Verfahren zum Betreiben einer Energiemarktplattform für einen Energiehandel für zumindest einen Aggregator mittels einer elektronischen Recheneinrichtung, Computerprogrammprodukt sowie Energiemarktplattform
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Energiemarktplattform für einen Energiehandel für zumindest einen Aggregator mittels einer elektronischen Recheneinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie eine elektronische Recheneinrichtung.
Im Rahmen der Digitalisierung von Energiemarkt-Prozessen wird eine Erweiterung des Verfahrens zur Kommunikation zwischen dem Besitzer eines Pools elektrischer Assets, gemeint sind hierbei Assets, die elektrische Leistung verbrauchen, erzeugen oder beides, insbesondere zum Beispiel Elektrofahrzeuge mit einer Batterie, und dem energiemarktbezogenen Nutzer des Pools, welcher auch als Aggregator bezeichnet wird, vorgeschlagen, das die Geschäftsprozesse beider Parteien geeignet entkoppelt.
In bisherigen Kommunikationsschnittstellen, wie zum Beispiel zur Energiemarktnutzung von Batterie-Speicherfirmen, wird davon ausgegangen, dass entweder eine Batterie verfügbar ist, deren Energieinhalt für Lade- beziehungsweise Entladevorgänge zur Verfügung steht oder andere steuerbare Leistungserzeuger beziehungsweise Leistungsverbraucher vorhanden sind. Damit sind nur Leistungs- und Energiemengenbeschränkungen für die Teilnahme an Energiemarktgeschäften verbunden. Der Energieinhalt der Batterie zu einem bestimmten Zeitpunkt wird nicht vorgegeben.
Die DE 102017209801 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vielzahl von technischen Einheiten als Verbund an einem elektrischen Verteilungsnetz und sieht vor, dass durch eine zentrale Steuervorrichtung aus jeder technischen Einheit Flexibilitätsdaten empfangen werden, mittels welchen die Einheit ein Leistungsintervall angibt, innerhalb welchem ihre elektrische Leistung variieren darf oder voraussichtlich variiert. Aus den Flexibilitätsdaten jeder Einheit wird in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Optimierungsziel des Verbundes für jede Einheit eine individuelle, unverbindliche Anreizfunktion ermittelt und der jeweiligen Einheit bereitgestellt. Aus jeder
Einheit wird dann als Antwort auf die individuelle Anreizfunktion ein jeweiliger Fahrplan, der einen zeitlichen Verlauf des gemäß einem lokalen Optimierungsziel der Einheit geplanten Leistungsaustausch beschreibt, empfangen, und aus den Fahrplänen der Einheiten ein Gesamtfahrplan für den Verbund gebildet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt sowie eine elektronische Recheneinrichtung zu schaffen, mittels welcher ein verbesserter Energiehandel durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt sowie eine elektronische Recheneinrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Energiemarktplattform für den Energiehandel für zumindest einen Aggregator mittels einer elektronischen Recheneinrichtung, bei welchem ein für den Energiehandel vorgegebener Zeitraum in eine Vielzahl von vorgegebenen Zeiteinheiten eingeteilt wird und bei welchem für die jeweiligen Zeiteinheiten ein jeweiliges Energiepotential in Abhängigkeit von zumindest einer Energieanlage bestimmt wird und das jeweilige Energiepotential für den Aggregator auf der Energiemarktplattform ersichtlich dargestellt wird, wobei durch Eingabe des Aggregators ein zeiteinheitenabhängiger Handelsenergiewunsch mit dem jeweiligen Energiepotential verglichen wird.
Es ist vorgesehen, dass als Energieanlage eine Vielzahl von zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen bereitgestellt wird und durch die Energiemarktplattform das jeweilige Energiepotential derart bestimmt wird, dass zu einem spezifischen Zeitpunkt ein jeweiliges zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ein spezifisches Energievolumen aufweist.
Insbesondere kann somit sowohl auf Seiten des Aggregators als auch auf Seiten der Kraftfahrzeuge ein verbesserter Energiehandel bereitgestellt werden.
Unter Energievolumen ist insbesondere ein vorgegebenes Energielevel in einem jeweiligen elektrischen Energiespeicher des jeweiligen Kraftfahrzeugs zu verstehen. Beispielsweise kann das Energievolumen durch einen Ladezustand (State of Charge - SOC) des elektrischen Energiespeichers beschrieben werden.
Insbesondere können dabei beispielsweise Leistungs- und
Energiemengenbeschränkungen an den Nutzer des Pools, in einem so genannten Day- Ahead-Forecast gemeldet werden und von ihm in Form von Abrufen für seine Geschäfte genutzt werden. Alternativ kann auch eine kontinuierliche Aktualisierung, beispielsweise rollierend für einen bestimmten Look-Ahead-Zeitraum, realisiert werden. Der Nutzer muss darüber hinaus aus technischer Sicht keine weiteren Regeln für seine Geschäfte beachten. Bei der Nutzung der Assets, welche insbesondere dem zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug entsprechen, in dem hier vorgestellten Ansatz geht es darum, die Batterie durch einen Pool von Einzelbatterien auszubilden und zusätzliche Anforderungen für die Leistungs- und Energieübertragung zu beachten, die den Energieinhalt der Einzelbatterien betreffen. So soll zum Beispiel für die Besitzer von Elektrofahrzeugen sichergestellt werden, dass der Energieinhalt zu einem vom Besitzer bestimmten Zeitpunkt beispielsweise nach Möglichkeit für seine vorgesehene Fahrt ausreicht.
