CH710855B1 - Intelligentes Energie-Verbundsystem mit Handelsplattform. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energie-Verbundsystem (11), bei welchem zur Steuerung und dynamischen Moderation des Energieflusses in einem Energieübertragungsnetz (15) ein Energie-Marktplatz (31) vorgesehen ist. Dieses erlaubt den Usern (12, 13, 14) den Zugang zu einem Portal, resp. Handelsplattform (38) Dies ermöglicht einem Energieversorger (16) die erforderliche Energie kosteneffizent und bedarfsgerecht einzuspeisen, zu speichern oder abzurufen.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energie-Verbundsystem gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Intelligente Energie-Verbundsysteme (im Folgenden auch Energienetze oder Energie-Verbundsysteme genannt) für Strom, Fernwärme, Gas und Wasser sind grundsätzlich bekannt, bspw. aus der EP-1079343 und umfassen neben einer kommunikativen Vernetzung auch die Steuerung von Stromerzeugern, Speichern, elektrischen Verbrauchern, Netzbetriebsmittel für die Energieversorgung über Energieübertragungsnetze und Energieverteilernetze. Moderne Energielieferanten erlauben auch die Netzbenutzung für Drittanbieter.

[0003] Die vermehrte Netzbenutzung von Drittanbieter ist problematisch, insbesondere weil diese (Prosumenten) mit diskontinuierlichen Energiequellen, wie Wind-, Solar-, Wellen-, Gezeiten-, Wasser-, Biomassen-, Geothermie-Energie arbeiten und damit die Netzwerkstabilität, Versorgungssicherheit und Kosteneffizienz der zentralen Energieversorgungsunternehmen destabilisieren. Es versteht sich, dass damit ein effizientes Energiemanagement der Netzbetreiber immer komplexer wird und alle Stufen und Bereiche der Energieproduktion und des Energieverbrauchs, von der Planung bis zum Betrieb umfasst. Dabei stehen die Ressourcenschonung, der Klimaschutz, aber auch die optimale Kostenstruktur im Vordergrund, immer unter der Prämisse der unbedingten Sicherstellung des Energiebedarfs der Nutzer.

[0004] Bekannte Verfahren zur Verbesserung der Kostenstruktur verwenden die Verbrauchs-Charakteristik der Konsumenten. Mittels Lastgang- und Schwachstellenanalysen wird das Verbrauchsverhalten von Industrie- und Gewerbeunternehmen untersucht und werden mögliche Einsparungspotentiale ermittelt. Daraus werden massgeschneiderte Lösungen entwickelt, die über automatische Steuerungen teure Schwankungen ausgleichen und teure Leistungsspitzen verhindern sollen.

[0005] Grundsätzlich sind auch intelligente Steuerungen für die Eigenverbrauchsregelung mit Hilfe von Photovoltaik-Anlagen und anderen dezentralen Energie-Erzeugungsanlagen bekannt, bspw. aus der US2014/0052303, in welcher ein Home-Network mit einem Smart-Energy-Management-System (In-House-Komplementarität) beschrieben wird. In US2012/0191262 wird die Kombination eines Stromnetzes mit einem Speichersystem in Form eines Fluidspeichers, d.h. eines mechanischen, kinetischen, elektrischen, elektrochemischen oder thermischen Speichersystems, bevorzugt mit komprimiertem Gas, beschrieben, wobei die Speicherung und Abgabe von Elektrizität nur bei geeigneten Marktpreisen erfolgt.

[0006] Leider können die oben genannten Nachteile mit diesen Systemen nicht wirksam und nachhaltig behoben werden. Der Wildwuchs autarker Energie-Zellen stört den ausgeglichenen Energiefluss und erschwert die Kompatibilität derselben. Insbesondere führt die dezentrale Energieumwandlung zu unerwünschten Netzinstabilitäten. Der Auslastungsgrad des öffentlichen/regionalen Energienetzes ist damit nicht mehr in einfacher Weise kontrollierbar. Versorgungssicherheit und/oder Kosteneffizienz der zentralen/regionalen Energieversorgungsunternehmen sind nicht mehr gewährleistet und/oder werden äusserst komplex.

[0007] Diese Komplexität zeigt sich an der Vielfalt von Verfahren zur Stabilisierung des Energieverbrauchs. In dieser Vielfalt lassen sich auch diverse Börsen und Auktionsplattformen zum Handeln mit Energie-Einheiten, wie bspw. in der Publikation WO 02/17151 beschrieben, finden. Dieses System umfasst Energie-Messstationen, Kommunikationsmittel für Tarif-Informationen, lokale Rechnereinheiten zur Bestimmung eines voraussichtlichen Handelsabschlusses und geeignete Schaltstellen beim Nutzer. Andere Verfahren mit Handelsplattformen sind bspw. aus der US-2004/0010478 bekannt, bei welchem vorgeschlagen wird, einen auf Angebot und Nachfrage basierenden Echtzeit-Preis-Rechner zu verwenden. Die US-2007/0271173 offenbart ein elektronisches Auktionssystem mit der Möglichkeit variable Angebote zu machen.

