtigung der zukünftigen Entwicklung von Energieverfügbarkeit aus dem Energieversorgungsnetz und einem Maß der Berücksichtigung des lokalen Energieversorgungssicherheitskriteriums
benutzerdefinierbar und/oder parametrisierbar und/oder
steuerungseinrichtungsseitig vorgebbar und/oder fernsteuerbar sein. Auf diese Weise können Benutzerbedürfnisse selektiv eingestellt werden und damit die Bereitschaft von Benutzern weiter erhöht werden, sich einem
Energieverwaltungssystem anzuschließen, das über die lokalen Bedürfnisse hinaus auch globale Anforderungen des Energieversorgungsnetzes in das
Energiemanagement mit einbezieht.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinrichtung eingerichtet sein, basierend auf dem Vorhersagemodell einen Soll-Rückspeisezeitpunkt zum Beginn des Rückspeisens von in der
Energiezwischenspeichereinrichtung zwischengespeicherten Energie in das Energieversorgungsnetz zu ermitteln. Das Einspeisen der Energie von der Energiezwischenspeichereinrichtung in das Energieversorgungsnetz kann dadurch gezielt zeitgesteuert werden und zum Beispiel so lange zurückgehalten oder verzögert werden, bis lokale Energiesicherheitskriterien den Beginn des
Einspeisens erlauben. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das lokale
Energieversorgungssicherheitskriterium indikativ für eine Wahrscheinlichkeit sein, dass die Energiezwischenspeichereinrichtung bis zu einem vorgegebenen Zeitpunkt wieder mindestens bis zu einem vorgegebenen Füllegrad (zum Beispiel ein vorgebbarer Prozentsatz, etwa 80%) aufgeladen ist. Dabei können auch lokale bzw. benutzerdefinierte Besonderheiten oder Gewohnheiten berücksichtigt werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Anordnung eine lokale Energieerzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Energie aufweisen, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, mit zumindest einem Teil der erzeugten Energie die Energiezwischenspeichereinrichtung zu beladen. Bei der Anordnung kann somit die Energiezwischenspeichereinrichtung nicht nur durch das Energieversorgungsnetz geladen werden, sondern alternativ oder ergänzend auch durch eine Energieerzeugungseinrichtung, die lokal angeordnet ist (zum Beispiel eine Solaranlage auf dem Dach eines Einfamilienhauses).
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die lokale
Energieerzeugungseinrichtung aus einer Gruppe ausgewählt sein, die besteht aus einer Fotovoltaikanlage, einer Windkraftanlage, einer Brennstoffzelle, einem Blockheizkraftwerk, einem eMobility-System und einer Geothermieanlage.
Andere Energieerzeugungseinrichtungen sind möglich (z. B. Generatoren an nichtelektrischen Speichern wie Druckluftspeicher, Wasserstofftanks oder
Biomethan/-diesel, d.h. insbesondere auf Verbrennung von Treibstoff (fest, flüssig und/oder gasförmig) basierende Generatoren, oder ein Rekuperator von Abwärme).
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinrichtung eingerichtet sein, einen anderen (d.h. nicht in das
Energieversorgungsnetz einzuspeisenden) Teil der in der
Energiezwischenspeichereinrichtung zwischengespeicherten Energie daraus zum Versorgen eines lokalen Energieabnehmers mit Energie zu entladen . Somit kann die Steuereinrichtung einen Ausgleich zwischen in das Energieversorgungsnetz rückgespeisten und zur Versorgung des lokalen Energieabnehmers mit Energie bereitgestellten Anteils herbeiführen. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Energiezwischenspeichereinrichtung eine wiederaufladbare Batterie sein. Andere Energiezwischenspeichereinrichtungen als wiederaufladbare Akkumulatoren sind jedoch ebenfalls möglich. Zum Beispiel kann die
Energiezwischenspeichereinrichtung die Energie auch in Form von Wärme oder unter Ausnutzung des Potentials von Flüssigkeiten und Gasen (insbesondere Energiespeicherung chemisch und physikalisch, zum Beispiel mittels Druck) Zwischenspeichern. Auch kann die Steuerung Mechanismen zur
Leistungsoptimierung des Speichers enthalten : Insbesondere bei NiCd (Nickel- Cadmium) und NiMh (Nickel-Metallhydrid) Batterien wird durch die Verwendung der beschriebenen Steuerung, welche den ganzen (oder fast ganzen)
Kapazitätszyklus der Batterien umfassen kann (bzw. regelmäßig durchlaufen werden kann), vorsorglich ein Memoryeffekt verhindert, bzw. kann durch die Steuerung ein Memoryeffekt nachhaltig vermieden oder eine Batteriegruppe regeneriert werden.
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die folgenden Figur detailliert
beschrieben. Figur 1 zeigt eine Anordnung zum Verwalten von Energie gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung .
Bevor bezugnehmend auf die Figur exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden, sollen noch einige allgemeine Aspekte der Erfindung erläutert werden :
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann bei Vorliegen bestimmter Vorhersageszenarien und unter Berücksichtigung lokaler Energieversorgungssicherheit ein vorsorgliches Leeren von Speichern zur
Stromerzeugung durchgeführt werden.
Steuerungen von herkömmlichen Energiespeichern, die zum Einspeisen von Strom in ein Energieversorgungsnetz geeignet sind, sind so konzipiert, dass die Speicher- und Wiedereinspeiseleistung nicht oder nur sehr selten im vollen Leistungsswing verwendet werden . Aus Gründen von vermeintlich benötigten bzw. vorsorglich gewahrten Energiereserven oder dem Vorwand der
Batterieschonung werden Leistungsspeicher nur selten im vollen Swing (d.h. 0% bis 100%) oder fast vollem Swing (zum Beispiel 10% bis 90%) betrieben.
