DE19932833A1 - Verfahren zum Regeln der Gesamtleistung mindestens einer energietechnischen Anlage, umfassend eine Gruppe Verbraucher, insbesondere elektrischer Verbraucher - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Regeln der Gesamtleistung einer energietechnischen Anlage, die eine Gruppe Verbraucher umfaßt, die insbesondere eine Gruppe elektrischer Verbraucher sein kann, bei dem das Lastprofil der energietechnischen Anlage ermittelt wird, unter Ausnutzung möglicher zeitlicher Verschiebungen der Leistungsaufnahme von Verbrauchern der energietechnischen Anlage ein eine kostengünstigere Ausnutzung von Energietarifen als bei dem Betrieb der energietechnischen Anlage gemäß Lastprofil ermöglichender Lastfahrplan erstellt wird und die Verbraucher so betrieben werden, daß die energietechnische Anlage den Lastfahrplan einhält.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln der Gesamtleistung minde­ stens einer energietechnischen Anlage, die eine Gruppe Verbraucher umfaßt, die ins­ besondere eine Gruppe elektrischer Verbraucher sein kann.

Es sind bereits Energie-Management-Systeme bekanntgeworden, deren Hauptziel die Reduzierung von Leistungsspitzen ist. Diese Leistungsspitzen führen bei Unterneh­ men mit hohem Energieverbrauch zu erheblichen Kosten. Ab einer Anschlußleistung von in der Regel 25 kW zahlen nämlich die Kunden der Energieversorgungsunter­ nehmen (EVU) einen Arbeitspreis und einen Leistungspreis. Der Arbeitspreis wird für jede verbrauchte kWh in Rechnung gestellt. Der Leistungspreis, der in Deutschland zwischen DM 50,00 und DM 400,00 pro kW und Jahr beträgt, wird hingegen für die vom Abnehmer erreichte Spitze der Leistungsaufnahme (Leistungsspitze) in Rech­ nung gestellt.

Die Vorteile einer Leistungsspitzensenkung werden durch folgendes Beispiel verdeut­ licht: In einem Betrieb wird ein Lüfter mit einer Anschlußleistung von 2 kW bei Ar­ beitsbeginn ein- und bei Arbeitsende wieder ausgeschaltet. Zur Mittagszeit entsteht, bedingt durch die Betriebskantine, eine Leistungsspitze im Energieverbrauch. Das un­ nötige Betreiben des Lüfters in der Mittagszeit schlägt bei einem Leistungspreis von DM 350,00/kw und Jahr mit DM 700,00 p. a. zu Buche. Ein Energiemanagement- System würde in diesem Fall den Lüfter während der Leistungsspitze abschalten und würde somit eine Einsparung von DM 700,00 p. a. erzielen.

Die Leistungsspitze wird ermittelt, indem die Arbeit in einem Zeitintervall durch das Zeitintervall geteilt wird. Das Zeitintervall wird beispielsweise durch den ¼-Stunden- Impuls der EVU definiert, den die Zähler über eine Rundsteueranlage empfangen, worauf sie den Arbeitszähler für die Ermittlung einer Leistungsspitze zurücksetzen. Auch kann es eine sinnvolle Zielsetzung sein, den Absolutwert der Gesamtleistung ei­ ner Gruppe elektrischer Verbraucher zu regeln. Dies ist beispielsweise bei Inselbetrieb einer Gruppe von Verbrauchern der Fall, die mittels Notstromaggregat versorgt wer­ den sollen, welches weniger in der Lage ist, Leistungsspitzen verschiedener Verbrau­ cher abzufangen.

Ähnlich verhält es sich bei anderen Energieträgern wie Gas, Fernwärme, Wasser, wo es ebenfalls einen am Gesamtverbrauch und einen an einer Verbraucherspitze orien­ tierten Preis geben kann oder es wünschenswert sein kann, einen Absolutwert einzu­ halten. Gas, Fernwärme und Wasser verbrauchende Anlagen sind ebenfalls energie­ technische Anlagen im Sinne dieser Patentanmeldung.

Aus der EP 053 383 B2 ist ein Verfahren zur rechnergesteuerten Überwachung des auf eine einstellbare maximale Grenzleistung beschränkten Gesamtstromverbrauchs einer Gruppe von an ein Stromnetz angeschlossenen einzelnen Stromverbrauchern, von denen wenigstens einige vorübergehend abschaltbar oder auf verringerte Lei­ stungsentnahme umsteuerbar sind, bekannt. Zur Begrenzung der Gesamtleistungs­ aufnahme der Stromverbraucher auf einen Wert unterhalb der Grenzleistung wird die jeweils vorhandene Leistungsaufnahme der einzelnen Stromverbraucher periodisch gemessen und die Summe der gemessenen Leistungsaufnahmen mit der Grenzleistung verglichen. Ein den Grenzwert übersteigender oder wesentlich unterschreitender Ge­ samtstromverbrauch wird durch Ab- oder Zuschaltung oder leistungsverringernde bzw. leistungserhöhende Umsteuerung eines oder mehrerer ausgewählter Stromver­ braucher möglichst nahe an die Grenzleistung herangeführt. Dabei sind die Stromver­ braucher jeweils über einen Ein/Ausschalter an das Stromnetz angeschlossen.

