Ermittlung von Energieverteilungsplänen für einen Energieanlagenverbund

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Energieverteilungsplänen für einen Energieanlagenverbund aus Energieanlagen, welche zumindest erneuerbare Energieerzeuger, nicht-erneuerbare Energieerzeuger und Energieverbraucher um- fassen, sowie eine Anordnung zur Koordinierung eines Energieanlagenverbunds aus solchen Energieanlagen.

Innerhalb eines Energieanlagenverbunds können geografisch verteilte und zumeist verschiedenartige Energieerzeuger als ein einheitliches Kraftwerk (virtuelles Kraftwerk) betrachtet und koordiniert, d.h. zur Energieabgabe abgestimmt, betrieben werden. Neben Energieerzeugern kann ein solcher Energieanlagenverbund auch Energieverbraucher und Energiespeicher beinhalten, wodurch die Energieerzeuger, Energieverbraucher und Energiespeicher abgestimmt betrieben werden können.

Von entscheidender Bedeutung für einen technisch, ökonomisch sowie ökologisch vorteilhaften Betrieb eines Energieanlagenverbunds ist die Koordinierung der an dem Verbund teilnehmen- den Energieanlagen. Diese Koordination erfolgt zumeist auf

Basis einer Bilanz aus Energieangeboten und Energienachfragen bzw. aus von diesen ableitbaren Energieverteilungsplänen.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Ermittlung von Energieverteilungsplänen für einen Energieanlagenverbund bekannt bei dem Heuristiken und statistische Verfahren verwendet [Bindner et al . "Performance Simulation of wind diesel Systems - comparison of two Simulation models using real life data", in proc. of the EWEC 2009 Conference, 2009] oder rege- lungstechnische Systeme, die auf bestimmte Anwendungsfälle spezialisiert sind, definiert werden [Goikoetxea et al . "Grid manager design using Battery Energy Storage Systems in weak power Systems with high penetration of wind energy",

ICREPQ'10, 2010] . Diese Verfahren lassen sich im nicht unüb- liehen Fall einer Erweiterung bzw. Änderung des Energieanlagenverbunds nur mit großem Aufwand anpassen.

Weiterhin existieren Verfahren mittels Fuzzy-Logiksystemen, die jedoch auf Grund der benötigten Fülle von „[...] Regeln ei ^¬ ner optimierten Betriebsführungsstrategie und den Regeln für die Einhaltung der gesamten Randbedingungen, die zur Aufrechterhaltung einer gesicherten Stromversorgung notwendig sind [...]" [Lukas u. Schöne, "Ein Konzept zur Betriebsführung von Wind-Diesel-Systemen mit Kurzzeitenergiespeichern", Institut für Mess-, Regelungs- und Systemtechnik, Universität Bremen, 2006]) schnell unübersichtlich werden können, was zu Inkonsistenzen in der Regelbasis und hoher Komplexität hinsichtlich der Erweiterbarkeit führen kann.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Nachteile aus dem Stand der Technik bei der Ermittlung von Energieverteilungsplänen zu beheben und ein vorteilhaftes Verfahren zur Ermittlung von Energieverteilungsplänen für einen Energieanlagenverbund an- zugeben. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, beliebige Energieanlagenverbünde technisch, ökologisch und ökonomisch sinnvoll zu betreiben. Insbesondere liegt der Er ^¬ findung die Aufgabe zugrunde, eine erhöhte Ausnutzung des Einspeisepotentials erneuerbarer Energieerzeuger und eine aufwandsgünstige Anpassbarkeit der Ermittlung der Energiever ^¬ teilungspläne an Änderungen des Energieanlagenverbundes zu erreichen. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur vorteilhaften Koordinierung eines Energieanlagenverbunds anzugeben .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur Ermittlung von Energieverteilungsplänen für einen Energieanlagenverbund aus Energieanlagen, welche zumindest erneu ^¬ erbare Energieerzeuger, nicht-erneuerbare Energieerzeuger und Energieverbraucher umfassen, sowie einer Anordnung zur Koordinierung eines Energieanlagenverbunds aus solchen Energiean ^¬ lagen. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung und beziehen sich auf das Verfahren und die Anordnung. Die Erfindung geht aus von einem Energieanlagenverbund aus zumindest erneuerbaren Energieerzeugern, nicht-erneuerbaren Energieerzeugern und Energieverbrauchern. Für den Einsatz eines solchen Energieanlagenverbunds sprechen unter anderem dessen folgende Eigenschaften und Vorteile:

Insbesondere eignen sich Energieanlagenverbünde aus erneuer ^¬ baren Energieerzeugern (bspw. Windkraft-, Wasserkraft-, Pho- tovoltaikanlagen) und nicht-erneuerbaren Energieerzeugern (bspw. Gas-, Kohle, Atomkraftwerke) zur Stabilisierung der Energieeinspeisung der meist fluktuierenden und teilweise nicht steuerbaren erneuerbaren Energieerzeuger. Ein weiterer Grund für die Umsetzung des Konzepts ist die ökologisch und ökonomisch sinnvolle Überlegung, die entstehende Abwärme einiger Erzeuger möglichst lokal nutzen zu kön ^¬ nen (dezentrale Wärme-Kraft-Kopplung) . Zudem kann durch einen Zusammenschlusses mehrerer (Klein-) Energieerzeuger eine im Vergleich zu einem einzelnen Großenergieerzeuger gesteigerte Flexibilität bei der Planung vor Baubeginn und eine technisch einfachere Erweiterbarkeit und Wartbarkeit erreicht werden. Damit verbunden ergibt sich oft- mals ein vergleichsweise geringer Planungs- und Wartungsauf ^¬ wand von Energieanlagenverbünden.

