Verfahren zum Steuern eines Austauschs von Energie zwischen Energiesubsystemen zu angeglichenen Konditionen; Steuerungs zentrale; Energiesystem; Computerprogramm sowie Speichermedi um

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Aus tauschs von Energie in einem Energiesystem mit mehreren Ener giesubsystemen, welche jeweils für den Austausch von Energie untereinander verbunden sind. Außerdem betrifft die Erfindung eine Steuerungszentrale sowie ein Energiesystem mit mehreren Energiesubsystemen und einer Steuerungszentrale. Zuletzt um fasst die Erfindung Computerprogramm sowie ein Speichermedi um.

Herstellung und Verbrauch elektrischer Energie müssen an ei nem Stromnetz stets in einem ausgeglichenen Maß erfolgen. Aufgrund gering ausgeprägter netzseitiger Speicherungsmög lichkeiten für elektrische Energie ist es insbesondere nötig, dass elektrische Energie zur selben Zeit erzeugt wird, in der sie auch verbraucht wird. Insbesondere durch den Zubau de zentraler Kleinkraftwerke, beispielsweise Photovoltaik- Anlagen, Blockheizkraftwerke, Biogasanlagen, Windräder zur Stromerzeugung sowie stationäre Speicher, insbesondere Batte riespeicher, ist eine einfache und effiziente Steuerung be ziehungsweise Regelung nötig.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbes sertes Verfahren zum Steuern eines Austauschs elektrischer Energie bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die unabhän gigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprü che . Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Austauschs von Energie in einem Energiesystem mit mehreren Energiesubsystemen, welche jeweils für den Aus tausch der Energie untereinander verbunden sind. Das Verfah ren umfasst die folgenden Schritte:

- Empfangen jeweiliger Einspeisedaten aus den Energiesubsys temen durch eine Steuerungszentrale, wobei die Einspeisedaten jeweilige Vergütungskonditionen des entsprechenden Energie subsystems zum Empfang und/oder zur Bereitstellung von Ener gie umfassen,

- Bestimmen von Optimalkonditionen anhand der Einspeisedaten aller Energiesubsysteme des Energiesystems durch die Steue rungszentrale, und

- Steuern des Austauschs von Energie zwischen den Energiesub systemen anhand der Optimalkonditionen.

Bei der Energie handelt es sich insbesondere um elektrische Energie. Es kann sich jedoch alternativ auch um Wärme oder Kälte handeln. Mit anderen Worten meint der Begriff „Energie" beispielsweise „elektrische Energie", „Wärmeenergie" oder „Kälteenergie". Im Folgenden ist von „elektrischer Energie" die Rede. Dies soll die Erfindung nicht einschränken, im Ge genteil gelten alle folgenden Ausführungen bezüglich elektri scher Energie analog auch für andere Energieformen.

Das oben genannte Energiesystem kann die Steuerungszentrale und die mehreren Energiesubsysteme umfassen. Alternativ ist es möglich, dass die Energiesubsysteme durch eine jeweilige Steuerungseinheit gesteuert werden. In diesem Fall erfolgt die Kommunikation des jeweiligen Energiesubsystems mit der Steuerungszentrale durch die entsprechende Steuerungseinheit des jeweiligen Energiesubsystems. In diesem Fall kann das Energiesystem beispielsweise mehrere Steuerungseinheiten für jedes der Energiesubsysteme sowie die Steuerungszentrale um fassen. Die Einspeisedaten können dann aus den jeweiligen Steuerungseinheiten der Energiesubsysteme empfangen werden. Das Steuern des Austauschs elektrischer Energie zwischen den Energiesubsystemen kann durch Steuern der jeweiligen Steue rungseinheiten der Energiesubsysteme erfolgen.

Die Energiesubsysteme können sich jeweils über einen einzigen Haushalt, über ein einziges Gebäude oder über einen Betrieb erstrecken. Jedes der Energiesubsysteme kann beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Anlagen umfassen: Photovolta- ik-Anlage, Biogasanlagen, Blockheizkraftwerk, elektrischer Energiespeicher (insbesondere stationärer Batteriespeicher) , Elektrofahrzeug, Windgenerator. Zusätzlich können die Ener giesubsysteme reine Verbraucher elektrischer Energie wie zum Beispiel Industrieanlagen, Kochgeräte, Waschmaschinen oder beliebige Haushaltsgeräte umfassen. Das Energiesystem kann beispielsweise aus den Energiesubsystemen einer Region, einer Stadt, einer Gemeinde, eines Landkreises oder einer auf ande re Weise definierten Region gebildet sein. Dabei ist insbe sondere vorgesehen, dass sich das Energiesystem über einen Bereich geeigneter Größe erstreckt. Insbesondere ist vorgese hen, dass in einem Land mehrere räumlich voneinander getrenn te Energiesysteme koexistieren. Bei der Steuerungszentrale kann es sich um einen zentralen Server des Energiesystems handeln. Der Server kann beispielsweise über das Internet mit den Energiesubsystemen, insbesondere mit deren Steuerungsein heiten, kommunizieren. Dabei muss die Steuerungszentrale nicht zwangsläufig in der durch das Energiesystem abgedeckten Region liegen.