Meteorologische Vorhersagemodelle können zur Leistungsdisposition eingesetzt werden. Zum Beispiel Hebungswolken, welche in einer Region durch Kondensation einer aufsteigenden Luftmasse sehr schnell die photovoltaische Stromproduktion mittel- oder großflächig massiv reduzieren können, stellen für die Leistungsbereitstellung in einem intelligenten Energieverwaltungssystem eine Herausforderung dar. Da gewisse Energiequellen bis zu 30 Minuten brauchen, um zwischen Einschaltung und Einspeisung ihre Energieproduktion hochzufahren, ist es in einer hochgradig von Photovoltaik oder Wind gespeisten Umgebung problematisch, kurzfristig genügend Alternativleistung bereitzustellen bzw.
wieder herunterzufahren. Des Weiteren können solche schnellen Veränderungen geografisch kleine Regionen betreffen und so ein Energieverwaltungssystem besonders belasten.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Steuerlogik implementiert, die gleichzeitig netzorientiert als auch
benutzerorientiert (zum Beispiel optimale Reserven, Kosten und Komfort) ausgerichtet ist. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel können beide Aspekte gewichtet werden. Insbesondere ist es möglich, das
Gewichtungsverhältnis zwischen den beiden Bedürfnisgruppen frei einzustellen.
Es sind Batterien verfügbar, bei welchen die Lebensdauer nicht mehr wesentlich reduziert wird, wenn die Lade/Entladeleistung über den ganzen Leistungsbereich der Batterie geht (zum Beispiel Zyklus: 100% -> 5% ->
100%). Dadurch ist es möglich, eine optimierte Steuerung der Batterien (bzw. anderer Energiezwischenspeichereinrichtungen) zu konzipieren, welche einen hohen Nutzen aus dem vollen Swing einer Kapazität des Speichers schöpfen.
Für die Steuerlogik gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung können zum Beispiel Vorhersagen von außen verwendet werden. Zum Beispiel können Informationen hinsichtlich einer Wettervorhersage verwendet werden. Aus der Wettervorhersage„morgen scheint die Sonne" kann prognostiziert werden, dass der Akku mit hoher Wahrscheinlichkeit vollgeladen werden wird. Aus der Wettervorhersage„viel Wind" kann prognostiziert werden, dass mehr Energie erzeugt werden wird, als man speichern können wird. Es ist auch möglich, gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen
Verbrauchsprognosen zu berücksichtigen. Auch kann ein erwartetes
schwarmhaftes Ändern von Benutzerbedürfnissen berücksichtigt werden. Zum Beispiel lassen sich gruppendynamische Effekte in ein Prognosesystem
integrieren, das adäquat zukünftiges Benutzerschwarmverhalten voraussagen kann. Unter„Schwarmverhalten" kann in diesem Zusammenhang ein Verhalten verstanden werden, dem ein Großteil einer Population folgt. Derart vorbereitete Prognosen können von außen in ein Steuerungssystem einfließen. Andererseits kann ein Steuerungssystem selbst aufgrund der Sammlung von historischen Daten eine (zum Beispiel heuristische) Prognose eines Zukunftswertes erstellen. So können zum Beispiel basierend auf lokalen meteorologischen Daten
kurzfristige Prognosen erstellt werden. Es ist auch möglich, ein
Benutzerverhalten in die Zukunft zu projizieren (zum Beispiel :„in diesem Haus wird nie vor 12 : 00 Uhr mittags gekocht" und damit Peakenergie verbraucht); oder mit hohem Präzisionsgrad :„Dieser Verbraucher benötigt in 83% der Fälle zwischen 12 : 30 Uhr und 12 :45 Uhr zusätzlich 3 kW Leistung gegenüber seinem Durchschnittsverbrauch"). Es können auch Mechanismen integriert sein, welche dafür sorgen, dass die Rückspeisung von Energie mit tieferer Priorität gesteuert wird als der Ausgleich der Abweichung der vom Energieversorger bezogenen Monatsdurchschnittsleistung (z. B. Minimierung eines 15 Minutenmaximums an bezogener Leistung, da dieses Maximum einen hohen technischen Aufwand auf Seiten des Energieversorgungsnetzes generiert und somit in der
Endverbraucherverrechnung zunehmend teurer wird; je höher der Peak vom Mittelwert abweicht, desto teurer wird das dadurch entstehende erhöhte 15 Minutenmaximum).
Diese externen oder internen Prognosen verwendet eine Steuereinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Beispiel dafür, eine Energiezwischenspeichereinrichtung vorsorglich zu einem großen Teil oder vollständig zu leeren, wenn prognosebasiert eine hohe Gewissheit vorliegt, dass die Energiezwischenspeichereinrichtung bis zu einem bestimmten Zeitpunkt wieder genügend (oder vollständig) geladen werden kann. Diese vorsorgliche Leerung eines Speichers erlaubt es, mit gegebenen (zum Beispiel bereits installierten) Speichern, eine möglichst vollständige Nutzung des Speicherswings (d.h. Nutzung der Speicherkapazität zwischen„voll" und„leer") zu erreichen. Je präziser die Prognosen sind, desto größer darf die vorsorgliche Entladung sein, weil dadurch die Sicherheit wächst, dass zum gewünschten Zielzeitpunkt X der Ladezustand wieder den für diesen Zeitpunkt geforderten Wert Y erreicht (um zum Beispiel noch sicher einen Verbrennungsmotor starten zu können oder um genügend Energie für den Eigenbedarf des Besitzers zur Verfügung zu haben).
Des Weiteren kann ein Steuerprozess gemäß einem exemplarischen
Ausführungsbeispiel der Erfindung durch eine Netzqualitätsmessung mit
Aufzeichnung einer Historie und/oder Projektion einer Zukunftsqualität weiter verbessert werden : Die lokalen (insbesondere netztopologiebezogenen)
Bedürfnisse des Verteilnetzes können ermittelt werden und daraufhin optimierte Verbesserungen erzielt werden. Es kann so auch eine autonome Steuerung der Rückspeiseleistung realisiert werden, welche vor allem dann rückspeist, wenn es für das Energieversorgungsnetz optimal ist (zum Beispiel ein erhöhter Bedarf vorhanden ist). Durch diese autonome Selbststeuerung wird keine
Echtzeitkommunikation und keine hierarchische Steuerung benötigt. Es kann zum Beispiel durch die Steuereinrichtung frei gewählt werden, welches Maß an Autonomie zum Einsatz kommen soll. Das Maß an Autonomie kann auch basierend auf dem Kommunikationsangebot, den Sicherheitsmechanismen und/oder übertragenen Daten angepasst werden.