Insbesondere wird somit im Gegensatz zu bisherigen Verfahren aus dem Stand der Technik berücksichtigt, dass für die elektrischen Assets, also die zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeuge, nicht nur Kapazitätsgrenzen zu beachten sind, sondern auch Ladeziele zu bestimmten Zeiten erreicht werden müssen, insbesondere beispielsweise zu einer so genannten Abfahrtszeit. Mit der hier vorgestellten Lösung ist es nicht notwendig, dass der Nutzer des Pools, also der Aggregator, dessen genaue Struktur, zum Beispiel hinsichtlich Anzahl oder Verteilung von individuellen Assets kennt. Der Pool wird vielmehr gesamthaft zur Nutzung bereitgestellt, um so eine für den Aggregator sinnvolle Größenordnung zu erreichen. Dies hat weitreichende Konsequenzen hinsichtlich Datenschutz oder Wettbewerbspositionen des Poolanbieters. Die Anforderungen an die Übertragung elektrischer Leistung der individuellen Besitzer von den zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen bleiben dabei gewahrt. Insbesondere, dass zumindest das Ladeziel von den zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen zu einem bestimmten Zeitpunkt erreicht wird.
Hierzu ist insbesondere eine Ausgliederung der Eingriffsmöglichkeiten des Aggregators vorgesehen. Bisherige Ansätze aus dem Stand der Technik für die Vermarktung von Ladevorgängen von den zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen verbinden die Optimierung beziehungsweise Steuerung einer Menge von den zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen und deren Vermarktung in einem miteinander untrennbar verwobenen Prozess. Eine inhaltliche Trennung der
Geschäftsprozesse zwischen Poolbetreiber und Aggregator, um zum Beispiel Daten oder sensitive interne Strukturen des Poolbetreibers zu schützen, ist damit nicht möglich.
Daher ist es entscheidend, die Ergebnisse einer Vorhersage von Energieverläufen und Leistungsübergängen derart aufzubereiten, dass sie von einem Aggregator einfach und ohne Rückkopplungsmechanismen, insbesondere zwischen Vorhersage und Einflussnahme eines Aggregators, verändert werden können. Aufgrund der verhältnismäßig geringen Leistungsaufnahmen beziehungsweise Leistungsabgaben einzelner Fahrzeuge ist dabei für einen Aggregator nur die gesamthafte Betrachtung einer einigermaßen großen Anzahl von Assets von Bedeutung.
Dazu können beispielsweise die Leistungsübertragungen einzelner zumindest teilweise elektrisch betriebener Kraftfahrzeuge aggregiert werden. Während der energiewirtschaftlichen Nutzung werden die Eingriffe des Aggregators, so genannte Trades, wieder auf Einzelbeiträge der einzelnen Assets umgelegt, was auch als Deaggregation bezeichnet wird. Die Details dieser Aggregation- und Deaggregationsstufen müssen für die Aggregator nicht öffentlich gemacht werden. Ein Steuerungsproblem, dessen Komplexität mit der Anzahl der Assets skaliert, wird hierdurch projiziert auf ein Steuerungsproblem mit einer konstanten, insbesondere geringen, Anzahl von Parametern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird das spezifische Energievolumen von einem Nutzer eines jeweiligen Kraftfahrzeugs vorgegeben und/oder das spezifische Energievolumen in Abhängigkeit von einem zukünftigen Energieverbrauch eines jeweiligen Kraftfahrzeugs vorgegeben. Ferner kann auch Basis einer Datenanalyse von historischen Fahrten eine Vorhersage zur zukünftigen Nutzung des Kraftfahrzeugs erfolgen und so ein spezifisches Energievolumen bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Nutzer, welcher beispielsweise Eigentümer oder Besitzer des zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs sein kann, vorgeben, bis zu welchem Mindestenergievolumen der Energiespeicher des zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs entladen werden darf. Es ist dann notwendig, dass die Energiemarktplattform derart das Energiepotential bestimmt, dass diese Mindestenergiemenge in dem Batteriespeicher nicht unterschritten werden darf. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Energievolumen in Abhängig von einem zukünftigen Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs vorgegeben wird. Beispielsweise kann der Nutzer des Kraftfahrzeugs eine Strecke für den nächsten Tag vorschreiben, welche er mit dem Kraftfahrzeug fahren möchte. Hierbei kann dann wiederum ein Mindestenergiebedarf
bestimmt werden. Dieser Mindestenergiebedarf kann dann noch mit entsprechenden Puffern ausgelegt werden. Ferner kann auch eine Abfahrtszeit mit vorgegeben werden.