Bei dem Verfahren wird zunächst ein erster Energievertei ^¬ lungsplan ermittelt aus Energieangeboten von erneuerbaren Energieerzeugern des Energieanlagenverbunds und Energienach ^¬ fragen von Energieverbrauchern des Energieanlagenverbunds. Anschließend wird ein zweiter Energieverteilungsplan ermittelt aus durch den ersten Energieverteilungsplan nicht erfüllten Energieangeboten und/oder Energienachfragen und zu- mindest aus Energieangeboten von den nicht-erneuerbaren Energieerzeugern des Energieanlagenverbunds.

Ein Energieverteilungsplan im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein auf einen vorgebbaren Zeitraum gerichtetes Kon- zept zu einer Koordinierung einer Energieeinspeisung in ein Stromnetz bzw. einer Energieversorgung aus einem Stromnetz von an dem Energieanlagenverbund teilnehmenden Energieanla ^¬ gen .

Ein Energieverteilungsplan kann so zur Koordination des Betriebes der an dem Energieanlagenverbund teilnehmenden Ener ^¬ gieanlagen verwendet werden. Erneuerbare Energieerzeuger sind Anlagen zur Energieerzeugung (genauer: Energiewandlung) unter Verwendung erneuerbarer Energiequellen, wie bspw. Windkraft, Wasserkraft, solare Strahlung, Erdwärme und nachwachsende Rohstoffe. Nicht-erneuerbare Energieerzeuger sind Anlagen zur Energieerzeugung unter Verwendung nicht nachwachsender, insbesondere fossiler, Energieträger. Solche Anlagen sind beispielsweise Kohlekraftwerke, Erdgaskraftwerke und Atomkraftwerke. Ein Energieangebot im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein auf die Zukunft, insbesondere auf einen vorgebbaren Zeit ^¬ raum, gerichtetes Angebot zur Einspeisung von Energie in ein Stromnetz durch eine an dem Energieanlagenverbund teilnehmende Energieanlage.

Eine Energienachfrage im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine auf die Zukunft, insbesondere auf einen vorgebbaren Zeitraum, gerichtete Nachfrage zur Abnahme von Energie aus einem Stromnetz durch eine an dem Energieanlagenverbund teil- nehmende Energieanlage.

Sowohl die Energieangebote als auch die Energienachfragen können bevorzugt in Gestalt von durch Datenverarbeitungsanla ^¬ gen verarbeitbaren Daten vorliegen.

Vereinfacht dargestellt, basiert die Erfindung auf der Über ^¬ legung, dass zunächst lediglich die Energieangebote der er ^¬ neuerbaren Energieerzeuger zur Erfüllung von bestehenden Energienachfragen von Energieverbrauchern berücksichtigt wer- den. Führt dies zu einer Überdeckung oder Unterdeckung, d.h. können diese nicht erfüllt werden, werden dann erst die Energieangebote der nicht-erneuerbaren Energieerzeuger berücksichtigt .

Auf diese Weise kann eine erhöhte Ausnutzung des Einspeise ^¬ potentials der erneuerbaren Energieerzeuger realisiert werden. Folglich kann so auf einfache Weise der Energieanteil aus ressourcenbegrenzten Energieträgern minimiert, deren Res- sourcen geschont und eine Schadstoffemission vermindert werden .

Durch die Berücksichtigung der nicht-erneuerbaren Energieerzeuger können die Energienachfragen der Energieverbraucher auch dann erfüllt werden, wenn die Energieangebote der erneu ^¬ erbaren Energieerzeuger nicht zur Erfüllung ausreichend sind. Infolgedessen wird das Risiko vermindert, dass Energienach ^¬ fragen unerfüllt bleiben und es so zu einer Beeinträchtigung der Energieverbraucher oder des Stromnetzes kommt.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung und die beschriebenen Weiterbildungen können sowohl in Software als auch in Hardware, beispielsweise unter Verwendung einer speziellen elektrischen Schaltung, realisiert werden.

Ferner ist eine Realisierung der Erfindung oder einer be- schriebenen Weiterbildung möglich durch ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung oder die Weiterbildung ausführt.

Auch können die Erfindung und/oder jede beschriebene Weiter- bildung durch ein Computerprogrammerzeugnis realisiert sein, welches ein Speichermedium aufweist, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung und/oder die Weiterbildung ausführt. b

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zumindest für einen Teil der an dem Energieanlagenverbund teilnehmenden Energie ^¬ anlagen jeweils ein Betriebsfahrplan in Abhängigkeit technischer Betriebsparameter der jeweiligen Energieanlage und/oder in Abhängigkeit von Ermittlungsparametern angepasst und die Energienachfrage und/oder das Energieangebot der jeweili ^¬ gen Energieanlage in Abhängigkeit ihres jeweiligen angepass- ten Betriebsfahrplanes ermittelt. Ein Betriebsfahrplan (auch: Betriebsstrategie) im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein, vorzugsweise auf einen vorgebbaren Zeitraum gerichtetes, Vorhaben zum Betreiben einer Energieanlage. Der Betriebsfahrplan kann zukünftige Betriebs- zustände, wie beispielsweise ein Betreiben bei einer Teillast oder Volllast, der Energieanlage definieren.

Technische Betriebsparameter einer Energieanlage sind geräte ^¬ spezifische, nach Art u. Anzahl vorgebbare, Eigenschaften und/oder während des Energieanlagenbetriebs einzuhaltende Randbedingungen, wie beispielsweise eine Nennleistung, eine

Anfahrrampe, ein Synchronisationspunkt, eine Wirkungsgradkur ^¬ ve oder eine Abschaltreihenfolge.

Ermittlungsparameter im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vorgebbare Daten, welche der Ermittlung der Energievertei ^¬ lungspläne zugrunde gelegt werden, insbesondere ein Beginn und/oder ein Ende der Energieverteilung, ein Beginn und/oder ein Ende des Ermittlungszeitraumes, ein Ermittlungsprotokoll und eine Ermittlungssyntax.