Zusätzlich kann durch vorstehend beschriebene Netzqualitätssteuerung auch ein sehr kurzfristiger Bedarf (zum Beispiel sofort oder innerhalb von 20ms) von Energie durch Einspeisung gedeckt werden. So ist es zum Beispiel möglich, eine energetische Überbrückung des Hochfahrens langsamerer Energieerzeuger (zum Beispiel das Hochfahren von Turbinen in Kraftwerken) zu bewerkstelligen. Da in solchen Momenten bzw. Kurzzeiträumen zwar nur kurz, dafür aber zum Teil sehr viel Energie eingespeist werden soll, können auch schnell entladbare
Batterien verwendet werden, insbesondere solche, welche trotz hoher Energieentnahme dennoch eine hohe Speicherfähigkeit besitzen. Der Entscheid, ob und wieviel Energie ins Energieversorgungsnetz zurückgespeist wird, kann die Steuerung selbst ermitteln. Dies kann erfolgen basierend auf
Benutzerbedürfnissen, Speicherzustand, maximaler Speichermenge und
Netzbedarf. Dies kann zum Beispiel durch eine Parametrierung erfolgen, die erlaubt festzulegen, wie hoch Benutzer- und/oder Besitzerbedürfnisse gegenüber den Bedürfnissen des Energieversorgungsnetzes gewichtet werden sollen.
Anstelle einer Parametrierung kann auch ein selbstlernender Mechanismus eingesetzt werden und/oder können Eckdaten eines Kostenmodells berücksichtigt werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann auf die
beschriebene Weise eine Photovoltaikanlage oder ein Windkraftwerk mit
Speicherbatterie gesteuert werden. Solche Anlagen können auch Kleinanlagen sein, die bei einem Endverbraucher aufgebaut sind.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann eine
Steuereinrichtung zur Steuerung einer Brennstoffzelle mit Batteriespeicher ausgebildet sein, wobei mit der Batterie eine Zeit überbrückt werden kann, bis die Brennstoffzelle auf Betriebstemperatur ist (die oben angesprochene
Restenergie ist in diesem Fall das Minimum, um die Zelle noch starten zu können).
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines eMobility-Systems eingesetzt werden, welches mindestens eine Batterie umfasst, die in der Lage ist, Energie
zurückzuspeisen. In dieser Ausführungsform kann das Lernen (und daraus abgeleitet die Projektion des Verhaltens) des Benutzerverhaltens bzw. des Mobilitätsbedarfs vorteilhaft sein, um sowohl eine vorsorgliche Leerung der Batterie zu realisieren, als auch die Benutzerbedürfnisse (zum Beispiel in Bezug auf einen gewünschten Ankunftszeitpunkt am Ziel) abzudecken.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Batterie eingesetzt werden, welche im Zusammenhang mit einem Blockheizkraftwerk verwendet wird. In diesem
Zusammenhang ist es vorteilhaft möglich, die Restenergiemenge so auszulegen, dass das Aggregat zuverlässig gestartet werden kann. Der Einsatz von Primärenergie kann in Bezug auf Bedürfnisse des Energieversorgungsnetzes und auf Benutzerbedürfnisse hin eingestellt bzw. optimiert sein.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Batterie eingesetzt werden, deren
Rückspeiseleistung mittels eines intelligenten Energieverwaltungssystems koordiniert wird .
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann eine
Steuereinrichtung zur Steuerung einer batteriebasierenden
Rückspeiseeinrichtung eingesetzt werden, welche mittels Demand Side
Management kontrolliert wird.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das beschriebene Prinzip zur Erweiterung des Datenangebots bzw. zur Präzisierung der Entscheidungsdaten einer onlinebasierenden Vorhersageeinrichtung
eingesetzt werden, wenn diese speicherbasierende Systeme beliefert.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann eine
Steuereinrichtung als autonome selbständige Entscheidungseinheit ausgebildet werden, welche sowohl ein separates Gerät, ein einbettbarer Systemteil oder Teil eines Speichersystems ist.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die
Steuerung per App realisiert werden, wobei Steuerparameter durch einen
Benutzer verändert werden können.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Steuerung einer speicherbasierenden Stromrückspeiseeinheit derart durchgeführt werden, dass sie aufgrund von Vorhersagemechanismen entscheidet, vorsorglich den
Speicherinhalt ins Netz zurückzuspeisen und/oder lokal zu verwenden.
Insbesondere können die Vorhersagemechansimen lokal und/oder autonom sein.
Der Speicher kann ein Batteriesystem sein. Es ist vorteilhaft möglich,
Vorhersagedaten lokaler Art mit externen Vorhersagedaten zu kombinieren. Eine lokale Rückspeiseleistung kann verhältnismäßig klein sein (zum Beispiel kleiner als 3 kW, kleiner als 10 kW oder kleiner als 30 kW). Die gesteuerte
Speichermenge kann ebenfalls klein sein (zum Beispiel kleiner als 1 kWh, kleiner als 10 kWh oder kleiner als 100 kWh). Das Mass der Steuerung in Bezug zu Netzoptimierung zum Maß der Steuerung in Bezug zu den Benutzer- und/oder Besitzerbedürfnissen kann eingestellt und/oder parametriert und/oder
ferngesteuert werden. Teile der Vorhersage können auf einer
Netzqualitätsmessung basieren. Gemäß einem anderen exemplarischen
Ausführungsbeispiel kann die Steuerung einer speicherbasierenden
Stromrückspeiseeinheit derart durchgeführt werden, dass sie aufgrund von Vorhersagemechanismen autonom und unabhängig entscheidet, wann ein idealer Rückspeisezeitpunkt ist.