Durch das Verfahren soll sichergestellt sein, daß bei Vorhandensein von Stromver­ brauchern, welche über äußere Schalteinrichtungen an das Stromnetz angeschlossen sind, zusätzlich aber auch interne Steuer- oder Regelkreise aufweisen, die intern zyklisch eine zeitlich begrenzte Stromabschaltung vornehmen, nach jedem Abfrage­ zyklus zur Ermittlung des momentanen Gesamtstromverbrauches durch Nichtein­ schalten von einschaltbereiten Stromverbrauchern bzw. durch Abschaltung bestimm­ ter eingeschalteter Stromverbraucher eine sonst drohende Überschreitung der maxi­ malen Grenzleistung sicher vermieden wird. Außerdem soll sichergestellt sein, daß bei sich anzeigender wesentlicher Unterschreitung der maximalen Grenzleistung durch Wiedereinschalten vorher abgeschalteter Stromverbraucher oder auch neu in den Stromkreis einzuschaltender Stromverbraucher der Gesamtstromverbrauch möglichst nahe unterhalb der Grenzleistung gehalten werden kann.

Hierfür sind zur Übermittlung der jeweiligen Schalt- und Betriebszustände der Strom­ verbraucher ihre Ein/Ausschalter jeweils über eine erste Meldeleitung und ihre inter­ nen Regel- oder Steuerkreise zur zyklischen Regelung oder zur Steuerung der Lei­ stungsaufnahme der Stromkreisverbraucher jeweils über eine zweite Meldeleitung an den Rechner angeschlossen. In jeder Meßperiode werden die Stromverbraucher nach ihren momentanen Schalt- und Betriebszuständen und nach ihren momentanen Lei­ stungsaufnahmen abgefragt. Ferner wird für jeden internen Stromverbraucher eine momentan gültige Zu- bzw. Abschalt-Prioritätsziffer ermittelt. Schließlich wird eine momentan zu erwartende Überschreitung der Grenzleistung durch eine prioritäts­ orientierte Unterbrechung oder Umsteuerung wenigstens eines unterbrechbaren bzw. umsteuerbaren Stromverbrauchers für eine festgelegte Zeitspanne vermieden und die Leistungsdifferenz zwischen der Grenzleistung und einer momentan zu erwartenden wesentlichen Unterschreitung der Grenzleistung durch prioritätsorientiertes Zuschal­ ten an wenigstens einen unterbrochenen oder umsteuerbaren Stromverbraucher verge­ ben.

Dieses Verfahren ist auf einen zentralen Rechner ausgerichtet. Deshalb müssen an den Verbrauchern die ersten und zweiten Meldeleitungen zur Verfügung gestellt und zu dem zentralen Rechner geführt werden. Des weiteren sind vom Zentralrechner zu den Verbrauchern Steuerleitungen zu führen, um deren Betrieb zu unterbrechen, aufzu­ nehmen oder umzusteuern. Somit besteht ein erheblicher Verkabelungsaufwand, der Anlaß zu Störungen geben kann. Auch ist dieses Verfahren durch die Abhängigkeit vom Zentralrechner störanfällig. Zudem muß der Zentralrechner bei einer Vielzahl von Stromverbrauchern eine erhebliche Rechenkapazität haben, die noch erweitert werden muß, wenn das System durch weitere Verbraucher ergänzt werden soll.

Diese Nachteile werden durch das Verfahren gemäß deutscher Patentanmeldung 189 17 191.9 und internationaler Patentanmeldung PCT/EP99/02590 überwunden.

Außerdem ist bei dem Verfahren gemäß EP 0 053 382 B2 nachteilig, daß nur die momentan gültigen Schalt- und Betriebszustände sowie Zu- bzw. Abschalt-Prioritäts­ ziffern ermittelt und ausschließlich auf dieser Grundlage eine prioritätsorientierte Unterbrechung oder Umsteuerung oder Zuschaltung von Stromverbrauchern vorge­ nommen wird. Weil dieses Verfahren dem Auftreten von Leistungsspitzen nur kurz­ fristig entgegenwirkt, kann es zu vermeidbar hohen Energiekosten kommen. Das gilt insbesondere für die Fälle, in denen die energietechnische Anlage eine Vielzahl Ver­ braucher umfaßt, die zeitweilig besonders hohe Gesamtleistungsaufnahmen haben können, und/oder in denen mehrere vergleichbare energietechnische Anlagen von demselben Stromkunden parallel betrieben werden.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Re­ geln der Gesamtleistung mindestens einer energietechnischen Anlage zu schaffen, das weitere Senkungen der Verbrauchskosten ermöglicht.

Gemäß Anspruch 1 wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Regeln der Gesamtleistung einer energietechnischen Anlage, die eine Gruppe Verbraucher umfaßt, die insbesondere eine Gruppe elektrischer Verbraucher sein kann, bei dem

• 1. 1.1 das Lastprofil der energietechnischen Anlage ermittelt wird,
• 2. 1.2 unter Ausnutzung möglicher zeitlicher Verschiebungen der Leistungsaufnahme von Verbrauchern der energietechnischen Anlage ein eine kostengünstigere Aus­ nutzung von Energietarifen als bei dem Betrieb der Verbraucher gemäß Lastprofil ermöglichender Lastfahrplan erstellt wird und
• 3. 1.3 die Verbraucher so betrieben werden, daß die energietechnische Anlage den Lastfahrplan einhält.

Bei der Ermittlung des Lastprofils wird festgestellt, welchen zeitlichen Lastverlauf die energietechnische Anlage hat, wenn man sie unter den gegebenen Voraussetzungen arbeiten lässt. Die Anlage muß aber nicht gemäß Lastprofil arbeiten. Vielmehr ist es möglich, zu verschiedenen Zeitpunkten in einem bestimmten Ausmaß Lasten abzu­ schalten oder zuzuschalten. Mit anderen Worten: Durch zeitliche Verschiebung der Leistungsaufnahme von Verbrauchern können von dem ermittelten Lastprofil abwei­ chende Lastprofile ermittelt werden, welche die energietechnische Anlage im Rahmen des zulässigen Betriebs der Verbraucher ebenfalls aufweisen könnte.

