Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von Energieaustau- schen zwischen mehreren Energiesystemen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Ober- begriff des Patentanspruches 10.

Energiesysteme, beispielsweise Stadtviertel, Gemeinden, Ge- bäude, industrielle Anlagen und dergleichen, umfassen typi- scherweise verschiedene energietechnische Anlagen, beispiels- weise Erzeugungs-, Verbrauchs- und/oder Speicheranlagen. Eine möglichst effiziente Allokation der im Gesamtsystem erzeugten und verbrauchten Energie sowie der Energieaustausche über ein zugehöriges Verteilnetz (Stromnetz) ist eine technische Her- ausforderung, die beispielsweise mittels eines lokalen Ener- giemarktes gelöst werden kann. Hierbei wird der lokale Ener- giemarkt technisch durch eine bezüglich der Energiesysteme zentralen Steuervorrichtung zur Steuerung der Energieaustau- sche ausgebildet.

Eine solche Steuervorrichtung ist beispielsweise aus dem Do- kument EP 3518369 Al bekannt.

Allerdings sind lokale Energiemärkte grundsätzlich auf elekt- rische Netze (Stromnetze) ausgerichtet. Hierbei wird typi- scherweise die Wärmeseite von Energiesystemen, beispielsweise Wohngebäuden, nicht explizit berücksichtigt. Andererseits macht Wärme in etwa 70 Prozent des Energiebedarfs von durch- schnittlichen Haushalten aus. Grundsätzlich kann der Bedarf an elektrischer Energie, die für die Wärmeerzeugung verwendet wird, ebenfalls am lokalen Energiemarkt gehandelt werden. Dadurch würden allerdings die zum Erzeugen der Wärme verwen- deten Wärmeerzeugungsanlagen wie gewöhnliche elektrische An- lagen im Rahmen des lokalen Energiemarktes betrachtet werden. Bezüglich der Wärmeerzeugungsanlagen spezifische technische Anforderungen bleiben hierbei unberücksichtigt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bereitstellung von Wärme durch eine Wärmeerzeugungsanlage verbessert in einen lokalen Energiemarkt zu integrieren.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch eine Steuervor- richtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 10 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteil- hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ange- geben .

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung von Energieaus- tauschen zwischen mehreren Energiesystemen über ein Stromnetz mittels einer bezüglich den Energiesystemen zentralen Steuer- vorrichtung, wobei wenigstens eines der Energiesysteme eine Wärmeerzeugungsanlage umfasst, die elektrische Energie aus dem Stromnetz in Wärme wandelt, ist gekennzeichnet durch we- nigstens die folgenden Schritte:

- Bereitstellen einer elektrischen Lastprognose für die Wärmeerzeugungsanlage zur Deckung einer vorgesehenen thermi- schen Last .

- Übermitteln der bereitgestellten elektrischen Lastprognose an die Steuervorrichtung, wobei die weiteren Energiesyste- me ebenfalls jeweilige elektrische Lastprognosen an die Steu- ervorrichtung übermitteln;

- Ermitteln von zu den Energieaustauschen zugehörigen elektrischen Leistungen (Sollwerte) durch die Steuervor- richtung basierend auf den übermittelten vorgesehenen elektrischen Lastprognosen , wobei das Ermitteln durch ein Optimierungsverfahren mittels einem Minimieren einer zugehö- rigen Zielfunktion erfolgt, und die Zielfunktion derart aus- gebildet ist, dass die Anzahl der Starts der Wärmeerzeu- gungsanlage zur Deckung der vorgesehenen thermischen Last minimiert wird; und

- Steuern der Energieaustausche gemäß der ermittelten elektrischen Leistungen mittels der Steuervorrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder eine oder mehrere Funktionen, Merkmale und/oder Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer seiner Ausgestaltungen können com- putergestützt sein. Insbesondere umfasst die Steuervorrich- tung eine oder mehrere Recheneinheiten, die dazu ausgebildet und eingerichtet sind, beispielsweise mittels Befehlen, das Optimierungsverfahren numerisch durchzuführen und die zu den Energieaustauschen zugehörigen elektrischen Leistung bezie- hungsweise Sollleistungen zu ermitteln.

Aus struktureller Sicht definiert insbesondere der IPCC Fifth

Assessment Report ein Energiesystem als: "Alle Komponenten, die sich auf die Erzeugung, Umwandlung, Lieferung und Nutzung von Energie beziehen" (Annex I, Seite 1261).

