STEUERN EINES SYSTEMS ZUR KONTINUIERLICHEN, BEDARFSGERECHTEN ENERGIEVERSORGUNG EINES GEBÄUDES SOWIE COMPUTERPROGRAMMPRODUKT

Beschreibung

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes, ein Verfahren zum Steuern eines Systems zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes, eine Steuereinheit zum Steuern eines Systems zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes und ein Computerprogrammprodukt.

Hintergrund

Im Hinblick auf die optimale Nutzung von zur Verfügung stehender Energie und insbesondere im Hinblick auf die potentiellen Auswirkungen eines zu hohen, oftmals unnötigen Energieverbrauchs, der beispielsweise zu erhöhten CO ₂ -Emissionen in der Energieerzeugung und damit beispielsweise zu einer Beförderung des Klimawandels usw. führt, ist es mehr denn je ein Ziel, Anlagen und Maschinen, deren Hauptaufgabe beispielsweise in der Produktion von Bauteilen oder in der Bereitstellung von IT-Services (wie Berechnungen und/oder Speichermöglichkeiten usw.) liegt, für die Wärmeerzeugung und damit für das Beheizen von anderen Bereichen, beispielsweise Wohn- und Bürogebäuden, aber auch Ställen usw., zu verwenden.

In der Regel der Fälle werden diese Maschinen und Anlagen mit elektrischer Energie betrieben, wobei durch Antriebe oder große Prozessoreneinheiten ein Großteil der elektrischen Energie in thermische Energie (Wärme) umgewandelt wird. Diese thermische Energie wird im Wesentlichen ausschließlich als Abwärme über entsprechende Kühlsysteme der Umgebung, insbesondere der Außenluft, zugeführt. Das bedeutet, dass ein wesentlicher Teil der dem System zugeführten Energie ungenutzt wieder an die Umgebung abgegeben wird, wodurch entsprechend mehr Ressourcen zur Erzeugung der elektrischen Energie und zum Beheizen der Gebäude verbraucht werden müssen, als notwendig.

Aus dem Stand der Technik sind Möglichkeiten bekannt, beispielsweise die Abwärme von Servern durch eine entsprechend modellierte Wasserkühlung für weitere Zwecke zu verwenden, anstatt sie einfach der Umgebung zuzuführen.

In diesem Zuge der Idee, die Abwärme von diesen Maschinen und Anlagen für weitere Zwecke zu nutzen, ergibt sich aber oftmals das Problem, dass diese Maschinen bzw. Anlagen teilweise nicht kontinuierlich mit gleicher Last (Primärlast des Produzierens von Bauteilen bzw. Primärlast des Durchführens von Rechenoperationen usw.) betrieben werden, sodass auch entsprechend keine kontinuierliche Erzeugung von thermischer Energie (als eine Art Sekundärlast) stattfinden kann.

Dabei können teilweise die Primärlasten der Maschinen bzw. Anlagen derart großen Schwankungen unterliegen, dass für die Versorgung beispielsweise eines Gebäudes eine kontinuierliche Bereitstellung von Wärme nicht möglich ist, sodass der Bedarf nach einem System, das die Schwankungen von Über- und Untererzeugung von elektrischer und thermischer Energie vorteilhaft nutzt, um eine entsprechend kontinuierliche Versorgung eines Gebäudes mit elektrischer und thermischer Energie zu sichern, besteht.

Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Nachteile ist es ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ein verbessertes System zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes sowie ein entsprechend verbessertes Verfahren zur Steuerung des Systems zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung des Gebäudes bereitzustellen, mit dem die Probleme und Nachteile der bereits bekannten Lösungen vermieden werden und stattdessen die produzierte Energiemenge kontinuierlich nutzbar und speicherbar gemacht wird.

Zusammenfassung

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes, ein Verfahren zum Steuern eines Systems zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes, eine Steuereinheit zum Steuern eines Systems zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes und ein Computerprogrammprodukt.

Insbesondere werden zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe ein System zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zum Steuern eines Systems zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes gemäß Anspruch 24, eine Steuereinheit zum Steuern eines Systems zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes gemäß Anspruch 33 und ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 34 vorgeschlagen. Die abhängigen Ansprüche betreffen einige beispielhaft bevorzugten Ausführungsformen.

Gemäß einem Aspekt wird ein beispielhaftes System zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes vorgeschlagen, mit einem ersten Energiebereitstellungsmodul zur Bereitstellung einer Energiemenge einer ersten Energieform, einem ersten Energiewandlermodul, das einen ersten, primärlastabhängigen Energiewandler zur primärlastabhängigen Umwandlung eines Teils der bereitgestellten Energiemenge der ersten Energieform in eine von der ersten Energieform verschiedenen zweiten Energieform und einen ersten Energiespeicher zur Speicherung einer Energiemenge der zweiten Energieform aufweist, einem Verbrauchermodul, das mindestens einen Verbraucher des Gebäudes zum Verbrauchen einer bedarfsabhängigen Energiemenge der ersten Energieform und/oder einer bedarfsabhängigen Energiemenge der zweiten Energieform aufweist, und einer Steuereinheit zur Steuerung der Module des Systems, wobei das System ferner ein zweites Energiewandlermodul aufweist, das einen zweiten Energiewandler zur Umwandlung eines anderen Teils der Energiemenge der ersten Energieform in eine von der ersten und der zweiten Energieform verschiedenen dritten Energieform aufweist, wobei bei der Umwandlung des anderen Teils der Energiemenge der ersten Energieform in die dritte Energieform gleichzeitig ein Teil des anderen Teils der Energiemenge der ersten Energieform in die zweite Energieform umgewandelt wird, einen zweiten Energiespeicher zur Speicherung der Energiemenge der dritten Energieform aufweist, und einen dritten Energiewandler zur Umwandlung einer gespeicherten Energiemenge der dritten Energieform in die erste Energieform aufweist, wobei bei der Umwandlung der gespeicherten Energiemenge der dritten Energieform in die erste Energieform gleichzeitig ein Teil der Energiemenge der dritten Energieform in die zweite Energieform umgewandelt wird.

Insbesondere kann die Steuereinheit die Module des Systems derart steuern, dass, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul erzeugte bzw. bereitgestellte Energiemenge der ersten Energieform größer als die durch das Verbrauchermodul verbrauchte Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, im Wesentlichen die überschüssige Energiemenge zeitlich versetzt oder gleichzeitig in dem ersten Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform und in dem zweiten Energiespeicher zur Speicherung der dritten Energieform gespeichert wird, und dass, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul erzeugte bzw. bereitgestellte Energiemenge der ersten Energieform kleiner als die durch das Verbrauchermodul verbrauchte Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, zeitlich versetzt oder gleichzeitig im Wesentlichen die in dem ersten Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform und die in dem zweiten Energiespeicher zur Speicherung der dritten Energieform gespeicherte Energiemenge, nachdem sie in eine Energiemenge der ersten und/oder der zweiten Energieform umgewandelt wurde, für das Verbrauchen im Verbrauchermodul wieder abgegeben wird.

Die Steuereinheit des beispielhaften Systems kann die Speicher- und Entladevorgänge der Energiespeicher dahingehend vorteilhaft steuern, dass der Speichervorgang des Energiespeichers der zweiten Energieform gleichzeitig mit dem Speichervorgang des Energiespeichers der dritten Energieform erfolgt. Sowohl eine zeitlich versetzte Speicherung der unterschiedlichen Energieformen als auch eine nacheinander erfolgende Speicherung sind möglich. Das gleiche gilt für die Entladevorgänge der Speicher, die ebenfalls zeitlich gesteuert werden können. Dabei können verschiedenen Bedingungen als Maßgabe/Abhängigkeit (beispielsweise aufgrund verschiedener Wirkungsgrade der einzelnen Energieformen zur jeweils anderen Energieform bei Umwandlung oder Bedarf an einer entsprechenden Energieform zum Verbrauchen im Gebäude etc.) herangezogen werden, wann welcher Speicher wie be- bzw. entladen wird.

Durch das beispielhafte System kann trotz primärlastabhängiger Umwandlung von beispielsweise elektrischer Energie (beispielsweise erste Energieform) in beispielsweise thermische Energie (beispielsweise zweite Energieform), was teilweise zu einer sehr schwankungsbehafteten Erzeugung und damit Bereitstellung von thermischer Energie (Wärme) für die Versorgung des Gebäudes führen kann, eine kontinuierliche Versorgung des Gebäudes mit elektrischer und thermischer Energie sichergestellt werden.

Einen überraschend positiven Effekt auf dieses System hat die Verwendung der dritten Energieform (beispielsweise chemische Energie) als eine Art Kompensationsenergieform für den Bedarf an der ersten Energieform (beispielsweise elektrische Energie) und/oder an der zweiten Energieform (beispielsweise thermische Energie) für die kontinuierliche Versorgung von Maschinen und Anlagen, des Gebäudes und seine technischen Einheiten/Module.

Dabei kann entsprechend bei Energieüberschuss (es steht mehr Energie bereit, als verbraucht wird), insbesondere elektrischer Energieüberschuss, die überschüssige Energie in chemische Energie umgewandelt und für spätere Zeiten, in denen beispielsweise zu wenig elektrische, aber auch zu wenig thermische Energie für die Versorgung der Maschinen und Anlagen sowie für die Versorgung des Gebäudes bereitsteht, gespeichert werden. Aus der gespeicherten chemischen Energie kann bei Bedarf wieder elektrische sowie thermische Energie zurückzugewonnen und diese für die kontinuierliche Versorgung der Maschinen und Anlagen sowie des Gebäudes und/oder deren technischen Einheiten/Module vorteilhaft verwendet.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Methode liegt unter anderem in der Speichermöglichkeit von vergleichsweise großen Energiemengen chemischer Energie auf vergleichsweise kleinem Raum, da chemische Energie (beispielsweise Gase wie Wasserstoff, Methan etc.) unter mäßigem Druck (beispielsweise im Bereich von 30 bis 40 bar) gut komprimierbar sind, wobei die für das Erreichen dieser Druckniveaus benötigte Energiemenge zum Komprimieren der Gase (beispielsweise eine dafür verwendete elektrische Energiemenge) vergleichsweise überschaubar ist.

Ein weiterer Vorteil dieser Methode besteht in der Möglichkeit, Gase wie Wasserstoff auf mehrere Arten für die Rückgewinnung von thermischer bzw. elektrischer Energie zu nutzen. Eine Variante wäre beispielsweise die Verbrennung des Wasserstoffs in einer entsprechenden Vorrichtung, beispielsweise in einem Blockheizkraftwerk, eine andere Variante wäre beispielsweise die Nutzung des Wasserstoffs in einer Brennstoffzelle.

Auch die sogenannte kalte Verbrennung in der Brennstoffzelle liefert Abwärme um 55 °C. Bei einem Blockheizkraftwerk liegen die Abgastemperaturen meist bei 300 °C bis 400 °C. Damit kann in beiden Fällen Abwärme, einerseits im Niedrig- bis Mitteltemperaturbereich und andererseits im Hochtemperaturbereich, sowie elektrische Energie für die weitere Verwendung im beispielhaften System bereitgestellt werden.

Hierdurch kann auf verschiedenen Wegen und insbesondere im Hinblick darauf, welche Energieform (thermische oder elektrische) in welcher Qualität zusätzlich benötigt wird, trotz der schwankungsbehafteten Bereitstellung bzw. Erzeugung von thermischer Energie (aufgrund der Primärlastabhängigkeit des ersten Energiewandlers) eine kontinuierliche Versorgung des Gebäudes mit elektrischer und thermischer Energie gewährleistet werden und dabei der Betrieb der Maschinen/Anlagen (beispielsweise Werkzeugmaschinen, Recheneinheiten usw.) sowie der technischen Einheiten/Module (beispielsweise der Wärmepumpe) des Gebäudes und damit des beispielhaften Systems gewährleistet bzw. unterstützt werden.

Durch das beispielhafte System wird es ermöglicht, die jeweiligen Vor- und Nachteile der verschiedenen Energieformen wie elektrische (beispielsweise erste Energieform), thermische (beispielsweise zweite Energieform) und chemische (beispielsweise dritte Energieform) Energieformen vorteilhaft für die kontinuierliche Versorgung des Gebäudes zu nutzen. Während beispielsweise die Umwandlung von elektrischer Energie zu thermischer Energie mit sehr hohen Wirkungsgraden einhergeht, kann eine Speicherung von sehr großen Mengen elektrischer Energie oder Wärme problematisch sein, da derartige Speicher viel Platz verbrauchen oder durch deren Investitionssummen zu unwirtschaftlichen Gesamtsystemen führen, wohingegen die Umwandlung von elektrischer Energie in chemische Energie mit einem etwas schlechteren Wirkungsgrad erfolgt, jedoch die Speicherung von chemischer Energie (beispielsweise in Form von Gas/Brenngas) aufgrund der Verdichtung Möglichkeiten bietet, eine höhere Energiedichte bei der Speicherung von chemischer Energie im Vergleich zu elektrischer bzw. thermischer Energiespeicherung zu realisieren. Je nach Ausmaß des Energieüberschusses oder Energiemangels bzw. Bedarf an einer bestimmten Energieform kann das System vorteilhaft verwendet werden.

Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass das erste Energiebereitstellungsmodul einen ersten Energieerzeuger zur Erzeugung einer Energiemenge der ersten Energieform aufweist, wobei die erzeugte Energiemenge der ersten Energieform abhängig von mindestens einer ersten, diskontinuierlichen Energiequelle ist, insbesondere eine erneuerbare Energiequelle wie Solarenergie und/oder Windenergie.

Wird die elektrische Energie (beispielsweise erste Energieform) durch erneuerbare Energien bereitgestellt, wird das Problem der kontinuierlichen Energieversorgung des Gebäudes noch komplexer und damit noch deutlicher. Bei der Erzeugung von elektrischer Energie durch erneuerbare Energien erfreuen sich insbesondere Photovoltaikanlagen auf entsprechenden Gebäudedächern oder im dazugehörigen Grundstück großer Beliebtheit. Auch kleine Lösungen von Windkraftanlagen (bspw. Windräder, vertikale Windkraftanlagen etc.) sind heutzutage auf dem Markt erhältlich und werden immer beliebter. Ein Problem dieser Energiequellen, insbesondere der Energie durch Sonneneinstrahlung (Solarenergie) und der Energie durch Strömung von Luft (Windenergie), ist die Verfügbarkeit. Zur Nachtzeit, wenn keine Sonne scheint, kann entsprechend keine Solarenergie erzeugt werden. Das gleiche passiert, wenn es windstill ist, dann kann kein Windrad elektrische Energie zur Nutzung erzeugen. Kommt beides zusammen, handelt es sich um eine sogenannten „Dunkelflaute".

Ein weiteres Problem besteht darin, dass es oftmals tagsüber, wenn beispielsweise die Sonne scheint und somit genutzt werden kann, um Energie zu produzieren, an entsprechenden Abnehmern fehlt, insbesondere in privaten Haushalten, da der Großteil der Bevölkerung tagsüber einer Tätigkeit außerhalb des eigenen Hauses nachgeht und somit die daheim erzeugte Energie oftmals nicht vollständig für die eigenen Geräte und Hilfsmittel (wie beispielsweise Beleuchtung, Rechentechnik und Drucker etc.) genutzt werden kann. Ein vergleichbares Problem besteht ebenfalls mit der Windenergie, die zwar grundsätzlich zu jeder Tages- und Nachtzeit produziert werden könnte, aber nur, wenn denn auch Wind weht, wobei im Idealfall auch zu dieser Zeit die erzeugte Energie verbraucht wird.

Durch das beispielhafte System wird es ermöglicht, dass die aus diskontinuierlichen Energiequellen wie beispielsweise Sonnenstrahlung (mittels Photovoltaik- bzw. Solaranlagen) oder Strömung von Luft (mittels Windkraftanlagen) erzeugte Energiemenge Tag und Nacht zur Versorgung eines Gebäudes bereitgestellt werden kann.

Dabei werden die Zeiten von Energieüberschuss genutzt, um die Energiespeicher zu füllen, um in Zeiten von geringerer Energieerzeugung durch Photovoltaikeinheiten und/oder Windrädern, insbesondere Zeiten, in denen weniger Energie erzeugt als durch Verbraucher des Gebäudes verbraucht wird, die fehlende Energiemenge auszugleichen.

Auch bei dem Einsatz von diskontinuierlichen Energiequellen wie Solarenergie und Windenergie für die Bereitstellung von elektrischer Energie hat sich die Verwendung von chemischer Energie als Kompensationsenergieform als überaus positiv herausgestellt, da ebenfalls die Schwankungen bei der Bereitstellung der elektrischen Energie durch das oben bereits beschriebene System überaus vorteilhaft genutzt bzw. ausgeglichen werden konnten, um eine kontinuierliche Versorgung des Gebäudes mit elektrischer und thermischer Energie zu gewährleisten. Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass das erste Energiebereitstellungsmodul einen dritten Energiespeicher zur Speicherung einer

Energiemenge der ersten Energieform aufweist.

Insbesondere kann die Steuereinheit die Module des Systems derart steuern, dass, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul erzeugte bzw. bereitgestellte Energiemenge der ersten Energieform größer als die durch das Verbrauchermodul verbrauchte Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, im Wesentlichen die überschüssige Energiemenge zeitlich versetzt oder gleichzeitig in dem ersten Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform, in dem zweiten Energiespeicher zur Speicherung der dritten Energieform und in dem dritten Energiespeicher zur Speicherung der ersten Energieform gespeichert wird, und dass, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul erzeugte bzw. bereitgestellte Energiemenge der ersten Energieform kleiner als die durch das Verbrauchermodul verbrauchte Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, zeitlich versetzt oder gleichzeitig im Wesentlichen die in dem ersten Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform, die in dem zweiten Energiespeicher zur Speicherung der dritten Energieform, nachdem diese in eine Energiemenge der ersten und/oder der zweiten Energieform umgewandelt wurde, und die in dem dritten Energiespeicher zur Speicherung der ersten Energieform gespeicherte Energiemenge für den Verbrauch im Verbrauchermodul wieder abgegeben wird.

Durch die beispielhafte Weiterbildung wird ermöglicht, dass auch Energiemengen der ersten Energieform (beispielsweise elektrische Energie) vorteilhaft gespeichert werden können, um beispielsweise bei sehr hohen Überschüssen an beispielsweise elektrischer Energie diese zumindest kurzzeitig zu speichern/zu puffern und sie beispielsweise für die Umwandlung in chemische Energie für die längerfristige Speicherung bereitzustellen oder umgekehrt, die bei der Umwandlung von chemischer Energie beispielsweise in thermische Energie entstehende zusätzliche elektrische Energie zu speichern und sie bei Bedarf wieder dem beispielhaften System bereitzustellen. Dabei kann auch hier die Steuereinheit die Speicher- und Entladevorgänge des Elektrospeichers gemäß der bereits beschriebenen Speicher- und Entladevorgänge steuern.

Nicht nur das bzw. die Verbrauchermodule des Gebäudes können mit den gespeicherten und wieder bereitgestellten Energien versorgt werden, sondern auch die Maschinen und Anlagen als primärlastabhängige Wärmeerzeuger sowie die technischen Einheiten/Module des Gebäudes und damit insgesamt des beispielhaften Systems selbst. Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass das erste Energiewandlermodul einen fünften Energiespeicher aufweist, der dazu eingerichtet ist, eine Energiemenge der zweiten Energieform in eine Energiemenge der dritten Energieform umzuwandeln und diese zu speichern, wobei der fünfte Energiespeicher dazu eingerichtet ist, die gespeicherte Energiemenge der dritten Energieform zurück in eine Energiemenge der zweiten Energieform umzuwandeln.

Durch den fünften Energiespeicher kann in vorteilhafter Weise die Energiemenge der zweiten Energieform (beispielsweise thermische Energie) direkt in eine Energiemenge der dritten Energieform (beispielsweise chemische Energie) umgewandelt und für das Speichern im fünften Energiespeicher vorbereitet werden. Darüber hinaus ist der fünfte Energiespeicher dazu eingerichtet, diesen Vorgang reversibel durchzuführen, sodass die gespeicherte Energiemenge der dritten Energieform in eine Energiemenge der zweiten Energieform zurückgewandelt wird und diese (zweite Energieform) für das Einspeisen in das beispielhafte System durch den fünften Energiespeicher bereitgestellt werden kann.

Der fünfte Energiespeicher kann vorteilhaft im beschriebenen System verwendet werden, da, neben dem Überschuss an elektrischer Energie, auch ein Überschuss an thermischer Energie im beispielhaften System vorliegen kann. Beispielsweise kann ein solcher thermischer Überschuss vorliegen, wenn die primärlastabhängigen Wärmeerzeuger voll ausgelastet und sämtliche anderen thermischen Speicher voll beladen sind, aber weniger Wärme in den Verbrauchermodulen des Gebäudes verbraucht wird, als erzeugt wird, sodass ein chemischer Wärmespeicher hier vorteilhaft eingesetzt werden kann. Ein weiteres Beispiel der vorteilhaften Verwendung des chemischen Wärmespeichers kann die Speicherung der bei der Rückumwandlung der im dritten Energiespeicher gespeicherten chemischen Energie durch den dritten Energiewandler erzeugte Wärmeenergie sein.

Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass das Speichern der überschüssigen Energiemenge der verschiedenen Energieformen in den Energiespeichern, das Abgeben der in den Energiespeichern gespeicherten Energiemenge der verschiedenen Energieformen und das Umwandeln der überschüssigen oder abgegebenen Energiemenge der verschiedenen Energieformen in einer von der Steuereinheit gesteuerten Reihenfolge erfolgt, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Reihenfolge in Abhängigkeit einer Primärlast des ersten, primärlastabhängigen Energiewandlers und eines Bedarfs des Verbrauchermoduls an einer Energiemenge der ersten Energieform und einer Energiemenge der zweiten Energieform zu steuern. Insbesondere der Faktor Auslastung der Primärlast des ersten Energiewandlers kann ein für die Steuerung des Systems relevanter Parameter sein, um zum einen die zu erzeugende thermische Energiemenge zu bestimmen und damit auch zu „planen", zum anderen aber auch die produzierbare thermische Energie stets mit dem Bedarf des Verbrauchermoduls des Gebäudes abzugleichen und hier, beispielsweise bei einer Überproduktion/Übererzeugung von thermischer Energie, eine entsprechende Speicherung der überschüssigen thermischen Energie einzuleiten. Gleiches gilt natürlich bei einem Überschuss an elektrischer Energie, die ebenfalls entsprechend vorteilhaft entweder direkt gespeichert oder aber zunächst in eine andere Energieform, beispielsweise thermische und/oder chemische Energie, umgewandelt und entsprechend gespeichert werden kann.

Aber auch andere Parameter wie Verfügbarkeit an Speicherkapazität der einzelnen Energieformen oder die kurzzeitige Bereitstellung von vergleichsweise großen Energiemengen, beispielsweise großen Energiemengen an elektrischer Energie für beispielsweise energieintensive Fertigungsprozesse können in vorteilhafter Weise eine Berücksichtigung bei der Steuerung des Systems finden.

Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass der erste Energiespeicher einen Kurzzeitspeicher zur kurzfristigen Speicherung der Energiemenge der zweiten Energieform und einen Langzeitspeicher zur mittel- bis langfristigen Speicherung der Energiemenge der zweiten Energieform umfasst.

In besonders vorteilhafter Weise bietet es sich an, für die Speicherung der thermischen Energie einen Kurzzeitspeicher (beispielsweise einen sogenannten Schichtenspeicher, Pufferspeicher oder Wärmepuffer, die beispielsweise mit Wasser gefüllt sind) in Kombination mit einem Langzeitspeicher (beispielsweise einem sogenannten Saisonalspeicher oder Jahreszeitspeicher) vorzusehen. Während bereits kleinere Mengen thermischer Energie (beispielsweise neben den thermischen Energiemengen der primärlastabhängigen Wärmeerzeuger auch thermische Energiemengen bei der Umwandlung von elektrischer Energie in chemische Energie und deren Rückumwandlung im zweiten bzw. dritten Energiewandler) hervorragend in einem Kurzzeitspeicher gespeichert und über den Tag bis hin zu wenigen Tagen zur Nutzung im Gebäude abgegeben werden können, können größere Mengen an Wärmeenergie (wie beispielsweise die thermischen Energiemengen der primärlastabhängigen Wärmeerzeuger) für die langfristige Speicherung und Abgabe der Wärme über mehrere Wochen bis hin zu Monaten im Langzeitspeicher gespeichert werden. Dabei können die Wärmemengen im Kurzzeit- sowie im Langzeitspeicher nicht nur für die reine Beheizung des Gebäudes, sondern natürlich auch zur Trinkwassererwärmung verwendet werden.

Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass der Kurzzeitspeicher und der Langzeitspeicher in direkter Wirkverbindung miteinander stehen, sodass eine Energiemenge der zweiten Energieform zwischen dem Kurzzeitspeicher und dem Langzeitspeicher ausgetauscht werden kann.

Durch die direkte Wirkverbindung kann ein Wärmeaustausch direkt zwischen den beiden Speichern stattfinden und muss nicht erst in das Wärmenetz eingespeist werden, was zu einer einfacheren Umspeicherung von Wärmemengen führt. Die direkte Wirkverbindung kann beispielsweise durch eine unmittelbare Verbindung der beiden Speicher (Kurzzeitspeicher und Langzeitspeicher) mit wasserführenden Leitungen oder vergleichbarem erfolgen. Ferner kann ein Wärmeaustausch auch beispielsweise über einen Plattenwärmetauscher stattfinden.

Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass die Steuereinheit ferner dazu eingerichtet ist, das Speichern der Energiemenge der zweiten Energieform in dem ersten Energiespeicher so zu steuern, dass vorrangig die Energiemenge in dem Kurzzeitspeicher gespeichert wird, und nachrangig eine Speicherung der Energiemenge der zweiten Energieform in dem Langzeitspeicher erfolgt.

Wie bereits beschrieben kann eine Speicherung der Wärmemenge zunächst im Kurzzeitspeicher sinnvoll sein (um sie beispielsweise über den restlichen Tag oder über die Nacht verteilt wieder abzugeben und das Gebäude zu heizen bzw. das Warmwasser aufzubereiten), während beispielsweise eine überschüssige Wärmemenge, nachdem der Kurzzeitspeicher gefüllt ist oder zumindest zum Teil gefüllt ist, in dem Langzeitspeicher gespeichert werden kann. Es können aber auch noch andere Randbedingungen infrage kommen, um die Reihenfolge der Speicherung der Wärmemenge zu bestimmen.

Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass der zweite Energiewandler zur Umwandlung der ersten Energieform in die dritte Energieform und der dritte Energiewandler zur Umwandlung der dritten Energieform in die erste Energieform des zweiten Energiewandlermoduls eine Baugruppe ist, die dazu eingerichtet ist, den Prozess zur Umwandlung der dritten Energieform in die erste Energieform als reversiblen Prozess der Umwandlung der ersten Energieform in die dritte Energieform durchzuführen. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung des beispielhaften Systems kann die Anzahl der einzelnen Komponenten insgesamt im System etwas geringer gehalten werden, sodass eine Steuerung der Komponenten durch die Steuereinheit vereinfacht wird. Insbesondere kann das beispielhafte System derart vorteilhaft ausgestaltet sein, wenn es sich bei der Umwandlung der ersten Energieform in die dritte Energieform und der dritten Energieform in die erste Energieform um eine direkte bzw. einstufige Umwandlung der ursprünglichen Energieform in die Zielenergieform handelt.

Das beispielhafte System kann vorteilhaft weitergebildet werden mit einem zweiten Energiebereitstellungsmodul, das einen zweiten Energieerzeuger zur Erzeugung der dritten Energieform aufweist, wobei die Erzeugung einer Energiemenge der dritten Energieform durch den zweiten Energieerzeuger abhängig von mindestens einer von der ersten Energiequelle verschiedenen zweiten Energiequelle ist, wobei das zweite Energiebereitstellungsmodul ferner einen vierten Energiewandler zur Umwandlung der dritten Energieform in die zweite Energieform aufweist.

Das beispielhafte System kann durch ein zusätzliches Energiebereitstellungsmodul vorteilhaft erweitert werden, da neben den bisherigen regenerativen bzw. erneuerbaren Energiequellen wie Sonne und Wind nun auch beispielsweise Holz als nachwachsender Rohstoff verwendet werden kann. Dieser zweite Energieerzeuger ermöglicht es, auf Bedarf zugeschaltet zu werden und somit das System zunächst durch Gaserzeugung als dritte Energieform zu unterstützen und im weiteren Verlauf durch die Umwandlung der chemischen Energie in Wärmeenergie Wärme in das System einzuspeisen und beispielsweise den Kurzzeitspeicher und/oder den Langzeitspeicher mit Wärmemengen zu versorgen bzw. aufzufüllen. Ferner kann hierdurch auch der fünfte Energiespeicher mit thermischer Energie beladen werden. Der Vorteil liegt beispielsweise darin, dass Wärme aus dem fünften Speicher (chemischer Wärmespeicher) bedarfsgerecht abgegeben werden kann, während der beispielsweise als Holzscheitvergaser ausgebildete zweite Energieerzeuger mit seiner gesamten bestückten Holzmenge abbrennt und die Energie dabei zwingend vollständig im Verlauf weniger Stunden bereitstellt.

Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass das zweite Energiebereitstellungsmodul einen vierten Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform aufweist, wobei der vierte Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform in keiner oder in direkter Wirkverbindung mit dem ersten Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform zum Austausch einer Energiemenge der zweiten Energieform steht.

Insbesondere ist es natürlich vorteilhaft, wenn das zweite Energiebereitstellungsmodul ferner über einen eigenen Energiespeicher zur Speicherung von Wärmemengen verfügt, der gegebenenfalls mit dem Kurzzeitspeicher in Verbindung steht und dadurch Wärmemengen von dem Energiespeicher des zweiten Energiebereitstellungsmoduls an den ersten Energiespeicher übertragen werden können.

Das beispielhafte System kann vorteilhaft mit einem zu dem mindestens einen Verbraucher des Verbrauchermoduls des Gebäudes verschiedenen Zusatzverbraucher zum Verbrauchen einer Energiemenge der zweiten Energieform, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, den Zusatzverbraucher derart zu steuern, dass, falls die Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform (beispielsweise der thermische Kurzzeit- und Langzeitspeicher oder der chemische Wärmespeicher) im Wesentlichen keine Kapazität mehr für eine zusätzliche Energiemenge der zweiten Energieform aufweisen, eine überschüssige Energiemenge der zweiten Energieform (die beispielsweise durch die Auslastung der primärlastabhängigen Wärmeerzeuger und/oder der Umwandlung von elektrischer in chemischer Energie und deren Rückumwandlung entsteht) dem Zusatzverbraucher zum Verbrauchen zugeführt wird, um die Gesamtenergiemenge im System, insbesondere die Energiemenge der zweiten Energieform, zu reduzieren.

Dieser Zusatzverbraucher ist in der Lage, große Energiemengen an thermischer Energie (zweite Energieform) aus dem System herauszunehmen, falls beispielsweise eine viel zu große Menge an thermischer Energie bereits im System vorhanden ist und es einer Art „Notkühlung" des Systems bedarf und/oder beispielsweise sämtliche Speicher bereits voll geladen sind. Beispielsweise kann hierfür ein beheizbarer Außenpool genutzt werden, dessen große Wassermenge erhitzt wird und dadurch die potenziell überschüssige Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann.

Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass die erste Energieform eine elektrische Energie ist, die zweite Energieform eine thermische Energie ist und die dritte Energieform eine chemische Energie ist.

Das beispielhafte System eignet sich insbesondere für die kombinierte Verwendung/Nutzung von elektrischer, thermischer und chemischer Energie. Wie bereits beschrieben, weist jede Energieform Vor- und Nachteile hinsichtlich Produktion, Umwandlung und Speicherung auf. Je nach Situation bzw. Verfügbarkeit von Energiequellen (wie beispielsweise Sonnen- und Windenergie bzw. Energie aus nachwachsenden Rohstoffen wie Holz bzw. allgemein pflanzlichen Stoffen) oder des Energiebedarfs des Gebäudes (beispielsweise Bedarfsunterschiede an Energie des Gebäudes zwischen Sommersaison und Wintersaison und/oder Bedarf durch primärlastabhängigen Wärmerzeuger wie Server/Recheneinheiten, Werkzeugmaschinen, Verpackungsanlagen usw.) kann es vorteilhaft sein, die eine Energieform einer anderen vorzuziehen.

Dabei können die Vorteile jeder einzelnen Energieform in dem beispielhaften System dazu verwendet werden, das Energiemanagement effizienter und bedarfsgerechter zu steuern.

Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass die Baugruppe eine reversible Brennstoffzelle ist, die in einem Prozess eine Energiemenge von elektrischer Energie in eine Energiemenge von chemischer Energie umwandeln und diesen Prozess umgekehrt, von chemischer Energie zu elektrischer Energie, durchführen kann.

Als ein Bestandteil des beispielhaften Systems kann vorteilhaft eine reversible Brennstoffzelle vorgesehen sein, die elektrische Energie in chemische Energie (beispielsweise zu Brenngas wie Wasserstoff, Ammoniak oder Methan) umwandeln kann und dazu ferner in der Lage ist, diesen Prozess umgekehrt durchzuführen. Hierdurch kann vorteilhaft zwischen den beiden Energieformen gewechselt werden und je nach Bedarf (beispielsweise der Bedarf an einer Energieform oder der Bedarf bezüglich besonderer Eigenschaften wie bessere Speicherbarkeit etc.) die dafür (besser) passende Energieform ausgewählt und entsprechend umgewandelt bzw. rückgewandelt werden.

Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass das System ferner eine Anbindung an das öffentliche Stromnetz aufweist, wobei die Steuereinheit für das Zulassen oder Stoppen eines Zuführens von elektrischer Energie aus dem öffentlichen Stromnetz in das System und für das Zulassen oder Stoppen eines Einspeisens von elektrischer Energie aus dem System in das öffentliche Stromnetz eingerichtet ist.

Durch die Anbindung an das öffentliche Stromnetz kann in Zeiten, in denen eine systemeigene Produktion von Energie (wie durch Sonne und Wind, beispielsweise bei der sogenannten „Dunkelflaute") nicht möglich ist oder nicht ausreichend ist und/oder die Speicher des beispielhaften Systems quasi geleert sind, auf eine Energieversorgung des Systems von außerhalb zurückgegriffen werden. Darüber hinaus kann eine solche Anbindung aber auch dazu genutzt werden, zusätzliche Mengen an Energie in das System einzuspeisen und gegebenenfalls zu speichern, was vor allem vorteilhaft sein kann, wenn beispielsweise die Kosten für die Energiemengen gerade vergleichsweise günstig sind (beispielsweise der Vergleich von Preisen für Nachtstrom mit den Preisen für Strom tagsüber oder wenn durch Wind und Sonne besonders viel Ökostrom zur Verfügung steht bzw. wenn weniger Strom nachgefragt wird).

Dabei wird das beispielhafte System derart durch die Steuereinheit gesteuert, dass die Erzeuger elektrischer Energie jederzeit in Summe so viel Strom erzeugen, wie die Verbraucher der elektrischen Energie verbrauchen. Erzeuger können dabei beispielsweise Windrad/Photovoltaikeinheit sein. Verbraucher können beispielsweise technische Anlagen (wie beispielsweise der erste, primärlastabhängige Energiewandler oder der zweite Energiewandler) und Haushaltselektronik sein. Elektrische Speicher (wie beispielsweise der dritte Energiespeicher) können durch ihre Fähigkeit, sowohl elektrische Leistung aufzunehmen, als auch in einem anderen Moment elektrische Leistung abzugeben, jeweils mittels Steuerung durch die Steuereinheit zur Leistungsaufnahme in der Höhe der im Moment überschüssigen elektrischen Leistung geregelt werden und damit den Verbrauchern zugerechnet werden. In einem anderen Moment mit einem Defizit elektrischer Leistung, d. h. einem höheren Verbrauch an elektrischer Leistung/Energie durch die Verbraucher im Gegensatz zur erzeugten elektrischen Energie durch die Erzeuger, können die elektrischen Speicher mittels Steuerung durch die Steuereinheit zur elektrischen Leistungsabgabe in jeweils der Höhe geregelt werden, in der das Defizit elektrischer Leistung besteht. Damit können die elektrischen Speicher im zweiten beispielhaft beschriebenen Fall den elektrischen Erzeugern zugerechnet werden. In beiden Fällen ist der elektrische Leistungsdurchgang zum öffentlichen Stromnetz Null. Dabei schwingt das interne Stromnetz weiterhin mit 50 Hertz synchron zum öffentlichen Stromnetz, jedoch ohne Leistungsdurchgang (auch als Parallelbetrieb bezeichnet).

Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass das System eine Wärmepumpe aufweist, die die Energiemenge der thermischen Energie in dem System durch Umkehrung des Wärme-Kraft-Prozesses erhöht, wobei die Wärmepumpe dabei die in dem Langzeitspeicher des ersten Energiespeichers gespeicherte thermische Energie nutzt.

Durch eine Wärmepumpe als weiteren vorteilhaften Bestandteil des beispielhaften Systems kann die Energiemenge (beispielsweise pro Liter Wasser oder pro Kubikmeter Luft) weiter erhöht werden, da sie den Wärme-Kraft-Prozess umkehrt und durch zusätzlich verrichtete Arbeit die Wärmemenge erhöht, wobei die zusätzliche Wärmemenge vorteilhaft dem beispielhaften System und insbesondere vorteilhaft den Speichern für die zweite Energieform zugeführt werden kann. Die Wärmepumpe kann beispielhaft die durch die Umwandlung von chemischer Energie erzeugten elektrischen und thermischen Energien nutzen, um die Wärmemenge im beispielhaften System weiter zu erhöhen.

Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass der Langzeitspeicher des ersten Energiespeichers ein saisonaler Wärmespeicher, insbesondere ein Erdbecken-Wärmespeicher ist.

Durch die Nutzung sogenannter saisonaler Wärmespeicher kann die erzeugte bzw. umgewandelte Energiemenge der zweiten Energieform (Wärme) für eine vergleichsweise lange Zeit gespeichert und über diesen langen Zeitraum dem Verbraucher zur Verfügung gestellt werden. Dabei kann es insbesondere vorteilhaft sein, einen Erdbecken-Wärmespeicher zu verwenden, da dieser beispielsweise im Fundament eines Gebäudes angeordnet werden kann, sodass ein zusätzlicher, größerer Platzbedarf im oder in unmittelbarer Nähe des Gebäudes für diese Form der saisonalen Wärmespeicher nicht erforderlich ist. Ferner kann ein saisonaler Wärmespeicher auch als ein in mehreren Ebenen geschichteter, geothermisch wirksamer Erdflächenkollektor mit hydraulischer Einspeise- und Entnahmefähigkeit thermischer Energie sowie oberer und seitlicher Dämmung ausgebildet sein.

Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass der erste Energiewandler eine Rechnereinheit ist, die als Primärlast Rechenoperationen durchführt und die primärlastabhängig elektrische Energie in thermische Energie durch das Durchführen der Rechenoperationen umwandelt.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des beispielhaften Systems besteht darin, dass zur Erzeugung bzw. Umwandlung von Wärme (beispielsweise zweite Energieform) aus elektrischer Energie (beispielsweise erste Energieform) eine Recheneinheit wie beispielsweise eine Server-Struktur oder ein ganzes Rechenzentrum Anwendung findet, dessen Primärlast zwar die Rechenoperationen sind, aber als eine Art Sekundärlast aus elektrischer Energie thermische Energie entsteht, die dem System zur Nutzung und insbesondere zur Versorgung des Gebäudes bereitgestellt werden kann.

Da diese Rechensysteme eine erhebliche Menge an elektrischer Energie benötigen, die durch die Rechenprozesse selbst vor allem in Wärme umgewandelt wird, ist es nur vorteilhaft, diese erzeugte Wärme zu nutzen und beispielsweise ein Gebäude zu beheizen und/oder zur Warmwasseraufbereitung zu verwenden, anstatt sie über eine Kühlanlage an die Umgebung abzugeben.

Die Nutzung von Recheneinheiten zur Wärmeerzeugung ist vorteilhaft, da die Digitalisierung in der Gesellschaft immer weiter voranschreiten wird und somit ohnehin Rechenkapazitäten auch in Zukunft benötigt werden, um den Bedarf an Servern und Speicherplätzen zu decken.

Auch andere Vorrichtungen, wie beispielsweise Werkzeugmaschinen, Fertigungsanlagen, Logistiksysteme usw., die über entsprechend energieintensive Antriebe, Hydraulikeinheiten und/oder Steuerungen verfügen, die entsprechend auch viel Abwärme produzieren, können als primärlastabhängige Energiewandler zur primärlastabhängigen Umwandlung von elektrischer Energie in thermische Energie genutzt werden.

Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass der zweite Energieerzeuger des zweiten Energiebereitstellungsmoduls ein Holzvergaserkessel ist und der vierte Energiewandler ein Holzgasverbrenner ist, wobei Holzvergaserkessel und Holzgasverbrenner eine Baugruppe sind.

Zur weiteren Energiezufuhr kann es sinnvoll sein, das beispielhafte System durch einen Holzvergaserkessel zu erweitern. Dieser kann durch eine autotherme Reaktion Holz vergasen und dadurch entsprechend brennbares Gas erzeugen, was in einem zu dem Holzvergaserkessel zugehörigen Holzgasverbrenner zur Wärmeerzeugung genutzt wird. Holz zählt zu den nachwachsenden und damit „grünen" und erneuerbaren Rohstoffen für die Energiegewinnung, auch wenn dadurch beispielsweise im Vergleich zum Betrieb eines Windrades oder einer Solaranlage wieder klimaschädliches CO ₂ und Feinstaub entstehen. Die heutigen modernen Holzvergaserkessel mit Holzgasverbrenner können im Vergleich zu anderen Festbrennstoffkesseln, durch automatisch geregelte Verbrennung und elektrische Feinstaubabscheider, sehr niedrige Schadstoffemissionswerte und sehr hohe Wirkungsgrade erreichen.

Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass der dritte Energiespeicher zur Speicherung der elektrischen Energie ein Vanadium-Redox-Flow- Akkumulator oder ein Lithium-Ionen-Akkumulator ist.