Die Erfindung nutzt dies aus, indem sie anhand möglicher zeitlicher Verschiebungen der Leistungsaufnahme von Verbrauchern Lastfahrpläne ermittelt, die eine kostengün­ stigere Ausnutzung von Energietarifen (insbesondere Stromtarifen) ermöglichen, als das festgestellte Lastprofil. Dabei kann ein Lastfahrplan gefunden werden, der eine optimale Ausnutzung gegebener Energietarife ermöglicht.

Schließlich werden die Verbraucher so betrieben, daß die energietechnische Anlage den erstellten Lastfahrplan einhält. Dabei können die Werte des Lastfahrplans insbe­ sondere nicht zu überschreitende Maximalwerte sein oder genau einzuhaltende Werte oder ein einzuhaltender Wertebereich.

Gemäß Anspruch 2 wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Regeln der Gesamtleistung mehrerer energietechnischer Anlagen, die jeweils eine Gruppe Ver­ braucher umfassen, die insbesondere eine Gruppe elektrischer Verbraucher sein kann, bei dem

• 1. 2.1 das Gesamtlastprofil sämtlicher energietechnischer Anlagen als Summe sämtlicher Lastprofile der energietechnischen Anlagen ermittelt wird,
• 2. 2.2 unter Ausnutzung möglicher zeitlicher Verschiebungen der Leistungsaufnahme von Verbrauchern der energietechnischen Anlagen Lastfahrpläne der energietech­ nischen Anlagen so erstellt werden, daß deren Summe einen eine kostengünstigere Ausnutzung der Energietarife als das Gesamtlastprofil ermöglichenden Gesamt­ lastfahrplan sämtlicher energietechnischer Anlagen ergibt und
• 3. 2.3 die Verbraucher so betrieben werden, daß die energietechnischen Anlagen die ihnen zugeordneten Lastfahrpläne erfüllen und damit die energietechnischen Anlagen in der Summe den Gesamtlastfahrplan erfüllen.

Bei den Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2 kann es sich bei dem mindestens einen Lastprofil um gemessene Werte, d. h. um historische Daten der mindestens einen ener­ gietechnischen Anlage handeln. Die Meßwerte können beispielsweise von den Ver­ brauchern oder von diesen zugeordneten Unterstationen ermittelt werden.

Das mindestens eine Lastprofil kann aber auch aufgrund von Prognosen ermittelt wer­ den, die beispielsweise betriebliche Daten berücksichtigen können, d. h. Kenntnisse über den zukünftigen Betrieb (z. B. Außerbetriebsetzen) von Verbrauchern. Ferner können Umweltdaten in eine Prognoserechnung eingehen, insbesondere Wetterdaten, von denen vor allem die Temperatur und die Luftfeuchte von Einfluß auf das Last­ profil sein können. Des weiteren können kalendarische Daten Berücksichtigung fin­ den, beispielsweise Kenntnisse über bevorstehende Sonntage, Feiertage oder Ferien­ zeiten. Unter Berücksichtigung dieser und weiterer relevanter Daten kann mit zuneh­ mender Genauigkeit eine Prognose des Lastprofils gegeben werden.

Ebenso können zur Verfügung stehende bzw. benötigte Abschalt- und Zuschalt­ leistungen unter Berücksichtigung von Prognosen ermittelt werden.

Das Lastprofil bzw. die Abschalt- und Zuschaltleistungen und Berechnungen können mittels geeigneter Datenerfassungs- und Datenverarbeitungseinrichtungen automatisch erfolgen.

Anstatt des mindestens einen gemessenen Lastprofiles kann auch mindestens ein syn­ thetisches Lastprofil herangezogen werden. Dabei handelt es sich um ein Lastprofil, das angenommen ist und insbesondere auf der Kenntnis typischer Lastprofile für bestimmte Kundengruppen basieren kann.

Bei beiden Verfahren kann die Ermittlung des mindestens einen Lastfahrplanes durch den Kunden selbst, einen Energiehändler oder einen Energieversorger erfolgen. Typischerweise kommt dies einem Energiehändler zu. Die Ermittlung des mindestens einen Lastfahrplanes ist unter den gegebenen Voraussetzungen des Lastprofils und der bekannten Energietarife ein Optimierungsproblem, das mittels üblicher mathema­ tischer Verfahren und Datenverarbeitungseinrichtungen gelöst werden kann.

Der mindestens eine Lastfahrplan wird dann der mindestens einen energietechnischen Anlage zur Verfügung gestellt, beispielsweise vom Energiehändler online überspielt. Bei beiden Verfahren besteht die Möglichkeit, daß einem Energiekunden aufgrund eines Fahrplans im liberalisierten Energiemarkt (insbesondere Strommarkt) günstigere Tarife angeboten werden. Dies beruht darauf, daß das durch Fahrplanabweichungen bedingte wirtschaftliche Risiko beträchtlich reduziert wird.

Somit schaffen beide Verfahren die Möglichkeit, eine energietechnische Anlage oder mehrere energietechnische Anlagen eines Kunden als Energiepuffer zu nutzen, der nach Bedarf beladen oder entladen werden kann. Diesen Energiepuffer kann man auch als eine Art Pumpspeicherkraftwerk betrachten und nutzen, wobei allerdings die gespeicherte Energie nicht zurückgespeist werden kann. Insbesondere kann eine Ent­ scheidung darüber getroffen werden, in bestimmten Zeitabschnitten Energie kosten­ günstig zu kaufen und zu Speicherzwecken zu nutzen, um in Zeitabschnitten, in denen die Energie teurer gekauft werden müßte, den Gesamtverbrauch zu senken. Auch kann der Energiepuffer benutzt werden, um bereits kostengünstig "gekaufte" Energie ande­ ren Verbrauchern (gegen Geld) zur Verfügung zu stellen. Dies kann in Zeiten mit hohem aktuellem Strompreis besonders vorteilhaft sein.