Es kann dann in Abhängigkeit sowohl von der vorgegebenen Fahrtstrecke als auch von dem Puffer und auch von der Abfahrtszeit entsprechend bestimmt werden, wann und wie viel Energie aus dem Energiespeicher genommen beziehungsweise eingespeist werden darf. Somit kann zuverlässig das Energiepotential des zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Durch Aufsummieren der einzelnen Energiepotentiale der einzelnen Kraftfahrzeuge kann dann wiederum das Gesamtenergiepotential bestimmt werden.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn bei einem Überschreiten eines Handelsenergiewunsches mit einem jeweiligen Energiepotential der Nutzer optisch auf der Energiemarktplattform gewarnt wird. Dies erfolgt insbesondere in Echtzeit, ohne Systemrückkopplung, und offline. Hierzu kann beispielsweise auf einer Anzeigeeinrichtung des Nutzers beispielsweise eine entsprechende Tabelle gezeigt werden, welche dann beispielsweise Rot hinterlegt aufzeigt, dass der Handelsenergiewunsch, sei es ein Einspeisen oder ein Ausspeisen aus dem jeweiligen Energienetz, nicht mit den Möglichkeiten des Energienetzes übereinstimmt, so dass der Nutzer gewarnt wird. Insbesondere findet dann wiederum kein entsprechender Energiehandel der Energiemarktplattform statt, bis der Handelsenergiewunsch auch über die Energiemarktplattform realisierbar ist.
In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird die Energiemarktplattform derart betrieben, dass während des vorgegebenen Zeitraums ein Einspeisen in die Energieanlage und ein Ausspeisen aus der Energieanlage ausgeglichen wird. Insbesondere findet somit ein Ausbalancieren der Energieanlage statt. Insbesondere wird vorliegend die Energieanlage als die Vielzahl von zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen angesehen. Insbesondere wird ebenfalls dem Nutzer auf der Anzeigeeinrichtung angezeigt, ob ein entsprechendes Ausbalancieren durchgeführt wird. Beispielsweise, sollte der Handelsenergiewunsch nicht ausbalanciert sein, so kann dies ebenfalls durch eine rote Farbe der Anzeigeeinrichtung in beispielsweise der Tabelle hinterlegt werden.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine Steuerung eines Energieflusses zu oder aus der Vielzahl von Kraftfahrzeugen über die Energiemarktplattform realisiert wird. Insbesondere können hierzu unterschiedliche Steuerungsmechanismen von der Energiemarktplattform bereitgestellt werden. Der Aggregator beziehungsweise der Nutzer
hat somit keinen Einfluss auf die entsprechenden Steuerungsmechanismen. Somit kann über die Energiemarktplattform sichergestellt werden, dass die zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeuge zu dem vorgegebenen Zeitpunkt das spezifische gewünschte Energievolumen auch aufweisen. Es findet somit eine Trennung vom Aggregator und von der Energieanlage statt.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn ein jeweiliges zeitabhängiges Energiepotential eines jeweiligen Kraftfahrzeugs bestimmt wird und durch Aufsummieren der jeweiligen zeitabhängigen Energiepotentiale der Kraftfahrzeuge das jeweilige Energiepotential pro Zeiteinheit für die Energieanlage ermittelt wird. Insbesondere kann die Zeiteinheit beispielsweise 15 Minuten sein. Für die jeweiligen Kraftfahrzeuge wird dann in Abhängigkeit von dem gewünschten Energievolumen, von einem Ansteckzeitpunkt an einer Ladesäule und von einem Absteckzeitpunkt an einer Ladesäule das entsprechende Energiepotential des Kraftfahrzeugs bestimmt. Durch Aufsummieren der jeweiligen zeitabhängigen Energiepotentiale der Vielzahl von Kraftfahrzeugen entsteht dann pro Zeiteinheit das jeweilige Energiepotential. Insbesondere kann somit das Gesamtenergiepotential für den vorgegebenen Zeitraum erstellt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird zum Bestimmen des jeweiligen zeitabhängigen Energiepotentials eines jeweiligen Kraftfahrzeugs eine Energieflexibilitätsbestimmung auf Basis einer Ladestrategie für das jeweilige Kraftfahrzeug durchgeführt. Insbesondere kann somit die Flexibilität der einzelnen Kraftfahrzeuge und der Aggregation der Flexibilitäten zur Gesamtflexibilität der Fahrzeugflotte genutzt werden. Hierbei können die Berechnungen kontinuierlich erfolgen oder insbesondere in diskretisierter Zeit, beispielsweise mit einem energiewirtschaftlich relevanten Raster von 15 Minuten-Intervallen. Insbesondere werden zur Berechnung der Flexibilität für ein Kraftfahrzeug die Grenzen der Ladeinfrastruktur berücksichtigt, zum Beispiel maximale Leistungsübertragung vom Energienetz auf die Kraftfahrzeugbatterie oder von der Kraftfahrzeugbatterie in das Energienetz. Ebenso werden die Grenzen der Fahrzeugbatterie berücksichtigt, zum Beispiel maximaler oder minimaler Energieinhalt. Es wird dann auf Basis einer Vorhersage des Zeitpunkts des Ansteckens der Kraftfahrzeuge an die Ladeinfrastruktur, des Energieinhalts der Fahrzeugbatterie zum Ansteckzeitpunkt, des Zeitpunkts des Absteckens des Kraftfahrzeugs von der Ladeinfrastruktur, des gewünschten Energieinhalts der Fahrzeugbatterie zum Absteckzeitpunkt, sowie weitere den Ladevorgang beeinflussender Parameter, wie zum Beispiel Vorkonditionierung des Innenraums und der Batterie zum Absteckzeitpunkt eine Abschätzung möglicher Ladevorgänge durchgeführt. Dazu werden insbesondere zwei Ladeverläufe betrachtet,
nämlich das so genannte „früheste Laden“ und das so genannte „späteste Laden“. Das früheste Laden wird auch als early charging bezeichnet oder das späteste Laden wird auch als late charging bezeichnet. Early charging speist unmittelbar nach dem Ansteckvorgang zu jedem Zeitpunkt die maximal mögliche Leistung aus dem Energienetz in die Fahrzeugbatterie ein und zwar bis die Batterie vollständig geladen ist oder der Absteckzeitpunkt erreicht ist. Late Charging prüft, ob zuerst ein Entladen der Batterie möglich ist und entlädt die Fahrzeugbatterie bis auf einen konfigurierbaren Mindestenergieinhalt und lädt die Fahrzeugbatterie dann bis zum geforderten Ziel- Energieinhalt beziehungsweise zum Erreichen des Absteckzeitpunkts. Auf Basis dessen kann dann wiederum die Energieflexibilitätsbestimmung durchgeführt werden. Somit kann verbessert das zeitabhängige Energiepotential für das zumindest eine Kraftfahrzeug bestimmt werden.
