能量管理方法和能量管理系统
1.本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的能量管理方法和根据权利要求11的前序部分所述的能量管理系统。
2.能量管理方法用于能源系统的前瞻性且尽可能有效率的运行。在此，能量管理系统通常根据先前计算的功率预测来控制或调节能源系统的设施。
3.尤其地，能量管理、即能量管理方法或能量管理系统能够实现将所属的能源系统有利地纳入本地能源市场中。
4.通过本地能源市场，能源系统彼此间可以交换和交易本地获得的能量、尤其电能(电流)。在此，本地能源市场通过其分散的技术装备能够实现将本地获得的能量与本地的能量消耗有效地协调。因此，考虑到通常在本地获得的可再生能源，本地能源市场特别有利。在此，能源系统基本上可以分类为能量消耗者(消耗者)、能量转换者和产消者，产消者既可以消耗能量又可以提供或获得能量。在此，能量转换者可以通俗地称为能量产生者(产生者)，其中，术语产量针对所提供的能量形式，例如在发电机的情况下是电流。
5.在技术上，本地能源市场通过控制平台实现，控制平台也可以称为能源市场平台。在此，控制平台基于能源系统先前传输给控制平台的供应来协调或控制能源系统之间的能量交换。这些包括与能源系统或其设施相关的技术数据的供应可以由能量管理系统确定并且传输给本地能源市场。
6.这种本地能源市场例如由专利文献ep 3518369 al已知。
7.已知的能量管理系统将仅关于能源系统的网络接口方面汇总的报价传输给本地能源市场。因此，本地能源市场并不能例如以能量存储器的形式利用整体灵活性。
8.本发明所要解决的技术问题是提供一种能量管理，该能量管理能够实现改进能源系统的能量存储器的利用率。
9.该技术问题通过具有独立权利要求1的特征的能量管理方法和具有独立权利要求11的特征的能量管理系统来解决。本发明的有利的设计方案和扩展设计在从属权利要求中给出。
10.在根据本发明的用于能源系统的能量管理方法中，针对至少一个时间范围计算有关能源系统的能量存储器的使用的功率预测、尤其负载预测。根据本发明的方法的特征在于，基于计算出的功率预测确定能量存储器的至少一个可外部使用的部分存储容量，该部分存储容量按照所述功率预测在所述时间范围内不被能源系统使用，其中，提供所确定的部分存储容量用于相对于能源系统的外部使用。
11.在本技术中，术语控制包括调节。
12.能源系统通常包括多个部件，尤其能源技术设施、例如能量转换设施、消耗设施和/或存储设施。尤其地，能源系统是多模式能源系统。多模式能源系统是产生和/或提供多种能量形式的能源系统。尤其地，多模式能源系统为能源消耗者例如建筑物、工业设施或私人设施提供一种或多种能量形式，其中，该提供尤其通过不同能量形式的转换、通过不同能量形式的运输和/或通过存储的能量形式实现。换言之，不同的能量形式例如热能、冷能或电能在其产生、提供和/或存储方面通过多模式能源系统耦合。
13.能源系统可以包括以下部件中的一个或多个作为设施：发电机、热电联产设施尤其热电联产电厂、燃气锅炉、柴油发电机、热泵、压缩式制冷机、吸收式制冷剂、泵、远程供热网络、能量传输线、风力涡轮机或风力设施、光伏设施、生物质设施、沼气设施、垃圾焚烧设施、工业设施、常规发电厂和/或类似设施。
14.根据本发明和/或本发明的设计方案之一的能量管理方法和/或该方法或其设计方案的一个或多个功能、特征和/或步骤可以至少部分或完全由计算机辅助。
15.根据本发明，能量存储器的(总)存储容量的至少一部分被释放或提供用于外部使用。在此确定能量存储器的存储容量的哪个份额被能源系统使用并且哪个份额在所述时间范围内不被使用。该不使用的份额被提供用于外部使用，尤其在能源系统外部使用。由此有利地尽可能少地干扰或影响能源系统的运行，并且能量存储器的剩余存储容量可以有利地被外部、例如被相对于能源系统的外部能源系统使用并且因此被利用。换言之，可以改进地利用能量存储器及其提供的灵活性。