Parameter der Netzqualitätsmessung können sein :
• Spannung (Mittel-, Max-, Min- Wert)
• Strom (Mittel-, Max-, Min- Wert)
• CF Crest Faktor Strom
• Strom IN (Mittel-, Max- Wert)
• CF Crest Faktor N- Leiter Strom
• Spannungsereignisse (Einbrüche, Überhöhungen, Unterbrechungen)
• Leistung P, Q, S (Mittel-, Max-, Min- Wert), Power Faktor PF, TAN
• Summenleistung (Mittel-, Max-, Min- Wert), Power Faktor PF, TAN
• Energie, Energie total
• Flicker (Pst, Plt)
• Spannungs- und Stromharmonische (bis zur 40. Harmonischen)
• THD U (Spannung Mittel-, Max- Wert)
• THD I (Strom Mittel-, Max- Wert)
• Zwischenharmonische der Spannung
• Rundsteuersignale
• Netzimpedanz und Innenwiderstand des Versorgungsnetzes
• Asymmetrien
• Frequenz
Figur 1 zeigt eine in einem Gebäude 104 angeordnete Anordnung 100 zum lokalen Verwalten von Energie innerhalb des Gebäudes 104 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die in dem Gebäude 104 angeordnete Anordnung 100 wirkt zusammen mit einem Energieversorgungsnetz 108, einem Kommunikationsnetzwerk 182 und weiteren dezentralen Anordnungen 100\ von denen in Figur 1 exemplarisch nur eine dargestellt ist. Die Anordnung 100λ ist einem anderen Gebäude 144 zugeordnet und verwaltet Energie lokal innerhalb des anderen Gebäudes 144. In Figur 1 ist das Gebäude 104 ein Einfamilienhaus und das andere Gebäude 144 ebenfalls ein Einfamilienhaus.
An dem Gebäude 144 ist eine Photovoltaikanlage als
Energieerzeugungseinrichtung 102 vorgesehen. In dem Gebäude 104 ist eine Fußbodenheizung als Energieverbraucheinrichtung 136 installiert und eine
Wärmepumpe als Energieerzeugungseinrichtung 102 vorgesehen, welche die Fußbodenheizung mit Energie versorgt. Die Energieerzeugungseinrichtung 102 wiederum wird über eine Stromleitung 190 mit elektrischer Energie versorgt, die von dem Energieversorgungsnetz 108 bereitgestellt wird. Die Wärmepumpe bezieht die von ihr an die Fußbodenheizung bereitgestellte Energie aus
Umgebungsluft und/oder dem Boden in der Umgebung des Gebäudes 104 und benötigt für ihren Betrieb zudem elektrische Energie aus dem
Energieversorgungsnetz 108.
Eine ebenfalls in dem Gebäude 104 angeordneter Steuercomputer 250 steuert die Energieverwaltung des Gebäudes 104. Der Steuercomputer 250 weist eine Sicherheitseinrichtung 116 (zum Beispiel eine Firewall) auf, um die
Komponenten des Steuercomputers 250 vor einem externen Hackerangriff zu schützen, der die unten näher beschriebene Steuerung stören könnte. Eine Steuereinrichtung 106 kann als jeweiliger Prozessor des jeweiligen
Steuercomputers 250 ausgebildet sein.
Wie ferner in Figur 1 gezeigt, ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Energieversorgungsnetz 108 durch eine Mehrzahl von
Windkrafterzeugungseinrichtungen 188 ausgebildet, die ihre energetischen Einzelbeiträge einer Energieverwaltungseinrichtung 192 bereitstellen und deren Energiebereitstellungskapazität mit der gerade vorhandenen Windenergiemenge skaliert. Ändert sich der Wind, so ändert sich die Energieversorgungskapazität des volatilen Energieversorgungsnetzes 108. Durch Einspeisung elektrischer Energie, die in gemäß Figur 1 als wiederaufladbare Batterien ausgebildeten Energiezwischenspeichereinrichtungen 130 der Anordnungen 100, 100λ in den Gebäuden 104, 144 zwischengespeichert werden kann, in das Energieversorgungsnetz 108 kann das
Energieversorgungsnetz 108 stabilisiert werden, wenn zum Beispiel die
Windkrafterzeugungseinrichtungen 188 aufgrund gegenwärtiger Windstille aktuell oder zukünftig nur eine geringe Menge von Energie liefern. Die jeweilige
Steuereinrichtung 106 steuert Auflade- bzw. Entladevorgänge der jeweils zugeordneten Energiezwischenspeichereinrichtung 130.
Die Anordnung 100 fungiert also zum lokalen Verwalten von Energie in dem Gebäude 104. Dabei dient die selektiv energetisch beladbare oder
endladbare Energiezwischenspeichereinrichtung 130 zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie, die aus dem Energieversorgungsnetz 108 entnommen und/oder von der Energieerzeugungseinrichtung 102 erzeugt worden ist und (jedenfalls zum Zeitpunkt der Erzeugung) nicht anderweitig benötigt wird . Die Steuereinrichtung 106 der Anordnung 100 ist eingerichtet, basierend auf einem Vorhersagemodell hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung von
Energieverfügbarkeit aus dem Energieversorgungsnetz 108 und unter
Berücksichtigung eines lokalen, d.h. auf die Anordnung 100 bzw. das Gebäude 104, Energieversorgungssicherheitskriteriums eine energiebezogene Zeit-Menge- Charakteristik zu steuern, gemäß welcher in der
Energiezwischenspeichereinrichtung 130 zwischengespeicherte Energie daraus entladen und in das Energieversorgungsnetz 108 eingespeist wird .