Vorteilhaft können verschiedene Arten von Akkumulatoren für das Speichern der elektrischen Energie (beispielhaft erste Energieform) genutzt werden, wobei Vanadium-Redox- Flow-Akkumulatoren im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkumulatoren eine deutlich höhere Betriebssicherheit aufweisen, da ihr Elektrolyt aufgrund eines hohen Wasseranteils weder brennbar noch explosiv ist und dadurch Vanadium-Redox-Flow-Akkumulatoren auch Kurzschlüsse unbeschadet überstehen können. Zudem bieten Vanadium-Redox-Flow- Akkumulatoren den Vorteil, dass sie dauerstabil sind, wodurch, im Hinblick auf das Elektrolyt, theoretisch unendlich viele Ladezyklen ohne Verringerung der Ladekapazität möglich sind. Es können aber auch andere Akkumulatoren, beispielsweise andere Feststoff-Akkumulatoren wie Lithium-Eisenphosphat(LiFePO ₄ )-Akkumulatoren genutzt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines vorgenannten Systems zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes mittels einer Steuereinheit vorgeschlagen, aufweisend: Bereitstellen einer Energiemenge einer ersten Energieform mittels eines ersten Energiebereitstellungsmoduls, primärlastabhängiges Umwandeln eines Teils der Energiemenge der ersten Energieform in eine von der ersten Energieform verschiedenen zweiten Energieform mittels eines ersten primärlastabhängigen Energiewandlers eines ersten Energiewandlermoduls, Verbrauchen einer bedarfsabhängigen Energiemenge der ersten Energieform und/oder einer bedarfsabhängigen Energiemenge der zweiten Energieform durch mindestens einen Verbraucher eines Verbrauchermoduls des Gebäudes, wobei, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul bereitgestellte Energiemenge der ersten Energieform größer als die durch das Verbrauchermodul verbrauchte, bedarfsabhängige Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, dann zeitlich versetzt oder gleichzeitig Speichern der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der zweiten Energieform in einen ersten Energiespeicher des ersten Energiewandlermoduls, Umwandeln der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in eine von der ersten und der zweiten Energieform verschiedenen dritten Energieform mittels eines zweiten Energiewandlers eines zweiten Energiewandlermoduls, wobei bei der Umwandlung der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in die dritte Energieform gleichzeitig ein Teil der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in die zweite Energieform umgewandelt und dem ersten Energiespeicher zum Speichern zugeführt wird, und Speichern der Energiemenge der dritten Energieform in einen zweiten Energiespeicher des zweiten Energiewandlermoduls, und/oder, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul bereitgestellte Energiemenge der ersten Energieform kleiner als die durch das Verbrauchermodul verbrauchte, bedarfsabhängige Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, dann zeitlich versetzt oder gleichzeitig Abgeben der in dem ersten Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform gespeicherten Energiemenge zum Verbrauchen im Verbrauchermodul, Abgeben der in dem zweiten Energiespeicher zur Speicherung der dritten Energieform gespeicherten Energiemenge an einen dritten Energiewandler, und Umwandeln der von dem zweiten Energiespeicher zur Speicherung der dritten Energieform abgegebenen Energiemenge in eine Energiemenge der ersten Energieform mittels des dritten Energiewandlers zum Verbrauchen im Verbrauchermodul, wobei bei der Umwandlung der vom zweiten Energiespeicher abgegebenen Energiemenge der dritten Energieform in die erste Energieform gleichzeitig ein Teil der abgegebenen Energiemenge der dritten Energieform in die zweite Energieform umgewandelt und dem Verbrauchermodul zum Verbrauchen zugeführt wird.

Die bereits in Bezug auf das beispielhafte System genannten Vorteile können natürlich gleichermaßen für das beispielhafte Verfahren gelten, sodass diese hier nicht noch einmal wiederholt werden.

Das beispielhafte Verfahren kann vorteilhaft weitergebildet werden mit Erzeugen einer Energiemenge einer ersten Energieform mittels eines ersten Energieerzeugers des ersten Energiebereitstellungsmoduls, wobei die erzeugte Energiemenge der ersten Energieform abhängig von mindestens einer ersten, diskontinuierlichen Energiequelle ist, insbesondere eine erneuerbare Energiequelle wie Solarenergie und/oder Windenergie.

Das beispielhafte Verfahren kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul bereitgestellte Energiemenge der ersten Energieform größer als die durch das Verbrauchermodul verbrauchte Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, dann zeitlich versetzt oder gleichzeitig Speichern eines Teils der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in einen dritten Energiespeicher des ersten Energiebereitstellungsmoduls, Speichern der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der zweiten Energieform in dem ersten Energiespeicher des ersten Energiewandlermoduls, Umwandeln eines anderen Teils der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in die dritte Energieform mittels des zweiten Energiewandlers des zweiten Energiewandlermoduls, wobei bei der Umwandlung des anderen Teils der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in die dritte Energieform gleichzeitig ein Teil des anderen Teils der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in die zweite Energieform umgewandelt und dem ersten Energiespeicher zum Speichern zugeführt wird, und Speichern der Energiemenge der dritten Energieform in dem zweiten Energiespeicher des zweiten Energiewandlermoduls, und/oder, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul bereitgestellte Energiemenge der ersten Energieform kleiner als die durch das Verbrauchermodul verbrauchte Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, dann zeitlich versetzt oder gleichzeitig Abgeben der in dem dritten Energiespeicher zur Speicherung der ersten Energieform gespeicherten Energiemenge zum Verbrauchen im Verbrauchermodul, Abgeben der in dem ersten Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform gespeicherten Energiemenge zum Verbrauchen im Verbrauchermodul, Abgeben der in dem zweiten Energiespeicher zur Speicherung der dritten Energieform gespeicherten Energiemenge an den dritten Energiewandler, und Umwandeln der von dem zweiten Energiespeicher zur Speicherung der dritten Energieform abgegebenen Energiemenge in eine Energiemenge der ersten Energieform mittels des dritten Energiewandlers zum Verbrauchen im Verbrauchermodul, wobei bei der Umwandlung der vom zweiten Energiespeicher abgegebenen Energiemenge der dritten Energieform in die erste Energieform gleichzeitig ein Teil der abgegebenen Energiemenge der dritten Energieform in die zweite Energieform umgewandelt und dem Verbrauchermodul zum Verbrauchen zugeführt wird.

Das beispielhafte Verfahren kann vorteilhaft dadurch weitergebildet werden, dass das Speichern der überschüssigen Energiemenge der verschiedenen Energieformen in den Energiespeichern, das Abgeben der in den Energiespeichern gespeicherten Energiemenge der verschiedenen Energieformen und das Umwandeln der überschüssigen oder abgegebenen Energiemenge der verschiedenen Energieformen in einer von einer Steuereinheit gesteuerten Reihenfolge erfolgt, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Reihenfolge in Abhängigkeit einer Primärlast des ersten, primärlastabhängigen Energiewandlers und eines Bedarfs des Verbrauchermoduls an einer Energiemenge der ersten Energieform und einer Energiemenge der zweiten Energieform zu steuern.

Das beispielhafte Verfahren kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass der erste Energiespeicher einen Kurzzeitspeicher zur kurzfristigen Speicherung der Energiemenge der zweiten Energieform und einen Langzeitspeicher zur mittel- bis langfristigen Speicherung der Energiemenge der zweiten Energieform umfasst, wobei die Steuereinheit ferner dazu eingerichtet ist, das Speichern der Energiemenge der zweiten Energieform in dem ersten Energiespeicher so zu steuern, dass vorrangig die Energiemenge in dem Kurzzeitspeicher gespeichert wird, und nachrangig eine Speicherung der Energiemenge der zweiten Energieform in dem Langzeitspeicher erfolgt.

Das beispielhafte Verfahren kann vorteilhaft weitergebildet werden mit Erzeugen einer Energiemenge der dritten Energieform mittels eines zweiten Energieerzeugers eines zweiten Energiebereitstellungsmoduls, wobei die Erzeugung einer Energiemenge der dritten Energieform durch den zweiten Energieerzeuger abhängig von mindestens einer von der ersten Energiequelle verschiedenen zweiten Energiequelle ist, Umwandeln der erzeugten Energiemenge der dritten Energieform in die zweite Energieform mittels eines vierten Energiewandlers des zweiten Energiebereitstellungsmoduls, und Speichern der Energiemenge der zweiten Energieform in einem vierten Energiespeicher des zweiten Energiebereitstellungsmoduls, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, das Erzeugen, Umwandeln und Speichern der Energiemenge durch das zweite Energiebereitstellungsmodul in Abhängigkeit von dem Energiebedarf des Verbrauchermoduls und der Verfügbarkeit der zweiten Energiequelle zu steuern.

Das beispielhafte Verfahren kann vorteilhaft weitergebildet werden mit Verbrauchen einer überschüssigen Energiemenge der zweiten Energieform durch einen zu dem mindestens einen Verbraucher des Verbrauchermoduls des Gebäudes verschiedenen Zusatzverbraucher, falls die Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform im Wesentlichen keine Kapazität mehr für eine zusätzliche Energiemenge der zweiten Energieform aufweisen, um die Gesamtenergiemenge im System, insbesondere die Energiemenge der zweiten Energieform, zu reduzieren.

Das beispielhafte Verfahren kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass die erste Energieform eine elektrische Energie ist, die zweite Energieform eine thermische Energie ist und die dritte Energieform eine chemische Energie ist.

Das beispielhafte Verfahren kann vorteilhaft weitergebildet werden mit Zulassen oder Stoppen eines Zuführens von elektrischer Energie aus dem öffentlichen Stromnetz in das System mittels einer Anbindung des Systems an das öffentliche Stromnetz oder Zulassen oder Stoppen eines Einspeisens von elektrischer Energie in das öffentliche Stromnetz aus dem System mittels der Anbindung des Systems an das öffentliche Stromnetz.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine beispielhafte Steuereinheit zum Steuern eines vorgenannten Systems zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes vorgeschlagen, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, ein Verfahren zum Steuern des Systems zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung des Gebäudes vorgenannter Art durchzuführen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein beispielhaftes Computerprogrammprodukt mit einem auf einem computerlesbaren Datenspeichermedium gespeicherten Computerprogramm, das ausführbar an einer vorgenannten Steuereinheit oder in einem mit einer Steuereinheit verbundenen Computer ist und das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren vorgenannter Art zu steuern, vorgeschlagen.

Gemäß eines weiteren Beispiels wird ein beispielhaftes System zur kontinuierlichen Energieversorgung eines Gebäudes vorgeschlagen, mit einem ersten Energiebereitstellungsmodul, das einen ersten Energieerzeuger zur Erzeugung einer Energiemenge einer ersten Energieform aufweist, wobei die erzeugte Energiemenge der ersten Energieform abhängig von mindestens einer ersten Energiequelle ist, einem ersten Energiewandlermodul, das einen ersten Energiewandler zur Umwandlung eines Teils der Energiemenge der ersten Energieform in eine von der ersten Energieform verschiedenen zweiten Energieform und einen ersten Energiespeicher zur Speicherung der Energiemenge der zweiten Energieform aufweist, einem zweiten Energiewandlermodul, das einen zweiten Energiewandler zur Umwandlung eines anderen Teils der Energiemenge der ersten Energieform in eine von der ersten und der zweiten Energieform verschiedenen dritten Energieform, einen zweiten Energiespeicher zur Speicherung der Energiemenge der dritten Energieform und einen dritten Energiewandler zur Umwandlung einer gespeicherten Energiemenge der dritten Energieform in die erste Energieform aufweist, einem Verbrauchermodul, das mindestens einen Verbraucher des Gebäudes zum Verbrauchen einer Energiemenge der ersten Energieform und/oder einer Energiemenge der zweiten Energieform aufweist, und einer Steuereinheit zur Steuerung der Module des Systems, wobei die erste Energiequelle für die Erzeugung der ersten Energieform eine diskontinuierliche Energiequelle ist.

Insbesondere kann die Steuereinheit die Module des Systems derart steuern, dass, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul erzeugte bzw. bereitgestellte Energiemenge der ersten Energieform größer als die durch das Verbrauchermodul verbrauchte Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, im Wesentlichen die überschüssige Energiemenge zeitlich versetzt oder gleichzeitig in dem ersten Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform und in dem zweiten Energiespeicher zur Speicherung der dritten Energieform gespeichert wird, und dass, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul erzeugte bzw. bereitgestellte Energiemenge der ersten Energieform kleiner als die durch das Verbrauchermodul verbrauchte Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, zeitlich versetzt oder gleichzeitig im Wesentlichen die in dem ersten Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform und die in dem zweiten Energiespeicher zur Speicherung der dritten Energieform gespeicherte Energiemenge für das Verbrauchen im Verbrauchermodul wieder abgegeben wird.

Durch das beispielhafte System kann eine vergleichsweise große Menge an überschüssig produzierter elektrischer Energie gespeichert werden (beispielsweise durch Umwandlung oder direkter Speicherung) und dadurch das Einspeisen dieser überschüssigen Energiemenge ins öffentliche Stromnetz vermieden werden, was wiederum zur Netzstabilität beiträgt. Sollten die Speicher der verschiedenen Energieformen (wie elektrische Energie, thermische Energie und chemische Energie) im Wesentlichen voll ausgeschöpft (voll geladen) sein, kann das System über einen Zusatzverbraucher (wie beispielsweise einen beheizbaren Außenpool etc.) große Energiemengen an die Umgebung abgeben und somit die überschüssigen Energiemengen aus dem System herausgenommen werden, ohne die Energiemenge dem öffentlichen Stromnetz zuzuführen und damit potenziell zu einer Instabilität des öffentlichen Netzes beizutragen.

Die Steuereinheit des beispielhaften Systems kann zudem die Speicher- und Entladevorgänge der Energiespeicher dahingehend vorteilhaft steuern, dass der Speichervorgang des Energiespeichers der zweiten Energieform (elektrische Energie) gleichzeitig mit dem Speichervorgang des Energiespeichers der dritten Energieform (chemische Energie) erfolgt. Sowohl eine zeitlich versetzte Speicherung der unterschiedlichen Energieformen als auch eine nacheinander erfolgende Speicherung sind möglich. Das gleiche gilt für die Entladevorgänge der Speicher, die ebenfalls zeitlich gesteuert werden können. Dabei können verschiedenen Bedingungen als Maßgabe/Abhängigkeit (beispielsweise aufgrund verschiedener Wirkungsgrade der einzelnen Energieformen zur jeweils anderen Energieform bei Umwandlung oder Bedarf an einer entsprechenden Energieform zum Verbrauch im Gebäude etc.) herangezogen werden, wann welcher Speicher wie be- bzw. entladen wird.

Das bespielhafte System kann vorteilhaft dadurch weitergebildet werden, dass das erste Energiebereitstellungsmodul einen dritten Energiespeicher zur Speicherung einer Energiemenge der ersten Energieform aufweist.

Insbesondere kann dabei die Steuereinheit die Module des Systems derart steuern, dass, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul erzeugte bzw. bereitgestellte Energiemenge der ersten Energieform größer als die durch das Verbrauchermodul verbrauchte Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, im Wesentlichen die überschüssige Energiemenge zeitlich versetzt oder gleichzeitig in dem ersten Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform, in dem zweiten Energiespeicher zur Speicherung der dritten Energieform und in dem dritten Energiespeicher zur Speicherung der ersten Energieform gespeichert wird, und dass, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul erzeugte bzw. bereitgestellte Energiemenge der ersten Energieform kleiner als die durch das Verbrauchermodul verbrauchte Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, zeitlich versetzt oder gleichzeitig im Wesentlichen die in dem ersten Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform, die in dem zweiten Energiespeicher zur Speicherung der dritten Energieform und die in dem dritten Energiespeicher zur Speicherung der ersten Energieform gespeicherte Energiemenge für das Verbrauchen im Verbrauchermodul wieder abgegeben wird.

Das beispielhafte System kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass das Speichern der durch das erste Energiebereitstellungsmodul erzeugten, überschüssigen Energiemenge der verschiedenen Energieformen in den Energiespeichern, das Abgeben der in den Energiespeichern gespeicherten Energiemenge der verschiedenen Energieformen und das Umwandeln der abgegebenen Energiemenge der verschiedenen Energieformen in einer von der Steuereinheit gesteuerten Reihenfolge erfolgt, wobei die Reihenfolge in Abhängigkeit eines Wirkungsgrades zwischen erzeugter, gespeicherter und umgewandelter Energiemenge festgelegt wird, und wobei der höhere Wirkungsgrad Vorrang gegenüber dem niedrigeren Wirkungsgrad hat.

Insbesondere die Berücksichtigung der verschiedenen Wirkungsgrade bei der Steuerung, wann, wie und zu welcher anderen Energieform die produzierte bzw. die überschüssige Energiemenge (beispielsweise elektrische Energie, oder aber auch eine der beiden anderen Energieformen) umgewandelt wird, trägt zu einer optimalen Nutzung der durch die diskontinuierlichen Energiequellen wie Sonne und Wind bereitgestellten Energie bei.

Während beispielsweise bei einem vergleichsweise sehr großen Energieüberschuss eine Umwandlung der überschüssigen Energiemenge mit einem schlechteren Wirkungsgrad, dafür aber mit einer viel größeren Speicherkapazität, unter Umständen sinnvoll ist, kann bei einem vergleichsweise nur geringen Energieüberschuss die Umwandlung der überschüssigen Energiemenge mit möglichst hohem Wirkungsgrad, aber dafür mit geringeren Speicherkapazitäten, sinnvoller sein. Darüber hinaus können aber auch Parameter wie Verfügbarkeit (beispielsweise während der Speicher für chemische Energie bereits zu 80 % gefüllt ist und der Speicher für elektrische Energie nur zu 20 % gefüllt ist, wird bevorzugt der elektrische Speicher weiter gefüllt usw.) an Speicherkapazität der einzelnen Energieformen eine Berücksichtigung finden oder anstehende Veränderungen im Energiebedarf, beispielsweise in den wärmeren Zeiten (Spätfrühling bis Frühherbst) des Jahres wird weniger thermische Energie (Wärmeenergie) benötigt als beispielsweise in den kälteren Zeiten des Jahres, sodass beispielsweise ab Ende Sommer des jeweiligen Jahres verstärkt die Wärmespeicher des Systems aufgefüllt werden sollten. Dies kann ebenfalls maßgeblich bzw. zusätzlich maßgeblich sein für die Steuerung des Systems und der Verarbeitung der überschüssigen Energie.

Für weitere vorteilhafte, beispielhafte Weiterbildungen des Ausführungsbeispiels des beispielhaften Systems wird auf die vorgenannten Weiterbildungsbeispiele des beispielhaften Systems verwiesen.

Gemäß einem weiteren Beispiel wird ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines vorgenannten Systems zur kontinuierlichen Energieversorgung eines Gebäudes mittels einer Steuereinheit vorgeschlagen, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen einer Energiemenge einer ersten Energieform mittels eines ersten Energieerzeugers eines ersten Energiebereitstellungsmoduls, wobei die erzeugte Energiemenge der ersten Energieform abhängig von mindestens einer ersten, diskontinuierlichen Energiequelle ist, Umwandeln eines Teils der Energiemenge der ersten Energieform in eine von der ersten Energieform verschiedenen zweiten Energieform mittels eines ersten Energiewandlers eines ersten Energiewandlermoduls, Verbrauchen der Energiemenge der ersten Energieform und/oder der Energiemenge der zweiten Energieform durch mindestens einen Verbraucher des Gebäudes eines Verbrauchermoduls, wobei, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul erzeugte Energiemenge der ersten Energieform größer als die durch das Verbrauchermodul verbrauchte Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, dann zeitlich versetzt oder gleichzeitig Speichern der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der zweiten Energieform in einen ersten Energiespeicher des ersten Energiewandlermoduls, Umwandeln der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in eine von der ersten und der zweiten Energieform verschiedenen dritten Energieform mittels eines zweiten Energiewandlers eines zweiten Energiewandlermoduls, und Speichern der Energiemenge der dritten Energieform in einen zweiten Energiespeicher des zweiten Energiewandlermoduls, wobei, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul erzeugte Energiemenge der ersten Energieform kleiner als die durch das Verbrauchermodul verbrauchte Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, dann zeitlich versetzt oder gleichzeitig Abgeben der in dem ersten Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform gespeicherten Energiemenge zum Verbrauchen im Verbrauchermodul, Abgeben der in dem zweiten Energiespeicher zur Speicherung der dritten Energieform gespeicherten Energiemenge an einen dritten Energiewandler, und Umwandeln der von dem zweiten Energiespeicher zur Speicherung der dritten Energieform abgegebenen Energiemenge in eine Energiemenge der ersten Energieform mittels des dritten Energiewandlers zum Verbrauchen im Verbrauchermodul.

Die bereits in Bezug auf das Beispiel des beispielhaften Systems genannten Vorteile können natürlich gleichermaßen für das Ausführungsbeispiel des beispielhaften Verfahrens gelten, sodass diese hier nicht noch einmal wiederholt werden.

Das beispielhafte Verfahren kann, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul erzeugte Energiemenge der ersten Energieform größer als die durch das Verbrauchermodul verbrauchte Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, dann zeitlich versetzt oder gleichzeitig ein Speichern eines Teils der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in einen dritten Energiespeicher des ersten Energiebereitstellungsmoduls, ein Speichern der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der zweiten Energieform in den ersten Energiespeicher des ersten Energiewandlermoduls, ein Umwandeln eines anderen Teils der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in die dritte Energieform mittels des zweiten Energiewandlers des zweiten Energiewandlermoduls, und ein Speichern der Energiemenge der dritten Energieform in einen zweiten Energiespeicher des zweiten Energiewandlermoduls umfassen, wobei das beispielhafte Verfahren ferner, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul erzeugte Energiemenge der ersten Energieform kleiner als die durch das Verbrauchermodul verbrauchte Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, dann zeitlich versetzt oder gleichzeitig ein Abgeben der in dem dritten Energiespeicher zur Speicherung der ersten Energieform gespeicherten Energiemenge zum Verbrauchen im Verbrauchermodul, ein Abgeben der in dem ersten Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform gespeicherten Energiemenge zum Verbrauchen im Verbrauchermodul, ein Abgeben der in dem zweiten Energiespeicher zur Speicherung der dritten Energieform gespeicherten Energiemenge an einen dritten Energiewandler, und ein Umwandeln der von dem zweiten Energiespeicher zur Speicherung der dritten Energieform abgegebenen Energiemenge in eine Energiemenge der ersten Energieform mittels des dritten Energiewandlers zum Verbrauchen im Verbrauchermodul umfassen kann.