[0008] Ebenso sind elektronische Abrechnungsverfahren hinlänglich bekannt. So wird in der US-2012/0095813 eine billing method vorgeschlagen, mit welcher ein Verbraucher finanziell unterschiedlich belastet werden kann, je nachdem ob die bezogene Energie von einem regionalen Energielieferanten oder von einer geleasten, resp. gemieteten lokalen Smart-Grid-Anlage stammt.

[0009] Bei all diesen bekannten Verfahren handelt es sich um Echtzeit-Verfahren, die sich leider als kompliziert erweisen und nicht geeignet sind, die Menge an erforderlicher Energie und deren Kosten in einem regionalen Energienetz zu regeln, d.h. die unerwünschten Netzinstabilitäten bleiben trotz Market-Place und individueller Abrechnungssysteme weiter bestehen. Die Gewährleistung der Versorgungssicherheit wird für die Energieversorger zunehmend komplexer und belastet deren Kosteneffizienz zusätzlich.

[0010] Das Problem dieser Destabilisierung ist letztendlich im Verhalten der Netzwerk-Nutzer und deren Wunsch nach erhöhter Autarkie zu sehen.

[0011] Es ist deshalb das Bestreben der modernen Energieversorger die einzelnen Energie-Zellen (Smart-Home, Cluster-Zellen, Konsumenten oder Prosumenten, Grossverbraucher, etc.) mit unterschiedlichem und variablem Autarkiegrad in geordneter Weise zu steuern. Es besteht also die technische Aufgabe den Energiefluss in einem regionalen Energienetzwerk so zu moderieren, dass die Komplexität der erforderlichen Regelung zur Stabilisierung dieses Energienetzwerkes - bei wachsender Autarkie der Nutzer - reduziert wird.

[0012] Grundsätzlich wird diese Aufgabe (Lenkung des Energie- und Geldflusses) durch die Kopplung der Energie-Zellen über eine Energiebörse an das Leitsystem eines regionalen Energieversorgers einerseits und eine geeignete Rückkopplung des Leitsystems mit den Energie-Zellen andererseits, gelöst.

[0013] Diese Rückkopplung erlaubt u.a. - über eine flexible Preisgestaltung des regionalen Energieversorgers - eine dynamische Moderation und Optimierung sowohl des Energieflusses und des damit verbundenen Geldflusses, als auch ein unabhängiges Autarkie-Wachstums der einzelnen Energie-Zellen.

[0014] Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Energieverbund-System gemäss Anspruch 1 gelöst , bei welchem das zentrale Leitsystem, im Folgenden auch Leitwarte oder SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition for energy network) genannt, eines regionalen Energieversorgers über ein regionales Datennetz, vorzugsweise ein Echt-Zeit-Datennetz, mit einer Vielzahl von lokalen Energie-Zellen mit variablem Autarkiegrad verbunden ist. Dabei ist, mit wenigen Ausnahmen, jede dieser Energie-Zellen im Wesentlichen mit einem programmierbaren Controller ausgerüstet, welcher über eine Handelsplattform eines Servers (im Folgenden auch controll center oder ProVit-Server genannt) des Energieversorgers mit dem Leitsystems kommuniziert. Diese Kommunikation wird erfindungsgemäss über ein User-Konto freigeschaltet. Dabei werden a) gemessene Daten zum Status der einzelnen Energie-Zelle, b) Daten zur Visualisierung des Energiezustandes der einzelnen Energie-Zelle und der aktuellen Marktsituation (Energieangebot, Energienachfrage, VMT-Tarife dazu, zelleneigener User-Kontostand, etc.), c) Daten für die externe Steuerung des Energiezustandes der einzelnen Energie-Zelle und d) Daten für die Abrechnung der einzelnen User-Konten, übertragen.

[0015] Weiterbildungen und besondere Ausführungsformen dieses Systems weisen die Merkmale der abhängigen Ansprüche auf. Das werden User-Konto kann in einer wertvariablen Währungseinheit, bspw. kWh, geführt. Darüber hinaus kann der Energieversorger mit einem Energie-Speicherwerk verbunden sein, bspw. mit einem Hybridwerk, bei welchem überschüssige elektrische Energie in speicherbares Gas, insbesondere für die Gasversorgung, umgewandelt wird und umgekehrt. Weitere Formen der Energieumwandlung und -speicherung sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und werden auch in industriellen Anlagen, Speicherwerken, und/oder Hybridwerken verwendet (bspw. Pumpspeicherwerke, Druckluft- und Methan-, resp. Wasserstoffspeicherwerke, Power-to-Heat- oder Power-to-Gas-Anlagen, etc.).

[0016] Der Erfolg der erfindungsgemäss vorgesehenen Funktionsweise basiert letztendlich auf dem erwartungsgemässen Verhalten eines profitorientierten Nutzers. Insbesondere kann das User-Konto von jedem einzelnen User aufgefüllt werden (Guthaben), wenn hohe Vergütungen entrichtet werden, d.h. wenn ein hoher Marktpreis besteht, d.h. bei hohem Energiebedarf im Energienetz. Bei niedrigem Marktpreis, d.h. bei niedrigem Energiebedarf im Energienetz kann die Energie von den einzelnen Usern, jedoch auch vom Energieversorger selbst, kostengünstig bezogen werden, bspw. um eigene Energiespeicher zu füllen.