Die Einspeisedaten können angeben, zu welchen Vergütungskon ditionen ein jeweiliges Energiesubsystem zum Empfang und/oder zur Bereitstellung von elektrischer Energie bereit ist. Die Vergütungskonditionen können beispielsweise einen Preis für eine Energiemenge umfassen. Beispielsweise enthalten die Ein speisedaten somit ein Angebot für eine bestimmte Energiemenge zu einem bestimmten Preis oder eine Nachfrage (also zur Ab nahme) einer bestimmten Energiemenge zu einem bestimmten Preis . Basierend auf den jeweiligen Einspeisedaten aller Energiesub systeme werden die Optimalkonditionen durch die Steuerungs zentrale bestimmt. Mit anderen Worten wird bestimmt, für wel che Vergütungskonditionen nach einem vorbestimmten Kriterium ein Optimum erreicht wird. Diese Vergütungskonditionen können dann als die Optimalkonditionen bestimmt beziehungsweise festgelegt werden.

Anschließend wird der Austausch elektrischer Energie zwischen den Energiesubsystemen entsprechend den Optimalkonditionen gesteuert. Zusätzlich kann das Steuern des Austauschs

elektrischer Energie entsprechend den jeweiligen Einspeiseda ten der Energiesubsysteme gesteuert werden. Beispielsweise repräsentieren die Optimalkonditionen einen Preis, für den ein Optimum des Energieaustauschs (insbesondere nach dem vor bestimmten Kriterium) erreicht wird. Der Austausch elektri scher Energie zwischen den Energiesubsystemen kann dann zu dem durch die Optimalkonditionen festgelegten Preis und ent sprechend der mittels der Einspeisedaten festgelegten Ener giemengen erfolgen. Im Allgemeinen kann das Steuern des Aus tauschs elektrischer Energie derart erfolgen, dass durch die einzelnen Energiesubsysteme genau die oder höchstens die mit tels der Einspeisedaten zum Empfang oder zur Bereitstellung ausgewiesenen Energiemenge erfolgt. Insbesondere wird der Austausch elektrischer Energie derart gesteuert, dass durch jedes der Energiesubsysteme diejenige Energiemenge empfangen oder bereitgestellt wird, wie entsprechend der Einspeisedaten für den Optimalkonditionen entsprechende Vergütungskonditio nen festgelegt sind.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Bestimmen der Optimalkonditionen unter Berücksichtigung eines maximier ten Austausches elektrischer Energie durchgeführt wird. Mit anderen Worten werden die Optimalkonditionen derart bestimmt, dass der Austausch elektrischer Energie zwischen den Energie subsystemen maximiert wird. Dies kann nach Art eines mathema tischen Optimierungsproblems erfolgen. Durch die Maximierung des Energieaustauschs kann die Effektivität des Energiesys tems gesteigert werden.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass anhand der Einspeisedaten des jeweiligen Energiesubsystems für zumindest eine Vergütungskondition eine nachgefragte oder angebotene Energiemenge empfangen wird. Mit anderen Worten wird anhand der Einspeisedaten des jeweiligen Energiesubsystems empfan gen, welche Energiemenge das Energiesubsystem für die zumin dest eine Vergütungskondition anbietet oder nachfragt. Insbe sondere werden anhand der Einspeisedaten jeweilige nachge fragte oder angebotene Energiemengen für unterschiedliche Vergütungskonditionen empfangen. Beispielsweise wir derart empfangen, dass für einen ersten Preis eine erste Energiemen ge und für einen zweiten Preis eine zweite Energiemenge nach gefragt wird. Insbesondere ist die zweite Energiemenge größer als die erste Energiemenge, wenn der zweite Preis niedriger ist als der erste Preis. Alternativ kann anhand der Einspei sedaten bestimmt werden, dass das jeweilige Energiesubsystem für einen dritten Preis eine dritte Energiemenge empfängt und für einen vierten Preis eine vierte Energiemenge bereit stellt, wobei der vierte Preis höher ist als der dritte

Preis .