Insbesondere im Vergleich zu üblichen Verfahren, bei welchen die Betriebsfahrpläne in ihrer Gesamtheit und deshalb unter Berücksichtigung einer ungleich höheren Anzahl an Parametern angepasst werden, kann so eine aufwandsgünstige Anpassung der Betriebsfahrpläne erfolgen. Das Energieangebot und/oder die Energienachfrage der jeweiligen Energieanlage werden/wird in Abhängigkeit ihres jeweiligen angepassten Betriebsfahrplanes ermittelt. Vereinfacht ausgedrückt kann so eine vergleichs ^¬ weise aufwandsgünstige Ermittlung der Energieangebote und/oder Energienachfragen realisiert werden, da lediglich lokale Betriebsstrategien bzw. Betriebsfahrpläne der einzel ^¬ nen Energieanlagen lokal (also von der einzelnen Energieanlage) berücksichtigt werden.

In der Praxis hat es sich bewährt, die Anpassung der jeweili ^¬ gen Betriebsfahrpläne jeweils unter Verwendung eines numeri ^¬ schen Optimierungsverfahrens vorzunehmen. Es ist nicht unüblich, dass die an einem Energieanlagenverbund teilnehmenden Energieanlagen in unterschiedlichen Be- sitzverhältnissen stehen und deren Besitzer um eine Teilnahme ihrer Energieanlagen an den Energieverteilungsplänen konkurrieren. Vorzugsweise kann die Anpassung der Betriebspläne der Energieanlagen räumlich und/oder zumindest teilweise informationstechnisch getrennt voneinander durchgeführt werden. Auf diese Weise kann unter den geschilderten Umständen verhindert werden, dass Betriebsfahrpläne von konkurrierenden Besitzern eingesehen werden können, wodurch ein konkurrenzschädlicher Informationsaustausch zumindest erschwert wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung werden die Energieangebote und/oder Energienachfragen dezentral ermittelt und an eine, vorzugsweise zentrale, Einrichtung zur Ermittlung der Energieverteilungspläne übermittelt.

Dezentral bedeutet im vorliegenden Zusammenhang räumlich und/oder zumindest teilweise informationstechnisch getrennt von der Ermittlung von Energienachfragen und/oder Energiean- geboten anderer Energieanlagen. Die vorzugsweise zentrale Einrichtung ist eine Instanz an die Energienachfragen und Energieangebote übermittelt werden. Sie kann zumindest von einem Teil der Energieanlagen örtlich getrennt sein. Auf diese Weise kann im Falle konkurrierender Besitzverhält ^¬ nisse verhindert werden, dass Energieangebote und/oder Ener ^¬ gienachfragen von konkurrierenden Besitzern eingesehen werden können, wodurch ein unmittelbarer konkurrenzschädlicher Informationsaustausch zumindest erschwert wird. Vorteilhafterweise weist jede der Energienachfragen und jedes der Energieangebote jeweils zumindest eine Priorität und zu ^¬ mindest eine Menge auf. Vorteilhafterweise können die Ener ^¬ gienachfragen und Energieangebote auch in Form von Funktio- nen, welche Mengen auf Prioritäten abbilden vorliegen.

Eine Menge im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine in das Stromnetz einspeisbare bzw. aus dem Stromnetz beziehbare Energiemenge durch die das Energieangebot bzw. die Energie- nachfrage entrichtende Energieanlage.

Die Priorität kann einen Stellenwert des Energieangebots bzw. der Energienachfrage innerhalb einer Rangfolge von Energiean ^¬ geboten bzw. Energienachfragen bei der Ermittlung des Ener- gieverteilungsplanes bezeichnen. D.h. eine vergleichsweise hohe Priorität eines Energieangebots bzw. einer Energienach ^¬ frage führt zu einer vergleichsweise ranghöheren, also in der Regel zeitlich früheren, Erfüllung durch den Energieverteilungsplan .

Vorteilhafterweise ist die Priorität in Form eines Verhält ^¬ nisses von Kosten pro Energiemenge, beispielsweise in €/kWh, angegeben. Vorteilhafterweise kann eine Menge als in Teilmen ^¬ gen teilbar deklariert sein. Liegen mehrere Energieangebote bzw. Energienachfragen ein und derselben Energieanlage vor, kann den Energieangeboten bzw. Energienachfragen eine Erfüllungsreihenfolge zugeordnet sein.

In einer bevorzugten Weiterbildung werden zumindest die Ener- gieangebote der nicht-erneuerbaren Energieerzeuger in Abhängigkeit der durch den ersten Energieverteilungsplan nicht erfüllten Energieangebote und/oder Energienachfragen angepasst.

Ein Energieangebot gilt als nicht erfüllt, wenn die durch das Energieangebot zu einer Disposition stehende Energiemenge nicht innerhalb des ersten (oder eines weiteren) Energieverteilungsplanes berücksichtigt, also nicht für eine zukünftige Einspeisung durch den entrichtenden Energieerzeuger in ein Stromnetz vorgesehen, wird. Eine Energienachfrage gilt als nicht erfüllt, wenn die ange ^¬ fragte, begehrte Energiemenge nicht innerhalb des ersten (oder eines weiteren) Energieverteilungsplanes berücksich ^¬ tigt, also nicht zur zukünftigen Versorgung des entrichtenden Energieverbrauchers aus einem Stromnetz vorgesehen, wird.

Durch die derartige Anpassung der Energieangebote der nicht- erneuerbaren Energieerzeuger wird erreicht, dass bedarfsge ^¬ rechte Energieangebote entrichtet werden. Infolgedessen wird zum einen ein Energieüberangebot aus nicht-erneuerbaren Energieerzeugern vermieden, sodass eine Aufwandseinsparung und ggfs. Ressourcenschonung gegenüber einem unangepassten Energieangebot realisiert werden kann. Zum anderen kann ein Energiemangel und eine damit verbundene Beeinträchtigung der Energieverbraucher und/oder des Stromnetzes durch die Anpassung an die nicht erfüllten Energieangebote und/oder Energie ^¬ nachfragen vermieden werden.