16.为了确定所述部分存储容量，即确定能量存储器的存储容量的对外提供或可提供的份额，由根据本发明的能量管理系统实施能量存储器的功率预测。功率预测表示至少在所述时间范围内或者在另外的、通常更长的时间范围内作用在能量存储器上的充电功率或放电功率的时间走向。根据例如针对未来一天、尤其针对第二天存在的功率预测可以针对一个或多个时间范围确定能量存储器被能源系统使用、即被充电或放电的规模。如果例如从能量存储器的初始荷电状态开始要将能量存储器充电直至某个确定的荷电状态，则直至最大荷电状态剩余的存储容量可以用于外部充电。备选地或补充地，已经存在的存储容量可以从外部卸载。尤其地，能量存储器在所述时间范围内不被能源系统使用。因此，能量存储器的全部存储容量可以有利地针对提到的时间范围对外提供或者被外部使用。例如对于具有连接的光伏设施的能量存储器是这种情况，因为该能量存储器通常在早上充电并且在晚上放电。在此期间、即在所述时间范围内，能量存储器的存储容量对外提供。
17.因此，本发明能够实现通过能源系统内部和能源系统外部的使用最大可能地使用能量存储器。为此，能量存储器象征性地虚拟地分为由能源系统使用的存储容量和外部使用的存储容量(部分存储容量)。
18.上述技术问题的备选解决方案是在能量管理方法内针对所述时间范围并且因此在计算负载曲线时不考虑能量存储器。因此，全部存储容量同样可以被外部使用。因此，能量存储器的充电和/或放电在一定程度上被外部控制或调节。但这通常会使能源系统和因此能量管理方法的运行效率变差。例如，当由于对能量存储器充电而超出能源系统的最大允许的、通常每月允许的峰值功率时，会出现这种情况，因为随后出现升高的功率价格。
19.根据本发明的用于能源系统的能量管理系统设计用于，针对时间范围计算有关能源系统的能量存储器的使用的功率预测。根据本发明的能量管理系统的特征在于，该能量管理系统还设计用于，基于计算出的功率预测确定能量存储器的至少一个可外部使用的部分存储容量，该部分存储容量按照所述功率预测在所述时间范围内不被能源系统使用，并且提供所确定的部分存储容量用于相对于能源系统的外部使用。
20.特别优选地，能量管理系统设计为与本地能源市场平台交换信息或所属的数据组，即，信息或数据组被传输给本地能源市场平台和/或由能源市场平台接收和/或处理。尤其地，能量管理系统设计为，基于由能源市场平台接收的信息或数据组来控制或调节能源
系统的设施、尤其是能量存储器。
21.关于根据本发明的能量管理方法得到类似和/或等效的优点和/或设计方案。
22.根据本发明的本地能源市场包括至少一个具有根据本发明的能量管理系统的能源系统。
23.根据本发明的一种有利的设计方案，所述部分存储容量包括充电存储容量soc
+
和放电存储容量soc
－
，其中，所述充电存储容量soc
+
用于能量存储器的外部充电，并且放电存储容量soc
－
用于能量存储器的外部放电。
24.由此可以有利地延长能量存储器的外部使用的时间范围(时间范围)。此外能够实现能量存储器的外部充电和外部放电。
25.在本发明的一种有利的扩展设计中，根据能量存储器的参照所述时间范围的初始荷电状态规定充电存储容量soc
+
和放电存储容量soc
－
。
26.这有利地改进了计划用于外部使用的部分存储容量的计算。
27.特别优选地，能量存储器的外部使用如此进行，使得能量存储器参照所述时间范围的最终荷电状态等于参照所述时间范围的初始荷电状态。
28.换言之，在此同样地根据初始和最终荷电状态规定充电存储容量。由此在不干扰能源系统的能量存储器内部运行的情况下进一步改进和优化了能量存储器的外部使用。