In dem beispielhaften Verfahren kann das Speichern der durch das erste Energiebereitstellungsmodul erzeugten, überschüssigen Energiemenge der verschiedenen Energieformen in den Energiespeichern, das Abgeben der in den Energiespeichern gespeicherten Energiemenge der verschiedenen Energieformen und das Umwandeln der abgegebenen Energiemenge der verschiedenen Energieformen in einer von der Steuereinheit gesteuerten Reihenfolge erfolgen, wobei die Reihenfolge beispielsweise in Abhängigkeit eines Wirkungsgrades zwischen erzeugter, gespeicherter und umgewandelter Energiemenge festgelegt wird, und wobei der höhere Wirkungsgrad Vorrang gegenüber dem niedrigeren Wirkungsgrad hat. Alternativ oder ergänzend kann die Reihenfolge beispielsweise in Abhängigkeit eines Kostenmodells zwischen erzeugter, gespeicherter und umgewandelter Energiemenge festgelegt werden. Das Kostenmodell wird durch Gestehungskosten, Betriebskosten und Wirkungsgrade beeinflusst. Niedrigere Gestehungs- und Betriebskosten haben Vorrang gegenüber höheren Gestehungs- und Betriebskosten. Der höhere Wirkungsgrad hat Vorrang vor dem niedrigeren Wirkungsgrad.

In dem beispielhaften Verfahren kann der erste Energiespeicher einen Kurzzeitspeicher zur kurzfristigen Speicherung der Energiemenge der zweiten Energieform und einen Langzeitspeicher zur mittel- bis langfristigen Speicherung der Energiemenge der zweiten Energieform umfassen, wobei der Kurzzeitspeicher und der Langzeitspeicher in direkter Wirkverbindung miteinander stehen, sodass die Steuereinheit einen Austausch einer Energiemenge der zweiten Energieform zwischen dem Kurzzeitspeicher und dem Langzeitspeicher steuern kann.

In dem beispielhaften Verfahren kann die Steuereinheit das Speichern der Energiemenge der zweiten Energieform in dem ersten Energiespeicher so steuern, dass vorrangig die Energiemenge in dem Kurzzeitspeicher gespeichert wird, und nachrangig eine Speicherung der Energiemenge der zweiten Energieform in dem Langzeitspeicher erfolgt.

Das beispielhafte Verfahren kann ein Erzeugen einer Energiemenge der dritten Energieform mittels eines zweiten Energieerzeugers eines zweiten Energiebereitstellungsmoduls, wobei die Erzeugung einer Energiemenge der dritten Energieform durch den zweiten Energieerzeuger abhängig von mindestens einer von der ersten Energiequelle verschiedenen zweiten Energiequelle ist, ein Umwandeln der erzeugten Energiemenge der dritten Energieform in die zweite Energieform mittels eines vierten Energiewandlers des zweiten Energiebereitstellungsmoduls, und ein Speichern der Energiemenge der zweiten Energieform in einem vierten Energiespeicher des zweiten Energiebereitstellungsmoduls umfassen, wobei die Steuereinheit das Erzeugen, Umwandeln und Speichern der Energiemenge durch das zweite Energiebereitstellungsmodul in Abhängigkeit von dem Energiebedarf des Systems und der Verfügbarkeit der zweiten Energiequelle steuert.

Das beispielhafte Verfahren kann ein Verbrauchen einer überschüssigen Energiemenge der zweiten Energieform durch einen zu dem mindestens einen Verbraucher des Gebäudes des Verbrauchermoduls verschiedenen Zusatzverbraucher umfassen, falls die Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform im Wesentlichen keine Kapazität mehr für eine zusätzliche Energiemenge der zweiten Energieform aufweisen, um die Gesamtenergiemenge im System zu reduzieren.

In dem beispielhaften Verfahren kann die erste Energieform eine elektrische Energie, die zweite Energieform eine thermische Energie und die dritte Energieform eine chemische Energie sein.

Das beispielhafte Verfahren kann ein Zulassen oder Stoppen eines Zuführens von elektrischer Energie aus dem öffentlichen Stromnetz in das System mittels einer Anbindung des Systems an das öffentliche Stromnetz umfassen oder ein Zulassen oder Stoppen eines Einspeisens von elektrischer Energie in das öffentliche Stromnetz aus dem System mittels der Anbindung des Systems an das öffentliche Stromnetz umfassen.

Gemäß einem weiteren Beispiel wird eine beispielhafte Steuereinheit zum Steuern eines vorgenannten Systems zur kontinuierlichen Energieversorgung eines Gebäudes vorgeschlagen, wobei die Steuereinheit ferner dazu eingerichtet ist, ein vorgenanntes Verfahren zum Steuern des vorgenannten Systems zur kontinuierlichen Energieversorgung des Gebäudes durchzuführen.

Gemäß einem weiteren Beispiel wird ein beispielhaftes Computerprogrammprodukt mit einem auf einem computerlesbaren Datenspeichermedium gespeicherten Computerprogramm, das ausführbar an einer vorgenannten Steuereinheit oder in einem mit einer Steuereinheit verbundenen Computer ist und das dazu eingerichtet ist, ein vorgenanntes Verfahren zu steuern, vorgeschlagen. Weitere Aspekte und deren Vorteile als auch Vorteile und speziellere Ausführungsmöglichkeiten der vorstehend beschriebenen Aspekte und Merkmale werden aus den folgenden, jedoch in keinster Weise einschränkend aufzufassenden Beschreibungen und Erläuterungen zu den angehängten Figuren beschrieben.

Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt eine Übersicht zur systematischen Einordnung des beispielhaften Systems in die Versorgungsstruktur eines Gebäudes bzw. der Anlagen und Maschinen eines Gebäudes und den Energieversorgern,

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des beispielhaften Systems zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes unter Nutzung eines ersten, primärlastabhängigen Energiewandlers eines ersten Energiewandlermoduls,

Fig. 3 zeigt eine Explosionsdarstellung eines beispielhaften Gebäudes mit Nebengebäude mit Implementierung des beispielhaften Systems,

Fig. 4a zeigt ein Diagramm einer in einer Modellrechnung beispielhaft berechneten Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe der Module des beispielhaften Systems in kW über einen Zeitbereich des ersten Quartals eines Jahres (hier beispielhaft des Jahres 2022), beginnend ab Januar,

Fig. 4b zeigt die Fortführung des Diagramms aus Fig. 4a über einen Zeitbereich des zweiten Quartals des beispielhaften Jahres, beginnend ab April,

Fig. 4c zeigt die Fortführung des Diagramms aus Fig. 4b über einen Zeitbereich des dritten Quartals des beispielhaften Jahres, beginnend ab Juli,

Fig. 4d zeigt die Fortführung des Diagramms aus Fig. 4c über einen Zeitbereich des vierten Quartals des beispielhaften Jahres, beginnend ab Oktober,

Fig. 5a zeigt ein Diagramm einer in der Modellrechnung beispielhaft berechneten Ladeleistung und Entnahmeleistung des beispielhaft als Wasserstoffspeicher ausgebildeten zweiten Energiespeichers des beispielhaften Systems in kW über den Zeitbereich eines Jahres (hier beispielhaft des Jahres 2022), Fig. 5b zeigt ein Diagramm eines in der Modellrechnung beispielhaft berechneten Füllstandes des zweiten Energiespeichers (beispielhaft Wasserstoffspeicher) des beispielhaften Systems in % über den Zeitbereich eines Jahres (hier beispielhaft des Jahres 2022),

Fig. 6a zeigt ein Diagramm einer in der Modellrechnung beispielhaft berechneten Ladeleistung und Entnahmeleistung des beispielhaft als Vanadium-Redox-Flow- Akkumulator ausgebildeten dritten Energiespeichers des beispielhaften Systems in kW über den Zeitbereich eines Jahres (hier beispielhaft des Jahres 2022),

Fig. 6b zeigt ein Diagramm eines in der Modellrechnung beispielhaft berechneten Füllstandes des dritten Energiespeichers (beispielhaft Vanadium-Redox-Flow-Akkumulator) des beispielhaften Systems in % über den Zeitbereich eines Jahres (hier beispielhaft des Jahres 2022),

Fig. 7a zeigt ein Diagramm einer in der Modellrechnung beispielhaft berechneten Ladeleistung und Entnahmeleistung des thermischen Langzeitspeichers des beispielhaften Systems in kW über den Zeitbereich eines Jahres (hier beispielhaft des Jahres 2022),

Fig. 7b zeigt ein Diagramm eines in der Modellrechnung beispielhaft berechneten Füllstandes des thermischen Langzeitspeichers (beispielhaft als erdgekoppelter Wärmespeicher ausgebildet) des beispielhaften Systems in % über den Zeitbereich eines Jahres (hier beispielhaft des Jahres 2022),

Fig. 8a zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines beispielhaften Systems zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes mittels der

Steuereinheit,

Fig. 8b zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines beispielhaften Systems zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes mittels der Steuereinheit, das in Ergänzung oder alternativ zum beispielhaften Verfahren wie in Fig. 8a gezeigt und beschrieben, angewendet werden kann.

Detaillierte Beschreibung der Figuren und bevorzugter Ausführungsbeispiele

Im Folgenden werden Beispiele bzw. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Gleiche bzw. ähnliche Elemente in den Figuren können hierbei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein, manchmal allerdings auch mit unterschiedlichen Bezugszeichen.

Es sei hervorgehoben, dass die Gegenstände der vorliegenden Offenbarung in keinster Weise auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale begrenzt bzw. eingeschränkt sind, sondern weiterhin Modifikationen der Ausführungsbeispiele umfasst, insbesondere diejenigen, die durch Modifikationen der Merkmale der beschriebenen Beispiele bzw. durch Kombination einzelner oder mehrerer der Merkmale der beschriebenen Beispiele im Rahmen des Schutzumfanges der unabhängigen Ansprüche umfasst sind.

Fig. 1 zeigt eine Übersicht zur systematischen Einordnung des beispielhaften Systems 1000 in die Versorgungsstruktur eines Gebäudes 2000/2100 bzw. der Anlagen und Maschinen eines Gebäudes 2000/2100 und den Energieversorgern 40/45.

Dabei wird in Darstellung a) ganz allgemein dargestellt, wie das Gebäude 2000/2100 als Verbraucher im Wesentlichen an die Versorgung mit elektrischer Energie E eines Stromversorgers (öffentliches Stromnetz 40) und beispielsweise an die Versorgung mit chemischer Energie C eines beispielsweisen Erdgasversorgers 45 angebunden ist.

Das beispielhafte System 1000 wird, wie in Darstellung b) gezeigt, zwischen den Energieversorgern 40/45 und dem Gebäude 2000/2100 als Verbraucher geschaltet.

Dabei kann, wenn ein Bedarf an einer primären Last (hier als Bedarf an Rechenkapazität 50 dargestellt) vorliegt, ein primärlastabhängiger Energiewandler wie beispielsweise eine Recheneinheit bzw. ein Rechenzentrum im beispielhaften System 1000 für die Erzeugung der Wärme im Gebäude 2000/2100 (durch Verbrauch/Umwandlung von elektrischer Energie E in thermische Energie T durch Rechenprozesse) verwendet werden, wobei dadurch beispielhaft die Versorgung des Gebäudes 2000/2100 mit Erdgas durch einen Erdgasversorger 45 entfallen kann (typischerweise wird Erdgas für das Beheizen des Gebäudes 2000/2100 genutzt, in einigen Fällen auch zum Kochen im Gebäude 2000/2100). Zudem kann dadurch das Verbrennen von fossilen Energieträgern weitestgehend vermieden werden.

Da aber die Primärlastabhängigkeit beispielsweise zu einer Schwankung in der Erzeugung der Wärme für das Gebäude 2000/2100 führen kann, ist es vorteilhaft, hierfür Maßnahmen zu ergreifen, um eine kontinuierliche Energieversorgung des Gebäudes 2000/2100 mit elektrischer Energie E, als auch mit thermischer Energie T zu erreichen. Dafür wird im Folgenden unter Fig. 2 das beispielhafte System 1000 genauer erläutert. Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des beispielhaften Systems 1000 zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes 2000 (für eine detailliertere Ansicht des Gebäudes, siehe Fig. 3) unter Nutzung eines ersten, primärlastabhängigen Energiewandlers 210 eines ersten Energiewandlermoduls 200.

Innerhalb der vorliegenden technischen Lehre wird unter der Primärlast die wertschöpfende Tätigkeit einer Vorrichtung (Maschine, Anlage, System usw.) verstanden, wie beispielsweise das Bearbeiten eines Bauteils durch eine Werkzeugmaschine, das Ausführen von Rechenoperationen und/oder Speichervorgängen bei einer Recheneinheit usw.

In Abhängigkeit des Umfangs/der Last der wertschöpfenden Tätigkeit (Umfang der Primärlast) wird durch diese Vorrichtungen die für die Wertschöpfung benötigte Energieform (erste, zweite, dritte Energieform) zumindest zu einem Teil in eine andere Energieform (erste, zweite, dritte Energieform) umgewandelt. Beispielsweise kann aus einer elektrischen Energie E (beispielsweise erste Energieform), die die Vorrichtung beispielsweise zum Bearbeiten eines Werkstücks oder zum Ausführen von Rechenoperationen benötigt, ein Teil beispielsweise in thermische Energie T (beispielsweise zweite Energieform) umgewandelt werden. Diese in Wärme (thermische Energie T) umgewandelte Energiemenge könnte vorteilhaft für andere Zwecke (wie beispielsweise das Beheizen von Privat- und/oder Bürogebäuden, das Beheizen von landwirtschaftlichen Einrichtungen wie Ställen usw.) nutzbar gemacht werden.

Häufig sind derartige Produktionsprozesse oder auch die Nutzung von Servern/Recheneinheiten entsprechenden, teils großen Schwankungen ausgesetzt, beispielsweise kann die Werkzeugmaschine, die gerade aufgrund von Wartung/Einrichtung kein Bauteil bearbeitet, auch keine nutzbare Abwärme erzeugen oder die Recheneinheit bei zu geringer Nutzung ebenfalls kaum nutzbare Abwärme erzeugen.

Diese Form der Erzeugung/Umwandlung der thermischen Energie T ist somit den Schwankungen der Auslastungen/des Umfangs der Primärlast der Vorrichtungen unterworfen, sodass eine kontinuierliche Versorgung der Gebäude/Einrichtungen mit thermischer Energie T kaum gewährleistet werden kann.

Im Folgenden soll anhand des beispielhaften Systems 1000 das Zusammenwirken von verschiedenen Komponenten, teilweise auch verschieden ausgestalteten Komponenten (Einheiten, Module) des beispielhaften Systems 1000 erläutert werden, wobei je nach Kombination und Erweiterung des beispielhaften Systems 1000 weitere positive Effekte erläutert werden. Wird elektrische Energie E (beispielsweise erste Energieform) bereitgestellt, kann eine Umwandlung dieser elektrischen Energie E oder zumindest eines Teils dieser elektrischen Energie E (bzw. der Energiemenge der elektrischen Energie E) beispielsweise in thermische Energie T (beispielsweise zweite Energieform) durch den ersten, primärlastabhängigen Energiewandler 210 des ersten Energiewandlermoduls 200 vorteilhaft erfolgen. Insbesondere kann dabei ein hoher Wirkungsgrad, vergleichbar mit den hohen Wirkungsgraden bei Power- to-Heat-Systemen, zunächst vorteilhaft gegenüber anderen Umwandlungen (beispielsweise Power-to-Gas) sein.

Hierfür kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn beispielsweise in dem ersten Energiewandlermodul 200 eine Recheneinheit 210/ein Rechenzentrum 210 als erster Energiewandler 210, das mittels der bereitgestellten elektrischen Energie E Rechenoperationen und/oder Speichervorgänge durchführt, ein Teil bzw. ein Großteil der elektrischen Energie E in thermische Energie T umgewandelt wird und diese für das System 1000 nutzbar macht, beispielweise indem es die thermische Energie T, die sonst üblich als Abwärme an die Umgebung bzw. über Kühlsysteme an die Umwelt abgegeben wurde, in die Wärmeversorgung des Gebäudes 2000 einspeist.

Hierdurch kann sehr effektiv zum einen die in das beispielhafte System 1000 eingebrachte elektrische Energie E in thermische Energie T umgewandelt werden und dabei gleichzeitig Rechenkapazität und Speicherkapazität mittels einer Recheneinheit 210/eines Rechenzentrums 210 bereitgestellt werden, was im Zuge der Digitalisierung der Gesellschaft und verschiedenster Prozesse zunehmend wichtiger und daher in den nächsten Jahren bzw. Jahrzehnten gefragt sein wird.

Dabei kann die Recheneinheit 210/das Rechenzentrum 210 beispielsweise als Serverstruktur mit weltweiten Zugriffsmöglichkeiten ausgebildet sein und/oder aber als Intranet, beispielweise innerhalb großer Firmen/Konzerne, genutzt werden und dadurch einen Mehrwert für die Firmen ergeben.

Darüber hinaus können auch andere Vorrichtungen wie beispielsweise Werkzeugmaschinen oder große Anlagen (wie beispielsweise Verpackungsanlagen, Sortieranlagen usw.) als erste Energiewandler 210 genutzt werden, da diese Vorrichtungen oftmals über eine Vielzahl von Antrieben und/oder hydraulischen Einheiten verfügen, die teilweise gekühlt werden müssen. Ein weiteres Beispiel ist die Reibung des Werkzeugs einer Werkzeugmaschine bei der Bearbeitung eines Werkstücks, wodurch ebenfalls Wärme erzeugt wird, die oftmals mit einem sogenannten Kühl-Schmiermittel vom Werkstück weggetragen wird. Ebenfalls können aber auch chemische Anlagen, die beispielweise während der chemischen Umwandlung von Stoffen „nebenbei" Wärme erzeugen, als erste Energiewandler 210 genutzt werden.

Doch nicht nur die Wärmeerzeugung (Umwandlung von elektrischer Energie E oder chemischer Energie C in thermische Energie T) kann ein vorteilhafter Bestandteil des beispielhaften Systems 1000 sein, auch die Speicherung der thermischen Energie T (bzw. der thermischen Energiemenge) kann dabei auf verschiedenste Weisen vorteilhaft berücksichtigt werden.

Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, einen Kurzzeitspeicher 220 (bzw. diurnaler Speicher) als ersten Energiespeicher 220/230 für die kurzzeitige Speicherung (beispielsweise mehrere Stunden bis wenige Tage) der thermischen Energie T vorzusehen, um insbesondere die über den Tag und über die Nacht benötigten Energiemengen an thermischer Energie T, die zudem, je nach Bedarf, sehr schwankungsanfällig in Energiemenge pro Zeiteinheit sein können, in dem Verbrauchermodul 600 (thermischen Verbrauchermodul 600) des Gebäudes 2000 bereitzustellen und kurzfristig auf einen erhöhten Bedarf bzw. auch umgekehrt auf einen niedrigeren Bedarf reagieren zu können.

Hierfür können sich beispielsweise sogenannte Pufferspeicher 220 (beispielsweise in Form eines Schichtenspeicher mit schichtenweiser Einspeicherung der thermischen Energie nach Temperaturniveau) als überaus vorteilhaft erweisen, die von ihrer Menge an speicherbarer thermischer Energie T vergleichsweise begrenzt sind und daher auch recht schnell erschöpft sind, jedoch gleichzeitig wieder schnell mit thermischer Energie T beladen werden können und das in vergleichsweise kurzer Zeit. Hierdurch können die auftretenden Schwankungen im Verbrauch thermischer Energie T im Verbrauchermodul 600 des Gebäudes 2000 über den Tag/über die Nacht vorteilhaft adressiert werden.

Ein weiterer Bestandteil eines Systems 1000 kann aber auch ein Speicher an thermischer Energie T sein, der eine vergleichsweise sehr große Menge an thermischer Energie T mittelfristig (mehrere Tage bis mehrere Wochen) oder langfristig (mehrere Wochen bis mehrere Monate) speichern kann und dabei teilweise die im Gebäude 2000 benötigte Wärmemenge über einen langen Zeitraum (teilweise über mehrere Monate) dem Verbrauchermodul 600 bereitstellen kann. Solche auch als Saisonalspeicher 230/Langzeitspeicher 230 (oder saisonaler Wärmespeicher oder Jahreszeitspeicher) bezeichneten thermischen Speicher des ersten Energiespeichers 220/230 können dabei beispielsweise als Behälter-Wärmespeicher, Erdbecken-Wärmespeicher, Erdsonden-Wärmespeicher oder als Aquifer-Wärmespeicher ausgebildet sein und je nach Bedarf und geologischen Umgebungsbedingungen bzw. infrastrukturellen Ausgangsbedingungen Vor- und Nachteile aufweisen.

Zudem kann es beispielsweise vorteilhaft sein, wenn der Kurzzeitspeicher 220 und der Langzeitspeicher 230 des ersten Energiespeichers 220/230 über eine direkte Verbindung/direkte Wirkverbindung zum Austausch von Wärmemengen verfügen, sodass über einen kurzen und damit schnellen Weg beispielsweise die im Langzeitspeicher 230 langfristig gespeicherte Wärmemenge (oder Teile davon) dem Kurzzeitspeicher 220 zur Verfügung gestellt werden kann, wenn beispielsweise die durch das beispielhafte Rechenzentrum 210 bereitgestellte bzw. umgewandelte Menge an thermischer Energie T nicht mehr den Verbrauch an thermischer Energie T des Gebäudes 2000 decken kann.