Dabei berücksichtigt die Steuereinrichtung 106 im Rahmen der
Überprüfung des lokalen Energieversorgungssicherheitskriteriums einen
Energieeigenbedarf innerhalb des Gebäudes 104, um nicht so viel Energie aus der Energiezwischenspeichereinrichtung 130 in das Energieversorgungsnetz 108 einzuspeisen, dass die lokale Energieversorgung innerhalb des Gebäudes 104 darunter leiden würde. Die Steuereinrichtung 106 steuert die Beladung bzw.
Entladung der Energiezwischenspeichereinrichtung 130 zum Erfüllen des lokalen Energieversorgungssicherheitskriteriums so, dass mit mindestens einer über eine Benutzerschnittstelle 114 vorgebbaren Wahrscheinlichkeit (von zum Beispiel 95%) die Energiezwischenspeichereinrichtung 130 bis zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (zum Beispiel bis zum Ablauf von 24 Stunden) wieder mindestens bis zu einem vorgegebenen Energiebereitstellungsgrad (von zum Beispiel
mindestens 80 % des vollen Ladezustands) aufgeladen ist. Dabei können für das historische Benutzerverhalten indikative Daten vorteilhaft verwendet werden. Zu diesem Zweck ist in der Anordnung 100 eine als Datenbank ausgebildete
Aufzeichnungseinrichtung 118 vorgesehen, die zum Aufzeichnen von Daten eingerichtet ist, die indikativ für mittels der Steuereinrichtung 106 in der
Vergangenheit eingestellte Zeit-Mengen-Charakteristika eingespeister Energie sind . Ferner können in der Aufzeichnungseinrichtung 118 für in der
Vergangenheit herrschende Netzqualitätscharakteristika des
Energieversorgungsnetzes 108 indikative Daten gespeichert werden, die von der Steuereinrichtung 106 zum Steuern ebenfalls herangezogen werden können. Eine Lerneinrichtung 112 der Anordnung 100 kann auf die in der
Aufzeichnungseinrichtung 118 gespeicherten Daten zugreifen, um
Verhaltensmuster der Anordnung 100 bzw. des Energieversorgungsnetzes 108 in der Vergangenheit aufzufinden und der Steuereinrichtung 106 als Basis für die zukünftige Steuerung bereitzustellen.
Eine Gewichtung (zum Beispiel 40 % zu 60 %) zwischen einem Maß der Berücksichtigung der zukünftigen Entwicklung von Energieverfügbarkeit aus dem Energieversorgungsnetz 108 und einem Maß der Berücksichtigung des lokalen Energieversorgungssicherheitskriteriums beim Ermitteln der
Energieeinspeisemenge kann ein Benutzer ebenfalls über die
Benutzerschnittstelle 114 einstellen.
Die Steuereinrichtung 106 steuert die Menge der von der
Energiezwischenspeichereinrichtung 130 in das Energieversorgungsnetz 108 eingespeisten Energie darüber hinaus basierend auf einem Zeitverlauf einer Netzqualitätscharakteristik des Energieversorgungsnetzes 108. Die
Netzqualitätscharakteristik, die von einer Netzqualitätserfasseinrichtung 110 (zum Beispiel einem Voltmeter, das an der Stromleitung 190 kontinuierlich die von dem Energieversorgungsnetz 108 gelieferte Versorgungsspannung misst) der Anordnung 100 messtechnisch erfasst wird, liefert Informationen darüber, welche Energieversorgungskapazität das Energieversorgungsnetz 108 gegenwärtig hat, das heißt ob insbesondere gerade eine Energieknappheit oder ein Energieüberangebot in dem Energieversorgungsnetz 108 herrscht. Die Netzqualitätserfasseinrichtung 110 stellt der Steuereinrichtung 106 den erfassten Netzqualitätsparameter (zum Beispiel die gemessene Versorgungsspannung) als Basis für das Steuern der Energieverwaltung bereit. Um die Genauigkeit insbesondere der frühzeitigen Erkennung zukünftig drohender Über- oder
Unterkapazitäten hinsichtlich der Energieversorgung aus dem
Energieversorgungsnetz 108 weiter zu verbessern, kann die Steuereinrichtung 106 auch die erste und/oder zweite Ableitung des erfassten
Netzqualitätsparameters (zum Beispiel die Steigung und/oder Krümmung der Versorgungsspannung über der Zeit) in das Vorhersagemodell hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung der Energieverfügbarkeit aus dem
Energieversorgungsnetz 108 miteinbeziehen. Die für das Vorhersagemodell verwendeten Vorhersagedaten können zum Beispiel eine Wettervorhersage berücksichtigen. Während einer Kältewelle ist davon auszugehen, dass der Energieeigenbedarf innerhalb des Gebäudes 104 zum Heizen steigt, sodass mit einer erhöhten Nachfrage von Energie aus dem Energieversorgungsnetz 108 zu rechnen ist. Während eines Gewitters mit starken Winden und starker Bewölkung können Überkapazitäten der von den Windkrafterzeugungseinrichtungen 188 erzeugten Energie und eine nur geringe Energieproduktion der als
Photovoltaikanlage ausgebildeten Energieerzeugungseinrichtung 102 des
Gebäudes 144 erwartet werden.
Zeigen die detektierte Netzqualität und/oder die Wetterprognose an, dass das Energieversorgungsnetz 108 in absehbarer Zeit (zum Beispiel aufgrund
Windstille) an einer Energieknappheit leiden wird, so kann die Steuereinrichtung 106 die Energiezwischenspeichereinrichtung 130 ansteuern, dass diese die in ihr gegenwärtig gespeicherte Energie ganz oder teilweise in das
Energieversorgungsnetz 108 einspeist. Ob die
Energiezwischenspeichereinrichtung 130 dabei vollständig oder teilweise entladen wird, entscheidet die Steuereinrichtung 106 auf Basis der Feststellung, für welche Dauer das Vorhersagemodell das Bestehenbleiben der Energieknappheit prognostiziert und welche Energieentlademenge die
Energieversorgungssicherheit innerhalb des Gebäudes 104 erlaubt. Dadurch wird das Energieversorgungsnetz 108 stabilisiert.