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass durch die Steuerungszentrale die Einspeisedaten zusammengefasst werden, um darauf basierend das Bestimmen der Optimalkonditionen durchzuführen. Mit anderen Worten werden die Optimalkonditio nen insbesondere auf Basis aller Einspeisedaten aller Ener giesubsysteme gebildet.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass durch die Steuerungszentrale basierend auf den Einspeisedaten für un terschiedliche Vergütungskonditionen eine insgesamt durch die Energiesubsysteme angebotene Energiemenge und eine insgesamt durch die Energiesubsysteme nachgefragte Energiemenge be stimmt wird. Beispielsweise wird bestimmt, zu welchem Preis welche Energiemenge insgesamt durch die Energiesubsysteme an- geboten wird und zu welchem Preis welche Energiemenge insge samt durch die Energiesubsysteme nachgefragt wird. Insbeson dere bedeutet insgesamt hierbei über alle Energiesubsysteme beziehungsweise über die Einspeisedaten alles Energiesubsys teme kumuliert. Es können somit jeweilige Werttabellen und/oder ein jeweiliger Verlauf für die insgesamt angebotene Energiemenge und die insgesamt nachgefragte Energiemenge in Abhängigkeit von der Vergütungskondition, insbesondere in Ab hängigkeit von einem Preis pro Energiemenge, bestimmt werden. Mit anderen Worten können die insgesamt angebotene Energie menge und die insgesamt nachgefragte Energiemenge jeweils ei ne Funktion der Vergütungskonditionen, insbesondere des Prei ses pro Energiemenge, sein. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders vorteilhafte Übersicht über den Bedarf und das An gebot der Energiesubsysteme.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die jeweiligen Einspeisedaten eine Preiselastizitätskurve für das jeweilige Energiesubsystem umfassen. Eine solche Preiselastizitätskurve kann die durch das jeweilige Energiesubsystem angebotene be ziehungsweise nachgefragte elektrische Energiemenge als Funk tion der Vergütungskonditionen, insbesondere des Preises pro Energiemenge, angeben. Dabei kann im Rahmen der Preiselasti zitätskurve eine nachgefragte Energiemenge durch einen nega tiven Wertebereich und eine bereitgestellte Energiemenge durch einen positiven Wertebereich repräsentiert werden. Al ternativ kann auch eine nachgefragte Energiemenge durch den positiven Wertebereich und die bereitgestellte Energiemenge durch den negativen Wertebereich repräsentiert werden. Im allgemeine können nachgefragte und bereitgestellte Energie mengen anhand ihres Vorzeichens unterschieden werden. Auf diese Weise ergibt sich die Möglichkeit, die Einspeisekondi tionen besonders vorteilhaft anzugeben.

Das Zusammenfassen der Einspeisedaten kann beispielsweise durch Addieren der Preiselastizitätskurven erfolgen. Dement sprechend ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass durch die Steuerungszentrale die Preiselastizitätskurven der Energiesubsysteme zusammengefasst, insbesondere addiert, wer den. Hierzu können die Preiselastizitätskurven jeweils in ei nem Bereich, der die nachgefragte Energiemenge repräsentiert, und einen Bereich, der die angebotene Energiemenge repräsen tiert, unterteilt werden. Diese beiden Bereiche können dann jeweils getrennt zur insgesamt angebotenen beziehungsweise zur insgesamt nachgefragten Energiemenge addiert werden. Auf diese Weise ergeben sich zwei Preiselastizitätskurven, welche die insgesamt angebotene Energiemenge und die insgesamt nach gefragte Energiemenge besonders vorteilhaft charakterisieren.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass durch die Op timalkonditionen für jedes der Energiesubsysteme dieselben Vergütungskonditionen festgelegt werden. Insbesondere wird festgelegt, dass bei dem Austausch elektrischer Energie zwi schen den Energiesubsystemen die Energie jeweils entsprechend derselben Vergütungskonditionen, nämlich den Optimalkonditio nen, ausgetauscht wird. Mit anderen Worten sind die Optimal konditionen als Vergütungskonditionen für alle Energiesubsys teme in dem Energiesystem verbindlich. Beispielsweise tau schen alle Energiesubsysteme die jeweilige Energiemenge zum selben durch die Optimalkonditionen vorgegebenen Preis aus.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die genannten Verfahrensschritte jeweils nacheinander für aufeinanderfol gende diskrete Zeitintervalle durchgeführt werden. In diesem Fall ist insbesondere vorgesehen, dass für jedes der Zeitin tervalle jeweilige Einspeisedaten aus jedem der Subsysteme durch die Steuerungszentrale empfangen werden. Es werden also aus jedem einzelnen der Energiesubsysteme für jedes der Zeit intervalle jeweilige Einspeisedaten empfangen. Die Optimal konditionen können dann für jedes der Zeitintervalle bestimmt werden. Der Austausch elektrischer Energie anhand der Opti malkonditionen erfolgt dann insbesondere in dem Zeitinter vall, für welches die Optimalkonditionen und die zur Bestim mung der Optimalkonditionen herangezogenen Einspeisedaten gültig sind. Die Optimalkonditionen sowie ein Plan für den Austausch elektrischer Energie können bereits vor Beginn ei- nes jeweiligen der diskreten Zeitintervalle im Voraus be stimmt werden. Beispielsweise wird für jedes der diskreten Zeitintervalle die genannte Planung bereits 24 Stunden, 12 Stunden, 6 Stunden, 4 Stunden, 2 Stunden, 1 Stunde, 30 Minu ten, 15 Minuten oder 5 Minuten im Voraus durchgeführt. Vor teilhafterweise werden die genannten Verfahrensschritte für die aufeinanderfolgenden diskreten Zeitintervalle iterativ durchgeführt. Das bedeutet, dass erst nach Fertigstellung der Planung eines der Zeitintervalle das darauffolgende Zeitin tervall geplant wird. Auf diese Weise ergibt sich ein beson ders hohes Maß an Flexibilität.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die jeweiligen Einspeisedaten im Allgemeinen nur für ein einziges der Zeit intervalle Gültigkeit haben und das Bestimmen der Optimalkon ditionen nacheinander für aufeinanderfolgende diskrete Zeit intervalle jeweils basierend auf den für das jeweilige Zeit intervall gültigen Einspeisedaten durchgeführt wird. Wie zu vor beschrieben, erfolgt dies insbesondere iterativ. Auf die se Weise ergibt sich ein besonders hohes Maß an Planungssi cherheit, da die Planungen für vorhergehende Zeitintervalle in diesem Fall bereits bekannt sind. Dass die jeweiligen Ein speisedaten im Allgemeinen nur für einen Zeitintervall Gül tigkeit haben, bedeutet, dass diese für ein bestimmtes Zeit intervall abgegeben werden können. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass dauerhaft gültige oder längere Zeit (also über mehrere Zeitintervalle hinweg) gültige Einspeisedaten durch die Steuerungseinrichtung empfangen werden. In diesem Fall können die Einspeisedaten wie beschrieben für mehr als ein einziges der Zeitintervalle Gültigkeit haben.