Zudem kann ein Austausch der Wärme (beispielsweise von Kurzzeitspeicher 220 zum Langzeitspeicher 230) vorteilhaft über einen Wärmetauscher erfolgen, wobei das Temperaturniveau abgesenkt werden würde. Umgekehrt kann mittels einer Wärmepumpe (siehe beispielsweise Wärmepumpe 510) unter Zuführung von elektrischer Energie E (als beispielhafte erste Energieform) mit Anhebung des Temperaturniveaus vom Langzeitspeicher 230 zurück in den Kurzzeitspeicher 220 umgeschichtet werden.

Ein weiterer vorteilhafter Bestandteil des beispielhaften Systems 1000, insbesondere des ersten Energiewandlermoduls 200, kann ein fünfter Energiespeicher 240 sein, der als thermochemischer Wärmespeicher 240 ausgebildet ist. Überschüssige Wärme kann beispielsweise mittels Silikagelen, Metallhydriden, Zeolithen oder Metalloxiden in öliger Suspension, wie beispielsweise hygroskopische Oxide wie Boroxid, in einer endothermen chemischen Reaktion gebunden (Umwandlung Energiemenge thermischer Energie T zu speicherbarer chemischer Energie C) und verlustfrei über lange Zeiträume als chemische Energie C gelagert/gespeichert werden. Bei Bedarf wird Wärme (thermische Energie T) über eine geregelte exotherme chemische Reaktion frei (Umwandlung von gespeicherter Energiemenge chemischer Energie C zu Energiemenge thermischer Energie T) und steht zur Nutzung im Gebäude 2000 oder Nebengebäude 2100 bereit. Die Reaktionsprodukte der exothermen Reaktion entsprechen dabei den Reaktionsausgangsstoffen der endothermen Reaktion, sodass insgesamt betrachtet ein reversibler Prozess zum Ein- und Ausspeichern von thermischer Energie entsteht.

Darüber hinaus kann beispielsweise der Langzeitspeicher 230 auch als thermochemischer Speicher 240 (fünfter Energiespeicher 240) ausgebildet sein, um beispielsweise thermische Energie T im Vergleich zu einem als Erdbecken-Wärmespeicher platzsparend zu speichern.

Da nicht jedes Gebäude über einen Saisonalspeicher 230/Langzeitspeicher 230 zur längerfristigen Speicherung thermischer Energie T verfügt und/oder teilweise die längerfristigen Wärmespeicher nicht gefüllt sind, kann es überaus vorteilhaft sein, einen zusätzlichen Baustein im beispielhaften System 1000 für die kontinuierliche, bedarfsgerechte Energieversorgung des Gebäudes 2000 vorzusehen.

Hierfür kann ein zweites Energiewandlermodul 300 ein vorteilhafter Baustein sein, wobei das zweite Energiewandlermodul 300, im Gegensatz zum ersten Energiewandlermodul 200, die elektrische Energie E in chemische Energie C (beispielsweise dritte Energieform) umwandeln (Power-to-Gas) und zusätzlich in der Lage sein kann, die chemische Energie C wieder zurück in elektrische Energie E und/oder thermische Energie T zu wandeln.

Insbesondere kann dabei das zweite Energiewandlermodul 300 beispielsweise einen zweiten Energiewandler 310, beispielsweise eine Elektrolyseeinheit 310 aufweisen, die elektrische Energie E in chemische Energie C durch eine Redoxreaktion mit Wasser (Wasserelektrolyse) unter Entstehung von thermische Energie T umwandelt, wobei in der Wasserelektrolyse das Wasser in Sauerstoff (O ₂ ) und Wasserstoff (H ₂ ) gespalten wird. Letzteres von beiden kann vorteilhaft beispielsweise für eine Umwandlung, beispielsweise in einem dritten Energiewandler 330 (beispielsweise Blockheizkraftwerk 330, das den Wasserstoff H ₂ verbrennt, oder Brennstoffzelle 330, die den Wasserstoff H ₂ unter Zuführung von Sauerstoff O ₂ verstromt, wobei in beiden Fällen Abwärme entsteht) verwendet werden, um daraus wieder elektrische Energie E (Strom) und/oder thermische Energie T (Wärme) bei Bedarf für das Verbrauchermodul 600 (thermischen Verbrauchermodul 600) und/oder für das Verbrauchermodul 800 (elektrisches Verbrauchermodul 800) des Gebäudes 2000 zu erzeugen.

Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn das zweite Energiewandlermodul 300 einen zweiten Energiespeicher 320 für die Speicherung der chemischen Energie C (wie beispielsweise Wasserstoff H ₂ ) aufweist, die in dem zweiten Energiewandler 310 (beispielsweise in der Elektrolyseeinheit 310) gebildet/erzeugt wurde. Ein Vorteil dieser Energiespeichermethode ist dabei, dass eine vergleichsweise große Menge an Energie auf vergleichsweise geringem Raum gespeichert werden kann, da insbesondere gasförmige Stoffe als Träger von chemischer Energie E (zum Beispiel Wasserstoff) unter entsprechendem Druck sehr stark komprimierbar und lagerfähig sind. Somit können auch bei relativ kleinen Platzverhältnissen vorteilhaft Speicher für große Mengen an chemischer Energie C in oder an einem Gebäude vorgesehen werden.

Weiterhin kann der zweite Energiewandler 310 und der dritte Energiewandler 330 als eine Baugruppe 340, insbesondere als reversible Brennstoffzelle 340 ausgebildet sein, die in einem Prozess eine Energiemenge von elektrischer Energie E in eine Energiemenge chemischer Energie C umwandeln kann, wobei diese chemische Energie C wieder in dem zweiten Energiespeicher 320 gespeichert werden kann, und diesen Prozess umgekehrt, von chemischer Energie C zu elektrischer Energie E, durchführen kann.

Dabei wird in beiden Prozessen (von elektrischer Energie E in chemische Energie C und von chemischer Energie C zu elektrischer Energie E) zusätzlich thermische Energie T erzeugt, die, wie auch die bei der Elektrolyseeinheit 310 und/oder bei der Brennstoffzelle 330/beim Blockheizkraftwerk 330 entstehende thermische Energie T, in dem ersten Energiespeicher 220/230 des ersten Energiewandlermoduls 200 gespeichert werden kann.

Durch die reversible Brennstoffzelle 340 als zweiter Energiewandler 310 kann neben der vorteilhaften Reduktion der Anzahl der einzelnen Komponenten innerhalb des beispielhaften Systems 1000 auch eine Möglichkeit des effektiven Zwischenspeicherns überschüssiger Energiemengen, beispielsweise erzeugt durch das Windrad 110 bzw. durch die Photovoltaikeinheit 120, in dem zweiten Energiespeicher 320 (beispielsweise als Gasflaschen oder, aufgrund des geringeren Drucks von 30 bis 40 bar, als großvolumiger Kunststofftank oder Vergleichbarem ausgebildet; ferner kann neben der gasförmigen Speicherung auch die chemische Bindung von H ₂ in Ammoniak als Flüssigkeit erfolgen, wenn beispielsweise Drücke von zumindest 9 bar bei der Speicherung aufgebracht werden können) geschaffen werden. Insbesondere kann dadurch beispielhaft dem Betreiber des beispielhaften Systems 1000 eine zusätzliche Möglichkeit, neben dem Speichern der überschüssigen Energiemenge als thermische Energie T in den entsprechenden Kurzzeitspeicher 220 oder Langzeitspeicher 230, des Speicherns der überschüssigen Energie als chemische Energie C zur Verfügung gestellt werden, wobei auch hier wieder Aspekte wie beispielsweise der Wirkungsgrad der jeweiligen Umwandlung von elektrischer Energie E in thermische Energie T oder in chemische Energie C und/oder der Bedarf an thermischer und/oder elektrischer Energie T/E berücksichtigt werden könnten.

Vorteilhafte reversible Brennstoffzellen 310 können beispielsweise Polymerelektrolytbrennstoffzellen (PEM) oder Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) sein, wobei letztere von beiden teilweise einen Wirkungsgrad bei Strom-zu-Strom von bis zu 70 % erreichen kann. Da dieser Wirkungsgrad deutlich geringer ist als bei Anwendungen von Power- to-Heat, kann die Verwendung von Power-to-Gas insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn ein deutlicher Überschuss an elektrischer Energie E im beispielhaften System 1000 vorliegt und die Wärmespeicher 220, 230 beispielsweise bereits sehr gut bis vollständig gefüllt sind bzw. die Wärmespeicher 220/230 zu klein oder nicht vorhanden sind, sodass das Power-to-Gas-System als eine Ergänzung oder Alternative zu den Wärmespeichern 220, 230 genutzt werden kann.

Durch die beispielhafte Kombination von einem ersten, primärlastabhängigen Energiewandler 210 (beispielsweise in Form einer Werkzeugmaschine, einer Recheneinheit usw.) zur Umwandlung von elektrischer Energie E in thermische Energie T, den Speichermöglichkeiten für thermische Energie T durch Kurzzeitspeicher 220 und Langzeitspeicher 230, der Umwandlungsmöglichkeit von elektrischer Energie E in chemische Energie C durch einen zweiten Energiewandler 310 (beispielsweise als Elektrolyseeinheit 310) und entsprechender Speichermöglichkeiten (zweiter Energiespeicher 320 zur Speicherung von chemischer Energie C) sowie der Umwandlungsmöglichkeit von chemischer Energie C in elektrische Energie E und/oder thermische Energie T können sowohl elektrische Energie E als auch thermische Energie T den Verbrauchermodulen 600, 800 (thermisches Verbrauchermodul 600/elektrisches Verbrauchermodul 800) des Gebäudes 2000 vorteilhaft kontinuierlich und bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt werden.

Eine zusätzliche Herausforderung kann es darstellen, wenn für die Bereitstellung von elektrischer Energie E ausschließlich diskontinuierliche Energiequellen wie Wind 10 und Sonnenstrahlung 20 verwendet werden sollen bzw. zur Verfügung stehen.

Diskontinuierliche Energiequellen wie Wind 10 und Sonnenstrahlung 20 können je nach Wetter, Tages- bzw. Nachtzeit, Jahreszeit und Örtlichkeit (beispielsweise Äquator oder Pole als Extrembeispiele) sehr unterschiedlich stark sein oder beispielsweise ganz ausfallen bzw. nicht zur Verfügung stehen. Die Energiezuführung auf Basis dieser diskontinuierlichen Energiequellen 10, 20 in das beispielhafte System 1000 kann daher von maximal möglich (beispielsweise im Sommer, wolkenfrei und zur Mittagszeit, wenn die Sonnenstrahlung 20 am stärksten ist und dabei beispielsweise gleichzeitig entsprechend starker Wind 10 weht) bis hin zum völligen Erliegen (beispielsweise in der Nacht und bei absoluter Windstille, auch als „Dunkelflaute" bezeichnet) umfassen.

Da diskontinuierliche Energiequellen 10, 20 sehr abhängig von den Umständen sind und keine kontinuierliche Energie (keine kontinuierliche Energiemenge) bereitstellen können, kann es angezeigt sein, ein entsprechendes beispielhaftes System 1000 zu nutzen. Mithilfe dieses beispielhaften Systems 1000 können verschiedenste Formen von Energie, beispielsweise elektrische Energie E beispielsweise als eine erste Energieform, thermische Energie T beispielsweise als eine zweite Energieform und chemische Energie C beispielsweise als eine dritte Energieform, sowie deren Möglichkeiten zur Speicherung und Umwandlung in die jeweils anderen Energieformen genutzt werden, um ein Aufladen der Speichermöglichkeiten bei Überdeckung der Energiezufuhr durch die diskontinuierlichen Energiequellen 10, 20 in Bezug auf den Energieverbrauch im Gebäude 2000 oder ein Verbrauchen der gespeicherten Energiemenge bei Unterdeckung der Energiezufuhr durch die diskontinuierlichen Energiequellen 10, 20 in Bezug auf den Energieverbrauch des Gebäudes 2000 zu ermöglichen.

Demgegenüber stehen kontinuierliche Energiequellen für das beispielhafte System 1000 wie das öffentliche Stromnetz 40, wobei es sich im Wesentlichen um verschiedenste, klassische Energiequellen für die Produktion von elektrischer Energie, angefangen von der Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie beispielsweise Kohle oder Gas, die Nutzung von Wasserkraft (beispielsweise Pumpspeicherkraftwerke) oder auch Atomenergie handeln kann.

Je nachdem, welche dieser klassischen Energiequellen betrachtet wird, ist manche Energiequelle einfacher zu steuern (im Sinne von zu- und abschalten) und manche weniger bzw. muss dauerhaft laufen (beispielsweise Kohlekraftwerke). All diese verschiedenen kontinuierlichen Energiequellen speisen das öffentliche Stromnetz 40 und tragen zusätzlich zu dessen Aufrechterhaltung bzw. Stabilität bei.

Zum Beispiel kann mittels eines ersten Energiebereitstellungsmoduls 100 elektrische Energie E (erste Energieform) als kontinuierliche Energiequelle durch das öffentliche Stromnetz 40, als auch durch diskontinuierliche Energiequellen wie Wind 10 und/oder Sonnenstrahlung 20, die beispielsweise mittels eines Windrades 110 und/oder einer Photovoltaikeinheit 120 des ersten Energiebereitstellungsmoduls 100 in elektrische Energie E umgewandelt werden, bereitgestellt und für die weitere Verwendung dem ersten Energiewandlermodul 200, dem zweiten Energiewandlermodul 300 und/oder dem elektrischen Verbrauchermodul 800 des Gebäudes 2000 zugeführt werden.

Dabei kann, insbesondere bei der ausschließlichen Bereitstellung von elektrischer Energie E durch die diskontinuierlichen Energiequellen wie Wind 10 und/oder Sonnenstrahlung 20 mithilfe des Windrads 110 bzw. der Photovoltaikeinheit 120, eine Speicherung der elektrischen Energie E in einem dritten Energiespeicher 130 des ersten Energiebereitstellungsmoduls 100 vorteilhaft sein. Beispielsweise kann der dritte Energiespeicher 130 als Vanadium-Redox-Flow-Akkumulator oder als Lithium-Ionen- Akkumulator oder Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator ausgebildet sein.

Vorteilhaft können verschiedene Arten von Akkumulatoren für das Speichern der elektrischen Energie E (erste Energieform) genutzt werden, wobei Vanadium-Redox-Flow- Akkumulatoren im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkumulatoren eine deutlich höhere Betriebssicherheit aufweisen, da ihr Elektrolyt aufgrund eines hohen Wasseranteils weder brennbar noch explosiv ist und dadurch Vanadium-Redox-Flow-Akkumulatoren auch Kurzschlüsse unbeschadet überstehen können. Zudem ist ein Vanadium-Redox-Flow- Akkumulator im Vergleich zu einem Lithium-Ionen-Akkumulator dauerstabil. Ein Lithium- Eisen-Phosphat-Akkumulator weißt eine höhere Zyklenfestigkeit auf, als der Lithium-Ionen- Akkumulator, erreicht dabei aber nicht die Dauerstabilität des Vanadium-Redox-Flow- Akkumulators.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass auch im Falle einer diskontinuierlichen Bereitstellung von elektrischer Energie E durch die diskontinuierlichen Energiequellen Wind 10 und Sonnenstrahlung 20 mit dem beispielhaften System 1000 durch die vorteilhafte Kombination mit dem zweiten Energiewandlermodul 300 (Power-to-Gas-System) Schwankungen in der Bereitstellung der elektrischen Energie E überbrückt werden können.

Dabei kann, wie bereits beschrieben, bei einer Überdeckung mit elektrischer Energie E (es wird durch das Windrad 110 und/oder Photovoltaikeinheit 120 auf Basis der diskontinuierlichen Energiequellen Wind 10 und Sonnenstrahlung 20 eine größere Energiemenge an elektrischer Energie E bereitgestellt, als Gesamtenergiemenge von elektrischer und thermischer Energie durch die Verbrauchermodule 600, 800 des Gebäudes 2000 verbraucht wird) die überschüssige elektrische Energie E entweder direkt im dritten Energiespeicher 130 gespeichert und/oder zu speicherfähigem Gas durch beispielsweise die Elektrolyseeinheit 310/reversible Brennstoffzelle 310 umgewandelt werden. Erst bei einer Unterdeckung von elektrischer Energie E (es wird durch das Windrad 110 und/oder Photovoltaikeinheit 120 auf Basis der diskontinuierlichen Energiequellen Wind 10 und Sonnenstrahlung 20 eine geringere Energiemenge an elektrischer Energie E bereitgestellt, als Gesamtenergiemenge von elektrischer und thermischer Energie durch die Verbrauchermodule 600, 800 des Gebäudes 2000 verbraucht wird) kann auf die gespeicherten Energieformen wie beispielsweise elektrische Energie E (beispielsweise gespeichert im dritten Energiespeicher 130) oder chemische Energie C (beispielsweise im zweiten Energiespeicher 320 gespeichert und dann zur Umwandlung in elektrische Energie E zum dritten Energiewandler 330 wie ein Blockheizkraftwerk 330 oder eine reversible Brennstoffzelle 310) zurückgegriffen werden, um das Gebäude 2000 auch mit elektrischer Energie E kontinuierlich und bedarfsgerecht zu versorgen.

Weiterhin kann das beispielhafte System 1000 ein zweites Energiebereitstellungsmodul 400 aufweisen, das mittels eines zweiten Energieerzeugers 410 chemische Energie C auf Basis einer zweiten Energiequelle 30 erzeugt. Dabei kann die zweite Energiequelle 30 insbesondere Biomasse 30 als nachwachsender Rohstoff sein. Hierfür eignet sich beispielsweise insbesondere Holz 30 in Form von Holzscheiten, Pellets etc. Es können aber auch andere Biomassearten (beispielsweise andere Pflanzenbestandteile) für die Erzeugung von chemischer Energie C Verwendung finden (beispielsweise durch Vergärung von Biomasse wie Pflanzenbestandteilen zur Erzeugung von Biogas, insbesondere Methan CH ₄ ). Die erzeugte chemische Energie C kann beispielhaft wieder gespeichert werden, beispielsweise in entsprechenden Speichern vergleichbar mit den zweiten Energiespeichern 320 des zweiten Energiewandlermoduls 300.

Ferner kann das zweite Energiebereitstellungsmodul400 einen vierten Energiewandler 420 aufweisen, der die durch den zweiten Energieerzeuger 410 erzeugte chemische Energie C in thermische Energie T umwandelt. Hierfür kann es vorteilhaft sein, wenn die chemische Energie C durch Verbrennung in thermische Energie T umgewandelt und dem beispielhaften System 1000 zur Nutzung zur Verfügung gestellt wird, beispielsweise in Form der Erwärmung des Warmwasserkreislaufs/Warmwassernetz des Gebäudes 2000, und ferner die thermische Energie T (zumindest teilweise) zur Erzeugung der chemischen Energie C im zweiten Energieerzeuger 410 genutzt werden kann.

Beispielsweise können hierfürvorteilhaft Holzvergaserkessel zur Anwendung kommen, bei der die Holzvergasung durch den zweiten Energieerzeuger 410 (Holzvergaser 410) räumlich getrennt von der Holzgasverbrennung durch den vierten Energiewandler 420 (Holzgasverbrenner 420) stattfindet, jedoch der Holzvergaserkessel (aufweisend zweiten Energieerzeuger 410 und vierten Energiewandler 420) im Wesentlichen eine Baugruppe ist.

Weiterhin kann das zweite Energiebereitstellungsmodul 400 einen vierten Energiespeicher 430 zur Speicherung der thermischen Energie T (beispielsweise zweite Energieform) aufweisen, wobei der vierte Energiespeicher 430 beispielsweise in keiner oder in direkter Wirkverbindung mit dem ersten Energiespeicher 220/230 zur Speicherung der thermischen Energie T stehen kann, um beispielsweise eine Energiemenge der thermischen Energie T untereinander austauschen zu können.

Ein weiterer beispielhafter Aspekt des beispielhaften Systems 1000 können zusätzliche, wärmeerzeugende Vorrichtungen sein. Insbesondere im Hinblick darauf, dass beispielsweise die Recheneinheit 210/das Rechenzentrum 210 nur dann Wärme in entsprechender Menge erzeugt, wenn entsprechend umfangreiche Rechen- und/oder Speicheroperationen von der Recheneinheit 210/dem Rechenzentrum 210 durchgeführt werden (primärlastabhängige Umwandlung von elektrischer Energie E in thermische Energie T), kann potenziell nicht zu jeder Zeit die benötigte Wärmemenge erzeugt werden.

Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn das beispielhafte System 1000 eine Wärmepumpe 510 eines Zusatzheizmoduls 500 aufweist, die die Energiemenge der thermischen Energie T in dem System 1000 durch Umkehrung des Wärme-Kraft-Prozesses, bei dem auch zusätzlich elektrische Energie E benötigt werden kann, erhöht. Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn die Wärmepumpe 510 dabei die in dem Langzeitspeicher 230 des ersten Energiespeichers 220/230 gespeicherte thermische Energie T nutzt, diese thermische Energiemenge durch den umgekehrten Wärme-Kraft-Prozess weiter erhöht und dann in das System 1000 einspeist.