Energiesysteme umfassen typischerweise mehrere Komponenten, insbesondere energietechnische Anlagen, beispielsweise Ener- giewandlungsanlagen, Verbrauchsanlagen und/oder Speicheranla- gen. Hierbei können Energiesysteme mehrere Energieformen er- zeugen und/oder bereitstellen (multimodale Energiesysteme). Insbesondere stellt ein solches Energiesystem für einen Ver- braucher, beispielsweise ein Gebäude oder Wohngebäude, eine Industrieanlage oder private Anlagen, eine oder mehrere Ener- gieformen bereit, wobei die Bereitstellung insbesondere durch eine Umwandlung verschiedener Energieformen, durch einen Transport verschiedener Energieformen und/oder durch gespei- cherte Energieformen erfolgt. Mit anderen Worten werden die verschiedenen Energieformen, beispielsweise Wärme, Kälte oder elektrische Energie, mittels des multimodalen Energiesystems bezüglich ihrer Erzeugung, ihrer Bereitstellung und/oder ih- rer Speicherung gekoppelt. Energiesysteme sind beispielsweise Gebäude, insbesondere Wohngebäude und/oder Bürogebäude und/oder industrielle Anlagen.

Als energietechnische Anlage kann das Energiesystem eine oder mehrere der folgenden Komponenten umfassen: Stromgeneratoren, Kraftwärmekopplungsanlagen, insbesondere Blockheizkraftwerke, Gasboiler, Dieselgeneratoren, Wärmepumpen, Kompressionskälte- maschinen, Absorptionskältemaschinen, Pumpen, Fernwärmenetz- werke, Energietransferleitungen, Windkrafträder oder Wind- kraftanlagen, Photovoltaikanlagen, Energiespeicher, insbeson- dere Batteriespeicher, Biomasseanlagen, Biogasanlagen, Müll- verbrennungsanlagen, industrielle Anlagen, konventionelle Kraftwerke und/oder dergleichen.

Dem vorliegenden Verfahren liegen somit mehrere Energiesyste- me, beispielsweise Gebäude, die über ein Stromnetz Energie austauschen, zugrunde. Hierbei können die Energiesysteme in das Stromnetz zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Leistung einspeisen und/oder ausspeisen. Durch eine für einen bestimm- ten Zeitbereich in das Stromnetz eingespeiste und/oder ausge- speiste Leistung bildet sich eine bestimmte zwischen den Energiesystemen ausgetauschte Energie beziehungsweise Ener- giemenge aus, das heißt es erfolgt ein Energieaustausch zwi- schen den Energiesystemen. Wenigstens eines der Energiesyste- me umfasst eine Wärmeerzeugungsanlage, die elektrische Ener- gie zur Bereitstellung beziehungsweise zur Deckung eines Wär- mebedarfs ausspeist.

Die Energieaustausche zwischen den Energiesystemen werden mittels der bezüglich der Energiesysteme zentralen Steuervor- richtung gesteuert. Hierbei erfolgt die Steuerung mittels der Steuervorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, ein Optimie- rungsverfahren durchzuführen. Bevorzugt bildet die zentrale Steuervorrichtung einen lokalen Energiemarkt aus.

Ein Optimierungsverfahren im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein numerisches Verfahren, bei welchem Sollwerte für die Leistungen, die den Energieaustauschen zugrunde liegen, er- mittelt werden. Die genannten Leistungen beziehungsweise Leistungswerte sind hierbei Variablen einer festgelegten Zielfunktion, die im Rahmen des Optimierungsverfahrens mini- miert oder maximiert wird. Durch ein entsprechendes Vorzei- chen kann ein Minimieren stets in ein Maximieren übergeführt werden. Mit anderen Worten legt das Minimum oder Maximum der Ziel- funktion die zeitabhängigen Leistungen beziehungsweise ihre Sollwerte für die Steuerung fest. Die Zielfunktion modelliert hierbei typischerweise ein technisches Ziel, welches für die Energieaustausche verfolgt wird, beispielsweise eine bestmög- liche Übereinstimmung von Erzeugung und Verbrauch, eine mög- lichst geringe Kohlenstoffdioxidemission oder einen möglichst großen Energieumsatz. Vorliegend wird die Zielfunktion mini- miert und ist derart ausgestaltet, dass die Anzahl der Starts der Wärmeerzeugungsanlage, die zur Deckung des Wärmebedarfs gegebenenfalls unter Nutzung einer Flexibilität der Wärmeer- zeugung, erforderlich sind, minimiert werden. Hierbei be- zeichnet der Begriff der Flexibilität eine zeitliche Ver- schiebbarkeit der Wärmeerzeugung.