Insbesondere werden durch die Optimalkonditionen für jedes der Energiesubsysteme (dieselben) Vergütungskonditionen in nerhalb eines der diskreten Zeitintervalle festgelegt.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass durch eines der Energiesubsysteme der Austausch elektrischer Energie in einem oder mehreren einem anschließenden Zeitintervall vor- hergehenden Zeitintervallen bestimmt und zur Erstellung je weiliger Einspeisedaten für das anschließende Zeitintervall genutzt wird. Mit anderen Worten kann der Austausch elektri scher Energie in dem einen oder den mehreren vorhergehenden Zeitintervallen, an welcher sich das anschließende Zeitinter vall anschließt, bestimmt und zur Erstellung der jeweiligen Einspeisedaten für das anschließende Zeitintervall genutzt werden. Mit anderen Worten kann der Austausch elektrischer Energie in vorhergehenden Zeitintervallen für die Erstellung oder Bestimmung der Einspeisedaten für ein daran anschließen des Zeitintervall genutzt werden. Dabei können sich die vor hergehenden Zeitintervalle in der Zukunft befinden. In diesem Fall kann der Austausch elektrischer Energie für die in der Zukunft befindlichen vorhergehenden Zeitintervalle simuliert oder berechnet werden. Dieses Simulieren oder Berechnen kann iterativ anhand des anhand der Optimalkonditionen bereits festgelegten Austauschs elektrischer Energie für die entspre chenden Zeitintervalle erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann für bereits vergangene der vorhergehenden Zeitintervalle der Austausch elektrischer Energie gemessen werden. Insgesamt kann durch die genannten Merkmale das Steuern des Austauschs elektrischer Energie besonders gut kalkulierbar erfolgen, da die einzelnen Zeitintervalle aufeinander aufbauen.

Insbesondere wird ein jeweiliger Zustand der Energiesubsyste me nach dem Austausch elektrischer Energie bestimmt. Dies kann bereits im Voraus simuliert oder berechnet werden, oder nachdem der Austausch erfolgt ist, gemessen werden. Anhand dieses Zustands der Energiesysteme nach dem Austausch

elektrischer Energie kann wiederum ein nachfolgendes Zeitin tervall geplant (insbesondere in Bezug auf Einspeisedaten, Optimalkonditionen und daraus resultierendem Austausch elektrischer Energie) werden.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass für ein direkt an ein vorhergehendes Zeitintervall anschließendes Zeitinter vall erst dann Einspeisedaten bereitgestellt und/oder empfan gen werden, nachdem der Austausch elektrischer Energie zwi- sehen den Energiesubsystemen für das vorhergehende Zeitinter vall bestimmt wurde. Mit anderen Worten wird zunächst der Austausch elektrischer Energie für das vorhergehende Zeitin tervall festgelegt und erst danach die Einspeisedaten für das nachfolgende Zeitintervall empfangen. Auf diese Weise können die diskreten Zeitintervalle besonders vorteilhaft nacheinan der geplant werden.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuerungs zentrale, die dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren, wie es im Rahmen der vorliegenden Anmeldung be schrieben ist, durchzuführen. Insbesondere kann es sich bei der Steuerungszentrale um eine Recheneinheit, insbesondere einen Server, handeln.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Energiesystem mit

- mehreren Steuerungseinheiten zum Steuern eines jeweiligen Energiesubsystems in Bezug auf einen Austausch elektrischer Energie des Subsystems mit anderen Energiesubsystemen, und

- einer Steuerungszentrale zum Empfangen jeweiliger Einspei sedaten aus den Energiesubsystemen, wobei die Einspeisedaten jeweilige Vergütungskonditionen des entsprechenden Energie subsystems zum Empfang und/oder zur Bereitstellung von elektrischer Energie umfassen, zum Bestimmen von Optimalkon ditionen für alle Energiesubsysteme des Energiesystems abhän gig von den Einspeisedaten und zum Steuern eines Austauschs elektrischer Energie zwischen den Energiesubsystemen anhand der Optimalkonditionen. Insbesondere umfasst das Energiesys tem die obengenannte Steuerungszentrale, die dazu eingerich tet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren, wie es im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beschrieben ist, durchzuführen.