Einen zusätzlichen Beitrag an Wärme im beispielhaften System 1000 kann beispielsweise eine Wärmekartusche 520 (oder ein modulierender Durchlauferhitzer 520) des Zusatzheizmoduls 500 im beispielhaften System 1000 leisten, die/der mittels zugeführter elektrischer Energie E thermische Energie T erzeugt (Power-to-Heat). Insbesondere im Fall von einem Überschuss an elektrischer Energie E bei gleichzeitig geringer Auslastung der Recheneinheit 210/des Rechenzentrums 210 (oder einer anderen Vorrichtung wie beispielsweise Werkzeugmaschine, Sortieranlage usw.) und/oder annährend vollständig geladenen elektrischen Speichern 130 oder bereits mit maximaler Leistungsaufnahme von elektrischer Energie befindlichen elektrischen 130 oder chemischen Speichern 320, kann der Einsatz der Wärmekartusche 520/des modulierenden Durchlauferhitzers 520 für eine zusätzliche Leistungsaufnahme sinnvoll sein und damit eine Unterstützung bei der Bereitstellung von thermischer Energie T für das Gebäude 2000 bieten.

Das Gebäude selbst kann dabei beispielhaft im Verbrauchermodul 600 mehrere Verbraucher 610, 620, 650 aufweisen, wobei beispielhaft manche Verbraucher 610, 620 innerhalb des Gebäudes 2000 und manche Verbraucher 650 außerhalb des Gebäudes 2000 bzw. in einem Nebengebäude 2100 des Gebäudes vorgesehen sein können.

So kann beispielsweise das Verbrauchermodul 600 (thermisches Verbrauchermodul 600) des Gebäudes einen Trinkwasserverbraucher 610 mit erwärmtem Wasser und auch einen oder mehrere Heizkörper 620 (bzw. auch Flächenheizsysteme 620; siehe weiter unten) zur Beheizung der Raumluft des Gebäudes 2000 als Verbraucher für thermische Energie T aufweisen. Dabei sind die Bereitstellung von Trinkwasser (auch erwärmtes Trinkwasser) und das Beheizen der Raumluft des Gebäudes 2000 in der Regel der Fälle Grundbedarfsinstallationen eines jeden Wohn- bzw. Bürogebäudes.

Darüber hinaus kann das Gebäude 2000 ein von der Erzeugung der thermischen Energie T und Transport der thermischen Energie T vom Ort der Erzeugung bzw. vom Ort der Speicherung zum Ort des Verbrauchs getrenntes Wärmenetz 640 aufweisen, wobei dieses Wärmenetz 640 beispielsweise mit einem Wärmetauscher 630 oder als gemeinsam verbundenes, hydraulisches System zum Austausch thermischer Energie T für die Nutzung bei den Verbrauchern 610, 620 interagieren kann.

Zudem kann das Gebäude 2000 ein Nebengebäude 2100 (beispielsweise eine Werkstatt, eine Scheune, einen Stall usw.) aufweisen, das zumindest einen oder mehrere Heizkörper 650 oder Flächenheizsysteme 650 (wie beispielsweise Fußbodenheizungen, Wandflächenheizungen oder Deckenheizungen) zum Beheizen der Raumluft des Nebengebäudes 2100 aufweist. Der Unterschied liegt hier insbesondere in der Vorlauftemperatur, die die jeweiligen Heizsysteme benötigen. Beispielsweise benötigt ein Heizkörper 650 meistens eine Vorlauftemperatur von ca. 55 °C, während ein Flächenheizsystem 650 meistens nur 35 °C Vorlauftemperatur benötigt.

Ein weiterer beispielhafter Aspekt des beispielhaften Systems 1000 kann ein Außenpool 700 sein, dessen Wärmebedarf ebenfalls aus dem Wärmenetz 640 des Gebäudes gespeist wird. Die Besonderheiten eines solchen Außenpools 700 (Zusatzverbraucher 700) können zum einen seine große Wassermenge und sein Austausch mit der Außenluft bei entsprechenden Umgebungstemperaturen sein. Beides mündet zusammen in einer großen Verlustleistung aus Verdunstungskälte (abhängig von der Größe der Wasseroberfläche des Außenpools 700) und Wärmeverlusten an die Umgebung (abhängig von der Außentemperatur).

Insbesondere kann der Außenpool, neben seiner Eigenschaft als Vergnügungsort für Personen, zudem einen technisch vorteilhaften Baustein im beispielhaften System 1000 darstellen. Dies insbesondere dann, wenn eine sehr große Menge an thermischer Energie T bereits im beispielhaften System 1000 vorhanden ist, beispielsweise auch sämtliche thermischen Speicher 220/230 bereits gefüllt sind, und die Erzeugung von zusätzlicher Wärme durch die ersten, primärlastabhängigen Energiewandler 210 nicht reduziert werden kann, da derzeit die wertschöpfende Tätigkeit (Primärlast) des ersten Energiewandlermoduls 200 (beispielsweise bei einer Werkzeugmaschine das Bearbeiten eines Werkstücks oder bei einer Recheneinheit/Server das Durchführen von Rechenoperationen bzw. Speichervorgängen) beispielhaft auf voller Last erfolgt.

Dann kann es überaus vorteilhaft sein, thermische Energie T aus dem beispielhaften System 1000 herausnehmen zu können. Hier kann die große Wassermenge des Außenpools 700 (Zusatzverbraucher 700) eine vorteilhafte Rolle einnehmen, da zur (zusätzlichen) Erwärmung dieses Pools entsprechend große Mengen thermischer Energie T „verbraucht" und damit dem beispielhaften System 1000 entzogen werden können.

Weiterhin vorteilhaft kann zudem der Wärmeaustausch des Außenpools 700 mit der Außenluft sein, sodass nicht nur die (zusätzliche) Erwärmung des Außenpools 700 bereits große Mengen an thermischer Energie T dem beispielhaften System 1000 entzieht, sondern zudem auch kontinuierlich große Mengen an thermischer Energie T aus dem beispielhaften System 1000 an die Außenluft abgegeben werden können.

Hierdurch ermöglicht beispielhaft der Außenpool 700 (Zusatzverbraucher 700) eine Art Notkühlung des beispielhaften Systems 1000, das aber beispielweise auch nur dann, wenn eine andere Verwendung oder Speicherung der thermischen Energie T im beispielhaften System 1000 nicht möglich ist.

Gleiches kann natürlich auch erfolgen, wenn beispielsweise zu viel elektrische Energie E im beispielhaften System 1000 ist, das erste Energiewandlermodul 200 mit dem ersten, primärlastabhängigen Energiewandler 210 gerade keine Umwandlung von elektrischer Energie E in thermische Energie T vornehmen kann, und ein bewusster Entzug dieser elektrischen Energie E aus dem beispielhaften System 1000 erwünscht ist. Dann kann durch Umwandlung durch beispielsweise das zweite Energiewandlermodul 300 die elektrische Energie E in chemische Energie C umgewandelt werden, wobei dadurch bereits thermische Energie T erzeugt wird, die dem Außenpool 700 zugeführt werden kann. Weiterhin kann im Anschluss daran die chemische Energie C entweder durch Speicherung im zweiten Energiespeicher 320 oder durch Umwandlung insbesondere in thermische Energie T (beispielsweise im dritten Energiewandler 330 bzw. Blockheizkraftwerk 330) umgewandelt und dem Außenpool 700 zur Abgabe an die Außenluft zugeführt werden. Alternativ oder zusätzlich können natürlich auch beispielsweise durch die Wärmepumpe 510 und/oder durch die Wärmekartusche 520 elektrische Energie E dem beispielhaften System 1000 entzogen und zu thermischer Energie T gewandelt werden, die erneut über die Außenpool 700 an die Außenluft/Umgebungsluft abgegeben werden kann.

Darüber hinaus können aber auch durch entsprechende Steuerung der Bereitstellung der elektrischen Energie E durch Windrad 110, Photovoltaikeinheit 120 oder dem öffentlichen Stromnetz 40 mittels einer entsprechenden Steuereinheit 900 des beispielhaften Systems 1000 die zusätzliche Bereitstellung von elektrischer Energie E reduziert bzw. vollständig heruntergefahren werden. Dabei wird das beispielhafte System 1000 derart gesteuert, dass die elektrischen Erzeuger (beispielsweise Windrad 110/Photovoltaikeinheit 120) jederzeit in Summe so viel Strom erzeugen, wie die Verbraucher der elektrischen Energie E verbrauchen, wobei hier insbesondere elektrische Speicher (wie beispielsweise der dritte Energiespeicher 130) durch ihre Fähigkeit, sowohl als elektrischer Verbraucher (wenn sie elektrische Energie E aufnehmen und damit die aktuelle Energiemenge an elektrischer Energie E im beispielhaften System 1000 reduzieren) als auch als elektrische Erzeuger (bei der Abgabe der gespeicherten elektrischen Energie E) zu fungieren, sodass der Betrag der Leistung durch die Steuerung so modulierbar ist, dass beispielsweise an einem SMART Meter mit digitaler Zählung und digitaler HAN-Schnittstelle zum beispielhaften System 1000 keine Leistungsübertragung aus dem öffentlichen Stromnetz 40 bzw. in das öffentliche Stromnetz 40 erfolgt.

Das elektrische Verbrauchermodul 800 des Gebäudes 2000 kann zudem zur Entnahme von elektrischer Energie E aus dem beispielhaften System 1000 beitragen. Zum einen kann hierfür bereits der ganz normale Strombedarf 810 des Gebäudes 2000 und/oder des Nebengebäudes 2100 (beispielsweise Betreiben eines Kühlschranks, Licht, Betreiben von Computertechnik usw.) als Verbraucher von elektrischer Energie E genutzt werden, aber auch zusätzliche Einrichtungen 820, 830 wie beispielsweise entsprechende Ladestationen/Wall- Boxen 820, 830 für das Aufladen von elektrisch betriebenen Fahrzeugen wie Elektro-PKWs, ELektro-RoLLern und/oder E-Scootern können als Verbraucher von elektrischer Energie E die Energiemenge an elektrischer Energie E im beispielhaften System 1000 signifikant reduzieren.

Zudem kann die Steuereinheit 900 für die Steuerung der Module (beispielsweise erstes Energiebereitstellungsmodul 100, erstes Energiewandlermodul 200, zweites Energiewandlermodul 300, zweites Energiebereitstellungsmodul 400, Zusatzheizmodul 500, thermisches Verbrauchermodul 600, Außenpool 700, elektrisches Verbrauchermodul 800) für das beispielhafte System 1000 vorteilhaft sein.

Dabei kann es beispielhaft vorteilhaft sein, dass das Speichern der überschüssigen Energiemenge der verschiedenen Energieformen (erste, zweite, dritte Energieform wie beispielsweise elektrische, thermische, chemische Energie) in den jeweiligen Energiespeichern (erster Energiespeicher 220/230, zweiter Energiespeicher 320, dritter Energiespeicher 130, vierter Energiespeicher 430, fünfter Energiespeicher 240), das Abgeben der in den Energiespeichern gespeicherten Energiemenge der verschiedenen Energieformen und das Umwandeln der überschüssigen oder abgegebenen Energiemenge der verschiedenen Energieformen in einer von der Steuereinheit 900 gesteuerten Reihenfolge erfolgt.

Zudem kann die Steuereinheit 900 beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Reihenfolge in Abhängigkeit der wertschöpfenden Tätigkeit der Vorrichtungen (Primärlast des ersten, primärlastabhängigen Energiewandlers 210) und/oder eines Bedarfs des Verbrauchermoduls 600, 800 an einer Energiemenge der ersten Energieform (beispielsweise elektrische Energieform E) und einer Energiemenge der zweiten Energieform (beispielsweise thermische Energie T) zu steuern.

Es können alternativ oder zusätzlich dazu aber auch beispielsweise die verschiedenen Wirkungsgrade bei der Umwandlung von einer Energieform in eine andere Energieform von der Steuereinheit 900 berücksichtigt und entsprechend die Reihenfolge bzw. das Umwandlungs-, Speicher- und Erzeugungsverhalten der jeweiligen Energieformen des beispielhaften Systems 1000 entsprechend abändern/steuern, wobei beispielsweise der höhere Wirkungsgrad Vorrang gegenüber dem niedrigeren Wirkungsgrad hat.

Insbesondere die Berücksichtigung der verschiedenen Wirkungsgrade bei der Steuerung, wann, wie und zu welcher anderen Energieform die produzierte bzw. die überschüssige Energiemenge (beispielsweise elektrische Energie oder eine der beiden anderen Energieformen) umgewandelt wird, trägt zu einer optimalen Nutzung der bereitgestellten Energie und die kontinuierliche und bedarfsgerechte Versorgung des Gebäudes 2000 bei.

Während beispielsweise bei einem vergleichsweise sehr großen Energieüberschuss eine Umwandlung der überschüssigen Energiemenge mit einem schlechteren Wirkungsgrad, dafür aber mit einer viel größeren Speicherkapazität, unter Umständen sinnvoll ist, kann bei einem vergleichsweise nur geringen Energieüberschuss die Umwandlung der überschüssigen Energiemenge mit möglichst hohem Wirkungsgrad, aber dafür mit geringeren Speicherkapazitäten, sinnvoller sein.

Alternativ oder ergänzend dazu kann auch ein Kostenmodell zwischen erzeugter, gespeicherter und umgewandelter Energiemenge für die Festlegung der Reihenfolge durch die Steuereinheit 900 genutzt werden. Das Kostenmodell wird durch Gestehungskosten, Betriebskosten und Wirkungsgrade beeinflusst. Niedrigere Gestehungs- und Betriebskosten haben Vorrang gegenüber höheren Gestehungs- und Betriebskosten. Der höhere Wirkungsgrad hat Vorrang vor dem niedrigeren Wirkungsgrad.

Ferner kann die Steuereinheit 900 beispielsweise dazu eingerichtet sein, das Speichern der Energiemenge der zweiten Energieform (beispielsweise thermische Energie T) in dem ersten Energiespeicher 220/230 so zu steuern, dass vorrangig die Energiemenge in dem Kurzzeitspeicher 220 gespeichert wird und nachrangig eine Speicherung der Energiemenge der zweiten Energieform in dem Langzeitspeicher 230 erfolgt.

Zusätzlich kann beispielsweise die Steuereinheit 900 dazu eingerichtet sein, den Außenpool 700 (Zusatzverbraucher 700) derart zu steuern, dass, falls die Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform (beispielsweise thermische Energie T) im Wesentlichen keine Kapazität mehr für eine zusätzliche Energiemenge der zweiten Energieform aufweisen, eine überschüssige Energiemenge der zweiten Energieform dem Außenpool 700 (Zusatzverbraucher 700) zum Verbrauchen zugeführt wird, um die Gesamtenergiemenge im beispielhaften System 1000, insbesondere die Energiemenge der zweiten Energieform, zu reduzieren.

Hierdurch kann bei Bedarf eine Art „Notkühlung" des beispielhaften Systems 1000 durchgeführt werden und die Gesamtenergiemenge im System 1000 beispielsweise signifikant reduziert werden.

Weiterhin kann die Steuereinheit 900 beispielsweise für das Zulassen oder Stoppen eines Zuführens von elektrischer Energie E aus dem öffentlichen Stromnetz 40 in das beispielhafte System 1000 zur Bereitstellung elektrischer Energie E und/oder für das Zulassen oder Stoppen eines Einspeisens von elektrischer Energie E aus dem beispielhaften System 1000 in das öffentliche Stromnetz 40, beispielsweise bei einem Überschuss an eigenproduzierter elektrischer Energie E (beispielsweise durch das Windrad 110 und/oder die Photovoltaikeinheit 120), eingerichtet sein.

Insbesondere im Hinblick auf das Einspeisen von elektrischer Energie E in das öffentliche Stromnetz 40 kann vorteilhaft darauf geachtet werden, die sogenannte Netzstabilität nicht zu gefährden.

Würden beispielsweise sämtliche Photovoltaikanlagen in Deutschland neben den ganzen klassischen Energiequellen in das öffentliche Stromnetz 40 einspeisen, wäre eine viel zu hohe Energiemenge an elektrischer Energie E im Netz vorhanden, was im schlimmsten Fall zum Zusammenbruch des Stromnetzes führen würde, der sogenannte Black-Out.

Aber auch bereits viel kleinere Energiemengen können ein Problem für das öffentliche Netz darstellen, sodass es beispielsweise bei der Errichtung von neuen Photovoltaikanlagen die Anforderung gibt, dass diese Anlagen ab einer Peakleistung von 100 kW durch den Netzbetreiber ferngesteuert heruntergeregelt werden können müssen, sollte eine Netzüberlastung bzw. -instabilität drohen.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass im beispielhaften System 1000 als erste Energieform beispielhaft elektrische Energie E, als zweite Energieform beispielhaft thermische Energie T und als dritte Energieform beispielhaft chemische Energie C gewählt wurde. Das vorliegend beschriebene System 1000 ist in keinster Weise darauf beschränkt, vielmehr kann die erste Energieform auch eine der beiden anderen Energien (thermisch oder chemisch), die zweite Energieform auch eine der beiden anderen Energien (elektrisch oder chemisch), und die dritte Energieform auch eine der beiden anderen Energien (elektrisch oder thermisch) sein.

Zudem sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass zur jeweiligen Energieübertragung (Übertragung von elektrischer Energie E, von thermischer Energie T, von chemischer Energie C) von einem Modul und/oder Wandler und/oder Speicher zu einem anderen Modul und/oder anderen Wandler und/oder anderen Speicher und/oder einem Verbraucher entsprechend eingerichtete Leitungen (E, T, C) im beispielhaften System 1000 vorgesehen sind. Zur Energieübertragung von elektrischer Energie E können verschiedene stromtransportierende Leitungen/Materialien wie beispielsweise Leitungen aus Stahl, Aluminium, Kupfer etc. verwendet werden. Für die Energieübertragung von thermischer Energie T können beispielsweise fluidführende Leitungen (beispielsweise Rohre) verwendet werden, beispielsweise Wasser, Sole oder Luft führende Leitungen. Sole führende Leitungen können beispielsweise wässrige Lösungen von Salzen oder Kältemitteln, wie beispielsweise halogenierte Kohlenwasserstoffe oder Glykole, sowohl aus pflanzlicher Herstellung als auch aus fossilem Erdöl, sowie andere Fluide zur Wärmeübertragung umfassen. Für die Energieübertragung von chemischer Energie C können beispielsweise ebenfalls fluidführende Leitungen (beispielsweise Rohre) oder Behälter (beispielsweise Tanks) verwendet werden, die dazu eingerichtet sind, beispielsweise Wasserstoff und/oder Methan oder Suspensionen aus Silikagelen, Metallhydriden, Zeolithen oder Metalloxiden, wie beispielsweise Boroxid in öliger Suspension, zu führen.

Fig. 3 zeigt eine Explosionsdarstellung eines beispielhaften Gebäudes 2000 mit Nebengebäudes 2100 mit Implementierung des beispielhaften Systems 1000.

Dabei werden beispielhaft auf dem Dach des Gebäudes 2000 und/oder seines Nebengebäudes 2100 Photovoltaikeinheiten 120 zur Bereitstellung von elektrischer Energie E, die beispielhaft in dem dritten Energiespeicher 130, der hier beispielhaft als Vanadium Redox- Flow-Akkumulator ausgebildet ist, gespeichert werden kann und bei Bedarf zum Verbrauch im Gebäude 2000 bzw. im Nebengebäude 2100 genutzt werden kann. Beispielhaft kann der dritte Energiespeicher 130 mit etwas Abstand zum Nebengebäude 2100 auf einem separaten Fundament errichtet werden (siehe rechte Seite der Fig. 3).

Die durch die Photovoltaikeinheiten 120 bereitgestellte bzw. von dem dritten Energiespeicher 130 abgegebene elektrische Energie E kann vorteilhaft im ersten, primärlastabhängigen Energiewandler 210 zu thermischer Energie T umgewandelt werden. Beispielhaft gezeigt ist eine Servereinheit/Rechnereinheit mit entsprechenden Serverracks, die über eine Wasserkühlung verfügen, wobei das, je nach Auslastung der Recheneinheit, erwärmte Wasser beispielsweise für die Beheizung des Gebäudes 2000 bzw. des Nebengebäudes 2100 innerhalb des beispielhaften Systems 1000 genutzt werden kann. Dabei kann die Recheneinheit als erster, primärlastabhängiger Energiewandler 210 beispielhaft im ersten Obergeschoss des Nebengebäudes 2100 vorgesehen sein. Die Recheneinheit kann aber natürlich auch an einer beliebigen anderen Stelle im Gebäude 2000 oder im Nebengebäude 2100 vorgesehen sein. Vorteilhaft hierfür wäre die Ausbildung eines baulich geeigneten Raumes bzw. Aufstellortes mit thermischer, akustischer und elektromagnetischer Isolation. Weiterhin ist in dem Nebengebäude 2100 beispielhaft der zweite Energiewandler 310 zur Umwandlung von elektrischer Energie E in chemische Energie C vorgesehen, um beispielsweise bei Überschuss an elektrischer Energie E eine entsprechende Umwandlung und anschließende Speicherung der chemischen Energie C in einem der zweiten Energiespeicher 320 vorzunehmen. Bei Bedarf an elektrischer und/oder thermischer Energie E/T kann die gespeicherte chemische Energie C wieder abgerufen werden und durch entsprechende Umwandlung bzw. Rückwandlung, beispielsweise in einer Brennstoffzelle 330 oder einem Blockheizkraftwerk 330, elektrische und/oder thermische Energie E/T für den Verbrauch im Gebäude 2000 oder im Nebengebäude 2100 bere itgestellt werden.

Zudem kann das beispielhafte Gebäude 2000 bzw. Nebengebäude 2100 ferner eine Wärmepumpe 510 zur Bereitstellung zusätzlicher Wärmeenergie im beispielhaften System 1000 genutzt werden, wobei vorteilhaft die Wärmepumpe 510 räumlich in der Nähe des thermischen Kurzzeitspeichers 220 und/oder des thermischen Langezeitspeichers 230 angeordnet sein kann.