[0017] Das normale Userverhalten wird mit Hilfe von energieträgerunabhängigen User-Konten (für Elektrizität, Gas, Warmwasser, etc.) und einer Energie-Handelsplattform in dynamischer Weise moderiert. Die Energie-Währung der User-Konten ist virtuell und wertvariabel. Damit kann das Verhalten der einzelnen User, d.h. deren Netzbenutzung aktiv und passiv beeinflusst werden. Die zentrale Kontoführung mit kursabhängiger Bewertung (Angebot, Nachfrage, Rohpreis, etc.) einer virtuellen Energiewährung (bspw. kWh) führt einerseits zu einer passiven, d.h. unabhängig vom Energieversorger erzeugten Reduktion der Netzbelastungsspitzen und erlaubt andererseits aktiv, d.h. mit aktiver Moderation des Energieversorgers, eine gezielte Moderation des Auslastungsgrades des Energienetzes.

[0018] Die Vorteile der erfindungsgemässen Systems sind dem Fachmann unmittelbar ersichtlich und liegen insbesondere in der Reduktion der Komplexität von Steuerungssystemen zur dynamischen Moderation des Energieflusses in einem regionalen Energieverbundsystems bei wachsender Autarkie der eingebundenen Nutzer, sowie in der damit verbundenen Verbesserung der Versorgungssicherheit und in der verbesserten Kosteneffizienz. Die Einbindung einer Handelsplattform in die Steuerung des Energieversorgers führt nicht nur zu einer Attraktivierung des Energieversorgers, sondern trägt durch das Verhalten der User und die Verwendung einer wertvariablen Währungseinheit wesentlich dazu bei, dass Spitzenbelastungen reduziert werden, nicht zuletzt auch durch die erfindungsgemäss vorgesehene Zentralisation der Steuerung der einzelnen Energie-Zellen.

[0019] In vorliegender Beschreibung soll unter dem Begriff „Energiefluss“ jede Form von Transport eines Energieträgers, wie Elektrizität, Gas, Fernwärme, etc., mit Hilfe eines „Energieübertragungsnetzes“ (oder kurz „Energienetz) verstanden werden. Ein „intelligentes“ Energieübertragungsnetz umfasst zusätzlich ein Datennetz für die Übertragung elektrischer Signale, bspw. zur Visualisierung, Messung oder Steuerung interner oder externer Geräte, und kann drahtgebunden oder drahtlos ausgebildet sein. Unter dem Begriff „Energieversorger“ sind hier alle Einrichtungen, insbesondere auch Unterversorger, zur Versorgung eines Energienetzes mit mindestens einer Form eines Energieträgers zu verstehen. Unter dem Begriff „Energie-Zelle“ sollen hier alle Installationsformen von Energie-Verbrauchern und/oder Energie-Erzeugern verstanden werden, welche am Energieübertragungsnetz angeschlossen sind, insbesondere Smart-Homes, Smart-Grids und/oder Smart-Facilities (intelligente Anlagen für Grossbetriebe, wie Hotels, Gewerbe- oder Fabrikationsbetriebe, etc.). Die hier angesprochenen Energie-Konsumenten, Energie-Produzenten und/oder Energie-Prosumenten, welche alle das Energieübertragungsnetz nutzen, werden hier auch „User“ genannt. Der Begriff „Netzkomlementarität“ soll den zeitgleichen Austausch von Informationen zum Energieangebot und -nachfrage in den jeweiligen Energienetzen, wie Strom, Gas oder Fernwärme, bezeichnen. Der Begriff „Energiekomplementarität“ soll den zeitunabhängigen Austausch unter verschiedenen Energieträgern charakterisieren und der Begriff „Systemkomplementarität“ soll für den zeitgleichen Energieaustausch zwischen lokalen Energie-Zellen verwendet werden. Der „Autarkiegrad“ einer Energie-Zelle bezeichnet den prozentualen Anteil an selbsterzeugter Energie relativ zum Energie-Eigenbedarf. Der Begriff „Marktplatz“ wir hier in seiner bekannten Bedeutung als elektronisches oder virtuelles Marktplatzsystem verwendet und soll ein Hardware- und Software-System innerhalb eines übergeordneten Datennetzes bezeichnen. Mit diesem Marktplatzsystem können zu jedem Zeitpunkt Geschäftstransaktionen durchgeführt werden, insbesondere durch die umfassende Abwicklung und Bündelung von Einkaufs-, Produktions- und Absatzprozessen. Im Unterschied dazu soll hier unter dem Begriff „Handels-Plattform“, resp. „Portal“ ein Rechnersystem (Hard- und Software) für die Geschäftsanbahnung durch Informationsbereitstellung für die Benutzer verstanden werden. Es versteht sich, dass eine derartige Handelsplattform, resp. Portal vom User auch über eine geeignete Shopping-App eines mobilen Gerätes erreicht werden kann.