Die Energiesubsysteme können Teil des Energiesystems sein. In anderen Ausführungsformen des Energiesystems werden die Steu erungseinheiten als Teil des Energiesystems aufgefasst, die Energiesubsysteme jedoch nicht. Die erfindungsgemäße Steuerungszentrale und das erfindungsge mäße Energiesystem werden jeweils auch durch Merkmale weiter gebildet, wie sie bereits in Verbindung mit dem erfindungsge mäßen Verfahren offenbart wurden. Aus Gründen der Knappheit sind diese Merkmale hier nicht nochmals in Bezug auf die Steuerungszentrale und das Energiesystem aufgeführt.

Zur Erfindung gehört außerdem ein Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer erfindungsgemäßen Steuerungs zentrale ladbar ist, mit Programmcodemitteln, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Pro gramm in der Steuerungszentrale ausgeführt wird. Das erfin dungsgemäße Computerprogramm implementiert das erfindungsge mäße Verfahren auf einer erfindungsgemäßen Steuerungszentra le, wenn es auf der Steuerungszentrale ausgeführt wird. Dem entsprechend gehört zur Erfindung außerdem ein Speichermedium mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinforma tionen, welche zumindest das genannte Computerprogramm umfas sen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Speichermediums in einer erfindungsgemäßen Steuerungszentrale das erfindungsgemäße Verfahren durchführen. Das Speichermedi um kann beispielsweise zum digitalen oder analogen Speichern von Daten eingerichtet sein. Das Speichermedium kann einfach oder mehrfach beschreibbar, flüchtig (volatil) oder nicht flüchtig sein.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

FIG 1 in einem Blockdiagramm mehrere Energiesubsysteme und eine Steuerungszentrale;

FIG 2 ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausfüh

rungsform des vorliegenden Verfahrens; FIG 3 ein beispielhaftes Diagramm mit der Abhängigkeit einer nachgefragten oder bereitgestellten Energie menge abhängig von einer Vergütungskondition; und

FIG 4 ein beispielhaftes Diagramm über eine insgesamt an gebotene und eine insgesamt nachgefragte Energie menge in einem Energiesystem.

FIG 1 zeigt in einem Blockdiagramm eine Übersicht über mehre re Steuerungseinheiten 4 und eine Steuerungszentrale 2, wel che gemeinsam Teil eines Energiesystems 1 sind. Fig. 1 zeigt außerdem mehrere Energiesubsysteme 3 sowie elektrisches Netz 5, auch Stromnetz genannt, beispielsweise das 50 Hz- Verbundnetz .

Die mehreren Steuerungseinheiten 4 sind jeweils genau einem der Energiesubsysteme 3 zugeordnet. Die Steuerungseinheiten 4 sind dazu eingerichtet, das jeweils zugeordnete Energiesub system 3 zu steuern. Insbesondere sind die Steuerungseinhei ten 4 dazu eingerichtet, die Erzeugung und den Verbrauch elektrischer Energie durch das entsprechende Energiesubsystem 3 zu steuern. Aus dem können die Energiesubsysteme 3 dazu eingerichtet sein, eine Bereitstellung und einen Empfang elektrischer Energie mit dem elektrischen Netz 5 zu steuern. Hierzu kommuniziert die jeweilige Steuerungseinheit 4 mit dem entsprechenden Energiesubsystem 3. Insbesondere befinden sich die Steuerungseinheiten 4 am Ort des jeweiligen Energiesub systems 3. Die Steuerungseinheiten 4 können auch als jeweili ge Energiemanagementsysteme der Energiesubsysteme 3 bezeich net werden.

Jedes der Energiesubsysteme 3 kann beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Anlagen umfassen: Photovoltaik-Anlage, Biogasanlagen, Blockheizkraftwerk, elektrischer Energiespei cher (insbesondere stationärer Batteriespeicher) , Elektro fahrzeug, Windgenerator. Zusätzlich können die Energiesubsys teme 3 Verbraucher elektrischer Energie wie zum Beispiel In dustrieanlagen, Kochgeräte, Waschmaschinen oder beliebige Haushaltsgeräte umfassen. Bei den Steuerungseinheit 4 kann es sich um Steuerrechner der jeweiligen Energiesubsysteme 3 han deln. Die Energiesubsysteme 3 des Energiesystems 1 können in derselben Straße, Nachbarschaft, Stadtviertel, Ortschaft, Stadt, Region, Landkreis oder auf sonstige Weise in einem vorgegebenen Bereich, insbesondere Radius, angeordnet sein.

Die Energiesubsysteme 3 sind zum Austausch elektrischer Ener gie mit dem elektrischen Netz 5 verbunden. Indirekt sind die Energiesubsysteme 3 somit über das elektrische Netz 5 jeweils untereinander verbunden. Auf diese Weise können die Energie subsysteme 3 elektrische Energie untereinander austauschen. Dieser Austausch elektrischer Energie zwischen den Energie subsysteme 3 wird vorliegend durch die Steuerungszentrale 2 gesteuert. Hierzu sind die Steuerungseinheiten 4 jeweils mit der Steuerungszentrale 2 vernetzt. Diese Vernetzung kann bei spielsweise über das Internet, das Mobilfunknetz, über eine sonstige Funkverbindung oder auf beliebige Weise bereitge stellt sein. Beispielsweise handelt es sich bei der Steue rungszentrale 2 um eine Servereinrichtung beziehungsweise ei nen Server.