In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird zum Bestimmen des jeweiligen zeitabhängigen Energiepotentials eine zukünftige Nutzung des jeweiligen Kraftfahrzeugs zeitlich vor dem Energiehandel an die Energieplattform übermittelt. Insbesondere kann somit ein so genanntes Day-Ahead-Forecast erzeugt werden. Die jeweiligen Nutzer des Kraftfahrzeugs senden die zukünftige Nutzung an die Energiemarktplattform, so dass die Energiemarktplattform zuverlässig das Energiepotential des einzelnen Kraftfahrzeugs und somit auch der Vielzahl von Kraftfahrzeugen bestimmen kann. Insbesondere können hierbei noch unterschiedliche Puffermechanismen mit eingebaut werden, so dass sowohl die Anforderungen der Energieplattform als auch der einzelnen Nutzer auch sicher erreicht werden. Der Aggregator kann dann kurzfristig vor dem eigentlichen Energiehandel auf die Energiemarktplattform einsehen und die entsprechenden potentiellen Energiepotentiale einsehen und entsprechend einen zeiteinheitenabhängigen Handelsenergiewunsch aufgeben.
Bei dem vorgestellten Verfahren handelt es sich insbesondere um ein computerimplementiertes Verfahren. Daher betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche eine elektronische Recheneinrichtung dazu veranlassen, wenn die Programmcodemittel von dieser abgearbeitet werden, ein Verfahren nach dem vorhergehenden Aspekt durchzuführen. Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft daher auch ein computerlesbares Speichermedium mit dem Computerprogrammprodukt.
Ein nochmals weiterer Aspekt betrifft eine elektronische Recheneinrichtung zum Betreiben einer Energiemarktplattform für einen Energiehandel für zumindest einen Aggregator,
wobei die elektronische Recheneinrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach dem vorhergehenden Aspekt ausgebildet ist. Insbesondere wird das Verfahren mittels der elektronischen Recheneinrichtung durchgeführt. Die elektronische Recheneinrichtung weist hierzu insbesondere Prozessoren, elektrische Bauteile, sowie integrierte Schaltkreise auf, um ein entsprechendes Verfahren durchführen zu können. Die elektronische Recheneinrichtung ist insbesondere als zentrale elektronische Recheneinrichtung, beispielsweise als Backend, ausgebildet.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und den Figurenbeschreibungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm gemäß einer Ausführungsform einer elektronischen Recheneinrichtung;
Fig. 2 ein schematisches Ladediagramm eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs als Zeit-Energiediagramm; und
Fig. 3 ein weiteres schematisches Diagramm mit einer Ladestrategie und mit einer Handelsstrategie als Zeit-Energiediagramm.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform einer elektronischen Recheneinrichtung 10 zum Betreiben einer Energiemarktplattform 12 für einen Energiehandel für zumindest einen Aggregator 14.
Beim Verfahren zum Betreiben der Energiemarktplattform 12 für den Energiehandel für den zumindest einen Aggregator 14 mittels der elektronischen Recheneinrichtung 10 wird ein für den Energiehandel vorgegebener Zeitraum 16 in eine Vielzahl von vorgegebenen
Zeiteinheiten 18 eingeteilt und es wird für die jeweiligen Zeiteinheiten 18 ein jeweiliges Energiepotential 20 in Abhängigkeit von zumindest einer Energieanlage 22 bestimmt und das jeweilige Energiepotential 20 für den Aggregator 14 auf der Energiemarktplattform 12 ersichtlich dargestellt, wobei durch Eingabe des Aggregators 14 ein zeitabhängiger Handelsenergiewunsch 24 mit dem jeweiligen Energiepotential 20 verglichen wird.
Es ist vorgesehen, dass als Energieanlage 22 eine Vielzahl von zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen 26 bereitgestellt wird und durch die Energiemarktplattform 12 das jeweilige Energiepotential 20 derart bestimmt wird, dass zu einem spezifischen Zeitpunkt ein jeweiliges zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug 26 ein spezifisches Energievolumen 28 aufweist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das spezifische Energievolumen 28 von einem Nutzer beziehungsweise Besitzer eines jeweiligen Kraftfahrzeugs 26 vorgegeben wird und/oder das spezifische Energievolumen 28 in Abhängigkeit von einem zukünftigen Energieverbrauch eines jeweiligen Kraftfahrzeugs 26 vorgegeben wird.