[0020] Im Folgenden soll die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Hilfe der Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt: Fig. 1: schematische Darstellung eines regionalen Energie-Verbundsystems bekannter Art; Fig. 2: schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Steuerungssystems eines Energie-Verbundsystems; Fig. 3-10: schematische Darstellungen verschiedener Energiezellen.

[0021] Fig. 1 macht das Prinzip der konventionellen Vernetzung eines regionalen Energie-Verbundsystems (11) deutlich, insbesondere die Vielfalt der darin eingebundenen Energie-Zellen (12, 13), resp. Energie-Zellen-Cluster (14) und deren Teilnehmer (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), wie sie in Fig. 2 näher beschrieben werden. Alle genannten Teilnehmer (im Folgenden auch User genannt) sind an einem Energienetz (15) eines regionalen Energieversorgers (16) angeschlossen und über ein geeignetes Datennetz (17) mit diesem verbunden. Diese Vernetzung erlaubt die kontrollierte Versorgung der eingebundenen User mit Energie (Elektrizität, Gas oder Fernwärme) einerseits und die kontrollierte Aufnahme von überschüssiger Energie der autark energieerzeugenden Energie-Zellen andererseits. Das Datennetz (17) ist in bekannter Weise mit einem Leitsystem (18) des Energieversorgers (16) gekoppelt und erlaubt die verrechenbare Einspeisung in, resp. den Bezug von Energie aus dem Energienetz (15). Das Energienetz (15) und dazugehörige Datennetz (17) bilden ein sogenanntes intelligentes Übertragungsnetz. In Weiterbildungen kann der Energieversorger (16) mit einem Hybridwerk (19) verbunden sein, welches bspw. überschüssige elektrische Energie in Gas oder in eine andere speicherbare Form umwandelt. Dieses Verbundsystem (11) und dessen Funktionsweise erlaubt in dieser Form noch kein marktgerechtes Autarkie-Wachstum der einzelnen Energie-Zellen (12, 13, 14), auch wenn jede derselben eine In-House-, System- und Energiekomplementarität aufweist. Die lokalen Cluster-Systeme (14) können über ein gemeinsames Energienetz (Strom, Gas, Fernwärme) und ein Echtzeitdatenübertragungsnetz (17) miteinander gekoppelt sein und an ein Hybridwerk (19) angeschlossen sein. Die Netzsteuerung (Ein/Aus-Schaltung bestimmter Geräte zu bestimmten Zeiten) in den einzelnen Smart-Home-Systemen und lokalen Cluster-Systemen wird in der Regel über ein regionales Energie-Daten-Management-System (EDM) geführt. Das in Fig. 1 dargestellte System zur Netzsteuerung ist hinlänglich bekannt und umfasst ein zentrales Leitsystem (18), welches derart ausgebildet ist, dass dieses mit jeder der Energie-Zellen (12, 13, 14) kommunizieren kann.

[0022] Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemässes Steuerungssystem für die Steuerung und dynamische Moderation eines Energieflusses in schematischer Weise, insbesondere um verschiedene mögliche Situationen näher erläutern zu können. Die Vielfalt der in diesem System eingebundenen User (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) ist hier nur exemplarisch aufgeführt: Strom-Prosument (1), Strom-Prosument-Gas-Konsument (2), Strom-Prosument-Fernwärme-Konsument (3), Strom-Konsument (4), Energie-Börsianer (5), Strom-Grossprosument (6) mit externem Dienstleister (34), Strom-Grossprosument-Gas-Grosskonsument (7) mit externem Dienstleister (34), Strom-Grossprosument-Fernwärme-Grosskonsument (8) mit externem Dienstleister (34). Es versteht sich, dass das vorliegende Steuerungs- und Moderationssystem auch andere mögliche User-Konstellationen umfassen kann und die Energie-Zellen (12, 13, 14) dieser User einen individuellen Autarkiegrad aufweisen. Die hier genannten User sollen weiter unten mit Hilfe der Figuren 3 bis 8 näher erläutert werden.