Wenn man beispielsweise eine Bandlieferung bestellt (z. B. 1 MW-Konstant), so sind die Konditionen sehr günstig. Man kann während einer Zeit, in der Spitzenleistung sehr teuer ist (also Leistung, die man eventuell kurzfristig bestellt hat), die überschüs­ sige Energie verkaufen. Ist man beispielsweise in der Lage, seine Anlage um 200 kW zurückzufahren, so kann man diese 200 kW teurer anbieten. Man zahlt aber selbst zu den günstigen Konditionen der Bandlieferung.

Die Erfindung begünstigt also nicht nur den Abschluß kostengünstiger Energieliefer­ verträge sondern auch die Abgabe nicht benötigter Leistung zu vorteilhaften Konditio­ nen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung beider Verfahren wird für die Einhaltung des mindestens einen Lastfahrplanes dadurch Sorge getragen, daß

• 1. 6.1 die momentane Gesamtleistung jeder energietechnischen Anlage ermittelt wird,
• 2. 6.2 Daten des erweiterten Schaltverhaltens der Verbraucher der jeweiligen energie­ technischen Anlage ermittelt werden,
• 3. 6.3 aufgrund eines Vergleichs der momentanen Gesamtleistung der jeweiligen ener­ gietechnischen Anlage mit deren Lastfahrplan anhand des erwarteten Schaltver­ haltens ihrer Verbraucher ermittelt wird, wie deren Verbraucher zu betreiben sind, und
• 4. 6.4 der Betrieb der Verbraucher der jeweiligen energietechnischen Anlage entspre­ chend dem Ergebnis der Ermittlungen gesteuert wird.

Grundsätzlich kann als momentane Gesamtleistung die aktuelle Leistung heran­ gezogen werden, d. h. die tatsächlich von der Anlage in jedem Zeitpunkt abgenom­ mene Leistung. Dabei kann die Ermittlung der momentanen Gesamtleistung mittels eines Verbrauchszählers erfolgen, der bei einer Gruppe elektrischer Verbraucher ein Elektrizitätszähler sein kann.

Bei Einsatz eines Elektrizitätszählers wird herkömmlicherweise die Leistungsspitze ermittelt, indem die elektrische Arbeit in einem Zeitintervall (z. B. eine Viertelstunde) kumuliert und durch das Zeitintervall geteilt wird. Vorzugsweise wird dann die momentane Gesamtleistung als Trendleistung errechnet. Dieses kann geschehen, indem die elektrische Arbeit im abgelaufenen Teil des Zeitintervalls kumuliert wird. Für den restlichen Teil des Zeitintervalls wird eine voraussichtliche Restarbeit errech­ net, indem die aktuelle Leistung (d. h. die zu diesem Zeitpunkt von der Anlage tat­ sächlich abgenommene Leistung) mit der Restzeit des Intervalls multipliziert wird. Die Summe der kumulierten Arbeit und der voraussichtlichen Restarbeit geteilt durch die Gesamtdauer des Zeitintervalls ergibt dann die Trendleistung.

Die Trendleistung ist quasi ein Vorhersagewert für die im gesamten Zeitintervall erreichte Leistungspitze. Sie ist deshalb besonders geeignet, als momentane Gesamt­ leistung einem Verfahren zum Regeln der Gesamtleistung einer energietechnischen Anlage zugrunde gelegt zu werden, die auf die Senkung des Leistungspreises abzielt.

Aufgrund der momentanen Gesamtleistung, des Lastfahrplans und des erwarteten Schaltverhaltens ist dann eine Entscheidung möglich, inwieweit die aktuelle Situation zur Einhaltung des Lastfahrplanes einen Eingriff in den Betrieb der Verbraucher im Rahmen des Zulässigen erfordert.

Gemäß Anspruch 7 wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Regeln der Gesamtleistung mindestens einer energietechnischen Anlage, die eine Gruppe Ver­ braucher umfaßt, die insbesondere eine Gruppe elektrischer Verbraucher sein kann, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem

• 1. 7.1 die momentane Gesamtleistung der energietechnischen Anlage ermittelt wird,
• 2. 7.2 Daten des erwarteten Schaltverhaltens der Verbraucher im aktuell bevorstehenden und in mindestens einem späteren Zeitabschnitt ermittelt werden,
• 3. 7.3 aufgrund eines Vergleichs der momentanen Gesamtleistung mit mindestens einem vorgegebenen Leistungswert anhand des erwarteten Schaltverhaltens der Verbrau­ cher ermittelt wird, wie die Verbraucher im aktuell bevorstehenden Zeitabschnitt und in mindestens einem späteren Zeitabschnitt zu betreiben sind, und
• 4. 7.4 der aktuelle Betrieb der Verbraucher entsprechend dem Ergebnis der Ermittlungen gesteuert wird.

Für die momentane Gesamtleistung bzw. das erwartete Schaltverhalten gilt das oben Gesagte. Der mindestens eine vorgegebenen Leistungswert kann insbesondere ein Lei­ stungsfahrplan sein.