Ferner kann insbesondere vorgesehen sein, dass bei einem Überschreiten eines Handelsenergiewunsches 24 mit einem jeweiligen Energiepotential 20 der Aggregator 14 optisch auf der Energiemarktplattform 12 gewarnt wird. Ferner kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Steuerung eines Energieflusses zu oder aus der Vielzahl von Kraftfahrzeugen 26 über die Energiemarktplattform 12 realisiert wird.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm bezüglich einer Ladestrategie eines Kraftfahrzeugs 26.
Insbesondere ist vorliegend gezeigt, dass ein jeweiliges zeitabhängiges Energiepotential 30 eines jeweiligen Kraftfahrzeugs 26 bestimmt wird und durch Aufsummieren der jeweiligen zeitabhängigen Energiepotentiale 30 der Kraftfahrzeuge 26 das jeweilige Energiepotential pro Zeiteinheit für die Energieanlage 22 ermittelt wird. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zum Bestimmen des jeweiligen zeitabhängigen Energiepotentials 30 eines jeweiligen Kraftfahrzeugs 26 eine Energieflexibilitätsbestimmung 32 auf Basis einer Ladestrategie für das jeweilige Kraftfahrzeug 26 durchgeführt wird. Insbesondere wird hierbei zum Bestimmen des jeweiligen zeitabhängigen Energiepotentials 30 eine zukünftige Nutzung des jeweiligen Kraftfahrzeugs 26 zeitlich vor dem Energiehandel an die Energieplattform 12 übermittelt.
Insbesondere zeigt die Fig. 2 die Art der Berechnung einer so genannten Flexibilität 34,
36 des einzelnen Kraftfahrzeugs 26 und der Aggregation der Flexibilitäten 34, 36 zur Gesamtflexibilität einer Fahrzeugflotte. Grundsätzlich können dabei alle Berechnungen mit kontinuierlicher Zeit oder diskreter Zeit, beispielsweise mit einem energiewirtschaftlich relevanten Raster von 15 Minuten-Intervallen durchgeführt werden. Zu der Berechnung der Flexibilität F, (t) für ein Kraftfahrzeug 26 werden die Grenzen der Ladeinfrastruktur berücksichtigt, zum Beispiel maximale Leistungsübertragung vom Energienetz auf die Fahrzeugbatterie oder von der Fahrzeugbatterie in das Energienetz. Ebenso werden die Grenzen der Fahrzeugbatterie berücksichtigt, zum Beispiel maximaler oder minimaler Energieinhalt. Es wird auf der Basis eine Vorhersage des Zeitpunkts des Ansteckens des Kraftfahrzeugs 26 an die Ladeinfrastruktur, des Energieinhalts der Fahrzeugbatterie zum Ansteckzeitpunkt, des Zeitpunkts des Absteckens des Kraftfahrzeugs 26 von der Ladeinfrastruktur, des gewünschten Energieinhalts, also das Energievolumen 28, der Fahrzeugbatterie zum Absteckzeitpunkt sowie weitere den Ladevorgang beeinflussende Parameter, wie beispielsweise Vorkonditionierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs 26 und der Batterie zum Absteckzeitpunkt eine Abschätzung möglicher Ladevorgänge durchgeführt. Dazu werden insbesondere zwei Ladeverläufe betrachtet, nämlich das so genannte „früheste Laden“, welches auch als early charging bezeichnet wird und durch eine Kurve 38 dargestellt ist und das „späteste Laden“, welches auch als late charging bezeichnet wird und durch eine Kurve 40 dargestellt ist.
Early charging speist unmittelbar nach dem Ansteckvorgang zu jedem Zeitpunkt die maximal mögliche Leistung aus dem Energienetz in die Fahrzeugbatterie ein und zwar bis die Batterie vollständig geladen ist oder der Absteckzeitpunkt erreicht ist. Insbesondere ist vorliegend durch die Kurve 38 ein Beispiel für den Energieverlauf E(t) des frühesten Ladens gezeigt. Late Charging prüft, ob zuerst ein Entladen der Batterie möglich ist und entlädt die Fahrzeugbatterie bis auf einen konfigurierbaren Mindestenergieinhalt und lädt die Fahrzeugbatterie dann bis zum geforderten Ziel-Energieinhalt beziehungsweise dem Erreichen des Absteckzeitpunkts. Hierbei ist dies durch die untere Kurve 40 gezeigt und stellt einen Energieverlauf E(t) bei dem late charging dar.
Jeder Punkt t, E(t) in Fig. 2, der zwischen der unteren und oberen Kurve, also zwischen 38 und 40 liegt, kann theoretisch mit einem technisch möglichen Ladevorgang derart durchgeführt werden, dass der geforderte Ziel-Energieinhalt der Batterie zum Absteckzeitpunkt erreicht wird. Dies liefert den notwendigen Spielraum für die Energieflexibilität 32. Das Modell erlaubt relativ einfach die Integration weiterer Aspekte, wie zum Beispiel Leistungsverluste oder äußere Begrenzungen der verfügbaren Leistung,
die aufgrund erwarteter zusätzlicher Verbraucher entstehen. In jedem Fall liefert der Raum des Verlaufs des Energieinhalts der Fahrzeugbatterie zwischen dem early charging und dem late charging, also zwischen den Kurven mit den Bezugszeichen 38 und 40 die Flexibilitäten 34, 36.