FIG 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein oben genanntes Verfahren zum Steuern des Austauschs elektrischer Energie. In einem Schritt S1 werden durch jede der Steuerungseinheiten 4 jeweilige Einspeisedaten 6 be stimmt. Diese Einspeisedaten 6 werden insbesondere in Echt zeit oder im Vorhinein (beispielsweise 1 Stunde, 2 Stunden, einen halben Tag oder einen ganzen Tag im Voraus) für ein be stimmtes diskretes Zeitintervall t bestimmt beziehungsweise berechnet. Hierbei berücksichtigt werden vorteilhafterweise ein Systemzustand des jeweiligen Energiesubsystems 3 (bei spielsweise ein Ladezustand eines elektrischen Energiespei chers des entsprechenden Energiesubsystems 3) zu Beginn des Zeitintervalls t sowie unterschiedliche Vorhersagen. Diese Vorhersagen können beispielsweise das Wetter, eine daraus ab geleitete Erzeugung elektrischer Energie und/oder Schätzungen für einen Energieverbrauch innerhalb und/oder außerhalb des jeweiligen Energiesubsystems 3 in dem entsprechenden Zeitin tervall t betreffen. Die Vorhersagen können beispielsweise von einem Wetterdienst und/oder von einer sonstigen Vorhersa geeinrichtung bezogen werden. Alternativ oder zusätzlich kön nen die Vorhersagen die genannten Größen auch für einen län geren Zeitraum, beispielsweise einen halben Tag oder einen ganzen Tag, betreffen. Insgesamt kann auf diese Weise be stimmt werden, zu welchen Vergütungskonditionen, also zu wel chem Preis das jeweilige Energiesubsystem 3 welche Menge an elektrischer Energie bereitstellt oder nachfragt.

Eine beispielhafte Preiselastizitätskurve 10, auch Prosumpti- on-Preis-Kurve, ist in FIG 3 dargestellt. Diese Preiselasti zitätskurve 10 zeigt die durch das entsprechende Energiesub system 3 nachgefragte beziehungsweise bereitgestellte Ener giemenge E abhängig von einem Preis P. Aus der beispielhaften Preiselastizitätskurve 10 ergibt sich, dass das entsprechende Energiesubsystem 3 für das entsprechende Zeitintervall t zur Aufnahme oder Bereitstellung elektrischer Energie E einer be stimmten Menge abhängig von einem hierfür gültigen Preis P ist. Für einen Nachfragebereich 14, in dem der Preis P rela tiv gering ist, ist die Nachfrage nach elektrischer Energie E durch das Energiesubsystem 3 relativ groß. Beispielsweise kann das Energiesubsystem 3 zu diesem günstigen Preis seinen elektrischen Energiespeicher auffüllen. In einem Angebotsbe reich 15, in dem der Preis P vergleichsweise höher ist, ist das entsprechende Energiesubsystem 3 zur Bereitstellung elektrischer Energie E bereit. Bei der Preiselastizitätskurve 10 bedeuten beispielhafterweise negative Werte eine Nachfrage nach elektrischer Energie und positiven Werte ein Angebot elektrischer Energie durch das Energiesubsystem 3. Beispiels weise kann die Preiselastizitätskurve 10 die Grenzkosten für Erzeugung und/oder Verbrauch elektrischer Energie im Zeitin tervall t durch das jeweilige Energiesubsystem 3 angeben.

Die Einspeisedaten 6 werden durch die jeweiligen Steuerungs einheiten 4 an die Steuerungszentrale 2 übermittelt. Mit an deren Worten empfängt die Steuerungszentrale 2 in einem Schritt S2 die Einspeisedaten 6 aus den Energiesubsysteme 3 beziehungsweise den Steuerungseinheiten 4. Dies erfolgt ins besondere über eine Datenverbindung mittels der oben be schriebenen Vernetzung.

In einem Schritt S3 bestimmt die Steuerungszentrale 2 Opti malkonditionen 7 anhand der Einspeisedaten 6. Insbesondere werden die Optimalkonditionen 7 unter Maximierung eines Aus- tauschs elektrischer Energie zwischen den Energiesubsystemen 3 bestimmt. Hierbei werden die einzelnen Einspeisedaten 6 aus den mehreren Energiesubsystemen 3 zusammengefasst und ausge wertet. Es kann vorgesehen sein, dass die von den Steuerungs einheiten 4 beziehungsweise von den Energiesubsysteme 3 ent haltenen Einspeisedaten 6 aggregiert und unter dem Ziel eines maximalen Energieumsatzes gemanagt werden. Insbesondere wer den die aggregierten Einspeisedaten 6, insbesondere aufge teilt in angebotene Energiemengen und nachgefragte Energie mengen, als Nebenbedingungen in ein Optimierungsproblem ein- gehen, dass mit dem Ziel des maximierten Austauschs elektri scher Energie gelöst wird.