29.根据本发明的一种有利的设计方案，能量存储器的外部使用如此进行，使得荷电状态在所述时间范围内或者低于或者高于参照时间范围的初始荷电状态和最终荷电状态。
30.这是特别有利的，因为由此能量存储器的经营者通过外部使用没有缺点、尤其没有成本缺点。
31.在本发明的一种有利的扩展设计中，所述充电存储容量soc
+
由soc
+
＝1－soc
max
来确定，其中，soc
max
表示能量存储器在所述时间范围内的最大荷电状态，和/或所述放电存储容量soc
－
由soc
－
＝1－soc
min
来确定，其中，soc
min
表示能量存储器在所述时间范围内的最小荷电状态。
32.因此在这种情况下，充电存储容量或放电存储容量取决于初始和/或最终荷电状态。换言之，充电存储容量和放电存储容量相对于该时间范围内的初始荷电状态来确定。
33.根据本发明的一种优选设计方案，能量存储器的外部使用如此进行，使得不超出能量存储器的参照所述时间范围的最大循环次数。
34.这有利地确保在所述时间范围内不超出能量存储器的最大允许充电或放电。在这种情况下，最大允许的循环次数可以取决于能量存储器、尤其能量存储器的类型。通常，电池存储器允许一天最多充电或放电两次。有利地，能量管理系统或能量管理方法确保提到的循环次数条件。有利地可以将该最大循环次数传输给例如使用能量存储器的外部能源系统。尤其地，向本地能源市场的传输是有利的。
35.对于电池存储器由于其老化有利的是，将其荷电状态(英文：state of charge；缩写soc)保持在某个确定的荷电状态的范围内。该信息优选包含在传输给本地能源市场的报价中。由此可以有利地改进地确定外部使用的时间范围和/或计划用于外部使用的部分存储容量。
36.此外，超出某些确定的荷电状态，例如对于某些确定的锂离子电池存储器超过60％导致电池存储系统的一个或多个电池单体中的化学重排过程，其导致过度的老化。在
向本地能源市场的报价中也可以考虑这一点。
37.换言之，对于电化学能量存储器、尤其电池存储器有利的是，即使被外部使用也将其保持在规定的并且在老化方面有利的荷电状态范围内。该信息可以例如以相应的存储报价的形式特别优选地传输给本地能源市场并且被本地能源市场考虑。
38.在本发明的一种有利的设计方案中，所述时间范围通过所述功率预测来确定，其中，所述确定在能量存储器在所述时间范围内不被能源系统使用的条件下进行。
39.换言之，确定能量存储器完全不被能源系统使用的一个或多个时间范围。所确定的时间范围可以包括多个时间范围，这些时间范围可以是连续的或不连续的。例如，居住建筑物的能量存储器通常在下午不被该居住建筑物使用。该时间范围由功率预测来确定。随后提供能量存储器的全部存储容量用于外部使用，也就是说，在这种情况下，所述部分存储容量是能量存储器的全部存储容量。
40.根据本发明的一种特别优选的设计方案，所述部分存储容量以用于由另外的能源系统进行的外部使用的存储报价的形式传输给本地能源市场平台。
41.由此，能量存储器有利地被纳入在技术上由本地能源市场平台形成的本地能源市场并且可以由参与本地能源市场的另外的能源系统使用。由此尤其提高了本地能源市场的效率，因为本地能源获得和本地消耗可以在本地能源市场内更好地匹配。之所以是这种情况，是因为能源存储器在本地能源市场内产生能量获得和能量消耗方面的灵活性。
42.此外，对于能量存储器的经营者不增加成本。必须从本地能源市场一方确保对于能量管理不增加成本，以便对于包括能量存储器的能源系统没有缺点。例如，由于本地能源市场外部使用能量存储器而产生的增加的功率报酬由本地能源市场提供担保或者由本地能源市场承担。通过提交存储报价还可以在区域层面上有利地利用更多已有的灵活性。由此一方面改善了资源利用。另一方面，该灵活性还能够实现可再生能源在区域能源系统中的提高的份额。此外，通过从本地能源市场获得的用于能量存储器的外部使用的报酬，对于能量管理或能量管理系统产生额外的收入来源。这可以促进本地能量存储器的扩建，该扩建尤其在可再生能源方面在技术上是有利的。