Zeigen die detektierte Netzqualität und/oder die Wetterprognose an, dass das Energieversorgungsnetz 108 auf absehbare Zeit (zum Beispiel aufgrund starker Winde) an einem Energieüberangebot leidet, so kann die
Steuereinrichtung 106 die Energiezwischenspeichereinrichtung 130 ansteuern, dass diese (selbst wenn gegenwärtig in dem Gebäude 104 kein besonderer Energiebedarf herrscht) mit Energie aus dem überlasteten
Energieversorgungsnetz 108 aufgeladen wird . Dadurch wird das
Energieversorgungsnetz 108 wiederum stabilisiert.
Zeigen die detektierte Netzqualität und die Wetterprognose an, dass das Energieversorgungsnetz 108 auf absehbare Zeit eine normale
Energieversorgungskapazität bietet, so kann die Steuereinrichtung 106 die Energiezwischenspeichereinrichtung 130 aufladen oder entladen, abhängig davon, ob in dem Gebäude 104 aktuell überschüssige Energie erzeugt wird oder zu wenig Energie erzeugt wird .
Die Vorhersagen können durch einen oder mehrere lokale Sensoren 146 ergänzt oder ersetzt werden, wobei ein solcher lokaler Sensor 146 zum Beispiel ein Windsensor auf dem Dach des Gebäudes 104 sein kann.
Der Steuercomputer 250 kann die Sicherheitseinrichtung 116 (zum
Beispiel eine Firewall) aufweisen, um die Anordnung 100 vor einem externen Hackerangriff zu schützen, der die Steuerung stören könnte.
Jeweilige Steuereinrichtungen 106 der jeweiligen Anordnungen 100, 100λ sind zum autonomen Steuern eines Zeitverlaufs einer Einspeisemenge von
Energie ausgebildet, die von jeweiligen Energiezwischenspeichereinrichtungen 130 im Falle drohender Energieknappheit in das Energieversorgungsnetz 108 eingespeist wird. Während jede Steuereinrichtung 106 autonom die
Einspeiseenergie-Zeit-Funktion für die ihr zugeordnete mindestens eine
Energiezwischenspeichereinrichtung 130 steuert, hat die Steuerlogik auch eine kooperative Komponente. Die Steuereinrichtungen 106 sind nämlich zum gegenseitigen Kooperieren beim Einspeisen von Energie in das Energieversorgungsnetz 108 ausgebildet. Hierfür können die Anordnungen 100, 100λ mittels Kommunikationsschnittstellen über ein Kommunikationsnetzwerk 182, zum Beispiel das Internet, miteinander kommunizieren. Somit ist eine Abstimmung oder zeitliche Synchronisierung der Energieeinspeisung in das Energieversorgungsnetz 108 zwischen den einzelnen kommunizierfähig
gekoppelten Anordnungen 100, 100λ ermöglicht.
Um die kooperative Steuerlogik der Steuereinrichtungen 106 weiter zu verfeinern, weist das in Figur 1 gezeigte Netzwerk eine zentrale
Koordinierungseinrichtung 184 auf, die über das Kommunikationsnetzwerk 182 unidirektional oder bidirektional kommunizierfähig mit den Steuereinrichtungen 106 gekoppelt ist. Die Koordinierungseinrichtung 184 kann von einer der
Anordnungen 100, 100λ für ein Steuern dieser Anordnung 100, 100λ in der Vergangenheit indikative Daten empfangen und kann diese an die anderen Anordnungen 100, 100λ übermitteln. Die zentrale Koordinierungseinrichtung 184 kann darüber hinaus Betriebsoptimierungsvorschläge an die Anordnungen 100, 100λ übermitteln, die für deren Steuereinrichtungen 106 aber nicht bindend sind .
Figur 1 zeigt ferner ein als Mobiltelefon ausgebildetes portables Benutzer- Endgerät 120, das mit der Steuereinrichtung 106 durch eine Drahtlosverbindung 152 kommunizierfähig gekoppelt ist. Über das Benutzer-Endgerät 120 kann der Benutzer alle Steuerkommandos für den Steuercomputer 250 eingeben, ähnlich wie über die Benutzerschnittstelle 114. Das Benutzer-Endgerät 120 kann in einem anderen Ausführungsbeispiel die Benutzerschnittstelle 114 auch ersetzen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Prozessor des Benutzer- Endgeräts 120 die Steuereinrichtung 106 ersetzen und somit die Steuerung der Anordnung 100 übernehmen. Eine hierfür ausführbare Steuer-Software kann in dem Benutzer-Endgerät 120 in Form einer App abgelegt bzw. installiert sein. Auch können gegenwärtige Ereignisse durch die Drahtlosverbindung 152 an das mobile Benutzer-Endgerät 120 übermittelt werden, so dass ein Benutzer ständig über die Energieverhältnisse in dem Gebäude 104 informiert werden kann.
Über das Kommunikationsnetzwerk 182, im gezeigten Ausführungsbeispiel das Internet, können auch für eine Vorhersageprognose über den zukünftigen Energiebedarf bzw. das zukünftige Energievolumen aus dem Energieversorgungsnetz 108 indikative Daten bezogen werden. Zum Beispiel können über die Kommunikationsschnittstelle 182 Wetterdaten von einer
Wetterdiensteinrichtung 186 bezogen werden. Für das Funktionieren der Anlage ist keine Übertragung in Echtzeit notwendig, kann aber bei Vorhandensein die Regelpräzision erhöhen.