Beispielsweise wird hierbei eine insgesamt durch die Energie subsysteme 3 angebotene Energiemenge 11 sowie eine insgesamt durch die Energiesubsysteme 3 nachgefragt Energiemenge 12 be stimmt. Diese beiden Energiemengen 11, 12 können jeweils preisabhängig bestimmt werden. Einen beispielhaften Verlauf für die beiden Energiemengen 11 und 12 zeigt die FIG 4. Darin aufgetragen sind die insgesamt angebotene Energiemenge 11 so wie die insgesamt nachgefragte Energiemenge 12 in Abhängig keit von dem Preis P. Die Verteilungen für die beiden Ener giemengen 11, 12 können aus den jeweiligen Preiselastizitäts kurven 10 der mehreren Energiesubsysteme 3 gebildet werden. Insbesondere wird die insgesamt nachgefragte Energiemenge 12 durch Addition der Nachfragebereich 14, durch welche eine Nachfrage nach elektrischer Energie präsentiert ist, der Preiselastizitätskurven 10 bestimmt. Im vorliegenden Beispiel muss, um positive Werte zu erhalten, die Preiselastizitäts kurve 10 in dem Nachfragebereich 14 noch an der P-Achse ge- spiegelt werden beziehungsweise mit -1 multipliziert werden. Analog kann die insgesamt angebotene Energiemenge 11 durch Addition der Angebotsbereiche 15 der Preiselastizitätskurven 10 aller Energiesubsysteme 3 gebildet werden.

Selbstverständlich ist denkbar, dass nicht für alle Energie subsysteme 3 eine ähnlich detaillierte Preiselastizitätskurve 10 gebildet beziehungsweise empfangen wird. Es ist auch mög lich, dass einige der Energiesubsysteme 3 nur für einige Ver gütungskonditionen, also Preise pro Kilowattstunde elektri scher Energie, Werte angeben. Insbesondere im Falle häusli cher Energiesubsysteme 3, die einem einzelnen Haushalt zuge ordnet sind, können die Einspeisedaten 6 einzelne Werte für unterschiedliche Vergütungskonditionen aufweisen.

Dem Beispiel gemäß Fig. 4 entsprechend werden die Optimalkon ditionen 7 aus den beiden Energiemengen 11, 12, also der ins gesamt angebotenen Energiemenge 11 und der insgesamt nachge fragte Energiemenge 12, bestimmt. Im Allgemeinen kann das Be stimmen der Optimalkonditionen 7 als Optimierungsproblem an gesehen werden. Bei dem vorliegenden Optimierungsproblem wird die ausgetauschte Energiemenge maximiert. Dabei gilt zu be achten, dass höchstens so viel Energie ausgetauscht werden kann, wie für bestimmte Vergütungskonditionen (insbesondere Preis) gleichzeitig angeboten und nachgefragt werden. Im vor liegenden Beispiel befindet sich die maximal ausgetauschte Energiemenge in dem Schnittpunkt 13. Dies ist im vorliegenden Diagramm der Schnittpunkt 13 zwischen insgesamt angebotene Energiemenge 11 und insgesamt nachgefragte Energiemenge 12.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der zum Schnittpunkt gehörige Preis als Preis für die Optimalkonditionen 7 festge legt .

In einem Schritt S4 wird der Austausch elektrischer Energie entsprechend den Optimalkonditionen 7 gesteuert. Hierbei wird durch die Steuerungszentrale 2 insbesondere jede der Steue rungseinheiten 4 derart angesteuert, dass durch die Steue rungseinheiten 4 wiederum die Energiesubsysteme 3 die Ener- giemenge bereitstellen oder empfangen, wie in den Einspeise daten 6 für den Optimalkonditionen 7 entsprechende Vergü tungskonditionen festgelegt wurde. Insbesondere werden hierzu die Optimalkonditionen 7 und/oder eine Netto-Energiebilanz an die Energiesubsysteme 3 beziehungsweise deren Steuerungsein heiten 4 übermittelt. Der Austausch elektrischer Energie er folgt insbesondere über das elektrische Netz 5.

Die Steuerungseinheiten 4 empfangen in einem Schritt S5 die Optimalkonditionen 7 und/oder die Netto-Energiebilanz. Basie rend darauf wird in einem Schritt S6 der Betrieb des jeweili gen Energiesubsystems 3 durch die entsprechende Steuerungs einheit 4 optimiert. Diese Optimierung kann während des Zeit intervalls t und/oder während vorhergehenden Zeitintervallen angewandt werden. Zusätzlich werden für diese Optimierung Vorhersagen wie zum Beispiel Wetter und/oder Energieverbräu- che innerhalb und/oder außerhalb des Energiesubsystems 3 be rücksichtigt. Außerdem können andere Zeitintervalle als das diskrete Zeitintervall t bei dieser Optimierung berücksich tigt werden.

In einem weiteren Schritt S7 wird ein Systemzustand des je weiligen Energiesubsystems 3 am Ende des Zeitintervalls t be stimmt. Dies kann beispielsweise durch Messung erfolgen, so bald das Zeitintervall t tatsächlich abgelaufen ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das vorliegende Verfahren, insbesondere die Schritte S1 bis S7, in Echtzeit durchgeführt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Systemzustand simu liert oder berechnet werden. Dies kann auch als modellbasier te Bestimmung bezeichnet werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Verfahren, insbesondere die Schritte S1 bis es S7 vor Eintritt des Zeitintervalls t durchgeführt wer den .