Dadurch, daß das Verfahren nicht nur das erwartete Schaltverhalten im bevorstehen­ den, aktuellen Zeitabschnitt, sondern auch in mindestens einem späteren Zeitabschnitt in Betracht zieht und darüber hinaus nicht nur den Betrieb der Verbraucher im bevor­ stehenden, aktuellen Zeitabschnitt ermittelt, sondern auch in mindestens einem späte­ ren, zukünftigen Zeitabschnitt, kann eine günstigere Verteilung der Leistungs­ aufnahme der energietechnischen Anlage erreicht werden als bei herkömmlichen Ver­ fahren. Bislang sorgen nämlich Energie-Management-Systeme nur dafür, daß eine Leistungsspitze nicht überschritten wird, ziehen jedoch nicht eine günstige Verteilung der Energie über längere Zeiträume in Betracht.

Bei einer weiteren Ausgestaltung, die sämtliche Verfahren betrifft,

• 1. 10.1 ermittelt eine Grundstation, wie die Verbraucher zu betreiben sind,
• 2. 10.2 ermitteln Unterstationen das erwartete Schaltverhalten ihnen zugeordneter Verbraucher,
• 3. 10.3 übermitteln die Unterstationen die ermittelten Daten des erwarteten Schaltver­ haltens über ein Übertragungsmedium an die Grundstation und
• 4. 10.4 übermittelt die Grundstation die ermittelten Daten über den Betrieb der Ver­ braucher über ein Übertragungsmedium an die Unterstationen.

Die Übertragung über die Übertragungsmedien gemäß 10.3 und 10.4 kann insbeson­ dere drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Die Übertragungsmedien können insbe­ sondere Kabel, Glasfaser und/oder Funk sein. Für die Übertragung kann ein spezielles Kabel, das 230 Volt-Hausnetz oder ein Telefonnetz dienen. Die Übertragungsmedien gemäß 10.3 und 10.4 können auch zusammenfallen.

Vorzugsweise ermittelt der Rechner unter Berücksichtigung von Prioritäten der Ver­ braucher, wie die Verbraucher zu betreiben sind. Dies kann gemäß EP 0 053 383 B2 mittels eines zentralen Rechners erfolgen. Vorzugsweise kommt dabei jedoch ein Prioritätsmanagement entsprechend der deutschen Patentanmeldung 198 17 191.9 und der internationalen Patentanmeldung PCT/EP99/02590 zur Anwendung, auf die voll inhaltlich Bezug genommen wird. Dieses Verfahren zum Regeln der Gesamtleistung von energietechnischen Anlagen, insbesondere einer Gruppe von elektrischen Ver­ brauchern, umfaßt folgende Merkmale:

• 1. 11.1 Eine Grundstation ermittelt die momentane Gesamtleistung der energietech­ nischen Anlage.
• 2. 11.2 Die Grundstation speichert in einer Tabelle für jeden Verbraucher eine aktuelle Priorität und das erwartete Schaltverhalten.
  Die aktuelle Priorität und das erwartete Schaltverhalten können in der Tabelle nach einem vorgegebenen Ordnungsprinzip und/oder mit einer Identifikation für jeden Verbraucher gespeichert sein, so daß es möglich ist, neue Werte der aktuellen Priorität oder des erwarteten Schaltverhaltens an der richtigen Stelle einzuschreiben und damit die überholten Werte zu tilgen.
• 3. 11.3 Die Grundstation ermittelt aufgrund eines Vergleichs der momentanen Ge­ samtleistung mit mindestens einem vorgegebenen Leistungswert anhand der Tabelle eine Prioritätsstufe, die eine Grenze zwischen Verbrauchern definiert, die in den Lastabwurf zu bringen, in Normalbetrieb zu betreiben oder zum Speichern von Energie zu bringen sind.
• 4. 11.4 Die Grundstation überträgt über ein Übertragungsmedium die ermittelte Prio­ ritätsstufe. Für das Übertragungsmedium gilt das zu 10.3 und 10.4 Gesagte.
• 5. 11.5 Die übertragene Prioritätsstufe wird von Unterstationen empfangen, von denen jede einer Steuerung zugeordnet ist, die ihrerseits mindestens einem Verbrau­ cher zugeordnet ist.
• 6. 11.6 Die Unterstationen bringen aufgrund eines Vergleichs der empfangenen Prio­ ritätsstufe mit ihrer aktuellen Priorität die diesem zugeordneten Verbraucher in den Lastabwurf, bringen diese dazu, im Normalbetrieb zu arbeiten oder Energie zu speichern.
  Die Zuordnung des Betriebszustandes eines Verbrauchers zum Ergebnis des Vergleichs kann grundsätzlich nach verschiedenen Definitionen erfolgen. Bei­ spielsweise kann folgendes Schema zugrundeliegen:
  Sämtliche Verbraucher, deren Absolutwert der - positiven oder negativen - aktuellen Priorität größer als der Wert einer positiven oder negativen Prioritäts­ stufe ist, werden in den Normalbetrieb geschaltet bzw. bleiben im Normal­ betrieb.
  Sämtliche Verbraucher mit positiver aktueller Priorität, die kleiner ist als eine positive Prioritätsstufe, werden in den Lastabwurf geschaltet bzw. bleiben im Lastabwurf.
  Schließlich werden sämtliche Verbraucher mit negativer Priorität, deren Ab­ solutwert kleiner als der Absolutwert einer negativen Prioritätsstufe ist, zum Energiespeichern gebracht bzw. speichern weiter Energie.
  Hierzu einige Beispiele:
  