Vorteilhafterweise wird der zweite Energieverteilungsplan zu- mindest aus Energieangeboten und/oder Energienachfragen von an dem Energieanlagenverbund teilnehmenden Energiespeichern ermittelt, wobei die Energieangebote und/oder die Energie ^¬ nachfragen der Energiespeicher in Abhängigkeit der durch den ersten Energieverteilungsplan nicht erfüllten Energieangebote und/oder Energienachfragen angepasst wurden.

Energiespeicher sind beispielsweise Batterieanlagen, Schwungräder oder Wasserpumpspeichereinheiten. Energiespeicher bewirken je nach Betriebsart -Laden oder Entladen des Spei- chers- eine Energieaufnahme oder eine Energieabgabe. Das

Wirkprinzip eines Energiespeichers innerhalb eines Energiean ^¬ lagenverbunds kann deshalb temporär mit dem Wirkprinzip eines Energieerzeugers und temporär mit dem Wirkprinzip eines Ener ^¬ gieverbrauchers gleichwertig sein.

Durch die Berücksichtigung von Energiespeichern können im Verbund mit erneuerbaren Energieerzeugern, deren Energieerzeugung naturgemäßen Schwankungen unterworfen ist, unerfüllter Energienachfragen bzw. Energieangebote durch ein Entladen bzw. Laden der Energiespeicher erfüllt werden. Dies ist wirkungsgleich zu einer Verstetigung der erneuerbaren Energieerzeugung und ermöglicht eine hohe Liefertreue unter Vermeidung der nicht-erneuerbaren Energieerzeuger auch bei Schwankungen in der erneuerbaren Energieerzeugung, wodurch Aufwandseinspa- rungen realisiert und Schadstoffemissionen vermieden werden können .

In der Praxis hat es sich bewährt die Anpassung der Energie- angebote und/oder die Energienachfragen der Energiespeicher und/oder der Energieangebote der nicht-erneuerbaren Energieerzeuger unter Verwendung eines numerischen Optimierungsverfahrens, beispielsweise einer Mehrzieloptimierung, durchzu ^¬ führen .

Vereinfacht ausgedrückt, erfolgt diese Optimierung auf globa ^¬ ler Ebene, also auf Ebene des Energieanlagenverbunds. Hiervon zu trennen ist die weiter oben beschriebene Optimierung der Betriebsfahrpläne auf lokaler Ebene, also auf Ebene der ein- zelnen Energieanlagen.

Infolge dieser Trennung wird eine besonders aufwandsgünstige Anpassbarkeit der Ermittlung der Energieverteilungspläne an Änderungen des Energieanlagenverbunds erreicht, da geänderte und/oder zusätzliche technische Betriebsparameter auf lokaler Ebene, beispielsweise infolge zusätzlicher Energieanlagen, nicht in der globalen Optimierung berücksichtigt werden müssen. Berücksichtigt werden hier lediglich zusätzliche Energieangebote und/oder Energienachfragen, was vergleichsweise aufwandsgünstig erfolgen kann.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Optimierungsverfahren unter Verwendung von Funktionen, welche den nicht- erneuerbaren Energieerzeugern und/oder Energiespeichern zuge- ordnet sind, durchgeführt, wobei die Funktionen jeweils einen Verlauf einer Priorität über einer Menge wiedergeben.

Diese Funktionen werden in englischer Sprache häufig als Utility functions bezeichnet. Vorteilhafterweise werden diese Funktionen lokal, also auf Ebene der einzelnen Energieerzeu ^¬ ger, ermittelt und an die globale Ebene, also an die, vor ^¬ zugsweise zentrale, Einrichtung welche die Energievertei ^¬ lungspläne ermittelt, übermittelt.

Diese Funktionen bilden Mengen (Energiemengen) auf Prioritäten, diese insbesondere in Gestalt von Kosten pro Energiemen ^¬ gen, ab. Zur Ermittlung dieser Funktionen können die relativen Betriebskosten der jeweiligen Energieanlagen verwendet werden. Die relativen Betriebskosten eines nicht-erneuerbaren Energieerzeugers können beispielsweise unter Berücksichtigung von Anschaffungs- , Abschreibungs- , Personal-, Treibstoff-, Wartungs- und Generalüberholungskosten ermittelt werden. Die relativen Betriebskosten eines Energiespeichers können bei- spielsweise unter Berücksichtigung von Kosten auf Basis des aktuellen Ladezustands, auf Basis von Alterungseffekten und Wirkungsgraden ermittelt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Optimierungs- verfahren zur Minimierung von Kosten zur Erfüllung der durch den ersten Energieverteilungsplan nicht erfüllten Energieangebote und/oder Energienachfragen und/oder zur Optimierung von Betriebspunkten der nicht-erneuerbaren Energieerzeuger durchgeführt .

Durch die Minimierung der Kosten zur Erfüllung der durch den ersten Energieverteilungsplan nicht erfüllten Energieangebote und/oder Energienachfragen können Aufwandseinsparungen erzielt werden. Durch die alternative oder zusätzliche Optimie ^¬ rung der Betriebspunkte der nicht-erneuerbaren Energieerzeu- ger werden nicht-optimale Betriebszustände der nicht- erneuerbaren Energieerzeuger, welche vergleichsweise oftmals mit einer erhöhten Schadstoffemissionen, einem erhöhten Ressourcenverbrauch und einem erhöhten Aufwand einhergehen, vermieden .

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird zumindest der erste Energieverteilungsplan durch eine Zuordnung von Energieangeboten und Energienachfragen ermittelt. Die Zuordnung kann in Gestalt eines Abgleichs, eine Paarbil ^¬ dung oder einer mathematische Operation erfolgen. Vorzugsweise erfolgt diese Zuordnung unter Verwendung von Daten, welche die Energienachfragen bzw. die Energieangebote repräsentie- ren .

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung werden die Energieangebote und Energienachfragen unter Verwendung einer Doppelauktion zugeordnet.