Gemäß einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine elektrische Lastprognose für die Wärmeerzeu- gungsanlage zur Deckung einer vorgesehenen thermischen Last bereitgestellte elektrische Last- prognose gibt hierbei an, welche elektrische Leistung zu wel- chem Zeitpunkt aus dem Stromnetz durch die Wärmeerzeugungsan- lage bezogen werden müsste, um die zeitabhängige vorgesehene thermische Last zu decken. Im Hinblick auf einen lokalen

Energiemarkt kann die elektrische Lastprognose einer maxima- len (zeitabhängigen) Leistung entsprechen, die das Energie- system maximal zur Deckung der thermischen Last zu beziehen beabsichtigt. Die Bereitstellung der elektrischen Lastprogno- se kann beispielsweise durch ein energiesysteminternes Prog- nosemodul ermittelt werden.

Umfasst beispielsweise das thermische System eines Haushaltes einen thermischen Energiespeicher und eine Wärmerzeugungsan- lage, beispielsweise eine Wärmepumpe und/oder einen elektri- sehen Boiler, die Wärme aus Strom erzeugt und somit die Domä- nen Strom und Wärme koppelt, dann kann auch für den Wärmebe- darf eines Haushaltes der hierfür erforderliche elektrische

Strom optimal am lokalen Energiemarkt beschafft werden. Hier- zu wird der zeitliche Verlauf des thermischen Energiebedarfs (thermische Lastprognose) ermittelt und daraus der elektri- sche Leistungsbedarf (elektrische Lastprognose) zum Betrieb der Wärmeerzeugungsanlage bestimmt.

In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die bereitgestellte elektrische Lastprognose an die Steuervorrichtung übermittelt. Hierbei können die weiteren Energiesysteme ebenfalls eine jeweilige elektrische Lastprog- nose an die Steuervorrichtung übermitteln. Somit ist der zentralen Steuervorrichtung bekannt, welche (maximalen) Leis- tungen zu welchen Zeitpunkten durch jedes der Energiesysteme aus dem Stromnetz ausgespeist oder eingespeist werden sollen. Hierbei können weitere Daten/Informationen bezüglich der vor- gesehenen Energieaustausche durch die Steuervorrichtung aus den Energiesystemen empfangen werden, insbesondere Informati- onen über maximale Anschlussleistungen, Vergütungsabsichten bezüglich Einspeisung und/oder Ausspeisungen und/oder Infor- mationen über zeitlich verschiebbare Lasten (Flexibilität). Typischerweise beziehen sich die genannten Informationen so- wie die elektrischen und thermischen Lastprognosen auf ein festgelegtes Zeitintervall, beispielsweise einen kommenden Tag, insbesondere den nächsten Tag.

Gemäß einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zu den Energieaustauschen zugehörigen elektrischen Leistungen durch die Steuervorrichtung basierend auf den übermittelten vorgesehenen elektrischen Lastprognosen er- mittelt. Hierbei erfolgt das Ermitteln durch ein Optimie- rungsverfahren mittels einem Minimieren einer zugehörigen Zielfunktion. Die Zielfunktion ist derart ausgebildet, dass die Anzahl der Starts der Wärmeerzeugungsanlage zur De- ckung der vorgesehenen thermischen Last minimiert wird.

Hierbei umfasst die Zielfunktion die elektrischen Leistungen sowie die Anzahl der Starts als Variablen, deren Wer- te durch das Minimieren der Zielfunktion ermittelt werden.

Die Zielfunktion kann weitere technische Ziele modellieren, beispielsweise eine möglichst geringe Gesamtkohlenstoffdioxi- demission, einen möglichst hohen Energieumsatz und/oder mög- lichst geringe Gesamtkosten.