[0023] Zur erfindungsgemässen Steuerung des Energieflusses und des damit verbundenen Geldflusses sind in der Regel jede der Energie-Zellen (12, 13, 14) mit mindestens einer zelleneigenen Mess-Station (M), mit mindestens einer zelleneigenen und über das Internet (22) mit einem Online Customer Portal (26, OCP) des Energieversorgers (16) verbundener Visualisierungs-Einheit (V), bspw. in Form eines elektronischen Bildschirms, zur visuellen Darstellung des zelleneigenen Energieflusses, und mit einem zelleneigenen Controllers (C), insbesondere einem PLC (Programmable Logic Controller) ausgerüstet, welcher in der Regel über ein regionales Datennetz (17) mit dem zentralen Leitsystem (18), resp. SCADA, des regionalen Energieversorgers (16) gekoppelt ist. Vorzugsweise erlaubt dieses Datennetz (17) eine Echtzeit-Datenüber-tragung über eine geschützte Internet-Verbindung (21), bspw. über einen IP-Tunnel (Tunneling-Protokoll, Firewall, HTTPS secure access, etc.), zum regionalen Energie-Versorger (16). Dieser zelleneigene Controller (C) ist mit allen internen Mess-Stationen (M), auch als Smartmeter bekannt, verbunden und steuert die dazugehörigen Einheiten, bspw. für den Bezug und/oder die mögliche Einspeisung von Elektrizität, Gas, Fernwärme und Wasser, sowie alle daran angeschlossenen Geräte, wie Heizung, Kochstellen, Kühlaggregate, Komfortinstallationen, etc. Diese Messstationen (M) dienen der internen und externen Überwachung des zelleneigenen Energieflusses, insbesondere für die Erfassung der zelleneigenen Energie-Erzeugung, den zelleneigenen Energieverbrauch, den zelleneigenen Energie-Bezug aus und die Energie-Einspeisung in das Energieübertragungsnetz (15) des regionalen Energieversorgers (16). Es versteht sich, dass die elektronischen Systeme des regionalen Energieversorgers (16) nur über datenschützende Schnittstellen (24, 24', 24") und wo erforderlich bspw. auch über ein VPN-Gateway (25) mit dem Datennetz (17) verbunden sind.

[0024] Erfindungsgemäss weist das vorliegende Steuerungssystem einen Energiemarktplatz (31) mit geeigneter Software und Hardware auf, mit einem Server (32), resp. Controll-Center oder ProVit-Server, und einem damit gekoppelten Datenbank- und Datenverarbeitungssystem (33), insbesondere in Form eines ISE (Informations System der Schweiz. Energiewirtschaft). Dabei ist dieses Datenbank- und Datenverarbeitungssystem (33) mit virtuellen User-Konten (K1bis K8) für jeden der lokalen User (1 bis 8) gekoppelt. Dieses Datenbank- und Datenverarbeitungssystem (33) erlaubt jedem der User (1 bis 8) den aktuellen Energiezustand seiner Energie-Zelle, seinen Kontostand und den aktuellen Börsenwert der wertvariablen Währung, hier bspw. kWh, einzusehen und über eine virtuelle Energie-Handelsplattform (38), auch in Form eines Portals, selber ein Angebot (bspw. x[kWh] ä Zeitwert) abzugeben oder ein bestehendes Angebot anzunehmen. Nach getätigtem Handel werden von dieser Handelsplattform (38) entsprechende Steuerungsdaten generiert und über den Server (32) dem Leitsystem (18) des regionalen Energieversorgers (16) übermittelt, worauf das Leitsystem (18) dem zelleneigenen Controller (C) der betroffenen Energie-Zelle entsprechende Steuerungsimpulse übermittelt. Es versteht sich, dass durch die gezielte Vorgabe des energieträgerneutralen, d.h. energieträgerunabhängigen Marktwertes (Energietarif) der wertvariablen Währung das An- und Verkaufsverhalten der User in netzstabilisierender Weise beeinflussbar ist. Der jeweilige Marktwert wird vom Server (32) automatisch bestimmt, insbesondere aufgrund der Daten zum aktuellen und prognostizierten Zustand des Energienetzes (15). Insbesondere lassen sich damit auch externe Daten, bspw. zu den Wetteraussichten (Wind, Temperaturverlauf, Sonneneinstrahlung, etc.) und/oder anderen Prognosen zur Netzbelastung berücksichtigen. Der vorliegende Energiemarktplatz (31) ermöglicht also a) die vom Datenbank- und Datenverarbeitungssystem (33) verwalteten Daten dem jeweiligen User zur Visualisierung des Energiezustandes seiner Energie-Zelle und der aktuellen Marktsituation (Energieangebot, Energienachfrage, VMT-Tarife dazu, zelleneigener Kontostand, etc.) ersichtlich zu machen und b) die von diesem Datenbank- und Datenverarbeitungssystem (33) generierten Daten für die externe Steuerung des Energiezustandes der einzelnen Energie-Zellen (12, 13, 14) bereit zu stellen, und c) die von diesem Datenbank- und Datenverarbeitungssystem (33) erstellten Daten für die Abrechnung der einzelnen User-Konten (Kl) zu übermitteln. Diese User-Konten und der virtuelle Handel auf der Energie-Handelsplattform (38) des Marktplatzes (31) ermöglichen dem Energie-Versorger (16) einen virtuellen Transfer von Energie, d.h. eine zeitliche Entkopplung von Geldfluss und Energiefluss, d.h. ermöglicht dem Energie-Versorger (16) eine vereinfachte und kosteneffiziente Steuerung und dynamische Moderation des Energieflusses.

[0025] In einer einfachen Ausführungsform ist die Messstation (M) nicht direkt mit dem Leitsystem (18) verbunden, sondern bspw. über eine manuelle Eingabe-Vorrichtung oder ein Zählerfernauslesesystem (ZFA), insbesondere eines externen Dienstleisters, mit dem erfindungsgemässen Server (32) oder Datenbank- und Datenverarbeitungssystem (33) und einem Verrechnungssystem (39) gekoppelt.