Eine Doppelauktion ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Methode (z.B. http://de.wikipedia.org/wiki/Stromb0rse). Dabei kann die Doppelauktion kontinuierlich oder diskontinuierlich ausgeführt werden. Im Falle einer kontinuierlichen Doppelauktion können Energienachfragen und Energieangebote nach einem „first-come-first-served" Verfahren zusammenge ^¬ führt bzw. einander zugeordnet werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Verfahren zu vorgebbaren Zeitpunkten durchgeführt.

Die Zeitpunkte können von einer zentralen Stelle vorgegeben und den an dem Energieanlagenverbund teilnehmenden Energieanlagen übermittelt werden.

Vorteilhafterweise wird das Verfahren zu Zeitpunkten, welche innerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls liegen, durchge ^¬ führt . Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante wird der Energieanlagenverbund (oder zumindest einer Energieanlage des Energie ^¬ anlagenverbunds) unter Verwendung der Energieverteilungspläne (oder zumindest des ersten oder zweiten, insbesondere des zweiten Energieverteilungsplans) koordiniert betrieben. In- folgedessen kann eine netzstabile, dezentrale Energieerzeu ^¬ gung mit bevorzugter Einspeisung durch erneuerbare Energieerzeuger zur Minimierung der Energieerzeugung aus nicht-erneuerbaren Energieträgern erreicht werden, wobei der naturgemäß schwankenden Energieerzeugung aus erneuerbaren Energie- quellen Rechnung getragen und eine hohe Liefertreue auch bei starken Schwankungen Energienachfragen durch Energieverbraucher erzielt wird. Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Anordnung zur

Koordinierung eines Energieanlagenverbunds aus Energieanla ^¬ gen, welche zumindest erneuerbare Energieerzeuger, nicht- erneuerbare Energieerzeuger und Energieverbrauchern umfassen. Der Energieanlagenverbund weist zumindest eine Prozessorein- heit auf.

Die zumindest eine Prozessoreinheit ist derart eingerichtet, dass jeweils Betriebsfahrpläne der Energieanlagen in Abhän ^¬ gigkeit technischer Betriebsparameter der jeweiligen Energie- anläge und/oder in Abhängigkeit von weiteren Parametern anpassbar sind, jeweils eine Energienachfrage und/oder ein Energieangebot der jeweiligen Energieanlage in Abhängigkeit ihres jeweiligen angepassten Betriebsfahrplanes ermittelbar ist, ein erster Energieverteilungsplan aus Energieangeboten von den erneuerbaren Energieerzeugern und Energienachfragen von den Energieverbrauchern ermittelbar ist und ein zweiter Energieverteilungsplan aus durch den ersten Energieverteilungsplan nicht erfüllten Energieangeboten und/oder Energienachfragen und zumindest aus Energieangeboten von den nicht- erneuerbaren Energieerzeugern ermittelbar ist.

Die Anordnung kann zentral, beispielsweise in einer Leitwarte zur Koordination des Energieanlagenverbundes angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, dass Bestandteile der Anordnung de- zentral, vorzugsweise in den Leitwarten der einzelnen Energieanlagen, angeordnet sind. Beispielsweise können die Anpas ^¬ sung der Betriebspläne und die Ermittlung der Energienachfra ^¬ gen und/oder Energieangebote durch die dezentral angeordneten Bestandteile der Anordnung erfolgen. Die Ermittlung der Ener- gieverteilungspläne kann durch einen gesonderten Bestandteil oder mehrere hierfür gesondert vorgesehene Bestandteile der Anordnung erfolgen. In einer vereinfachenden Zusammenfassung kann die Erfindung und/oder deren Weiterbildungen wie folgt rekapituliert werden : Der Erfindung und/oder deren Weiterbildungen liegen/liegt die Überlegung zugrunde, die Koordination eines Verbunds aus Energieanlagen durch die Verwendung von zu ermittelnden Energieverteilungsplänen zu ermöglichen. Vereinfacht ausgedrückt kann zur Verdeutlichung von einer globalen Ebene (Energieanlagenverbund) und einer lokalen Ebe ^¬ ne (jeweils einzelne Energieanlagen) des Verfahrens/der Anordnung gesprochen werden. Auf lokaler Ebene werden zunächst Betriebsstrategien unter anderem anhand lokaler, technischer Betriebsparameter der einzelnen Energieanlagen ermittelt und/oder angepasst (auch: optimiert) . Auf deren Basis werden jeweils Energienachfragen und/oder Energieangebote ermittelt und an eine Instanz der globalen Ebene übermittelt. Auf glo ^¬ baler Ebene werden die Energieangebote und Energienachfragen zur Ermittlung von Energieverteilungsplänen (zumindest mittelbar zur Koordination der Energieanlagen) zusammengeführt, wobei bevorzugt Energieangebote erneuerbarer Energieerzeuger berücksichtigt werden. Die Energieangebote von nicht-erneuer ^¬ baren Energieerzeugern und/oder von Energiespeichern werden bedarfsgerecht in einem zweiten Schritt berücksichtigt, wobei eine Anpassung bzw. Optimierung, unter Berücksichtigung vorgebbarer Kriterien, auf das bisher noch nicht erfüllte Energiekontingent erfolgt. Einige der Vorteile der Erfindung und/oder ihrer Weiterbildungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Durch die konzeptionelle Gliederung in eine lokale und globa ^¬ le Ebene können individuelle Zielvorgaben für jede der Ener- gieanlagen definiert und durch geeignete Bieterstrategien

(Entrichtung der Energieangebote/-nachfragen) verfolgt werden. Beispielsweise kann die Einspeisung eines maximalen Anteils von erneuerbaren Energien durch eine hohe Priorität (z.B. in Form eines geringen Verkaufspreises), hohe Betriebs- punktstabilität von nicht-erneuerbaren Energieerzeugern (z.B. durch entsprechende Anpassung der zugeordneten Funktion in jedem Verhandlungsschritt) , eine Optimierung des Batterieein ^¬ satzes hinsichtlich der Batteriealterung (z.B. durch Bestra- fung hoher Lade- bzw. Entladeraten in Form von entsprechend geänderten Funktionen) , eine vollständige Erfüllung einzelner Laststufen der Energieverbraucher und/oder über eine Rangfolge für deren Erfüllung innerhalb der Energieverteilungspläne spezifiziert werden.