Die erzeugte Wärme (thermische Energie T) kann beispielsweise in thermische Kurzzeitspeicher 220 für das kurzfristige Wiederbereitstellen dieser Energie, oder aber auch in thermische Langzeitspeicher 230, wie beispielsweise einem saisonalen Wärmespeicher, für die langfristige Wiederbereitstellung gespeichert werden. Dieser saisonale Wärmespeicher (thermischer Langzeitspeicher 230) kann dabei beispielsweise mittels in Schlaufen verlegten Soleleitungen zwischen Streifenfundamenten des Nebengebäudes 2100 vorgesehen sein und seine Wärme (thermische Energie T) in das Material, was ihn umgibt, zur langfristigen Speicherung abgeben.

Darüber hinaus kann ein als thermochemischer Wärmespeicher 240 ausgebildeter fünfter Energiespeicher 240 im Gebäude 2000 bzw. im Nebengebäude 2100 vorgesehen sein, um die erzeugte Wärmemenge langfristig zu speichern. Dabei kann ferner der thermische Langzeitspeicher 230 als thermochemischer Wärmespeicher 240 ausgebildet sein, falls beispielsweise die Platzverhältnisse im oder am Gebäude 2000 bzw. Nebengebäude 2100 keine „klassischen" thermischen Langzeitspeicher 230 wie einen Erdbecken-Wärmespeicher oder einen Behälter-Wärmespeicher ermöglichen. Sollte einmal die Wärmemenge im beispielhaften System 1000 doch zu groß und alle thermischen oder thermochemischen Speicher bereits gefüllt sein und damit eine Art Notkühlung erforderlich werden, um die Gesamtenergiemenge (insbesondere thermische Gesamtenergiemenge) aus dem beispielhaften System 1000 zu reduzieren, kann beispielsweise ein Außenpool 700 als thermischer Zusatzverbraucher 700 vorgesehen sein. Durch die Beheizung des Außenpools 700 mit der im System 1000 befindlichen Wärmemenge, wobei durch die große Verlustleistung aus Verdunstungskälte, die abhängig von der Größe der Wasseroberfläche ist, und Wärmeverlusten an die Umgebung, die abhängig von der Außentemperatur sind, kann insgesamt die Wärmemenge in dem beispielhaften System 1000 signifikant reduziert werden.

Neben den typischen Verbrauchern wie Heizungskörper und/oder Flächenheizsystemen 620 des Gebäudes 2000 und Heizkörper und/oder Flächenheizsystemen 650 des Nebengebäudes 2100 des thermischen Verbrauchermoduls 600 und den allgemeinen elektrischen Verbrauchern/Strombedarf 810 des Gebäudes 2000 bzw. des Nebengebäudes 2100 des elektrischen Verbrauchermoduls 800 kann in dem beispielhaften Gebäude 2000 bzw. Nebengebäude 2100 auch beispielsweise Ladestationen/Wall-Boxen 820, 830 für das Laden von elektrisch betriebenen Fahrzeugen mit elektrischer Energie E vorgesehen sein, insbesondere in einer beispielhaften Garage.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das hier gezeigte und beispielhaft beschriebene, beispielhafte Gebäude 2000 bzw. Nebengebäude 2100 auch noch weitere Module oder Teile von Modulen des in Fig. 2 beschriebenen, beispielhaften Systems 1000 aufweisen kann, beispielsweise ein zweites Energiebereitstellungsmodul 400, das als Holzvergaserkessel (aufweisend zweiten Energieerzeuger 410 und vierten Energiewandler 420) ausgebildet ist.

Die im Folgenden beschriebenen Figuren 4a bis 7b, die jeweils Diagramme zeigen, behandeln das Thema der Energiebilanzen von chemischer, elektrischer und thermischer Energie C, E, T insbesondere im Hinblick auf Erzeugung, Verbrauch und Speicherung durch die jeweiligen Module bzw. Einheiten, wobei die Diagramme die Energien als Fläche unter der jeweiligen Kurve (Integral) als Leistung P in kW (y-Achse) über einen Zeitraum t (x-Achse) darstellen.

Fig. 4a zeigt ein Diagramm einer in einer Modellrechnung beispielhaft berechneten Wärmeaufnahme (Werte im negativen Bereich der Leistungsachse stellen den Verbrauch von Wärme dar) und Wärmeabgabe (Werte im positiven Bereich der Leistungsachse stellen die Wärmeerzeugung dar) der Module 200, 300, 500, 600, 700 des beispielhaften Systems 1000 in kW über einen Zeitbereich des ersten Quartals eines Jahres (hier beispielhaft des Jahres 2022), beginnend ab Januar. Dabei ist zu sehen, dass die Wärmeabgabe des ersten, primärlastabhängigen Energiewandlers 210, der hier beispielhaft als Server ausgebildet ist, zwei Wärmemengen 210Ta 210Tb aufweist. Dabei weist der Server eine Wärmemenge 210Ta aufgrund einer Servergrundlast auf und eine lastabhängige Wärmemenge 210Tb aufgrund einer konkreten Auslastung des Servers durch Rechen- und/oder Speicherprozesse auf. Dabei ist ferner zu erkennen, dass die Grundlast des Servers eine kontinuierliche Wärmemenge 210Ta über das Quartal abgibt, während bei der lastabhängigen Wärmemenge 210Tb einzelne kleinere Schwankungen (beispielsweise aufgrund vereinzelt deutlich niedriger Auslastung des Servers) ersichtlich werden.

Diese Schwankungen werden beispielhaft durch die abgegebene Wärmemenge 510Ta der eingesetzten Wärmepumpe 510, die dafür die im Verlauf des Vorjahres im saisonalen Speicher 230/thermischen Langzeitspeicher 230 gespeicherte Wärmemenge nutzt, ausgeglichen, um die im beispielhaften System 1000 erforderliche Wärmemenge bereitzustellen.

Zusätzlich zu den Wärmemengen, die der erste, primärlastabhängige Energiewandler 210 abgibt, ist im Diagramm gemäß Fig. 4a eine abgegebene Wärmemenge 310Ta der Elektrolyseeinheit 310 zu erkennen, sowie eine abgegebene Wärmemenge 330Ta der Brennstoffzelle 330. Dabei kommen diese beiden abgegebenen Wärmemengen 310Ta, 330Ta im ersten Quartal des Jahres, insbesondere zu Beginn des Jahres noch etwas häufiger vor und nehmen dann zum März hin ab.

Demgegenüber stehen aufgenommene Wärmemengen 620Ta und 650Ta der Heizungssysteme (beispielsweise Heizkörper und/oder Flächenheizsysteme 620, 650 des Gebäudes 2000/2100) zum Beheizen des Gebäudes 2000/2100 und eine konstant aufgenommene Wärmemenge 610Ta zum kontinuierlichen Bereitstellen des Warmwassers.

In Summe der abgegebenen und aufgenommenen Wärmemengen in einem Zeitbereich (beispielweise eines Tages) ergibt sich aber eine relative Ausgeglichenheit, sodass beispielsweise nur bei einer außergewöhnlich großen Erzeugung von elektrischer Energie E (siehe beispielsweise am 22.01.2022 auf der Zeitachse des Diagramms der Fig. 4a verursacht durch starke Winde an einem sonnigen Tag in der Modellrechnung und daraus resultierenden großen Erträgen von Wind- sowie Solarenergie) durch die Umwandlung mittels Elektrolyseeinheit 310 große Wärmemengen 310Ta entstehen. Wenn dies gleichzeitig mit geringen Außentemperaturen und damit einem Heizbedarf einhergeht, kann es vorrangig bei Bewölkung oder in der Nacht und bei abflauendem Wind auch direkt dazu kommen, dass mittels der Brennstoffzelle 330 für das beispielhafte System 1000 wieder Strom und Wärme bereitgestellt werden muss, um den Bedarf an elektrischer Energie und Wärme (aufgenommene Wärme) für die Beheizung des Gebäudes 2000/2100 und der Warmwasserbereitung zu decken.

Der Zeitbereich ab April, bei dem auch eine aufgenommene Wärmemenge 700Ta des Außenpools 700 gezeigt ist, wird im Folgenden beschrieben.

Fig. 4b zeigt die Fortführung des Diagramms aus Fig. 4a über einen Zeitbereich des zweiten Quartals des beispielhaften Jahres, beginnend ab April.

Weil perspektivisch über den Sommer ausreichend Wärmenergie zur Verfügung steht und die Heizsaison für das Gebäude 2000/2100 endet, kann die thermische Energie E bereits im April des Jahres dafür verwendet werden, eine vergleichsweise große Wärmemenge 700Ta für die Erwärmung und zum Halten der gewünschten Temperatur des Außenpools 700 aufzunehmen. Hilfreich dafür ist die exemplarisch in der Modellrechnung auf Basis von Wetterdaten des beispielhaften Standorts (Thüringen, Region Thüringer Becken) zur Verfügung stehende elektrische Energie E, die aufgrund von Überschuss im beispielhaften System 1000 in der Elektrolyseeinheit 310 gewandelt wird und damit zur Erzeugung der abgegebenen Wärmemenge 310Ta zur Verfügung steht. Da die Tage im April vergleichsweise zum Sommer noch relativ kurz sind, stehen solare Erträge nur zeitlich begrenzt zur Verfügung, sodass es über Nacht bereits wieder zu einer Entladung des Wasserstoffspeichers 320 kommt, um elektrische Energie E für die technischen Anlagen zur Verfügung zu stellen. Damit wird durch die Brennstoffzelle 330 zur Erzeugung der benötigten elektrischen Leistung eine Wärmemenge 330Ta bereitgestellt, die ebenfalls zur benötigten Wärmemenge 700Ta beiträgt.

In den kommenden, von den Außentemperaturen her wärmeren Monaten muss weniger Wärmemenge 700Ta für den Außenpool aufgenommen werden, um die Temperatur zu halten. Das führt dazu, dass die Servergrundlast und die Primärlast des Servers (abgegebene Wärmemengen 210Ta, 210Tb) sowie kurzzeitig die Verwendung der Elektrolyseeinheit 310 und der Brennstoffzelle 330 (abgegebene Wärmemengen 310Ta, 330Ta), teilweise auch zeitlich versetzt, genutzt werden, um neben der Deckung der aufgenommenen Wärmemengen 610Ta, 620Ta, 650Ta und 700Ta der Verbraucher auch den thermischen Langzeitspeicher 230/saisonalen Wärmespeicher 230 mit Wärmemengen zu beladen, die später für die in Bezug auf die Außentemperatur kälteren Monate mittels Einspeisung über eine Wärmepumpe 510 genutzt werden kann.

Fig. 4c zeigt die Fortführung des Diagramms aus Fig. 4b über einen Zeitbereich des dritten Quartals des beispielhaften Jahres, beginnend ab Juli.

Dabei fällt vor allem auf, dass sich im August die vom Außenpool 700 aufgenommene Wärmemenge 700Ta erhöht hat, wobei keine signifikant erhöhte Wärmemenge durch die Wärmeerzeuger (wie beispielsweise Server 210, Elektrolyseeinheit 310 oder Brennstoffzelle 330) abgegeben wurde. Dies kann beispielsweise daran liegen, dass die im beispielhaften System 1000 befindliche Energiemenge zu hoch war und der Außenpool 700 zum gezielten, zusätzlichen Energieverbrauch genutzt wurde, um die Gesamtenergiemenge im beispielhaften System 1000 zu reduzieren. Dies kann beispielhaft mit einer zusätzlichen Beheizung des Außenpools 700 ermöglicht werden. Je nach Wärmeerzeugung und Wärmeverbrauch kann es aber auch sein, dass eine Erhöhung der vom Außenpool 700 aufgenommenen Wärmemenge 700Ta nicht erforderlich wird und der Außenpool 700 mehr oder weniger mit einer konstanten Wärmemengenaufnahme beheizt werden kann.

Dies kann zudem deshalb erforderlich sein, wenn der saisonale Speicher 230/thermische Langzeitspeicher 230 ab Ende Juli voll beladen ist und keine zusätzliche Wärmemenge mehr aufnehmen kann, sodass die überschüssige Wärmemenge über den Außenpool 700 an die Umgebung abgegeben werden muss.

Fig. 4d zeigt die Fortführung des Diagramms aus Fig. 4c über einen Zeitbereich des vierten Quartals des beispielhaften Jahres, beginnend ab Oktober.

Dabei ist im Wesentlichen ab Oktober eine leichte Zunahme der aufgenommenen Wärmemengen 620Ta und 650Ta zur Beheizung des Gebäudes 2000/2100 zu erkennen, wobei dies im Wesentlichen mit den kälteren Außentemperaturen zusammenhängt, die sich am Ende eines jeden Jahres, zumindest in den Ländern der Nordhalbkugel der Erde, einstellen, wobei mit Fortschreiten der Zeit hin zu den Wintermonaten Dezember bis Februar die Außentemperaturen weiter absinken und entsprechend die Wärmemengenaufnahme 620Ta und 650Ta deutlich zunimmt.

Wie in Fig. 4d ersichtlich, wird auch verstärkt die Wärmemenge aus dem saisonalen Speicher 230/thermischen Langzeitspeicher 230 genutzt, die über die Wärmepumpe 510 als abgegebene Wärmemenge 510Ta in das beispielhafte System 1000 eingespeist wird und von den jeweiligen Verbrauchern 610, 620, 650 und 700 genutzt werden kann, wobei im Oktober der Außenpool 700 noch beheizt wird.

Die Beheizung des Außenpools 700 ist in der vorliegenden Modellrechnung deshalb noch im Oktober zu erkennen, da die Erzeugung von elektrischer Energie aus erneuerbaren Energiequellen (wie beispielsweise Wind 10 oder Solarenergie 20) im Oktober bereits deutlich zurück geht, sodass zunehmend Strom aus Wasserstoff erzeugt wird. Dabei wird aber noch mehr Wärme frei, als im Oktober vom Gesamtsystem 1000 verbraucht wird, weil die Außentemperaturen noch nicht so kalt sind, dass die Beheizung des Gebäudes 2000/2100 einen entsprechenden Verbrauch an thermischer Energie zur Folge hätte. Deshalb ist es in der vorliegenden Modellrechnung notwendig, den Außenpool 700 weiter zu beheizen, damit das Gesamtsystem nicht überhitzt.

In einem System 1000, das unter Realbedingungen auf kontinuierlich verfügbare Temperaturmesswerte zurückgreifen würde, würde der Außenpool 700 nur noch beheizt werden, solange ein Wärmeüberschuss im beispielhaften System 1000 real bestehen würde. Erst wenn der Wärmeüberschuss nicht mehr gegeben wäre bzw. ein Mangel an Wärme im System 1000 auftreten würde, würde das beispielhafte System 1000 die Wärmepumpe 510 zur Erzeugung zusätzlicher thermischer Energiemengen 510Ta zuschalten.

Erst im November übersteigt der Wärmebedarf die Wärmeerzeugung, sodass auf die Beheizung des Außenpools 700 verzichtet werden kann. Zusätzlich benötigte Wärme wird zunehmend über die Wärmepumpe 510 bereitgestellt und die thermische Energie im saisonalen Speicher 230 damit abgebaut.

Würde sich, wie beispielhaft im Diagramm in Fig. 4d gezeigt, eine deutliche Verringerung der Auslastung des Servers einstellen, könnte kurzfristig mittels der Wärmepumpe 510 eine Wärmemenge aus dem saisonalen Speicher 230/thermischen Langzeitspeicher 230 abgegeben werden, um eine entsprechend große Wärmemenge 510Ta in das beispielhafte System 1000 einzuspeisen und den „Verlust" der Wärmeerzeugung durch die ausgebliebene Serverauslastung auszugleichen.

Zusätzlich können zum Jahresende hin wieder verstärkt abgegebene Wärmemengen 310Ta und 330Ta der Elektrolyseeinheit 310 und der Brennstoffzelle 330 für Bereitstellung von Wärme für das Gebäude 2000/2100 genutzt werden.

Fig. 5a zeigt ein Diagramm einer in der Modellrechnung beispielhaft berechneten Ladeleistung (Werte im positiven Bereich der Leistungsachse stellen die Aufnahme von chemischer Energie C dar) und Entnahmeleistung (Werte im negativen Bereich der Leistungsachse stellen die Abgabe von chemischer Energie C dar) des beispielhaft als Wasserstoffspeicher 320 ausgebildeten zweiten Energiespeichers 320 des beispielhaften Systems 1000 in kW über den Zeitbereich eines Jahres (hier beispielhaft des Jahres 2022).

Dabei wird insbesondere in den ersten beiden Monaten (Januar und Februar) und in den letzten beiden Monaten (November und Dezember) des Jahres eine verringerte Lade- und Entnahmeleistung der chemischen Energiemenge 320Ca des zweiten Energiespeichers 320 ersichtlich.

Diese verringerte Lade- und EntnahmeLeistung der chemischen Energiemenge 320Ca taucht insbesondere in den kälteren Monaten des Jahres auf, was darauf zurückzuführen ist, dass insbesondere in den wärmeren und damit auch sonnenintensiveren Monaten deutlich mehr überschüssige elektrische Energie E durch die erneuerbaren Energiequellen, insbesondere durch die Solarenergie 20 bzw. die Photovoltaikeinheit 120, erzeugt wurde, die zur vorteilhaften Speicherung in chemische Energie C, beispielsweise mittels der Elektrolyseeinheit 310, umgewandelt wurde und dem zweiten Speicher 320 zur Speicherung zugeführt wurde. Zudem kann auch kostengünstiger zur Verfügung stehender Strom aus dem öffentlichen Netz 40 dazu genutzt werden, den zweiten Energiespeicher 320 zu beladen.

Dies in Summe bewirkte teilweise Speicherleistungen bzw. Ladeleistungen des zweiten Energiespeichers 320 von über 30 kW und eine Zunahme des Füllstandes des zweiten Speichers 320, insbesondere ab Juli (siehe hierfür auch Fig. 5b), da in diesem Zeitraum eine in der Spitzenleistung konstant hohe Entnahmeleistung (teilweise bis 24 kW) der chemischen Energiemenge 320Ca aus dem zweiten Energiespeicher 320 zu verzeichnen ist, die aber dennoch deutlich unterhalb der genannten Ladeleistung liegt. Die konstant hohe Entnahmeleistung kann beispielsweise darauf zurückzuführen sein, dass die Umwandlung der chemischen Energie C in thermische Energie T durch die Brennstoffzelle 330 in diesem Zeitraum zur Beheizung des Außenpools 700 zusätzlich genutzt wurde.

Erst ungefähr ab September liegt die Ladeleistung unterhalb der Entnahmeleistung des zweiten Energiespeichers 320, was somit zu einer Verringerung des Füllstandes des zweiten Energiespeichers 320 ab September führt (vergleiche hierzu auch Fig. 5b). Die verringerte Ladeleistung in diesem Zeitraum kann beispielweise daran liegen, dass die elektrische Energie E vermehrt für das zusätzliche Bereitstellen/Erzeugen von thermischer Energie T für die Beheizung des Gebäudes 2000/2100 genutzt werden muss (siehe hierfür auch Fig. 4d, ca. ab September), beispielsweise durch den Betrieb der Server/wertschöpfenden Maschinen als primärlastabhängige Wärmeerzeuger (erster, primärlastabhängiger Energiewandler 210) und Anlagen oder durch Zuschalten der Wärmepumpe 510.

Ab November des Jahres ist ferner eine deutlich verringerte Entnahmeleistung der chemischen Energie 320Ca zu verzeichnen, was daran liegen kann, dass weniger Strom aus beispielsweise erneuerbaren Energien vorhanden ist, sodass weniger chemische Energie C (hier Wasserstoff) im Elektrolyseur 210 erzeugt und im zweiten Energiespeicher 320 gespeichert wird. Der Speicher 320 wird (ohne die Aufnahme von Strom aus dem öffentlichen Stromnetz) damit oft leer (siehe auch Fig. 5b, ab November). Nur wenn der Speicher 320 nicht leer ist, kann Strom bedarfsgerecht mit Abwärmenutzung zur Verfügung gestellt werden.

Fig. 5b zeigt ein Diagramm eines in der Modellrechnung beispielhaft berechneten Füllstandes des zweiten Energiespeichers 320 (beispielhaft Wasserstoffspeicher 320) des beispielhaften Systems 1000 in % über den Zeitbereich eines Jahres (hier beispielhaft des Jahres 2022).

Wie bereits unter Fig. 5a teilweise angesprochen, findet insbesondere ab Juli eine sehr starke Zunahme des Füllstands des zweiten Speichers 320 (Wasserstoffspeichers 320) statt, da, wie auch in Fig. 5a gezeigt, regelmäßig die Ladeleistung deutlich über der Entnahmeleistung des zweiten Speichers 320 liegt.

Ungefähr ab September liegt die Ladeleistung unterhalb der Entnahmeleistung des zweiten Energiespeichers 320, was somit zu einer teils deutlichen Verringerung des Füllstandes des zweiten Energiespeichers 320 innerhalb kurzer Zeit führt (vergleiche hierzu auch Fig. 5a).

Fig. 6a zeigt ein Diagramm einer in der Modellrechnung beispielhaft berechneten Ladeleistung (Werte im positiven Bereich der Leistungsachse stellen die Aufnahme von elektrischer Energie E dar) und Entnahmeleistung (Werte im negativen Bereich der Leistungsachse stellen die Abgabe von elektrischer Energie E dar) des beispielhaft als Vanadium-Redox-Flow-Akkumulator 130 ausgebildeten dritten Energiespeichers 130 des beispielhaften Systems 1000 in kW über den Zeitbereich eines Jahres (hier beispielhaft des Jahres 2022).