[0026] In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemässen Steuerungsvorrichtung lässt sich insbesondere für Grossverbraucher (bspw. Industrieanlagen, Gewerbebetriebe oder Cluster) ein Teil der Dienstleistungen über einen externen Dienstleister (34) abwickeln. Die über den erfindungsgemässen Marktplatz (31) ausgehandelten Konditionen können diesem externen Dienstleister (34) über sein Datenmanagementsystem (37) übermittelt und in geeigneter Form den einen oder anderen externen Energieerzeugern (35) und/oder Übertragungsnetzbetreibern (36) zugestellt werden.

[0027] Fig. 3 bis 10 zeigen beispielhaft verschiedene Ausbildungen einzelner Energiezellen verschiedener am erfindungsgemässen Steuerungssystem angeschlossenen User (1 bis 8). Gemäss Fig. 3 ist die Energiezelle des Users (1) mit einer Solaranlage (S) und einer Windenergieanlage (W) ausgerüstet, mit welcher einerseits eine Batterie (B) gespeist wird und andererseits interne Verbraucher über einen Smartmeter (M) mit der erforderlichen elektrischen Energie (hier mit einer strich-punktierten Linie dargestellt) versorgt werden. Dieser Usertyp wird im Folgenden auch Prosument (1) genannt, weil er einerseits Energie produziert aber andererseits auch Energie konsumiert. Sein Autarkiegrad bestimmt sich aus dem Quotienten von Energie-Eigenverbrauch und Energie-Gesamtverbrauch. Die erfassten Daten werden einem hauseigenen Controller (C) zugeführt, welche diese in oben beschriebener Weise dem Datennetz (17) zur Auswertung weiterleitet. Eine hauseigene Visualisierungseinheit (V) erlaubt dem User (1) jederzeit seine aktuelle Energiesituation abzulesen. Über den Controller (C) kann der User (1) jederzeit sein User-Konto (K1) einsehen und entscheiden, ob dieses a) mit seiner selber erzeugten Energie aufgefüllt werden soll, b) seine Batterie (B) aus dem Energienetz (15) geladen werden soll oder c) auf der Energiehandelsplattform (31) lediglich eine bestimmte Energiemenge zugunsten seines User-Kontos (K1) erwirbt oder zulasten seines User-Kontos (K1) anbietet. Es versteht sich, dass die bestehenden Angebote jederzeit für alle User (1 bis 8) ersichtlich sind und der Betreiber dieses Marktplatzes (31) frei ist bei Abschluss einer solchen Transaktion eine Transaktionsgebühr zu erheben. Dieser Marktplatz (31) führt also dazu, dass bei Stromüberproduktion (und entsprechend geringer Einspeisevergütung) die User (1 bis 8) ihre eigenen physikalischen (Batterie, Warmwasser, etc.) und virtuellen (User-Konto) Speicher zuerst füllen und diese bei erhöhtem Strombedarf zuerst leeren. Auf diese Weise wird der Energiefluss bei Spitzenbelastungen (Produktion oder Verbrauch) dynamisch moderiert. Darüber hinaus erlaubt diese Handelsplattform mit ihren User-Konten (virtuelle Speicher) dem Energieversorger (16) eine zeitliche Lastverschiebung und ermöglichen diesem so eine dynamische Moderation des Energieflusses, insbesondere weil die erfindungsgemässe Vorrichtung über das gemeinsame Datennetz (17) auf die einzelnen hauseigenen Controller (C) zugreifen kann. Es versteht sich, dass der hauseigene Controller (C) auch den Wasserverbrauch detektieren und zur Verrechnung an den Energieversorger weiterleiten kann. Die Wasserversorgung ist hier mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Fig. 4 zeigt die Energiezelle eines Strom-Prosument-Gas-Konsumenten (2), welcher ebenfalls mit einer Solaranlage (S) und einer Windkraftanlage (W) ausgerüstet ist, um Strom zu produzieren, jedoch zusätzlich auch Energie in Form von Gas (mit einer punktierten Linie dargestellt) vom Energieversorger (16) bezieht. Sein Autarkiegrad lässt sich in einfacher Weise mit Hilfe eines hauseigenen Controllers (C) bestimmen, welcher einerseits mit den Messinstrumenten (M) und andererseits mit dem Server (32) des Energieversorgers (16) verbunden ist. Eine geeignete Visualisierungseinheit (V) ermöglicht diesem User (4) den aktuellen Energiezustand seiner Energiezelle abzulesen. Die in Fig. 5 dargestellte Energiezelle eines Strom-Prosument-Fernwärme-Konsumenten (3) zeigt ebenfalls eine Solaranlage (S) und Windkraftanlage (W) für die Produktion von elektrischer Energie einerseits und ist an einer Wasserzufuhr (gestrichelte Linie) sowie an einer Fernwärmeleitung (strich-doppelpunktierte Linie) angeschlossen. Auch dieser User (3) ist über das gesicherte Datennetz (17) mit dem Server (32) des Energieversorgers (16) und damit mit seinem User-Konto (K3) verbunden, d.h. kann auf der Handelsplattform (38) Energie an- und verkaufen. Bei der in Fig. 6 dargestellten Energiezelle handelt es sich um einen Strom-Speicher-Konsument (4) ohne Autarkie. Dieser verfügt über eine hauseigene Batterie (B), welche er dank der Handelsplattform (38) mit günstig eingekauftem Strom speisen kann und diesen bei hohen Rückvergütungstarifen wieder veräussern kann. Der Energieversorger (16) kann also bei entsprechendem Bedarf auf diesen Energiespeicher (B) zurückgreifen, um das Netz zu stabilisieren. Ebenso ist User (5) gemäss Fig. 10 ein nicht-autarker User, resp. reiner Energie-Börsianer (5). Dieser kauft Energieeinheiten [kWh] über seinen WebBrowser (WB) auf der Handelsplattform (38), wenn diese zu günstigen Konditionen bezogen werden können und verkauft diese später wieder. Das Börsenverhalten dieses Users (5) führt zu einer passiven und erwünschten Moderation der Netzbelastung, d.h. bei Überproduktion zu einer dezentralen Speicherung von Energie in usereigenen Speichern und bei hohem Energiebedarf zur Entleerung dieser usereigenen Speicher. Die in Fig. 7 dargestellte Energie-Zelle zeigt einen Strom-Grossprosumenten (6) mit einem Lastgang von über 30kW. Die Leistungsmessung kann hier von einem externen Dienstleister (34) vorgenommen werden, welcher einen eigenen Stromerzeuger (35) und Netzbetreiber (36) eingebunden haben kann. Erfindungsgemäss ist dieser User (6) über die Energieplatz (31) mit diesem externen Dienstleister und seiner Abrechnungsstelle verbunden. Fig. 8 zeigt wieder einen Grossverbraucher (7), insbesondere einen Strom-Grossprosument-Gas-Grosskonsument mit einem Lastgang von über 30kW und einem externen Dienstleister (34). Auch dieser User (7) ist mit einem Controller (C) und einer Visualisierungseinheit (V) ausgerüstet, welche mit dem Energieversorger (16) gekoppelt sind und verfügt zusätzlich über eine Wärmkraftkopplungsanlage (WKK). Der User (8) gemäss Fig. 9, insbesondere ein Strom-Grossprosument-Fernwärme-Grosskonsument mit externem Dienstleister, ist zusätzlich mit einem Fernwärmenetz (FW) verbunden.