Gerätespezifische Eigenschaften, Kommunikationsprotokolle, Zeitkonstanten, etc. haben keinen Einfluss auf die Integrati ^¬ on einer Energieanlage in den Energieanlagenverbund. Statt ^¬ dessen werden diese Informationen lokal bei der jeweiligen Energieanlage erhoben und verarbeitet. Für die Integration in den Energieanlagenverbund müssen lediglich Energienachfragen und/oder Energieangebote, also Mengen und Prioritäten (in Form von Daten) , beispielsweise in Form von utility functions an eine zentrale Einrichtung übermittelt werden. Auf diese Weise wird eine aufwandsgünstige Anpassbarkeit der Ermittlung der Energieverteilungspläne an Änderungen des Energieanlagenverbundes erreicht.

Gibt es mehrere Besitzer von Energieanlagen innerhalb eines Energieanlagenverbunds und stehen diese zueinander im Wettbe ^¬ werb, so ist es nicht gewünscht, dass ein Partner Zugriff auf Betriebsführungsinformationen oder vorzeitige Einsicht in Energieangebote und/oder Energienachfragen eines anderen Partners erhält. Dies wird durch die beschriebene flexible Integration heterogener Energieanlagen gewährleistet, da jede Energieanlage - und damit jeder Gerätebetreiber - nur die Informationen anderer Systemkomponenten, die aktuell, und tatsächlich zur Informationsbearbeitung bei der eigenen Systemkomponente benötigt werden zur Verfügung stellt. Da lediglich Mengen und Prioritäten bzw. entsprechende Funktionen von Prioritäten über Mengen übermittelt werden sind Rückschlüsse auf sensible Daten zur Anpassung der eigenen Energieangebote und/oder Energienachfragen vor oder während der Ermittlung der Energieverteilungspläne zur Gewinnung eines unfairen Vor ^¬ teils stark erschwert.

Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltun- gen enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unter ^¬ ansprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergege ^¬ ben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale je- weils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß den unabhängigen Ansprüchen kombinierbar.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit iso ^¬ liert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung einge ^¬ bracht und/oder mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden .

Es zeigen:

FIG 1 eine schematische Darstellung eines iterativen

marktbasierten Verfahrens, welches das erfindungs ^¬ gemäße Verfahren beinhaltet und FIG 2 eine Illustration eines Teilaspekts des Verfahrens gemäß FIG 1.

FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung eines iterativen marktbasierten Verfahrens zur Koordination eines Energieanla- genverbundes , welches das erfindungsgemäße Verfahren zur Er ^¬ mittlung von Energieverteilungsplänen als Teilaspekte beinhaltet. Die in FIG 1 gezeigte Darstellung zeigt ein Ausfüh ^¬ rungsbeispiel bei dem das erfinderische Verfahren in einen iterativen technischen Prozess eingebettet ist, bei dem in jeder Iteration informationstechnische Repräsentanten 100 von einzelnen Energieanlagen, genauer Energieerzeugern, Energieverbrauchern und ggfs. Energiespeichern, an einer marktbasierten Koordination und dezentralen Optimierung von Energie- erzeugern im Energieanlagenverbund zur Deckung von Energie ^¬ nachfragen von Energieverbrauchern teilnehmen (im Folgenden Verhandlung genannt) . Dabei findet die Optimierung der jewei ^¬ ligen Energieerzeuger auf einer sog. lokalen Ebene 101, also räumlich und/oder zumindest teilweise informationstechnisch getrennt von den weiteren Energieanlagen des Energieanlagenverbundes statt. Der Repräsentant 100 bzw. die Repräsentanten können alternativ als physischer Bestandteil einer Anordnung zur Koordinierung des Energieanlagenverbunds aus Energieanla ^¬ gen aufgefasst werden und (jeweils) eine Prozessoreinheit aufweisen.

Die eigentliche Koordination wird von einer, vorzugsweise zentralen, Instanz 200 (balance master) auf einer sog. globalen Ebene 201 vorgenommen. Diese Instanz 200 kann alternativ als physischer Bestandteil einer Anordnung zur Koordinierung des Energieanlagenverbunds aus Energieanlagen aufgefasst wer ^¬ den und eine Prozessoreinheit aufweisen. Das Iterationsintervall (auch Verhandlungsintervall) kann hierbei beliebig fest ^¬ gesetzt und beispielsweise 15 min andauern und bezieht sich auf einen sog. Liefertermin, also auf einen zukünftigen Zeitpunkt zur Einspeisung von Energie in ein Stromnetz durch die am Energieanlagenverbund teilnehmenden Energieerzeuger bzw. zum Bezug von Energie aus einem Stromnetz durch die teilnehmenden Energieverbraucher.

Zu Beginn einer jeden Iteration bzw. Verhandlung, während einer Konfigurationsphase (pre-negotiation phase) 2, erhalten die informationstechnischen Repräsentanten 100 der Energieanlagen jeweils Initialkonfigurationen (device config.) 4 bzw. Konfigurationsänderungen, die für die jeweilige Energieanlage spezifische Eigenschaften und Randbedingungen (prognosis / measurement data) 6 (auch: Betriebsparameter) enthalten können (beispielsweise Nennleistung, Anfahrrampen, Synchronisa- tionspunkte und Wirkungsgradkurven für Dieselgeneratoren, Abschaltreihenfolgen von Lasten) . Diese Betriebsparameter 6 können in Art und Anzahl beliebig definiert werden, da diese Informationen nur auf der lokalen Ebene 101 vom jeweiligen Repräsentanten 100 der Energieanlage verarbeitet werden müs- sen.