Bei kürzer werdenden Zeitraum zwischen An- und Absteckzeitpunkt verringert sich die Differenz der Verläufe der Energieinhalte der Fahrzeugbatterie zwischen early charging und late charging, im Grenzfall fallen beide Verläufe zusammen.
Die Größe der Fläche zwischen den Verläufen der Energieinhalte der Fahrzeugbatterien zwischen early charging und late charging ist demnach ein Maß für die Flexibilität F, (t), die der Ladevorgang verfügbar macht.
Dabei ist die Flexibilität zum Absteckzeitpunkt F(t
ab) = 0 definiert, ebenso wie außerhalb eines erwarteten Ladevorgangs. Der Verlauf der Flexibilität ist in der Fig. 2 beispielhaft durch die Linien 34 und 36 dargestellt. Die Bestimmung der Flexibilität für ein Kraftfahrzeug 26 kann unabhängig von anderen Kraftfahrzeugen 26 durchgeführt werden, das ermöglicht die parallele Berechnung der Flexibilitäten für die einzelnen Kraftfahrzeuge 26 einer Fahrzeugflotte. Mit dem Ergebnis der Einzel-Flexibilitäten F, (t) der Fahrzeuge einer Fahrzeugflotte kann auch die Gesamt-Flexibilität F(t) einer Flotte bestimmt werden:
Das Verfahren zur Berechnung von Einzel-Flexibilitäten kann alternativ derart ausgeprägt sein, dass ein spezieller Ladeverlauf E(t) als Basis für eine Berechnung einer oberen und unteren Flexibilität F
charging(t) beziehungsweise F
discharging(t) verwendet wird:
Beispielsweise kann ein solcher Ladeverlauf zunächst dem early charging folgen bis ein bestimmtes Energieniveau in der Batterie erreicht wird, dann wird der Ladevorgang
pausiert, bis schließlich analog zu late charging, eventuell zusätzlich mit einem Zeitpuffer, fertig geladen wird. Ein Beispiel dafür ist durch die Kurve 42 gezeigt. Insbesondere ist durch die Kurve 42 ist ein Referenz-Ladevorgang gezeigt, der zunächst auf einen definierten Energiewert lädt oder entlädt und anschließend mit einem Zeitpuffer gegenüber dem late charging fertiglädt. Dadurch entstehen insbesondere zwei Flexibilitätskurven, die durch die beiden Kurven 34 und 36 dargestellt sind. Insbesondere zeigt somit die Kurve 34 die Flexibilität zum Laden und die Kurve 36 die Flexibilität zum Entladen.
Fig. 3 zeigt ein potentielles Diagramm für die Realisierung der Energieplattform 12 zwischen dem Aggregator 14 sowie der Energieanlage 22. Insbesondere zeigt die Fig. 3 eine Leistungsanpassungsanforderung und resultierender Energiekurve. Die Kurve 44 stellt eine zulässige Leistungsanpassungsforderung, insbesondere somit einen zeitabhängigen Handelsenergiewunsch 24 dar, während die Kurve 46 eine so genannte Energietrajektorie, einer Fahrzeugbatterie darstellt für einen Ladevorgang. Die untere Kurve 48 entspricht dabei der so genannten Referenzkurve, die obere Kurve berücksichtigt die Leistungsanpassungsanforderung.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Energiemarktplattform 12 derart betrieben wird, dass während des vorgegebenen Zeitraums 16 ein Einspeisen in die Energieanlage 22 und ein Ausspeisen aus der Energieanlage 22 ausgeglichen wird. Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass eine Steuerung des Energieflusses zu oder aus der Vielzahl von Kraftfahrzeugen 26 über die Energiemarktplattform 12 realisiert wird.
Des Weiteren ist insbesondere vorgesehen, dass zum Bestimmen des jeweiligen zeitabhängigen Energiepotentials 30 eine zukünftige Nutzung des jeweiligen Kraftfahrzeugs 26 zeitlich vor dem Energiehandel an die Energiemarktplattform 12 übermittelt wird.
Insbesondere ist somit vorgesehen, dass die Meldung der Energieflexibilität am Vortag in insbesondere beispielsweise in 15 Minuten-Intervallen, erfolgt. Sie umfasst einen Sollarbeitspunkt, welcher als Referenzwert bezeichnet wird, sowie eine Durchschnittsleistung, einen für den Aggregator angebotene Abweichung der Durchschnittsleistung nach unten und nach oben sowie eine erlaubte Energieabweichung nach unten und nach oben. Angemerkt sei noch, dass der gleiche Ansatz auch mit einem Verlustmodell, welches Leistungsverluste durch die geplanten Abrufe näherungsweise
berücksichtigt, kombiniert werden kann. Dann müssen zusätzlich zu den bisher ermittelten Werten Parameter für das Verlustmodell übertragen werden.