[0028] Diese Beispiele sollen lediglich die Vielfalt an Usern deutlich machen, welche alle Teilnehmer der Handelsplattform (31) sind und damit bei der aktiven, resp. passiven Moderation des Energienetzes mitwirken. Es versteht sich, dass auch andere User-Konstellationen, insbesondere auch lokale Energie-Zellen-Cluster (14) oder Hybridwerke (19) ein User-Konto (Kl) führen können und an der Handelsplattform (38) teilnehmen können. Die vorliegende intelligente Vernetzung zwischen Usern, Handelsplatz und Energieversorger führt dazu, dass die User und/oder der Energieversorger bei hohem Energiebedarf kostengünstige Energie in das Netz einspeisen können und bei geringem Netzbedarf unrentable Energie vorerst selber verbrauchen, resp. intern oder extern speichern können. Die unerwünschten Belastungsspitzen bei hoher Nachfrage oder bei Überangebot lassen sich mit virtuellem Handelsplatz in einfacher Weise regulieren.

[0029] In einer einfachen Ausführungsform ist die Messstation (M) nicht direkt mit dem Leitsystem (18) verbunden, sondern bspw. über eine manuelle Eingabe-Vorrichtung oder ein Zählerfernauslesesystem (ZFA), insbesondere eines externen Dienstleisters, mit dem erfindungsgemässen Server (32) oder Datenbank- und Datenverarbeitungssystem (33) und einem Verrechnungssystem (39) gekoppelt.

[0030] Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind dem Fachmann unmittelbar ersichtlich und für die User in der Optimierung der Wirtschaftlichkeit, d.h. der Kosteneffizienz des eigenen Energiesystems und der Versorgungssicherheit bei der flexiblen Erhöhung des Autarkiegrades zu sehen. Für den Energieversorger erweist sich die Selbstregulierung der Auslastung des Energienetzes einerseits und die mit diesem Marktplatz erzielte Kostenkontrolle als besonders vorteilhaft. Die erfindungsgemässe Entkopplung von Energiefluss und Geldfluss und die direkte Kundenvernetzung über die hauseigenen Controller erlaubt darüber hinaus eine kosteneffiziente Regulierung und Steuerung der Netzauslastung, bspw. durch ein zeitverschobenes Abrufen von lokalen Speicherkapazitäten, vorteilhafterweise für ein „peak shaving“. Insbesondere erlaubt die vorliegende Erfindung dem Energieversorger auch die Belieferung allfälliger Hybridwerke mit kostengünstiger Energie.