Durch das erfindungsgemäße Minimieren der Starts der Wärmeer- zeugungsanlage wird die vorgesehene Wärmelast unter Berück- sichtigung von Flexibilitäten (zeitliche Verschiebbarkeit der Erzeugung) möglichst effizient im Hinblick auf den Verschleiß der Wärmeerzeugungsanlage erzeugt. Das ist deshalb der Fall, da typische Wärmeerzeugungsanlagen mit der Anzahl ihrer Starts altern, das heißt verschlei ßen. Das vorliegende Ver- fahren ermöglicht somit einen bezüglich des Verschleißes op- timierten Betrieb der Wärmeerzeugungsanlagen. Dadurch werden diese verbessert in einen lokalen Energiemarkt integrierbar, da ihre spezifischen technischen Anforderungen verbessert be- rücksichtigt werden.

In einem vierten Schritt des vorliegenden Verfahrens werden die Energieaustausche gemäß der ermittelten elektrischen Leistungen mittels der Steuervorrichtung gesteuert. Hier- bei erfolgt die Steuerung typischerweise mittelbar durch die Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung hat mittels der durchgeführten Optimierung Sollwerte (ermittelte elektrische Leistungen) für die Leistungen jedes Energiesystems ermit- telt. Diese Sollwerte werden dann an die jeweiligen Energie- systeme übermittelt. Innerhalb der Energiesysteme werden die Sollwerte der Leistungen durch lokale Steuereinheiten und/oder lokale Regeleinheiten umgesetzt, die entsprechende Steuersignale an die jeweiligen Anlagen, insbesondere die Wärmeerzeugungsanlage, übermitteln.

Die vorliegende Erfindung weist insbesondere einen oder meh- rere der folgenden Vorteile auf:

- Eine effizientere Möglichkeit, Angebote/Gebote für Wärmeer- zeugungsanlagen, insbesondere Wärmepumpen und/oder elektri- sche Boiler, an einem lokalen Energiemarkt einzustellen.

- Eine Ausnutzung von Flexibilitätspotentialen thermischer Energiesysteme. - Eine Kosteneinsparung für die einzelnen Energiesysteme durch optimalen Energieeinkauf und geringeren Verschleiß.

- Eine Möglichkeit der Flexibilitätsvermarktung und damit ei- ne Möglichkeit der Erschließung eines zusätzlichen Erlösstro- mes für das Energiesystem. Dies kann erreicht werden, wenn beispielsweise der elektrische Bedarf der Wärmeerzeugungsan- lagen zum Zeitpunkt erhöhter Einspeisung durch erneuerbare Energieerzeugung im Gesamtsystem und somit zu niedrigen Prei- sen bedient wird. Der Einsatz der flexiblen Wärmebereitstel- lung durch die Wärmeerzeugungsanlage, insbesondere wenn ein thermischer Energiespeicher vorhanden ist, stellt hierbei ei- ne Systemdienstleistung bereit (negative Regelleistung), die entsprechend vom Netzbetreiber honoriert werden könnte.

- Eine verbesserte Ressourcenbewirtschaftung erneuerbarer Energien durch Nutzung des Verschiebepotentials von thermi- schen Energiespeichern. Dies kann erreicht werden, wenn bei- spielsweise der elektrische Bedarf des betrachteten thermi- schen Systems zum Zeitpunkt erhöhter Einspeisung durch erneu- erbare Energieerzeugung bedient und somit der Nutzungsgrad erneuerbarer Erzeugung gesteigert wird. Alternativ könnte die Wärmeerzeugungsanlage aufgrund von Netzüberlastungen abgere- gelt werden und die potenziell mögliche Wärmeerzeugung würde in dieser Zeit verloren gehen.

- Eine Erhöhung der Nachhaltigkeit des gesamten Energiesys- tems, da das Flexibilitätspotenzial von thermischen Energie- speichern nutzbar gemacht wird. Dadurch kann zusätzlicher Netzausbau vermieden werden ohne zusätzliche Installation neuer Speichersysteme. Dies kann beispielsweise erreicht wer- den, wenn der elektrische Bedarf der Wärmeerzeugungsanlagen zum Zeitpunkt erhöhter Einspeisung durch erneuerbare Energie- erzeugung im Gesamtsystem und somit zu niedrigen Preisen be- dient wird. Dadurch können zum einen Einspeisungsspitzen ab- gefangen werden. Zum anderen wird die elektrische Leistung der Wärmeerzeugungsanlagen an Zeiten erhöhten Verbrauchs, beispielsweise in den Morgenstunden und/oder Abendstunden, reduziert und somit Lastspitzen vermieden. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung zur Steuerung von Energieaustauschen zwischen mehreren Energiesystemen über ein Stromnetz, wobei wenigstens eines der Energiesysteme eine Wärmeerzeugungsanlage umfasst, die elektrische Energie aus dem Stromnetz in Wärme wandelt, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet ist:

- eine für die Wärmeerzeugungsanlage bereitgestellte elektri- sche Lastprognose zur Deckung einer vorgesehenen thermi- schen Last zu empfangen sowie weitere jeweilige elekt- rische Lastprognosen von den weiteren Energiesystemen zu emp- fangen;

- zu den Energieaustauschen zugehörige elektrische Leistungen basierend auf den übermittelten vorgesehenen elektrischen Lastprognosen zu ermitteln, wobei das Ermitteln durch ein Optimierungsverfahren mittels einem Minimieren einer zugehö- rigen Zielfunktion erfolgt, und die Zielfunktion derart aus- gebildet ist, dass die Anzahl der Starts der Wärmeerzeu- gungsanlage zur Deckung der vorgesehenen thermischen Last minimiert wird; und

- die Energieaustausche gemäß der ermittelten elektrischen Leistungen zu steuern.

Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen Verfahren gleichartige, gleichwertige und gleichwirkende Vorteile und/oder Ausgestal- tungen der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Wärmeerzeugungsanlage als Wärmepumpe ausgebildet.

Vorteilhafterweise kann dadurch der Verschleiß von Wärmepum- pen deutlich reduziert werden. Das ist deshalb der Fall, da Wärmepumpen insbesondere mit der Anzahl ihrer Starts bezie- hungsweise Kompressorstarts verschleißen. Je öfter diese an- springt, das heißt startet, desto höher ist ihr Verschleiß. Allerdings erfordert eine bestmögliche Nutzung der Flexibili- tät der Wärmeerzeugung und somit des Betriebes der Wärmeer- zeugungsanlage typischerweise ein mehrfaches Starten und Stoppen der Wärmeerzeugungsanlage. Vorliegend wird es somit möglich, Wärme bereitzustellen beziehungsweise eine Wärmelast wenigstens teilweise zu decken und gleichzeitig den Ver- schleiß in Verbindung mit der durch die Wärmepumpe bereitge- stellten zeitlichen Flexibilität für die Wärmeerzeugung zu reduzieren .

Alternativ oder ergänzend kann die Wärmeerzeugungsanlage als Wasserboiler ausgebildet sein.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die elektrische Lastprognose aus einer thermischen Lastprogno- se gemäß ermittelt, wobei COP _t die Leis- tungszahl der Wärmepumpe ist.

Vorteilhafterweise ist typischerweise die Leistungszahl der Wärmepumpe bekannt, sodass die elektrische Lastprognose effi- zient und ausreichend näherungsweise über den oben genannten Zusammenhang ermittelt werden kann. Das Ermitteln der elektrischen Lastprognose kann durch das Energiesystem selbst und/oder durch die Steuervorrichtung durchgeführt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Außentemperatur erfasst und die Leistungszahl COP _t in Abhängigkeit der erfassten Außentemperatur bestimmt.

Dadurch kann vorteilhafterweise die Abhängigkeit der Wärmebe- reitstellung beziehungsweise Wärmeerzeugung von der Außentem- peratur berücksichtigt werden. Insbesondere ist dies für Wär- mepumpen vorteilhaft, die Luft als Wärmequelle verwenden. So- mit kann der Einfluss der Wärmequelle berücksichtigt werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Zielfunktion einen Term der Form zur Minimie- rung der Anzahl der Starts , wobei ξ ^wear ein Verschleiß- faktor und als binäre Variable ausgebildet ist, die die Anzahl der Starts kennzeichnet. Hierbei kann die Zielfunktion weitere Terme, die minimiert werden, umfassen. Beim Optimierungsverfahren wird dann die gesamte Zielfunktion minimiert. Die Binärvariable weist einen ersten und zweiten Wert auf, bevorzugt die Werte 0 und

1, wobei ihr typischerweise zeitabhängiger Wert durch das Mi- nimieren der Zielfunktion ermittelt wird. Somit gibt an, zu welchem Zeitpunkt die Wärmeerzeugungsanlage, insbesondere die Wärmepumpe, startet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden weitere binäre Variablen und beim Optimierungsver- fahren verwendet, wobei den Betriebsstatus der Wärmeer- zeugungsanlage und die Anzahl der Stopps der Wärmeerzeu- gungsanlage kennzeichnet, und die Nebenbedingungen und beim Optimierungsverfahren verwendet werden.