Durch das in Figur 1 dargestellte System kann ein Ausgleich zwischen lokalen Energieversorgungsinteressen und globalen
Energieversorgungsinteressen hergestellt werden, was sowohl auf dezentraler als auch auf zentraler Ebene zu einer hohen Versorgungssicherheit mit Energie führt.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann unter dem Begriff
„übertragene Energie", je nach Kontext, insbesondere eine gesamte zwischen dem Energieversorgungsnetz und Endnutzereinrichtungen übertragene
Energiemenge oder nur ein Teil der insgesamt über das Energieversorgungsnetz übertragenen Energiemenge, welcher Teil sich auf eine bestimmte
Endnutzereinrichtung oder eine Teilgruppe der Endnutzereinrichtungen bezieht, verstanden werden. Insbesondere kann darunter auch nur eine für eine lokale Belastung der Verteilstruktur relevante Energiemenge verstanden werden. Ferner kann der Begriff„übertragene Energie" entweder eine erzeugte Energiemenge (zum Beispiel erzeugt durch das Energieversorgungsnetz oder eine
Energieerzeugungseinheit einer Endbenutzereinrichtung) oder eine verbrauchte Energiemenge (zum Beispiel von einer Energieverbraucheinheit einer
Endnutzereinrichtung verbraucht oder eine am Energieversorgungsnetz
ankommende eingespeiste Energie) bezeichnen. Insbesondere kann die
übertragene Energie das Resultat einer erzeugten Energie in Verwendung der Verteil struktur und in Bezug auf die verbrauchte Energie sein.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„aufweisend" keine anderen
Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl
ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Anordnung (100) zum Verwalten von Energie, wobei die Anordnung (100) aufweist:
eine selektiv energetisch beladbare oder endladbare
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zum Zwischenspeichern von Energie; eine Steuereinrichtung (106), die eingerichtet ist, basierend auf einem Vorhersagemodell hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung von
Energieverfügbarkeit aus einem Energieversorgungsnetz (108) und unter Berücksichtigung eines lokalen Energieversorgungssicherheitskriteriums eine energiebezogene Zeit-Menge-Charakteristik zu steuern, gemäß welcher in der Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zwischengespeicherte Energie daraus entladen und in das Energieversorgungsnetz (108) eingespeist wird.
2. Anordnung (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (106) eingerichtet ist, die Zeit-Menge-Charakteristik der eingespeisten Energie basierend auf einem Energieeigenbedarf mindestens einer lokalen
Energieverbraucheinrichtung (136) zu steuern, die mit der
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) und/oder mit dem
Energieversorgungsnetz (108) gekoppelt oder koppelbar ist, um von der
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) und/oder dem
Energieversorgungsnetz (108) mit Energie versorgt zu werden.
3. Anordnung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (106) eingerichtet ist, die Zeit-Menge-Charakteristik der eingespeisten Energie basierend auf einer Netzqualitätscharakteristik, insbesondere basierend auf einem Zeitverlauf der Netzqualitätscharakteristik, des Energieversorgungsnetzes (108) zu steuern.
4. Anordnung (100) gemäß Anspruch 3, wobei die Netzqualitätscharakteristik indikativ ist für die von dem Energieversorgungsnetz (108) gegenwärtig und/oder in absehbarer Zukunft leistbare Energieversorgungskapazität, insbesondere eine Energieknappheit oder ein Energieüberangebot.
5. Anordnung (100) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die
Netzqualitätscharakteristik zumindest eine aus der Gruppe aufweist, die besteht aus einer Impedanz von zumindest einem Teil des Energieversorgungsnetzes (108), einem von dem Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten
elektrischen Spannungswert, einem von dem Energieversorgungsnetz (108) sich durch Verbrauch ergebenden elektrischen Stromwert, einem Crest Faktor der von dem Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten Versorgung, mindestens einem insbesondere diskontinuierlichen Spannungsereignis in der von dem Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten elektrischen Spannung, einer von dem Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten Leistung, einer von dem Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten Energie, Flicker-Ereignissen in dem von dem Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten Signal, mindestens einer Harmonischen oder Zwischenharmonischen der oder des von dem
Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten elektrischen Spannung oder elektrischen Stroms, einem Rundsteuersignal, einer Asymmetrie in der oder dem von dem Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten elektrischen Spannung oder elektrischen Strom, und einer Frequenz der oder des von dem
Energieversorgungsnetz (108) bereitgestellten elektrischen Spannung oder elektrischen Stroms.
6. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die
Anordnung (100) eine Netzqualitätserfasseinrichtung (110) aufweist, die eingerichtet ist, die Netzqualitätscharakteristik des Energieversorgungsnetzes (108) zu erfassen und der Steuereinrichtung (106) als Basis für das Steuern bereitzustellen.
7. Anordnung (100) gemäß Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (106) eingerichtet ist, das Steuern basierend auf mindestens einer zeitlichen Ableitung, insbesondere der ersten Ableitung und/oder der zweiten Ableitung, der erfassten Netzqualitätscharakteristik durchzuführen.
8. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend eine Lerneinrichtung (112), die zum Auffinden von Verhaltensmustern der Anordnung (100) und/oder des Energieversorgungsnetzes (108) in der Vergangenheit und zum Bereitstellen aufgefundener Verhaltensmuster an die Steuereinrichtung (106) als Basis für die zukünftige Steuerung eingerichtet ist.
9. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die
Steuereinrichtung (106) eingerichtet ist, das Steuern basierend auf
Vorhersagedaten zum Voraussagen einer von dem Energieversorgungsnetz (108) gegenwärtig und/oder in absehbarer Zukunft leistbaren
Energieversorgungskapazität und/oder zum Voraussagen von einer aus dem Energieversorgungsnetz (108) gegenwärtig und/oder in absehbarer Zeit abgerufenen Energiemenge und/oder zum Voraussagen von mittels der
Energieerzeugungseinrichtung (102) gegenwärtig und/oder in absehbarer Zeit in das Energieversorgungsnetz (108) einspeisbarer Energiemenge durchzuführen.