Nachdem die Eigenschaften der aktuellen Verhandlung, die sog. Ermittlungsparameter (negotiation properties) 8, beispielsweise Beginn und Ende des Energielieferzeitraums, Start- und Endzeitpunkt der Verhandlung, einzuhaltendes Verhandlungspro ^¬ tokoll und Verhandlungssyntax von der globalen Ebene 201 ab ^¬ gefragt wurden (negotiation retrieval) 10, bestimmen die Repräsentanten 100 der Energieanlagen jeweils ihre Strategien für die aktuelle und ggf. die späteren Verhandlungen (pre- negotiation strategy) 12.

Die derart bestimmten Verhandlungsstrategien 12 dienen jeweils als Grundlage für die Anpassung der lokalen Betriebs ^¬ fahrpläne (schedule optimization) 14.

Die geplanten bzw. angepassten Betriebsfahrpläne werden wiederum jeweils für die Ermittlung (proposal generation) 16 von Energieangeboten bzw. Energienachfragen (energy proposals) 18 durch den jeweiligen Repräsentanten 100 für den aktuell ver- handelten Lieferzeitraum verwendet.

Diese Energieangebote und/oder Energienachfragen 18 werden an die globale Ebene 201 übermittelt (proposal Submission) 20 und dort entsprechend dem in FIG 2 beschriebenen Teilaspekt des Verfahrens zusammengeführt (market Clearing) 22 zur Er ^¬ mittlung von Energieverteilungsplänen (contract formation) 24. Nachdem eine Verhandlung beendet ist erhalten die informati ^¬ onstechnischen Repräsentanten 100 der einzelnen Energieanlagen die entsprechenden Energieverteilungspläne 26, die anhand einer jeweils lokalen Strategie (post-negotiation strategy) 28 als Grundlage für eine nochmalige Anpassung bzw. Bestäti ^¬ gung der lokalen Betriebsfahrpläne (schedule confirmation) 30 verwendet werden.

Die Betriebsfahrpläne werden jeweils in der aktuellen Itera- tion der Verhandlung, entsprechend der geänderten Situation im Energiemarkt aktualisiert (schedule update) 32, bevor die nächste Iteration der Verhandlung gestartet wird.

In FIG 2 sind als Teilaspekt des in FIG 1 dargestellten ite- rativen marktbasierten Verfahrens das Zuordnen 22 der Energienachfragen und Energieangebote 18 bzw. die Ermittlung 24 der Energieverteilungspläne 26 schematisch illustriert.

Die globale Instanz 200 (balance master) auf der globalen Ebene 201 umfasst zwei kombinierte Methoden um die Energie ^¬ verteilungspläne zu ermitteln 24 bzw. die Energieangebote und Energienachfragen zuzuordnen 22:

Eine sog. Doppelauktion 34 erfasst zunächst bis zum Ende ei- ner Verhandlung Energienachfragen 18a von Energieverbrauchern aus einer Menge 36a und einer Priorität 38a und Energieange ^¬ bote 18b von erneuerbaren Energieerzeugern aus einer Menge 36b und einer Priorität 38b. Diese Energieangebote und Ener ^¬ gienachfragen (im Folgenden Gebote) werden im Fall von konti- nuierlichen Doppelauktionen beispielsweise nach dem „First- come-first-served" Verfahren zugeordnet. Ergebnis ist ein erster Energieverteilungsplan 26a.

Gebote von nicht-erneuerbaren Energieerzeugern sowie Energie- speichern werden von der Doppelauktion zunächst nicht erfasst .

Zur Berücksichtigung von Geboten von nicht-erneuerbaren Energieerzeugern und Energiespeichern wird die Doppelauktion 34 mit einem nachgeschalteten Optimierungsverfahren 40 kombiniert .

Das Optimierungsverfahren 40 optimiert die Energieangebote und/oder Energienachfragen 18c von nicht-erneuerbaren Energieerzeugern und Energiespeichern 18d, die gemeinsam als virtuelle Einheit die durch den ersten Energieverteilungsplan 26a nicht erfüllten 42 Energieangebote und/oder Energienachfragen (auch: Delta) erfüllen können. Im vorliegenden Ausfüh- rungsbeispiel liegen diese Energieangebote bzw. Energienach ^¬ fragen 18c, 18d als Funktionen 44a, 44b von Prioritäten 38c, 38d über Mengen 36c, 36d vor.

Ist das Delta 42 größer als 0, so muss die bisher nicht ge- deckte Energienachfrage durch das Konglomerat aus nicht- erneuerbaren Energieerzeugern und Energiespeichern gedeckt werden. Ist das Delta 42 kleiner als 0, so besteht eine Über ^¬ produktion aus erneuerbaren Energien. Ist das Delta 42 gleich 0 so entspricht die Energienachfrage exakt der Produktion aus erneuerbaren Energien. In allen Fällen besteht die Möglichkeit, Energiespeicher zu laden. Im Fall der Überproduktion aus erneuerbaren Energieerzeugern müssen die Energiespeicher beispielsweise ihrerseits das negative Delta 42 als auch ggf. Teile der Energieangebote von nicht-erneuerbaren Energieer- zeugern (falls entsprechende Generatoren nicht sofort abge ^¬ schaltet werden können) aufnehmen. Dies ist jedoch auch in manchen Betriebssituationen ausdrücklich gewünscht, um bspw. einen vorhersehbaren starken Rückgang der Energiemenge aus erneuerbaren Energieerzeugern vorwegnehmend zu kompensieren. In jedem Fall haben die Energiespeicher allerdings die Möglichkeit durch geeignete Festlegung der Wertebereiche ihrer Funktionen und durch geeignete Mengenfestlegung aktiv zu beeinflussen ob und welche Mengen an Energie abgegeben oder aufgenommen werden sollen.