• 7. 11.7 Die aktuelle Priorität wird von den jeweiligen Unterstationen ermittelt. Dies kann insbesondere aufgrund eines Betriebsparameters der von diesem ge­ steuerten Verbraucher erfolgen. Zusätzlich oder statt dessen kann die aktuelle Priorität von einem Bediener gesteuert werden, beispielsweise durch manuelle Eingabe.
  So kann beispielsweise das Erreichen eines unerwünschten Betriebszustandes des Verbrauchers eine zum Lastabwurf führende aktuelle Priorität und ein län­ gerer "Stillstand" eines Verbrauchers vor einem sich abzeichnenden Einsatz eine zum Energiespeichern führende aktuelle Priorität zur Folge haben. Ein weiteres Beispiel ist der Parallelbetrieb zweier Lüfter, die jeweils einen Sensor für die Luftqualität (z. B. CO₂-Sensor) aufweisen. Falls ein Sensor einen ungünsti­ geren Wert als der andere ermittelt, wird dem zugeordneten Lüfter eine ak­ tuelle Priorität zugeordnet, die dessen Betrieb begünstigt.
  Die Daten der aktuellen Priorität bzw. des erwarteten Schaltverhaltens können von den Unterstationen an die Grundstationen nach bestimmten Ordnungsprin­ zipien übermittelt werden (z. B. in einer bestimmten zeitlichen Abfolge oder zu bestimmten Zeitpunkten), um der Grundstation eine korrekte Einordnung in die Tabelle zu ermöglichen. Die Grundstation kann die Daten auch gezielt von den Unterstationen abfragen. Für die Zuordnung können die Daten jedoch auch zu­ sammen mit einer Identifikation des Verbrauchers übermittelt werden, für die sie gelten. Dies begünstigt eine Ermittlung der Daten zu beliebigen Zeitpunk­ ten bzw. nur dann, wenn eine Änderung vorliegt.
• 8. 11.8 Die Grundstation ändert die Tabelle aufgrund der von den Unterstationen übermittelten Prioritäten. Darüber hinaus kann ggf. die Tabelle aufgrund der von Unterstationen übertragenen Daten über das erwartete Schaltverhalten ge­ ändert werden. Bei der Zuordnung ist eine Identifikation der Verbraucher hilf­ reich.
  In dieses Verfahren ist ein dynamisches Prioritätsmanagement integriert. Damit kann jeder Verbraucher eigenständig seine Priorität in der von der Grundstation geführten Tabelle erhöhen. Dies kann entweder durch einen Parameter aus dem Prozeß, z. B. eine Temperatur, oder manuell vom Bediener ausgelöst werden. Wenn eine Unterstation für ein unbedingt benötigtes Gerät der Grundstation eine entsprechende aktuelle Priorität signalisiert, berechnet die Grundstation die Lastsituation und die zur Verfügung stehende Schaltleistung neu und sendet die neu ermittelte Prioritätsstufe an sämtliche Unterstationen.
  Vorzugsweise werden außer den aktuellen Prioritäten Prognosewerte zukünfti­ ger Prioritäten bei der Ermittlung berücksichtigt, wie die Verbraucher aktuell und voraussichtlich zukünftig zu betreiben sind. Dabei können auch die vor­ aussichtlichen zukünftigen Prioritäten von den Unterstationen ermittelt und der Grundstation zur Verfügung gestellt werden.

Das Verfahren kann auf mehrere energietechnische Anlagen angewandt werden, die räumlich voneinander getrennt sein können, z. B. indem sie auf verschiedene Gebäu­ deteile oder Gebäude, Grundstücksteile oder Grundstücke verteilt sind. Dabei kann jede dieser energietechnischen Anlagen eine eigene Grundstation haben. Diese Grund­ stationen können miteinander vernetzt sein. Ferner kann eine Grundstation vorhanden sein, die sämtliche Grundstationen ersetzt oder diesen übergeordnet ist. Im letzteren Fall können die untergeordneten Grundstationen auch als Unterstationen und die die­ sen zugeordneten energietechnischen Anlagen auch als elektrische Verbraucher ange­ sehen werden, die von der übergeordneten Grundstation gesteuert werden. Es besteht überdies die Möglichkeit, übergeordnete Grundstationen durch eine oder mehrere weitere übergeordnete Grundstation zu steuern usw., d. h. das Verfahren zu kaskadie­ ren. Diese Grundstationen können verschiedene Aufgaben übernehmen, z. B. unter­ schiedliche Trendkanäle (oder Trends) bedienen. Dabei kann es sich auch um gegen­ läufige Trends handeln.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Beispiele näher erläutert:
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die erwarteten Schaltleistungen (Abschaltleistungen/Zuschaltleistungen) berücksichtigt. Diese Werte und die Werte für die Normalleistung werden für aktuelle und zukünftige Zeitabschnitte ermittelt. Unterstationen, die jeweils den Betrieb mindestens eines Verbrauchers steuern, kön­ nen die bewertete Schaltleistung ermitteln, die beim Aktivieren bzw. beim Deaktivie­ ren z. B. durch Über- bzw. Unterschreiten einer Prioritätsstufe geschaltet werden kann.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Schaltleistungen und die Normalleistungen für einige Zeitabschnitte dargestellt:

Die Schaltleistungen können sich je nach dem Zustand von Energiepuffern verschie­ ben, die in den Verbrauchern vorhanden sind. Wird ein Verbraucher abgeschaltet, wird sein Energiepuffer geleert. Das bedeutet zum einen, daß dieser Verbraucher im nächsten Zeitabschnitt weniger Abschaltleistung zur Verfügung stellt und zum ande­ ren, daß die Zuschaltleistung steigt, da der Energiepuffer dieses Verbrauchers wieder aufgefüllt werden muß, wenn der Prozeß es benötigt.