Für die Meldung des Leistungsbedarfs und der Flexibilität für einen bestimmten Betrachtungszeitraum, den so genannten Day-Ahead-Forecast, an den Nutzer der Batterie, sind die folgenden Schritte notwendig. Es erfolgt das Feststellen aller geplanten Ladevorgänge aller Kraftfahrzeuge 26, die sich mit dem Betrachtungszeitraum überschneiden. Dabei wird der komplette Ladevorgang, auch außerhalb des Betrachtungszeitraums geplant. Es erfolgt die Berechnung dieser Ladevorgänge. Es erfolgt die Aggregation der Werte der einzelnen Ladevorgänge in den Gesamtleistungsbedarf, dabei werden nur die Werte verwendet, die in den Betrachtungszeitraum fallen. Dies ergibt insbesondere eine Zeitreihe von 15 Minuten intervallen und zugehörigen Bedarfswerten und entsprechenden Flexibilitätskennzahlen. Eine der Flexibilitätskennzahlen ist der aggregierte Leistungsbedarf, der mittels der Formel:
für die Summe aller Referenzvorgänge aller Kraftfahrzeuge 26 steht. Dies wird für die Leistungsbeschaffung als Referenz benötigt. Negative Werte stehen für das Entladen der Batterien, positive Werte für Laden.
Ferner wird eine aggregierte maximale Leistungsreduktion bestimmt:
Diese stellt die mögliche Leistungsreduktion auf der Basis von Momentanwerten dar.
Diese wird im Wesentlichen begrenzt durch die Ladeinfrastruktur, durch das Erreichen der Energiegrenzen, durch eine so genannte Degradation bei Erreichen der oberen beziehungsweise unteren Grenzen des Energieinhalts der Batterie, und durch das Erreichen der Ladeziele, zum Beispiel Energievolumen zum Abfahrtszeitpunkt. Negative Werte stehen für das Entladen der Batterie, positive Werte für das Laden. Die oben beschriebene Formel ist rein beispielhaft und kann beispielsweise noch um Sicherheitsabstände erweitert werden.
Ferner wird eine aggregierte maximale Leistungserhöhung mittels der Formel:
bestimmt. Diese stellt die mögliche Leistungserhöhung auf Basis von Momentanwerten dar. Diese wird im Wesentlichen begrenzt durch die Ladeinfrastruktur oder durch das Erreichen der Energiegrenzen. Insbesondere wird diese durch die Degradation bei Erreichen der oberen beziehungsweise unteren Grenze des Energieinhalts der Batterie bestimmt. Negative Werte stehen für das Entladen der Batterie, positive Werte für das Laden. Die oben beschriebene Formel ist rein beispielhaft und kann beispielsweise noch um Sicherheitsabstände erweitert werden.
Ferner wird eine aggregierte maximale Energiereduktion für das Assetpool bestimmt. Dies wird mittels der Formel:
bestimmt. Diese stellt die mögliche Energieerhöhung durch vorangegangene Leistungserhöhung dar. Diese wird im Wesentlichen begrenzt durch das Erreichen der Grenzen des Energieinhalts der Batterie. Negative Werte stehen für das Entladen der Batterie, positive Werte für das Laden. Die oben beschriebene Formel ist rein beispielhaft und kann beispielsweise noch um Sicherheitsabstände erweitert werden.
Ferner kann eine aggregierte maximale Energieerhöhung für das Assetpool bestimmt werden. Dies wird mittels der Formel:
bestimmt. Diese stellt die mögliche Energiereduktion durch vorangegangene Leistungsreduktion dar. Diese wird im Wesentlichen begrenzt durch das Erreichen der Grenzen des Energieinhalts der Batterie oder durch vorgegebene Ladeziele, z. B. Energieinhalt zum Abfahrtszeitpunkt. Negative Werte stehen für das Entladen der Batterie, positive Werte für das Laden. Die oben beschriebene Formel ist rein beispielhaft und kann beispielsweise noch um Sicherheitsabstände erweitert werden.
Ferner wird eine geforderte Leistungsanpassung bestimmt. Bei Abruf von Flexibilität sendet der Aggregator mit einem Vorlauf von mindestens beispielsweise einem 15 Minuten-Intervall die Leistungsanforderung, basierend auf der vorangegangenen Meldung für den Tag. Die Leistungsanforderungen können gestellt werden, sobald die Meldung für den betreffenden Zeitraum vorliegt. Im Gegensatz zu Assets, die keinen Ladezustand haben, müssen die Leistungsanforderungen einige Regeln einhalten. Beispielsweise muss die Summe der Leistungsanforderungen die Grenzen für die erlaubten Energieabweichungen in jedem 15 Minuten-Intervall einhalten. Ferner, werden Leistungsverluste ignoriert und in einem Zeitraum keine Flexibilität angeboten, muss die Summe der Leistungsanforderung bis zu diesem Zeitpunkt Null ergeben. Des Weiteren werden Leistungsverluste beachtet, wobei die Summe der Leistungsanforderungen einen bis zu diesem Zeitpunkt Wert ergeben muss, der den erwarteten Leistungsverlusten entspricht.
Es findet eine Offline-Berechnung von Abrufen von Leistung durch den Aggregator der Batterie statt. Der Nutzer der Batterie kann durch geeignete Wahl von Pdiff(t) = AP(t) aus den Werten Pmin(t), Pmax(t), Emm(t), Emax(t) zulässige Leistungsabrufe bestimmen, die er nach seinen Bedürfnissen optimiert, ohne die genaue Struktur und Zusammensetzung der zugrundeliegenden einzelnen Batterien kennen zu müssen.