43.备选地或补充地，能量管理或能量管理系统可以确定用于本地能源市场外部使用能量存储器的最坏情况价格(worst case price)并在相应的存储报价中详细说明。这产生另外的设计方案，其中，用于能量存储器的能量管理提交具有用于能量存储器的外部使用的不同时间段和不同价格的多个存储报价，但这些存储报价相互排斥。因此，能源市场应当仅实施所提交的存储报价中的一个。
44.在本发明的一种有利的扩展设计中，所述外部使用尤其关于能量存储器的充电功率和放电功率在所述时间范围内由本地能源市场平台确定和规定。
45.换言之，基于能量管理系统向本地能源市场平台传输的信息，通过本地能源市场的匹配算法考虑能量存储器的外部使用。该信息可以包括和/或基于所述功率预测或所述一个或多个时间范围。通常，该信息以向本地能源市场平台的报价的形式由能量管理系统和/或能源系统传输。本地能源市场平台基于提到的传输的信息确定能量存储器的外部使用并且又将其例如以价格信号的形式传输给能源系统、尤其传输给能量管理系统。本地能量管理系统随后相应地控制或调节能量存储器的外部使用、即相应地充电或放电。
46.本发明的其它优点、特征和细节由以下描述的实施例并且借助附图得出。在附图
中示意性地：
47.图1示出关于总功率预测、两个光伏设施的产量预测和电池存储器的功率预测的图表；和
48.图2示出用于确定能量存储器的计划用于外部使用的部分存储容量的图表。
49.相同的、等效的或起相同作用的元件可以在这些附图之一中或者在这些附图中配设有相同的附图标记。
50.图1示出关于总体功率预测20、两个光伏设施的产量预测22和电池存储器的功率预测43的图表。在当前情况下，能源系统包括至少两个光伏设施和尤其电动车辆的能量存储器、尤其电池存储器，例如锂离子存储器。例如，能源系统是建筑物、尤其居住建筑物。
51.时间、尤其一天以任意单位绘制在所示图表的横坐标100上。
52.在纵坐标101上以任意单位、例如瓦特绘制相应的功率。
53.换言之，在图1中示出关于能源系统的运行时刻表。在此，运行时刻表由根据本发明和/或根据其设计方案之一的能量管理系统计算出。
54.曲线20对应于由能量管理系统预测的总负载。换言之，曲线20是能源系统的总功率预测。总功率预测20同样由能量管理系统确定或计算出。
55.曲线22示出由能量管理系统预测的光伏设施产量。
56.曲线24是针对该能源系统由能量管理系统计算出的在能源系统的网络连接点处的成本最优的功率预测。
57.曲线43是涉及能量存储器的能源系统内部使用的功率预测。
58.根据用于能量存储器的功率预测43，即根据能量存储器处、尤其电池存储器处的功率可以看出，该能量存储器在早上(从0:00点到6:00点)被能源系统装载或充电。换言之，能量存储器从0:00点到6:00点被能量系统使用。此外，能量存储器在晚上从19:00点到23:00点被能源系统使用，在本例中被能源系统放电。在从6:00点到19:00点的时间范围12中，根据计算出的负载预测43，即根据运行时刻表或根据由能量管理系统实施的最佳时刻表计算，能量存储器不被能源系统使用。也就是说，能量存储器对于能源系统在时间范围12中的尽可能最佳的运行而言是不需要的。
59.根据一个实施例，能量存储器、尤其电池存储器在早上被充满电(荷电状态soc等于1或100％)并且在晚上(从大约20:00点起)才又被放电(soc等于0.7)。在时间范围12中，按照功率预测43，荷电状态保持恒定在1或100％。