10. Anordnung (100) gemäß Anspruch 9, wobei die Vorhersagedaten zumindest eines aus der Gruppe enthalten, die besteht aus die besteht aus einer Wetterprognose, einer Wettervergangenheit, einem Datum, einer Jahreszeit, einer Tageszeit, einer Verbrauchserwartung, einem Sonnenstand, einer aus einer Verbrauchshistorie abgeleiteten Prognose eines zukünftigen Benutzerverhaltens, einer aus einer Verbrauchshistorie abgeleiteten Prognose anderer
Energiebezieher, einer Benutzerpräsenzdetektion, einer vorgebbaren
Benutzerpräferenz und einem Reservationsauftrag eines Benutzers..
11. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend eine Sicherheitseinrichtung (116), die dazu eingerichtet ist, die Anordnung (100) vor externen Manipulationen zu schützen.
12. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend eine Aufzeichnungseinrichtung (118), die zum Aufzeichnen von Daten eingerichtet ist, die indikativ für mittels der Steuereinrichtung (106) in der Vergangenheit eingestellte Zeit-Mengen-Charakteristika und/oder für in der Vergangenheit herrschende Netzqualitätscharakteristika des Energieversorgungsnetzes (108) sind .
13. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die
Steuereinrichtung (106) eingerichtet ist, das Steuern autonom von dem
Energieversorgungsnetz (108), insbesondere autonom von dem
Energieversorgungsnetz (108) und kooperierend mit anderen an das
Energieversorgungsnetz (108) angeschlossenen Anordnungen (100) mit
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zum Einspeisen von Energie in das Energieversorgungsnetz (108), durchzuführen.
14. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das
Vorhersagemodell lokale Vorhersagedaten und anordnungsexterne
Vorhersagedaten berücksichtigt, insbesondere kombinatorisch berücksichtigt.
15. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die von der Energiezwischenspeichereinrichtung (130) maximal speicherbare und/oder in das Energieversorgungsnetz (108) in einem Entladevorgang maximale einspeisbare Energiemenge kleiner als 100 kWh, insbesondere kleiner als 10 kWh, weiter insbesondere kleiner als 1 kWh, ist.
16. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei eine von der Anordnung (100) verwaltete Leistung kleiner als 30 kW, insbesondere kleiner als 10 kW, weiter insbesondere kleiner als 3 kW, ist.
17. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei eine
Gewichtung zwischen einem Maß der Berücksichtigung der zukünftigen
Entwicklung von Energieverfügbarkeit aus dem Energieversorgungsnetz (108) und einem Maß der Berücksichtigung des lokalen
Energieversorgungssicherheitskriteriums benutzerdefinierbar und/oder parametrisierbar und/oder steuerungseinrichtungsseitig vorgebbar und/oder fernsteuerbar ist.
18. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die
Steuereinrichtung (106) eingerichtet ist, basierend auf dem Vorhersagemodell einen Soll-Rückspeisezeitpunkt zum Beginn des Rückspeisens von in der
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zwischengespeicherten Energie in das Energieversorgungsnetz (108) zu ermitteln.
19. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das lokale Energieversorgungssicherheitskriterium indikativ für eine, insbesondere vorgebbare oder vorgegebene, Wahrscheinlichkeit ist, dass die
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) bis zu einem vorgebbaren oder vorgegebenen Zeitpunkt wieder mindestens bis zu einem vorgebbaren oder vorgegebenen Aufladungsgrad aufgeladen ist.
20. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19,
ferner aufweisend eine lokale Energieerzeugungseinrichtung (102) zum
Erzeugen von Energie;
wobei die Steuereinrichtung (106) eingerichtet ist, mit zumindest einem Teil der erzeugten Energie die Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zu beladen.
21. Anordnung (100) gemäß Anspruch 20, wobei die lokale
Energieerzeugungseinrichtung (102) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus einer Fotovoltaikanlage, einem Rekuperator von Abwärme, einem auf Verbrennung von Treibstoff basierenden Generator, einer Windkraftanlage, einer Brennstoffzelle, einem Blockheizkraftwerk, einem eMobility-System und einer Geothermieanlage.
22. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die
Steuereinrichtung (106) eingerichtet ist, einen anderen Teil der in der
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zwischengespeicherten Energie daraus zum Versorgen eines lokalen Energieabnehmers (136) mit Energie zu entladen.
23. Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) eine wiederaufladbare Batterie ist.
24. Verfahren zum Verwalten von Energie, wobei das Verfahren aufweist:
Zwischenspeichern von Energie in einer selektiv energetisch beladbaren oder endladbaren Energiezwischenspeichereinrichtung (130);
Steuern einer energiebezogenen Zeit-Menge-Charakteristik, gemäß welcher in der Energiezwischenspeichereinrichtung (130) zwischengespeicherte Energie daraus entladen und in ein Energieversorgungsnetz (108) eingespeist wird, basierend auf einem Vorhersagemodell hinsichtlich der zukünftigen
Entwicklung von Energieverfügbarkeit aus dem Energieversorgungsnetz (108) und unter Berücksichtigung eines lokalen
Energieversorgungssicherheitskriteriums.
25. Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei in der
Energiezwischenspeichereinrichtung (130) gespeicherte Energie bis auf höchstens 10% Restenergie, insbesondere bis zur vollständigen Entleerung der Energiezwischenspeichereinrichtung (130), in das Energieversorgungsnetz (108) eingespeist wird .
26. Computerlesbares Speichermedium, in dem ein Programm zum Verwalten von Energie gespeichert ist, welches Programm, wenn es von einem Prozessor (106, 120)Anordnung ausgeführt wird, das Verfahren gemäß Anspruch 24 oder 25 ausführt oder steuert.
27. Software-Programm zum Verwalten von Energie, welches Software- Programm, wenn es von einem Prozessor (106, 120) Anordnung ausgeführt wird, das Verfahren gemäß Anspruch 24 oder 25 ausführt oder steuert.
28. Software-Programm gemäß Anspruch 27, eingerichtet als App zum
Ausführen auf einem portablen Benutzer-Endgerät (120), insbesondere einem Tablet oder einem Mobiltelefon.
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