Zulässige Pläne berücksichtigen dabei die Grenzen des Energieinhalts der Batterien, d. h. minimaler und maximaler Energieinhalt. Ferner werden die Grenzen des Leistungsübergangs durch Ladeinfrastruktur berücksichtigt. Des Weiteren werden geforderte Energieinhalte der Einzelbatterien zu bestimmten Zeitpunkten, insbesondere Abfahrtszeit, bestimmt. Die Einhaltung dieser Bedingungen können selbständig offline überprüft werden:
wobei sich die Energiedifferenz Ediff(t) = AE(t) durch einfache Fortschreibung ergibt, da AP(t) den 15 Minuten-Durchschnittswert darstellt:
AE(t) = D E(t - D + DR( * At
Die dritte Bedingung erzwingt, dass die Energiebilanz ausgeglichen wird, wenn keine Leistungsanpassung mehr möglich ist, zum Beispiel es sind keine Kraftfahrzeuge 26 verfügbar. Grundsätzlich kann der Aggregator 14 somit zulässige Abrufe offline berechnen. Beispielsweise könnte in einer Tabelle, welche insbesondere beispielsweise im Excel-Format entspricht, erstellen. Entsprechend können dabei beispielsweise Grün hinterlegte Werte für den Abruf sein, der die Validierung durch die oben angegebenen Regeln erfüllt. Das Fehlschlagen einer solchen Validierung könnte analog dazu beispielsweise in Rot gekennzeichnet werden.
Die berechnete Flexibilität dient als Merkmal zur Deaggregation von Steuerungssignalen, die den Ladevorgang der Fahrzeugflotte als Ganzes betreffen, auf einzelne Fahrzeuge. Beispielsweise kann der Einzelbeitrag AP,(t) eines Kraftfahrzeugs 26 zu einer geforderten Leistungsanpassung AP(t) ermittelt werden, mittels der Formel
Dies ist eine vereinfachte Darstellung, gegebenenfalls könnten auch weitere Restriktionen beachtet werden. Zudem kann eine insbesondere fahrzeugspezifische oder systemweite, konfigurierbare Reserve Fmm,i berücksichtigt werden, unterhalb derer kein Einzelbeitrag geleistet wird. Dieser muss dann auch bei der Bestimmung von F(t) in gleicherweise berücksichtigt werden.
Dieser Ansatz zur Bestimmung von Einzelbeiträgen, welche insbesondere als Deaggregation bezeichnet wird, führt dazu, dass automatisch die Mobilitätsanforderungen erfüllt werden, d. h. der Ziel-Energieinhalt, insbesondere das Energievolumen 28, der Kraftfahrzeuge 26 zum Abfahrtszeitpunkt wird bestmöglich erreicht. Alternativ können andere Formeln zur Bestimmung der Einzelbeiträge unter Verwendung der so definierten Einzelflexibilitäten verwendet werden.
Beispielsweise können die Einzelbeiträge auch dadurch bestimmt werden, dass die Kraftfahrzeuge 26 nach Fallen der Flexibilität sortiert werden und dann in dieser Reihenfolge jedes Kraftfahrzeug 26 seinen Maximalbeitrag leistet, so lange bis die geforderte Leistungsanpassung erreicht wird. Dies entspricht insbesondere einem so genannten Greedy-Algorithmus. Bei diesem Ansatz ist eventuell zusätzlich dafür Sorge zu tragen, dass ein andauerndes Umschalten zwischen zwei Fahrzeugen mit nahezu gleicher Flexibilität vermieden wird. Die oben erwähnten extern ausgelösten
Leistungsanpassungen können beispielsweise durch Anforderungen eines Aggregators 14 bei Teilnahme an einem Energiemarkt, z. B. IntraDay oder bei entsprechenden effizienten Umsetzungen am Regelleistungsmarkt entstehen. Die Einzelbeiträge der Kraftfahrzeuge 26 können dann entsprechend der geforderten Leistungsanpassung mit der zugehörigen oberen oder unteren Flexibilität berechnet werden.
Alternativ kann vorbereitend ein Zeitraum herbeigeführt werden, in dem eine bestimmte Teilmenge der Fahrzeuge einer Flotte einen derart definierten Energieinhalt hat, dass sich die Batterien der Teilmenge der Kraftfahrzeuge 26 so verhalten, wie eine Einzelbatterie, was auch als Homogenisierung bezeichnet wird. Die Deaggregation erfolgt damit gleichmäßig auf die teilnehmenden Kraftfahrzeuge 26, um die Homogenisierung nicht zu verletzen.
Bezugszeichenliste
10 elektronische Recheneinrichtung
12 Energiemarktplattform
14 Aggregator
16 vorgegebener Zeitraum
18 vorgegebene Zeiteinheiten
20 Energiepotential
22 Energieanlage
24 Handelsenergiewunsch
26 Kraftfahrzeuge
28 Energievolumen
30 jeweiliges Energiepotential
32 Energieflexibilitätsbestimmung
34 Kurve
36 Kurve
38 Kurve
40 Kurve
42 Kurve
44 Kurve
46 Kurve
48 Kurve
E Energie t Zeit