Die Anzahl n der Spalten der Tabelle, die von einer Grundstation geführt werden kann, entspricht der Anzahl der berücksichtigten Zeitabschnitte.

Zur Veranschaulichung diene folgendes Beispiel 1:
Eine Kühlanlage hat eine Anschlußleistung von 10 kW und eine mittlere Leistungauf­ nahme von 2 kW über einen Zeitabschnitt. Der Sollwert der Temperatur ist -20°C. Die aktuelle Temperatur beträgt -21°C. Die maximal zulässige Temperatur beträgt -18°C. Wenn die Kühlanlage abgestellt wird, so wärmt sie sich um 1°K pro Zeitab­ schnitt auf. Im Kühlbetrieb läuft die Anlage mit ihrer Anschlußleistung und kühlt um 2°K pro Zeitabschnitt.

Daraus ergibt sich folgende Tabelle:

Geht die Anlage in dem aktuellen Zeitabschnitt in den Lastabwurf, so kann sie sich von der aktuellen Temperatur bis zum Erreichen der maximal zulässigen Temperatur um 3°K erwärmen. Das bedeutet, daß sie über drei Zeitabschnitte mit jeweils ihrer mittleren Leistung abgeschaltet wird. Im letzten Zeitabschnitt ist der Energiepuffer abgebaut und die Abschaltleistung gleich Null.

Wird die Anlage im letzten Zeitabschnitt wieder freigeschaltet, so kühlt sie um 2°K pro Zeitabschnitt mit einer Leistung von 10 kW. Nach einem Zeitabschnitt ist gerade der Sollwert der Temperatur erreicht. Das bedeutet, daß keine zusätzliche Zuschalt­ leistung erforderlich ist, um den Energiepuffer weiter aufzubauen.

Wenn hingegen nach dem zweiten Zeitabschnitt der obigen Tabelle der Energiepuffer wieder aufgebaut werden soll, muß die Anlage nur einem halben Zeitabschnitt laufen, da nur eine Zuschaltleistung von 5 kW erforderlich ist, um eine Abkühlung von -19°C auf -20°C zu bewirken.

Wenn hingegen nach dem dritten Zeitabschnitt der obigen Tabelle ein Energiepuffer wieder aufgebaut werden soll, muß die Anlage über einen vollständigen Zeitabschnitt laufen, da eine Zuschaltleistung von 10 kW erforderlich ist, um eine Abkühlung von -18°C auf -20°C zu erreichen.

Wird die Anlage ganz abgeschaltet, so ist die Normalleistung gleich Null. Wird hin­ gegen die Anlage neu in Betrieb genommen, so entspricht die Normalleistung über mehrere Zeitabschnitte hinweg der vollen Anschlußleistung.

So viel zu diesem Beispiel.

In einer weiteren Ausbaustufe ermittelt das Verfahren unter Berücksichtigung histo­ rischer Daten der energietechnischen Anlage, Umweltdaten oder ähnlichen Daten Prognosewerte. Unter Anwendung mathematischer Verfahren werden diese Pro­ gnosewerte aufgrund vorstehender Daten und der Daten, die direkt an den Verbrau­ chern ermittelt werden, gewonnen. Somit lassen sich auch für kleine Anlagen (z. B. Supermärkte oder Tankstellen) Prognosen sehr genau erstellen. Nicht nur der Lastverlauf, sondern auch der Energiepuffer können prognostiziert werden. Diese Prognosen können für verschiedene Zwecke genutzt werden:

• - Zur besseren Energieoptimierung innerhalb der energietechnischen Anlage. Diese kann somit nicht nur auf aktuelle Daten reagieren, sondern auch auf Prognose­ werte, die sich auch aus anderen Rahmenbedingungen als die aktuellen Daten er­ geben können.
• - Die Prognosewerte können auch zur Charakterisierung der energietechnischen Anlage verwendet werden. Dies ist z. B. sinnvoll, wenn ein Stromkunde seinen Stromeinkauf nach einem Fahrplan betreiben will.

Zur Verdeutlichung diene folgendes Beispiel 2:
Ein Supermarkt, der werktags von 8.00 bis 20.00 Uhr geöffnet hat, hat an diesen Tagen einen ziemlich gleichen, typischen Lastverlauf.

Wenn beispielsweise an bestimmten Tagen Lieferungen kommen, kann es sein, daß der Supermarkt zu den Lieferzeiten eine charakteristische Leistungsspitze durch die Kühlanlagen aufweist, z. B. immer Dienstags um 7.00 Uhr.

Das Verfahren kann sich solche Tage und Zeiten merken und entsprechend schon vor der erwarteten Leistungsspitze die Kühlanlagen herunterkühlen, um Energie zu spei­ chern und dem erwarteten Leistungsbedarf der Kühlung vorzubeugen.

Eine weitere Ausbaustufe des Verfahrens sei anhand des folgenden Beispiels 3 erläu­ tert:
Ausgehend vom Beispiel 2 wird nun angenommen, daß ein Stromkunde zehn gleich oder ähnlich geartete Filialen hat. Werden alle Filialen am gleichen Tag zur gleichen Zeit beliefert, so addiert sich der gesamte Stromverbrauch zu einer erheblichen Lei­ stungsspitze. Dies hat für einen Bündelkunden der beschriebenen Art erhebliche Kostennachteile. Bei zehn einzeln abgerechneten Filialen hat hingegen jede Filiale nur ihre eigene Leistungsspitze.