Der im Schritt S7 bestimmte Systemzustand kann als Basis für ein nächstes Zeitintervall t+1 herangezogen werden. Für das Zeitintervall t+1 werden dieselben Verfahrensschritte wie für das Zeitintervall t auf analoge Weise durchgeführt. Mit ande- ren Worten wird das vorliegende Verfahren iterativ durchge führt. Das bedeutet der vorhergehende Iterationsschritt

(Zeitintervall t) den jeweils als Basis für den nachfolgenden Iterationsschritt ( Zeitintervall t+1).

Durch die Tatsache, dass eine durch das vorliegende Verfahren bereitgestellte Koordination der Energiesubsysteme 3 in der Zeit diskretisiert ist (nämlich gemäß der Zeitintervalle t) und das Verfahren für jedes der Zeitintervalle t nacheinander abgearbeitet wird, können Flexibilitäten in Erzeugung und Verbrauch von elektrischer Energie durch die jeweiligen Steu erungseinheiten 4 für ein betrachtetes Zeitintervall t deut lich einfacher und besser abgeschätzt werden. Insgesamt wird die Flexibilität des Energiesystems 1 gegenüber dem Stand der Technik erhöht. Dies ergibt sich daraus, dass der Systemzu stand eines jeweiligen Energiesubsystems 3 zu Beginn eines Zeitintervalls t bekannt ist (gegebenenfalls in einem Voraus betrieb, auch Day-Ahead-Betrieb genannt) oder modellbasiert zumindest abgeschätzt werden kann. Die Zeitintervalle t kön nen sich jeweils über eine festgelegte, insbesondere unterei nander gleiche Zeitspanne erstrecken. Diese Zeitspanne kann beispielsweise 5 Minuten, 15 Minuten, 30 Minuten oder 1 Stun de betragen.

Insbesondere wird durch die Energiesubsysteme 3 der Austausch der Energie in einem oder mehreren dem Zeitintervall t vor hergehenden Zeitintervallen t-1 bestimmt und zur Erstellung der entsprechenden Einspeisedaten 6 für das Zeitintervall t genutzt wird. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass für ein direkt an das Zeitintervall t anschließendes Zeitin tervall t+1 erst dann Einspeisedaten 6 empfangen werden, nachdem der Austausch der Energie zwischen den Energiesubsys temen 3 für das vorhergehende Zeitintervall t bestimmt wurde.

Es wird hierbei ein verbessertes Verfahren zur Koordination mehrerer Energiesubsysteme 3 mittels ihrer Steuerungseinhei ten 4 beschrieben. Bei diesem Verfahren sind die Steuerungs einheiten 4 zwar verpflichtet ihre Flexibilität (genauer Preiselastizität, für ein bestimmtes Zeitintervall t vorab setzen, es können aber durch das Zusammenbringen mehrerer Steuerungseinheiten 4 und deren zugrunde liegender Energie subsysteme 3 insgesamt, also in Summe, bessere Kosten oder effizienten für das gesamte Energiesystem 1 erreicht werden, sowie auch die Einzelinteressen der einzelnen Energiesubsys teme 3 (Optimierung für ein jeweiliges Energiesubsystem 3) durch die Interaktion mit den anderen Energiesubsysteme 3 verbessert werden. Die Besonderheit liegt insbesondere in der Aufteilung der Koordination gemäß der Zeitintervalle t und dem sukzessiven abarbeiten dieser, so das Flexibilitäten (beispielsweise Elastizitäten) nur für ein jeweiliges Zeitin tervall t abgeschätzt werden müssen und nicht für einen län geren Zeitraum. Hierdurch können die vorhandenen Flexibilitä ten „großzügiger" abgeschätzt werden. Außerdem sinkt das Ri siko, dass eine Einsatzplanung berechnet wird, die sich im Nachhinein technisch nicht darstellen lässt.

Zusätzlich ist das Verfahren bei unterschiedlichen Systemen in unterschiedlichsten Kontexten (Beispiele: Strom, Wärme, Kälte in unterschiedlichen Skalen, z.B. Straße, Nachbar schaft, Stadtviertel, Stadt oder Region, aber auch in Syste men „Behind-the-Meter" , bei der die eigentliche Optimierungs aufgabe zu komplex zu lösen wäre) anwendbar. Die Komplexität der zentralen Koordinationsplattform skaliert linear mit der Anzahl der Teilnehmer und ist insgesamt überschaubar. Durch den beschriebenen Mechanismus kann Information über den Sys temzustand des jeweiligen Energiesubsystems 3 bzw. deren Steuerungseinheit 4 sowohl vorwärts als auch rückwärts inner halb des jeweiligen Vorhersagehorizonts zum aktuell betrach teten Zeitintervall t fließen. Der Systemzustand kann z.B. der Ladestand eines Energiespeichers sein. In der zentralen Koordinationsplattform fließt Information über Flexibilitäten vorwärts in der Zeit von vorherigen Zeitintervallen t-x zum aktuell betrachteten Zeitintervall t.