Dadurch kann vorteilhafterweise das Optimierungsverfahren verbessert werden. Mit anderen Worten werden durch die ge- nannten beim Optimierungsverfahren verwendeten Nebenbedingun- gen die Starts und Stopps der Wärmeerzeugungsanlage, insbe- sondere der Wärmepumpe, ermittelbar. Durch die weiteren Bi- närvariablen können vorteilhafterweise weitere technische An- forderungen der Wärmeerzeugungsanlage, wie beispielsweise Mindesteinschaltzeiten und/oder Mindestausschaltzeiten der Wärmeerzeugungsanlage durch beziehungs- weise beim Optimierungsverfahren als Nebenbedingung verwendet und somit berücksichtigt werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Energiesystem zusätzlich einen mit der Wärmeerzeugungsan- lage thermisch gekoppelten Wärmespeicher, wobei die Zielfunk- tion derart ausgebildet ist, dass Speicherverluste des Wärme- Speichers minimiert werden.

Vorteilhafterweise können dadurch Speicherverluste von ther- mischen Energiespeichern minimiert werden. Hierbei kann das System aus Wärmeerzeugungsanlage und thermischem Energiespei- cher durch modelliert werden, wobei die thermische Last, die thermische Ladeleistung des Speichers, die durch die Wärmeerzeugungsanlage erzeugte Wärmeleistung und die thermische Entladeleistung des Speichers kennzeichnet.

Weiterhin kann der thermische Energiespeicher durch modelliert werden. Hierbei ist Energieinhalt des Speichers, Δt eine Zeitschrittweite, ein Ladewirkungsgrad und η ₂ ein Entladewirkungsgrad. Die Verluste des Speichers durch Selbstentladung werden durch modelliert. Das Modell ist flexibel verwendbar und bietet eine ausreichende

Genauigkeit für unterschiedliche Speichertechnologien. Kon- stante Parameter, wie beispielsweise die genannten Wirkungs- grade, können durch historische Messdaten bestimmt werden. Durch weitere Messungen kann der Energieinhalt des Speichers, beispielsweise durch vorhandene Temperaturfühler, abgeschätzt werden .

Die Verluste durch Selbstentladung werden vereinfacht durch beschrieben, wobei der Verlustkoef- fizient φ ^storage durch historische Messdaten abgeschätzt werden kann.

Der maximale und minimale Speicherinhalt sowie die maximalen Lade- und Entladeleistungen können durch Systemparameter, wie beispielsweise maximale und minimale Vor- und Rücklauftempe- raturen sowie Größe der Anschlussleitungen, abgeschätzt wer- den. Diese begrenzen die entsprechenden Größen gemäß . Diese Nebenbedingungen können beim Optimie- rungsverfahren verwendet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Zielfunktion einen Term der Form zur Mini- mierung der Speicherverluste, wobei ξ ^loss ein thermischer Ge- Wichtungsfaktor ist.

Dadurch können vorteilhafterweise die Speicherverluste bei der Optimierung berücksichtigt und minimiert werden. Beson- ders bevorzugt umfasst die Zielfunktion somit den Term ξ ^loss • , sodass dieser minimiert wird. Hierbei können weitere multiplikative numerische Konstanten, bei- spielsweise die Zeitschrittweite der Optimierung Δt, vorgese- hen sehen. Weiterhin werden der Verschleiß und die Speicher- verluste verschieden durch ihre jeweiligen Gewichtungsfakto- ren ξ ^wear , ξ ^loss gewichtet. Alternativ oder ergänzend können beide Terme durch entsprechende Skalierungsfaktoren geteilt werden, sodass sie in derselben numerischen Größenordnung sind. Dadurch wird vorteilhafterweise die Numerik verbessert.

Die Lösung des oben genannten Optimierungsproblems umfasst somit eine optimale Trajektorie für den Stromverbrauch der Wärmeerzeugungsanlage, insbesondere der Wärmepumpe, für den Ladezustand des Speichers, für die Speicherbeladung und Spei- cherentladung bei einem möglichst geringem Verschleiß der Wärmeerzeugungsanlage.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird beim Optimierungsverfahren die weitere Nebenbedingung verwendet, wobei eine minimale Einschalt- leistung und die Nennleistung der Wärmeerzeugungsanlage ist.