60.因此，根据本发明的一种特别优选的设计方案，能量存储器针对时间范围12在本地能源市场内被另外的能源系统使用。在这种情况下，能量存储器的全部存储容量在时间范围12内可供该外部使用支配。因此可以将针对6:00点到20:00点的时间范围12的存储容量报价(或者说可供使用的存储容量)传输给本地能源市场平台。如果在当前情况下能量存储器的荷电状态在时间范围12中等于1，则首先能量存储器的外部放电是必需的。之后可以对能量存储器进行外部充电。在这种情况下，在时间范围12结束时，荷电状态应当等于涉及外部使用的开始荷电状态(初始荷电状态)，即，在当前情况下在大约20:00点再次具有值1。
61.图2示出用于确定能量存储器的计划用于外部使用的部分存储容量42的图表。
62.时间、例如一天以任意单位绘制在所示图表的横坐标100上。
63.能量存储器的荷电状态soc绘制在纵坐标101上。荷电状态是无量纲的，其中，1的
值(100％)表示能量存储器的完全充电，0的值(0％)表示能量存储器的完全放电。在这种情况下，两个荷电状态的按照数量的差对应于存储容量。
64.在本实施例中，用于外部使用的部分容量42由本地能源市场提供。示出两个时间范围42，这两个时间范围在时间上彼此接续并且在这两个时间范围中能量存储器原则上计划用于外部使用。
65.在这两个时间范围12中的第一时间范围开始时，能量存储器例如具有0.5(50％)的初始荷电状态1。在此需要的是，能量存储器在第一时间范围12结束时的最终荷电状态2同样具有值0.5(50％)。换言之，关于第一时间范围12并且关于能量存储器的荷电状态规定周期性边界条件。
66.按照已由根据本发明和/或其设计方案之一的能量管理系统确定的用于能量存储器的能源系统内部使用的功率预测43，能量存储器在第一时间范围12中被能源系统从荷电状态0.5充电到最大荷电状态0.7。因此，部分容量42(充电存储容量soc
+
和放电存储容量soc
－
)可以在时间范围12中的第一时间范围内被外部使用。部分容量42通过阴影区域表示。
67.因此，在为本地能源市场提供的范畴内，将具有0.5的荷电状态和相应的最大充电和放电功率的存储报价针对时间范围12中的第一时间范围传输给本地能源市场。左上方的阴影区域是用于充电(soc
+
)的相对荷电状态，并且左下方的阴影区域是用于能量存储器的放电(soc
－
)的相对荷电状态。在此，相对是指与能量存储器在所规定或所确定的时间范围12内的初始荷电状态1的相关性。所提到的这些阴影区域可以被本地能源市场用于对能量存储器进行充电或放电。功率预测43正下方的阴影区域41描述为能量管理或能量管理系统保留以便运行能量存储器的soc
－
余量(或者说放电余量)。针对紧接着的第二时间范围12可以相应地采取行动，其中，在此已由能量管理或能量管理系统计算出的荷电状态曲线43保持在初始或最终荷电状态之下。原则上，soc
+
可以由soc
+
＝1－soc
max
来确定，其中，soc
max
表示能量存储器在时间范围12内的最大荷电状态，和/或放电存储容量soc
－
可以由soc
－
＝1－soc
min
来确定，其中，soc
min
表示能量存储器在时间范围12内的最小荷电状态。因此原则上在此需要，荷电状态在时间范围12内要么低于要么高于参照时间范围12的初始和最终荷电状态1、2。
68.尽管通过优选的实施例对本发明的细节进行了详细的图解和描述，但本发明不受所公开的例子的限制，并且本领域技术人员可以从中推导出其它不同的变型，只要不脱离本发明的保护范围即可。
69.附图标记列表
70.1初始荷电状态
71.2最终荷电状态
72.12时间范围
73.20能源系统的总功率预测
74.22产量预测
75.24能源系统的网络连接点处的成本最优的功率预测
76.41能源系统使用的存储容量
77.42部分容量
78.43能量存储器的功率预测
79.100横坐标
80.101纵坐标。