Bezugszeichenliste

[0031] 1 Strom-Prosument 2 Strom-Prosument-Gas-Konsument 3 Strom-Prosument-Fernwärme-Konsument 4 Strom-Speicher-Konsument 5 Energie-Börsianer 6 Strom-Grossprosument mit externem Dienstleister 7 Strom-Grossprosument-Gas-Grosskonsument mit externem Dienstleister 8 Strom-Grossprosument-FW-Grosskonsument mit externem Dienstleister 9 intelligentes Energieübertragungsnetz 11 regionales Energie-Verbundsystem 12 lokale Energie-Zelle eines Normalverbrauchers, bspw. Smart-Home 13 lokale Energie-Zelle eines Grossverbraucher 14 lokale Energie-Zelle in Form eines Zellen-Clusters 15 regionales Energienetz 16 regionaler Energieversorger 17 regionales Datennetz 18 Leitsystem, SCADA 19 Hybridwerk 21 geschützte Internet-Verbindung 22 Internet-Verbindung, Cloud 23 Zenon 24 datenschützende Schnittstellen 25 VPN-Gateway 26 Online Customer Portal, OCP 31 elektronischer Marktplatz (Hard- und Software) 32 Server, resp. ProVit-Server (Hard- und Software9 33 Datenbank- und Datenverarbeitungssystem (Hard- und Software) 34 externer Dienstleister 35 Energieerzeuger 36 Netzbetreiber 37 Datenmanagementsystem (Hard- und Software) 38 Energie-Handelsplattform, resp. Portal, E-Märit (Hard- und Software) 39 Verrechnungssystem (Hard- und Software) B Batterie C Controller M Messstation, bspw. Smartmeter S Solaranlage V Visualisierungseinheit W Windkraftanlage K User-Konto

Claims (10)

1. Energie-Verbundsystem (11) mit einem intelligenten Energieübertragungsnetz (9) eines regionalen Energieversorgers (16), welches Energie-Verbundsystem (11) ein zentrales Leitsystem (18) aufweist, wobei dieses zentrale Leitsystem (18) über ein regionales Datennetz (17) des Energie-Verbundsystem (11) mit einer Vielzahl von lokalen Energie-Zellen (12, 13, 14) des Energie-Verbundsystem (11), welche einen variablen Autarkiegrad aufweisen, gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass für die Steuerung und dynamische Moderation eines Energieflusses und des damit verbundenen Geldflusses, zwischen dem zentralen Leitsystem (18) des regionalen Energieversorgers (16) und mindestens einer der lokalen Energiezellen (12, 13, 14), ein elektronischer Marktplatz (31), d.h. ein Hardware- und Software-System innerhalb eines übergeordneten Datennetzes, mit welchem zu jedem Zeitpunkt Geschäftstransaktionen und eine umfassende Abwicklung und Bündelung von Einkaufs-, Produktions- und Absatzprozessen durchführbar sind, vorgesehen ist.

2. Energie-Verbundsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie-Zellen (12, 13, 14) mindestens eine zelleneigene Messstation (M), für die interne und externe Überwachung des zelleneigenen Energieflusses, insbesondere für die Erfassung der zelleneigenen Energie-Erzeugung, den zelleneigenen Energieverbrauch, den zelleneigenen Energie-Bezug aus und die zelleneigene Energie-Einspeisung in das Energieübertragungsnetz (15) des regionalen Energieversorgers (16) aufweisen.

3. Energie-Verbundsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie-Zellen (12, 13, 14) mindestens einen zelleneigenen Controller (C), insbesondere für die Steuerung der internen Energie-Verteilung, umfassen.

4. Energie-Verbundsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie-Zellen (12, 13, 14) mit mindestens einer zelleneigenen Visualisierungseinheit (V), bspw. in Form eines Bildschirms, zur visuellen Darstellung des zelleneigenen Energieflusses, versehen sind.

5. Energie-Verbundsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Marktplatz (31) einen Server (32) aufweist, welcher mit einem Datenbank- und Datenverarbeitungssystem (33) sowie mit einer virtuellen Energie-Handelsplattform (38) gekoppelt ist, wobei dieses Datenbank- und Datenverarbeitungssystem (33) für jede der lokalen Energie-Zellen (12, 13, 14) ein virtuelles User-Konto (Kl) umfasst, welches den Zugang zu der Energie-Handelsplattform (38) ermöglicht.

6. Energie-Verbundsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenbank- und Datenverarbeitungssystem (33) für die Erfassung der Energiedaten der einzelnen Energiezellen (12, 13, 14) mit einer manuellen Eingabe-Vorrichtung, mit einem Fernauslesesystem oder mit einem automatischen Auslesesystem des Servers (32) gekoppelt ist.

7. Energie-Verbundsystem nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem regionalen Datennetz (17) und dem zentralen Leitsystem (18) des regionalen Energieversorgers (16) datenschützende Schnittstellen (24, 24', 24") vorgesehen sind.

8. Energie-Verbundsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Datenbank- und Datenverarbeitungssystems (33), insbesondere für Grossverbraucher mit einem externen Dienstleister (34) gekoppelt ist.

9. Energie-Verbundsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Server (32) mit mobilen und/oder stationären Rechner-Einheiten (23) zur Erfassung weiterer Dienstleistungsdaten gekoppelt ist.

10. Energie-Verbundsystem nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der regionale Energieversorger (16) ein Hybridwerk (19) umfasst.