Dadurch werden vorteilhafterweise die technischen Leistungs- grenzen der Wärmeerzeugungsanlage beim Optimierungsverfahren berücksichtigt. Mit anderen Worten kann dadurch ein Ergebnis der Optimierung ermittelt werden, welches die technischen Leistungsgrenzen der Wärmeerzeugungsanlage respektiert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er- geben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei- spielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die Figur schematisiert ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.

Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente kön- nen in der Figur mit denselben Bezugszeichen versehen sein.

Dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt ein Gebäude (Ener- giesystem) zugrunde, dass eine Wärmepumpe zur wenigstens teilweisen Deckung seines Wärmebedarfs umfasst. Weiterhin kann das Energiesystem einen mit der Wärmepumpe thermisch ge- koppelten Energiespeicher, beispielsweise einen Wasserspei- cher, umfassen.

Für das Energiesystem kann für einen zukünftigen Zeitbereich eine thermische Lastprognose ermittelt werden. Aus der ermit- telten thermischen Lastprognose kann eine elektrische Last- prognose für die Wärmepumpe, beispielsweise über ihre Leis- tungszahl, ermittelt werden. Hierbei kann der thermische Energiespeicher berücksichtigt werden. Die dadurch ermittelte elektrische Lastprognose kann durch ein entsprechendes Ange- bot über einen lokalen Energiemarkt bezogen werden. Hierbei wird der lokale Energiemarkt durch eine bezüglich mehreren Energiesystemen zentrale Steuervorrichtung ausgebildet, die die Energieaustausche zwischen den Energiesystemen steuert. Hierzu ermittelt die Steuervorrichtung mittels eines numeri- schen Optimierungsverfahrens zeitabhängige Sollleistungen für jedes der Energiesysteme.

Gemäß einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird somit die elektrische Lastprognose für die Wärmepumpe zur wenigstens teilweisen Deckung der vorgesehenen thermischen Last ermit- telt. Dadurch ist bekannt, welche elektrische Leistung zu welchem Zeitpunkt aus dem Stromnetz zu beziehen ist, damit die entsprechende thermische Last gedeckt wird.

In einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird die bereitge- stellte elektrische Lastprognose an die Steuervorrichtung des lokalen Energiemarktes übermittelt. Hierbei übermitteln alle am lokalen Energiemarkt teilnehmenden Energiesysteme ihre elektrischen Lastprognosen ebenfalls an die Steuervorrich- tung. Die Steuervorrichtung bringt diese dann durch ein Opti- mierungsverfahren bezüglich einer Zielfunktion bestmöglich in Übereinstimmung .

Gemäß einem dritten Schritt S3 werden zu den Energieaustau- schen zugehörige elektrischen Leistungen durch die Steuervor- richtung basierend auf den übermittelten vorgesehenen elektrischen Lastprognosen ermittelt, wobei das Ermitteln durch das Optimierungsverfahren mittels einem Minimieren ei- ner zugehörigen Zielfunktion erfolgt. Hierbei ist die Ziel- funktion derart ausgebildet beziehungsweise hinterlegt, dass wenigstens die Anzahl der Starts der Wärmepumpe zur Deckung der vorgesehenen thermischen Last minimiert wird. Dadurch wird vorteilhafterweise der Verschleiß der Wärmepumpe redu- ziert und dennoch kann die zeitliche Flexibilität der Wärme- erzeugung durch die Wärmepumpe, die typischerweise die Anzahl der Starts erhöht, genutzt werden und die thermische Last bestmöglich gedeckt werden.

In einem vierten Schritt S4 des Verfahrens werden schließlich die durch das Optimierungsverfahren ermittelten elektrischen Leistungen beziehungsweise Sollleistungen umgesetzt. Mit an- deren Worten erfolgt das Steuern der Energieaustausche gemäß der ermittelten elektrischen Leistungen mittels der Steuer- vorrichtung. Dadurch erfolgen die Energieaustausche zwischen den Energiesystemen über das Stromnetz.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein- geschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hie- raus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste

S1 erster Schritt

S2 zweiter Schritt

S3 dritter Schritt

S4 vierter Schritt