Normalerweise ist es dem Zufall überlassen, ob der Stromkunde insgesamt eine Lei­ stungsspitze hat, weil alle Filialen gleichzeitig eine Leistungsspitze haben, oder ob die Leistungsspitzen der verschiedenen Filialen einander nicht überschneiden. In der Abrechnung wirkt sich dieser Unterschied erheblich aus. Daher ist es sinnvoll, ein Energiemanagement über die verschiedenen Standorte der Filialen hinweg zu betrei­ ben. Dies bedeutet beispielsweise, daß beim Entstehen einer Lastspitze in der Filiale A diese durch Leistungsreduzierung in der Filiale B kompensiert wird.

Claims (10)

1. Verfahren zum Regeln der Gesamtleistung einer energietechnischen Anlage, die eine Gruppe Verbraucher umfaßt, die insbesondere eine Gruppe elektrischer Ver­ braucher sein kann, bei dem

• 1. 1.1 das Lastprofil der energietechnischen Anlage ermittelt wird,
• 2. 1.2 unter Ausnutzung möglicher zeitlicher Verschiebungen der Leistungsauf­ nahme von Verbrauchern der energietechnischen Anlage ein eine kostengün­ stigere Ausnutzung von Energietarifen als bei dem Betrieb der energietech­ nischen Anlage gemäß Lastprofil ermöglichender Lastfahrplan erstellt wird und
• 3. 1.3 die Verbraucher so betrieben werden, daß die energietechnische Anlage den Lastfahrplan einhält.

2. Verfahren zum Regeln der Gesamtleistung mehrerer energietechnischer Anlagen, die jeweils eine Gruppe Verbraucher umfassen, die insbesondere eine Gruppe elektrischer Verbraucher sein kann, bei dem

• 1. 2.1 das Gesamtlastprofil sämtlicher energietechnischer Anlagen als Summe sämtlicher Lastprofile der energietechnischen Anlagen ermittelt wird,
• 2. 2.2 unter Ausnutzung möglicher zeitlicher Verschiebungen der Leistungsauf­ nahme von Verbrauchern der energietechnischen Anlagen Lastfahrpläne der energietechnischen Anlagen so erstellt werden, daß deren Summe einen eine kostengünstigere Ausnutzung der Stromtarife als das Gesamtlastprofil ermöglichenden Gesamtlastfahrplan sämtlicher energietrechnischer Anlagen ergibt und
• 3. 2.3 die Verbraucher so betrieben werden, daß die energietechnischen Anlagen die ihnen zugeordneten Lastfahrpläne erfüllen und damit die energietechnischen Anlagen insgesamt den Gesamtlastfahrplan erfüllen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das mindestens eine Lastprofil gemessen oder synthetisch ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das mindestens eine Lastprofil unter Berücksichtigung von betrieblichen Daten und/oder von Umwelt­ daten und/oder von kalendarischen Daten ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem von der mindestens einen energietechnischen Anlage nicht in Anspruch genommene Leistungen gemäß Lastfahrplan oder Gesamtlastfahrplan anderen energietechnischen Anlagen oder anderen Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem

• 1. 6.1 die momentane Gesamtleistung jeder energietechnischen Anlage ermittelt wird,
• 2. 6.2 Daten des erwarteten Schaltverhaltens der Verbraucher der jeweiligen ener­ gietechnischen Anlage ermittelt werden,
• 3. 6.3 aufgrund eines Vergleichs der momentanen Gesamtleistung der jeweiligen energietechnischen Anlage mit deren Lastfahrplan anhand des erwarteten Schaltverhaltens ihrer Verbraucher ermittelt wird, wie deren Verbraucher zu betreiben sind, und
• 4. 6.4 der Betrieb der Verbraucher der jeweiligen energietechnischen Anlage ent­ sprechend dem Ergebnis der Ermittlungen gesteuert wird.

7. Verfahren zum Regeln der Gesamtleistung mindestens einer energietechnischen Anlage, die eine Gruppe Verbraucher umfaßt, die insbesondere eine Gruppe elek­ trischer Verbraucher sein kann, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem

• 1. 7.1 die momentane Gesamtleistung der energietechnischen Anlage ermittelt wird,
• 2. 7.2 Daten des erwarteten Schaltverhaltens der Verbraucher im aktuellen und einem oder mehreren späteren Zeitabschnitten ermittelt werden,
• 3. 7.3 aufgrund eines Vergleichs der momentanen Gesamtleistung mit mindestens einem vorgegebenen Leistungswert anhand des erwarteten Schaltverhaltens der Verbraucher ermittelt wird, wie die Verbraucher im aktuellen und voraus­ sichtlich in einem oder mehreten späteren Zeitabschnitten zu beschreiben sind, und
• 4. 7.4 der aktuelle Betrieb der Verbraucher entsprechend dem Ergebnis der Ermitt­ lungen gesteuert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der mindestens eine vorgegebene Lei­ stungswert ein Leistungsfahrplan ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der mindestens eine vor­ gegebene Leistungswert oder der Leistungsfahrplan von einem oder mehreren, nicht zu überschreitenden Maximalwerten der Leistung, einem oder mehreren einzuhaltenden Bereichen der Leistung oder einem oder mehreren einzuhaltenden Leistungswerten gebildet ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem

• 1. 10.1 eine Grundstation ermittelt, wie die Verbraucher zu betreiben sind,
• 2. 10.2 Unterstationen das erwartete Schaltverhalten ihnen zugeordneter Ver­ braucher ermitteln,
• 3. 10.3 die Unterstationen die ermittelten Daten des erwarteten Schaltverhal­ tens über ein Übertragungsmedium an die Grundstation übermitteln und
• 4. 10.4 die Grundstation die ermittelten Daten über den Betrieb der Verbrau­ cher ein Übertragungsmedium an die Unterstationen übermittelt.