Das Optimierungsverfahren 40 kann beispielsweise eine aus dem Stand der Technik bekannte Mehrzieloptimierung unter Verwendung eines iterativen Gleichungslösers sein. Beispielsweise kann das Optimierungsverfahren wie nachstehend angegeben wer- den, wobei i die Anzahl der an dem Energieanlagenverbund teilnehmenden nicht-erneuerbaren Energieerzeuger und/oder Energiespeicher ist: minimiere Σ ( x^ * f( _x i) ) ,

optional: für alle i: minimiere | x±(t) - xi(t-l) |, sodass Σ (xi) = D _R ,

für alle i: 0 < Xi_ _miri < x± < xi_ _ma x ^ D _R . D.h. die Summe (Gesamterzeugerkosten) über den Produkten aus den Mengen (xi) und Kosten pro Mengeneinheit ( f ( _x i) ) soll der ^¬ art minimiert werden, dass zum einen die Summe der nicht er ^¬ füllten Energieangebote und/oder Energienachfragen (D _R ) erfüllt, zum anderen die Betriebspunktabweichung ( | x±(t) xi(t-l) I ) optional minimiert wird und die einzelnen ermit ^¬ telten Betriebspunkte (xi) innerhalb einer unteren (xi _min ) und oberen (xi _ma x) Betriebspunktgrenze zum liegen kommen. Wichtig zu erkennen ist hierbei, dass die Betriebspunkte der Energie ^¬ erzeuger bzw. Energiespeicher durch die Menge (xi) ihrer Energieangebote und/oder Energienachfragen definiert werden können .

Nach der Optimierung 40 werden die Optimierungsergebnisse der Doppelauktion beigefügt 46, so dass diese mit den bis jetzt noch verbliebenen, aggregierten Geboten von Energienachfragen und Energieangeboten aus erneuerbaren Energien zusammengeführt werden können. Ergebnis ist ein zweiter Energievertei ^¬ lungsplan 26b. Hierbei kann es trotz Balancierung von Erzeugung und Last zu einem Ungleichgewicht durch abweichende Prioritäten kommen, sodass beispielsweise auf Grund geringer Nachfragepriorität eine Last nicht erfüllt wird. Damit steht das Optimierungser ^¬ gebnis nicht mehr im Einklang mit dem erwarteten Ergebnis der Zusammenführung. Diese Abweichung kann beispielsweise durch zwei verschiedene Methoden aufgelöst werden.

Zum einen durch Wiederholung des vorherigen Optimierungsschritts mit entsprechend verringertem Bedarf. Für die Kon- vergenz des Verfahrens muss in diesem Fall eine monotone Zielfunktion in der Optimierung angenommen werden. Dies kann beispielsweise eine monoton fallende Funktion sein, die Prio ^¬ ritäten (z.B. Kosten bzw. Preis in Euro Cent pro kWh) über der Energie in kWh berechnet. Vorteil dieser Methode ist, dass die Optimierung so auch auf die teilweise Erfüllung von Lasten gerichtet werden kann.

Zum anderen kann das System entscheiden, ohne weitere Opti- mierung die Erzeugung aus nicht-erneuerbaren Energieerzeugern zu steigern, um möglichst schnell wieder alle Energienachfra ^¬ gen der Energieverbraucher zu erfüllen. Diese Methode wird favorisiert, da eines der wichtigsten Ziele des Energieanla ^¬ genverbunds die Erfüllung der vollständigen Last bzw. die schnellstmögliche Lastdeckung nach einem partiellen Lastabwurf ist. Diese Methode kann in Pseudocode wie folgt darge ^¬ stellt werden:

Configuration:

■ Renewables:

• C.n asks a ε A _Ren =(q _Ren , p _Ren )

• each a ε A _Ren can be matched partially

■ Loads:

• 0..m fill-or-kill bids b ε B _L

• Vb: P(b) = +lnfinity

• optional explicit order on matching sequence: b., , b _m where all b, are submitted by a Single participant: "never match b _i+1 before completely matching b,"

■ Engines:

• 0..e utility functions F _E with domain LB _E < x < UB _E

• functions depend on engine total costs

• Lower bound LB _E > 0

• i.e. x > 0, which means production

■ Batteries:

• 0..b utility functions F _B with domain LB _B < x < UB _B

• functions depend on battery total costs and current state-of-charge

• i.e. x > 0 means production, and x < 0 consumption Bezugs zeichenliste

2 Energieanlagen konfigurieren (pre-negotiation phase)

4 Initialkonfiguration (device config)

6 Betriebsparameter (prognosis / measurement data)

8 Ermittlungsparameter (negotiation properties)

10 Ermittlungsparameter abfragen (negotiation retrieval)

12 Vorverhandlungsstrategie ermitteln

(pre-negotiation strategy)

14 Betriebsfahrpläne anpassen (schedule optimization)

16 Energieangebote/-nachfragen ermitteln (proposal ge- neration)

18a-d Energieangebote/-nachfragen (energy proposals)

20 Energieangebote/-nachfragen übermitteln

(proposal Submission)

22 Energieangebote/-nachfragen zuordnen (market Clearing)

24 Energieverteilungspläne ermitteln

(contract formulation)

26 Energieverteilungspläne (contracts)

26a erster Energieverteilungsplan

26b zweiter Energieverteilungsplan

28 Nachverhandlungsstrategie ermitteln (post- negotiation strategy)

30 Betriebsfahrpläne bestätigen (schedule confirmation)

32 Betriebsfahrpläne aktualisieren (schedule update)

34 Doppelauktion

36a-d Menge

38a-d Priorität

40 Anpassung, Optimierung

42 Delta (nicht erfüllte Energieangebote/-nachfragen)

44a-b Funktionen

46 Optimierungsergebnisse der Doppelauktion beifügen

100 Repräsentant einer Energieanlage 101 lokale Ebene

200 globale Instanz (balance master)

201 globale Ebene