技术特征：1.一种用于能源系统的能量管理方法，其中，针对时间范围(12)计算有关能源系统的能量存储器的使用的功率预测(43)，其特征在于，基于计算出的功率预测(43)确定能量存储器的至少一个可外部使用的部分存储容量(42)，该部分存储容量按照所述功率预测(43)在所述时间范围(12)内不被能源系统使用，其中，提供所确定的部分存储容量(42)用于相对于能源系统的外部使用。2.根据权利要求1所述的能量管理方法，其特征在于，所述部分存储容量(42)包括充电存储容量soc
+
和放电存储容量soc
－
，其中，所述充电存储容量soc
+
用于能量存储器的外部充电，并且放电存储容量soc
－
用于能量存储器的外部放电。3.根据权利要求2所述的能量管理方法，其特征在于，根据能量存储器的参照所述时间范围(12)的初始荷电状态(1)规定充电存储容量soc
+
和放电存储容量soc
－
。4.根据前述权利要求中任一项所述的能量管理方法，其特征在于，能量存储器的外部使用如此进行，使得能量存储器参照所述时间范围(12)的最终荷电状态(2)等于参照所述时间范围(12)的初始荷电状态(1)。5.根据前述权利要求中任一项所述的能量管理方法，其特征在于，能量存储器的外部使用如此进行，使得荷电状态在所述时间范围(12)内或者低于或者高于参照时间范围(12)的初始荷电状态和最终荷电状态(1、2)。6.根据权利要求2至5中任一项所述的能量管理方法，其特征在于，所述充电存储容量soc
+
由soc
+
＝1－soc
max
来确定，其中，soc
max
表示能量存储器在所述时间范围(12)内的最大荷电状态，和/或所述放电存储容量soc
－
由soc
－
＝1－soc
min
来确定，其中，soc
min
表示能量存储器在所述时间范围(12)内的最小荷电状态。7.根据前述权利要求中任一项所述的能量管理方法，其特征在于，能量存储器的外部使用如此进行，使得不超出能量存储器的参照所述时间范围(12)的最大循环次数。8.根据前述权利要求中任一项所述的能量管理方法，其特征在于，所述时间范围(12)通过所述功率预测(43)来确定，其中，所述确定在能量存储器在所述时间范围(12)内不被能源系统使用的条件下进行。9.根据前述权利要求中任一项所述的能量管理方法，其特征在于，所述部分存储容量(42)以用于由另外的能源系统进行的外部使用的存储报价的形式传输给本地能源市场平台。10.根据权利要求9所述的能量管理方法，其特征在于，在所述时间范围(12)内的所述外部使用、尤其关于能量存储器的充电功率和放电功率的外部使用由本地能源市场平台确定和规定。11.一种用于能源系统的能量管理系统，该能量管理系统设计用于，针对时间范围(12)计算有关能源系统的能量存储器的使用的功率预测(43)，其特征在于，所述能量管理系统设计用于，基于计算出的功率预测(43)确定能量存储器的至少一个可外部使用的部分存储容量(42)，该部分存储容量按照所述功率预测(43)在所述时间范围(12)内不被能源系统使用，并且所述能量管理系统设计用于，提供所确定的部分存储容量(42)用于相对于能源系统的外部使用。
技术总结在此建议一种用于能源系统的能量管理方法，其中，针对时间范围(12)计算有关能源系统的能量存储器的使用的功率预测(43)。所述能量管理方法的特征在于，基于计算出的功率预测(43)确定能量存储器的至少一个可外部使用的部分存储容量(42)，该部分存储容量按照所述功率预测(43)在所述时间范围(12)内不被能源系统使用，其中，提供所确定的部分存储容量(42)用于相对于能源系统的外部使用。本发明还涉及一种能量管理系统。一种能量管理系统。一种能量管理系统。
技术研发人员：T.鲍姆加特纳 S.蒂姆 L.瓦格纳
受保护的技术使用者：西门子股份公司
技术研发日：2021.01.14
技术公布日：2022/11/1