Dabei wird, insbesondere auch in der Zusammenschau mit Fig. 6b deutlich, dass der dritte Energiespeicher 130 vor allem als eine Art Ausgleichsspeicher für die kurzfristige Speicherung und die kurzfristige Abgabe/Bereitstellung einer elektrischen Energiemenge 130Ea genutzt wird, sodass damit auch ein sehr schwankungsbehafteter Füllstand (siehe Fig. 6b) einhergeht und dabei innerhalb kurzer Zeit (beispielsweise weniger Tage) die gleiche Energiemenge 130Ea im dritten Energiespeicher 130 gespeichert und auch wieder abgegeben wird. Ein „Ansammeln" an elektrischer Energie E über einen längeren Zeitbereich wird hier beispielhaft nur nachrangig angestrebt.

Zudem ist zu erkennen, dass insbesondere in den kalten Monaten (Januar und Februar sowie November und Dezember) des Jahres deutlich geringere Energiemengen 130Ea in den dritten Energiespeicher 130 eingespeichert und wieder abgegeben werden. Das hängt beispielsweise mit der vermehrten Nutzung der zur Verfügung stehenden elektrischen Energie E zur Beheizung des Gebäudes 2000/2100 zusammen, sodass sehr häufig in diesem Zeitbereich kaum überschüssige elektrische Energie E vorhanden ist, die direkt als elektrische Energiemenge 130Ea gespeichert werden kann.

Das Ausbleiben von Speicher- (Lade-) und Entladevorgängen (Entnahmevorgängen) sowie der Absenkung des Füllstands des dritten Speichers 130 auf im Wesentlichen 0 % im Zeitfenster Mitte April des Jahres kann beispielsweise auf die deutlich vermehrte Nutzung des Elektrolyseurs 310 zur Erzeugung von thermischer Energie T (thermische Energiemenge 310Ta) bei konstant hoher Auslastung der Server (erster, primärlastabhängiger Energiewandler 210) zur Erzeugung der thermischen Energiemenge 210Ta/b in diesem Zeitfenster gemäß Fig. 4a zurückgeführt werden, sodass auch in diesem Zeitfenster keine bzw. kaum überschüssige elektrische Energie E zur Speicherung im dritten Energiespeicher 130 vorhanden ist.

Fig. 6b zeigt ein Diagramm eines in der Modellrechnung beispielhaft berechneten Füllstandes des dritten Energiespeichers 130 (beispielhaft Vanadium-Redox-Flow- Akkumulator 130) des beispielhaften Systems 1000 in % über den Zeitbereich eines Jahres (hier beispielhaft des Jahres 2022), wobei der Füllstand dabei mit den Lade- und Entnahmevorgängen gemäß Fig. 6a korreliert.

Fig. 7a zeigt ein Diagramm einer in der Modellrechnung beispielhaft berechneten Ladeleistung (Werte im positiven Bereich der Leistungsachse stellen die Aufnahme von thermischer Energie T dar) und Entnahmeleistung (Werte im negativen Bereich der Leistungsachse stellen die Abgabe von thermischer Energie T dar) des thermischen Langzeitspeichers 230 des beispielhaften Systems 1000 in kW über den Zeitbereich eines Jahres (hier beispielhaft des Jahres 2022).

Dabei wird vor allem in den kälteren Monaten (Januar und Februar sowie Oktober bis Dezember) im Wesentlichen ausschließlich thermische Energiemengen 230Ta aus dem thermischen Langzeitspeicher 230 entnommen und erst mit Beginn der warmen Monate (ca. Juni bis Mitte/Ende September) kehrt sich dieses um und es werden im Wesentlichen ausschließlich thermische Energiemengen 230Ta in den thermischen Langzeitspeicher 230 geladen/gespeichert.

Zur Entnahme der thermischen Energie T aus dem thermischen Langzeitspeicher 230 wird vor allem die Wärmepumpe 510 verwendet, damit diese auf Basis der vom Speicher zur Verfügung gestellten thermischen Energie T unter zusätzlichem Verbrauch von elektrischer Energie E die thermische Energiemenge 510Ta erzeugen und in das beispielhafte System 1000 einspeisen kann. Daher korrelieren die Entnahmevorgänge aus dem thermischen Langzeitspeicher 230 mit den in den Fig. 4a bis 4d auftretenden Wärmeabgaben der thermischen Energiemenge 510Ta.

Für die Beladung/Speicherung des thermischen Langzeitspeichers 230 wird die im beispielhaften System 1000 überschüssige thermische Energie T, wie insbesondere in den Zeiten Juni bis Mitte September in den Fig. 4a bis 4d ersichtlich, genutzt. Da hier auch keine Entnahme von thermischer Energie T aus dem thermischen Langzeitspeicher 230 stattfindet, steigt entsprechend schnell der Füllstand des thermischen Langzeitspeichers 230 an (siehe hierfür Fig. 7b). Dabei kann die Beladung des thermischen Langzeitspeichers 230 mehr als 100 % betragen (beispielsweise ca. 110 %), was beispielsweise bei einem als erdgekoppelten Wärmespeicher ausgestalteten thermischen Langzeitspeicher 230 möglich ist, wenn dieser beispielsweise eine Temperatur von mehr als 25 °C, die als 100 % Füllstand angesehen werden würde, aufweisen würde. Es ist aber in der Regel der Fälle zu empfehlen, bei einer entsprechenden Überhitzung des thermischen Langzeitspeichers 230 eine Kühlung des Speichers 230 bzw. des Systems 1000 herbeizuführen, beispielsweise durch Beladung des fünften Energiespeichers 240 (chemischer Wärmespeicher 240) mit thermischer Energie T oder durch die Notkühlung über den Außenpool 700.

Erst mit Beginn der kälteren Monate nimmt der Füllstand des thermischen Langzeitspeichers 230 teilweise stark ab (vergleiche hierzu Fig. 7b).

In den Zeiten von ca. März bis Ende Mai finden nur vereinzelt Lade- und Entnahmevorgänge von thermischer Energie T beim thermischen Langzeitspeicher 230 statt. Dies hängt beispielsweise damit zusammen, dass zunächst in diesem Zeitbereich keine überschüssige Wärmemenge (thermische Energie T) im beispielhaften System 1000 vorhanden ist und bei einem geringen vorhandenen Defizit zunächst die Abwärme des Elektrolyseurs 310 bzw. der Brennstoffzelle 330 zur Erzeugungvon zusätzlicher Wärme genutzt wird (siehe hierfür beispielsweise Fig. 4a und 4b).

Fig. 7b zeigt ein Diagramm eines in der Modellrechnung beispielhaft berechneten Füllstandes des thermischen Langzeitspeichers 230 (beispielhaft als erdgekoppelter Wärmespeicher ausgebildet) des beispielhaften Systems 1000 in % über den Zeitbereich eines Jahres (hier beispielhaft des Jahres 2022), wobei der Füllstand dabei mit den Lade- und Entnahmevorgängen gemäß Fig. 7a korreliert.

Wie bereits in Fig. 7a beschrieben, werden insbesondere in den Zeiten der wärmeren Monate (ab Juni bis Mitte September) die thermischen Energiemengen 230Ta in den thermischen Langzeitspeicher 230 gespeichert und damit der Füllstand kontinuierlich erhöht, während in den kälteren Monaten (Januar und Februar sowie Oktober bis Dezember) der Füllstand teils rapide abgebaut wird.

Fig. 8a zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines beispielhaften Systems 1000 zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes 2000/2100 mittels der Steuereinheit 900.

Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die im Folgenden beschriebenen Schritte des beispielhaften Verfahrens und insbesondere die darin verwendeten Bezugszeichen der einzelnen Schritte keine Reihenfolge der einzelnen Schritte darstellen oder irgendwie geartet zum Ausdruck bringen sollen. Vielmehr kann beispielhaft ein Schritt mit niedrigerem Bezugszeichen erst nach einem Schritt mit höherem Bezugszeichen und umgekehrt im beispielhaften Verfahren stattfinden.

Im beispielhaft beschriebenen Verfahren umfasst zunächst der Schritt S101 das Bereitstellen einer Energiemenge einer ersten Energieform mittels eines ersten Energiebereitstellungsmoduls 100, wobei der Schritt S102 das primärlastabhängige Umwandeln eines Teils der Energiemenge der ersten Energieform in eine von der ersten Energieform verschiedenen zweiten Energieform mittels eines ersten, primärlastabhängigen Energiewandlers 210 (beispielsweise Server, Werkzeugmaschine, usw.) eines ersten Energiewandlermoduls 200 umfasst.

Im Schritt S103 erfolgt das Verbrauchen einer bedarfsabhängigen Energiemenge der ersten Energieform (beispielsweise elektrische Energie E) und/oder einer bedarfsabhängigen Energiemenge der zweiten Energieform (beispielsweise thermische Energie T) durch mindestens einen Verbraucher eines Verbrauchermoduls 600, 800 des Gebäudes 2000/2100, wobei, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul 100 bereitgestellte Energiemenge der ersten Energieform größer als die durch das Verbrauchermodul 600, 800 verbrauchte, bedarfsabhängige Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, dann zeitlich versetzt oder gleichzeitig im Schritt S104 das Speichern der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der zweiten Energieform in einen ersten Energiespeicher 220/230 des ersten Energiewandlermoduls 200, im Schritt S105 das Umwandeln der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in eine von der ersten und der zweiten Energieform verschiedenen dritten Energieform (beispielsweise chemische Energie C) mittels eines zweiten Energiewandlers 310 eines zweiten Energiewandlermoduls 300, wobei bei der Umwandlung der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in die dritte Energieform gleichzeitig ein Teil der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in die zweite Energieform umgewandelt und dem ersten Energiespeicher 220/230 zum Speichern zugeführt wird, und im Schritte S106 das Speichern der Energiemenge der dritten Energieform in einen zweiten Energiespeicher 320 des zweiten Energiewandlermoduls 300 erfolgt.

Zusätzlich oder alternativ dazu erfolgt, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul 100 bereitgestellte Energiemenge der ersten Energieform kleiner als die durch das Verbrauchermodul 600/800 verbrauchte, bedarfsabhängige Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, zeitlich versetzt oder gleichzeitig im Schritt S107 das Abgeben der in dem ersten Energiespeicher 220/230 zur Speicherung der zweiten Energieform gespeicherten Energiemenge zum Verbrauchen im Verbrauchermodul 600/800, im Schritt S108 das Abgeben der in dem zweiten Energiespeicher 320 zur Speicherung der dritten Energieform gespeicherten Energiemenge an einen dritten Energiewandler 330, und im Schritt S109 das Umwandeln der von dem zweiten Energiespeicher 320 zur Speicherung der dritten Energieform abgegebenen Energiemenge in eine Energiemenge der ersten Energieform mittels des dritten Energiewandlers 330 zum Verbrauch im Verbrauchermodul 600/800, wobei bei der Umwandlung der vom zweiten Energiespeicher 320 abgegebenen Energiemenge der dritten Energieform in die erste Energieform gleichzeitig ein Teil der abgegebenen Energiemenge der dritten Energieform in die zweite Energieform umgewandelt und dem Verbrauchermodul 600/800 zum Verbrauchen zugeführt wird.

Fig. 8b zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines beispielhaften Systems

1000 zur kontinuierlichen, bedarfsgerechten Energieversorgung eines Gebäudes 2000/2100 mittels der Steuereinheit 900, das in Ergänzung oder alternativ zum beispielhaften Verfahren wie in Fig. 8a gezeigt und beschrieben angewendet werden kann.

Weiterhin kann das beispielhafte Verfahren den Schritt S110 aufweisen, der das Erzeugen einer Energiemenge einer ersten Energieform mittels eines ersten Energieerzeugers 110/120 des ersten Energiebereitstellungsmoduls 100 umfasst, wobei die erzeugte Energiemenge der ersten Energieform abhängig von mindestens einer ersten, diskontinuierlichen Energiequelle 10/20 ist, insbesondere eine erneuerbare Energiequelle wie Solarenergie 20 und/oder Windenergie 10.

Zudem kann das beispielhafte Verfahren, falls die durch das erste EnergiebereitstellungsmodullOO bereitgestellte Energiemenge der ersten Energieform größer als die durch das Verbrauchermodul 600/800 verbrauchte Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, zeitlich versetzt oder gleichzeitig den Schritt Sill Speichern eines Teils der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in einen dritten Energiespeicher 130 des ersten Energiebereitstellungsmoduls 100, den Schritt S112 Speichern der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der zweiten Energieform in dem ersten Energiespeicher 220/230 des ersten Energiewandlermoduls 200, den Schritt S113 Umwandeln eines anderen Teils der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in die dritte Energieform mittels des zweiten Energiewandlers 310 des zweiten Energiewandlermoduls 300, wobei bei der Umwandlung des anderen Teils der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in die dritte Energieform gleichzeitig ein Teil des anderen Teils der im Wesentlichen überschüssigen Energiemenge der ersten Energieform in die zweite Energieform umgewandelt und dem ersten Energiespeicher 220/230 zum Speichern zugeführt wird, und den Schritt S114 Speichern der Energiemenge der dritten Energieform in dem zweiten Energiespeicher 320 des zweiten Energiewandlermoduls 300 umfassen.

Zusätzlich oder alternativ dazu kann das beispielhafte Verfahren, falls die durch das erste Energiebereitstellungsmodul 100 bereitgestellte Energiemenge der ersten Energieform kleiner als die durch das Verbrauchermodul 600/800 verbrauchte Energiemenge der ersten und der zweiten Energieform ist, zeitlich versetzt oder gleichzeitig den Schritt S115 Abgeben der in dem dritten Energiespeicher 130 zur Speicherung der ersten Energieform gespeicherten Energiemenge zum Verbrauchen im Verbrauchermodul 600/800, den Schritt S116 Abgeben der in dem ersten Energiespeicher 220/230 zur Speicherung der zweiten Energieform gespeicherten Energiemenge zum Verbrauchen im Verbrauchermodul 600/800, den Schritt 5117 Abgeben der in dem zweiten Energiespeicher 320 zur Speicherung der dritten Energieform gespeicherten Energiemenge an den dritten Energiewandler 330, und den Schritt

5118 Umwandeln der von dem zweiten Energiespeicher 320 zur Speicherung der dritten Energieform abgegebenen Energiemenge in eine Energiemenge der ersten Energieform mittels des dritten Energiewandlers 330 zum Verbrauchen im Verbrauchermodul 600/800 umfassen, wobei bei der Umwandlung der vom zweiten Energiespeicher 320 abgegebenen Energiemenge der dritten Energieform in die erste Energieform gleichzeitig ein Teil der abgegebenen Energiemenge der dritten Energieform in die zweite Energieform umgewandelt und dem Verbrauchermodul 600/800 zum Verbrauchen zugeführt wird.

Zudem kann das beispielhafte Verfahren derart ausgestaltet sein, dass das Speichern der überschüssigen Energiemenge der verschiedenen Energieformen in den Energiespeichern, das Abgeben der in den Energiespeichern gespeicherten Energiemenge der verschiedenen Energieformen und das Umwandeln der überschüssigen oder abgegebenen Energiemenge der verschiedenen Energieformen in einer von der Steuereinheit 900 gesteuerten Reihenfolge erfolgt, wobei die Steuereinheit 900 dazu eingerichtet ist, die Reihenfolge in Abhängigkeit einer Primärlast (beispielsweise das Durchführen von Rechenoperationen in einem Server/einer Recheneinheit, das Bearbeiten eines Werkstücks an einer Werkzeugmaschine usw.) des ersten, primärlastabhängigen Energiewandlers 210 und eines Bedarfs des Verbrauchermoduls 600/800 an einer Energiemenge der ersten Energieform und einer Energiemenge der zweiten Energieform zu steuern.

Zudem kann das beispielhafte Verfahren derart ausgestaltet sein, dass der erste Energiespeicher 220/230 einen Kurzzeitspeicher 220 zur kurzfristigen Speicherung der Energiemenge der zweiten Energieform und einen Langzeitspeicher 230 zur mittel- bis langfristigen Speicherung der Energiemenge der zweiten Energieform umfasst, wobei die Steuereinheit 900 ferner dazu eingerichtet ist, das Speichern der Energiemenge der zweiten Energieform in dem ersten Energiespeicher 220/230 so zu steuern, dass vorrangig die Energiemenge in dem Kurzzeitspeicher 220 gespeichert wird, und nachrangig eine Speicherung der Energiemenge der zweiten Energieform in dem Langzeitspeicher 230 erfolgt.

Zudem kann das beispielhafte Verfahren im Schritt S119 das Erzeugen einer Energiemenge der dritten Energieform mittels eines zweiten Energieerzeugers 410 eines zweiten Energiebereitstellungsmoduls 400, wobei die Erzeugung einer Energiemenge der dritten Energieform durch den zweiten Energieerzeuger 410 abhängig von mindestens einer von der ersten Energiequelle 10, 20, 40 verschiedenen zweiten Energiequelle 30 ist, im Schritt S120 das Umwandeln der erzeugten Energiemenge der dritten Energieform in die zweite Energieform mittels eines vierten Energiewandlers 420 des zweiten Energiebereitstellungsmoduls 400, und im Schritt S121 das Speichern der Energiemenge der zweiten Energieform in einem vierten Energiespeicher 430 des zweiten Energiebereitstellungsmoduls 400 umfassen, wobei die Steuereinheit 900 dazu eingerichtet ist, das Erzeugen, Umwandeln und Speichern der Energiemenge durch das zweite Energiebereitstellungsmodul 400 in Abhängigkeit von dem Energiebedarf des Verbrauchermoduls 600/800 und der Verfügbarkeit der zweiten Energiequelle 30 zu steuern.

Zudem kann das beispielhafte Verfahren im Schritt S122 das Verbrauchen einer überschüssigen Energiemenge der zweiten Energieform durch einen zu dem mindestens einen Verbraucher des Verbrauchermoduls 600/800 des Gebäudes 2000/2100 verschiedenen Zusatzverbraucher 700 aufweisen, falls die Energiespeicher zur Speicherung der zweiten Energieform im Wesentlichen keine Kapazität mehr für eine zusätzliche Energiemenge der zweiten Energieform aufweisen, um die Gesamtenergiemenge im beispielhaften System 1000, insbesondere die Energiemenge der zweiten Energieform, zu reduzieren.

Dabei kann das beispielhafte Verfahren, wie auch das beispielhafte System 1000, derart ausgestaltet sein, dass die erste Energieform eine elektrische Energie E ist, die zweite Energieform eine thermische Energie T ist und die dritte Energieform eine chemische Energie C ist.

Darüber hinaus kann das beispielhafte Verfahren im Schritt S123 das Zulassen oder Stoppen eines Zuführens von elektrischer Energie aus dem öffentlichen Stromnetz 40 in das beispielhafte System 1000 mittels einer Anbindung des beispielhaften Systems 1000 an das öffentliche Stromnetz 40 oder im Schritt 124 das Zulassen oder Stoppen eines Einspeisens von elektrischer Energie in das öffentliche Stromnetz 40 aus dem beispielhaften System 1000 mittels der Anbindung des beispielhaften Systems 1000 an das öffentliche Stromnetz 40 umfassen.

Es sei darauf verwiesen, dass vorstehend lediglich Beispiele bzw. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sowie technische Vorteile detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben wurden. Die vorliegende Offenbarung ist in keinster Weise auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale bzw. deren beschriebene Kombinationen begrenzt bzw. eingeschränkt, sondern umfasst weiterhin Modifikationen der Ausführungsbeispiele, insbesondere diejenigen, die durch Modifikationen der Merkmale der beschriebenen Beispiele bzw. durch Kombination bzw. Teilkombination einzelner oder mehrerer der Merkmale der beschriebenen Beispiele im Rahmen des Schutzumfanges der unabhängigen Ansprüche umfasst sind.

Bezugszeichenliste

10 erste Energiequelle/Wind

20 erste Energiequelle/Sonnenstrahlung/Solarenergie

30 zweite Energiequelle/HoLz/Biomasse

40 Energieversorger/öffentliches Stromnetz

45 Energieversorger/Erdgasversorger

50 Bedarf an Rechenkapazität

100 erstes Energiebereitstellungsmodul

110 erster Energieerzeuger/Windrad

120 erster Energieerzeuger/Photovoltaikeinheit

130 dritter Energiespeicher/elektrischer Energiespeicher

200 erstes EnergiewandLermodul

210 erster Energiewandler (primärlastabhängig)/Recheneinheit

220 erster Energiespeicher/thermischer Kurzzeitspeicher

230 erster Energiespeicher/thermischer Langzeitspeicher

240 fünfter Energiespeicher/chemischer Wärmespeicher

300 zweites Energiewandlermodul

310 zweiter Energiewandler/Elektrolyseeinheit

320 zweiter Energiespeicher/chemischer Speicher/Wasserstoffspeicher

330 dritter Energiewandler/Brennstoffzelle/Blockheizkraftwerk

340 reversible Brennstoffzelle

400 zweites Energiebereitstellungsmodul

410 zweiter Energieerzeuger/Holzvergaser

420 vierter Energiewandler/Holzgasverbrenner

430 vierte Energiespeicher

500 Zusatzheizmodul 510 Wärmepumpe

520 Wärmekartusche

600 Verbrauchermodul (thermisch)

610 Verbraucher/Trinkwasserverbraucher

620 Verbraucher/Heizkörper/Flächenheizsystem

630 Wärmetauscher

640 Wärmenetz

650 Verbraucher/Flächenheizsystem

700 Zusatzverbraucher/Außenpool

800 Verbrauchermodul (elektrisch)

810 normaler Strombedarf

820 Wallbox

830 Wallbox

900 Steuereinheit

1000 System

2000 Gebäude

2100 Nebengebäude

E elektrische Energie

T thermische Energie

C chemische Energie