Verfahren und Vorrichtung zum Steuern von Energieaustauschen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine lokale Energiemarktplatt form gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 11.

Energiesysteme, beispielsweise Stadtteile, Gemeinden oder in dustrielle Anlagen, weisen typischerweise mehrere Energiesub systeme, beispielsweise Wohn- oder Bürogebäude, auf. Die Energiesubsysteme können untereinander, beispielsweise mit tels eines Stromnetzes oder Wärmenetzes (Versorgungsnetze), dezentral, das heißt lokal, Energie in Form von Strom bezie hungsweise Wärme austauschen.

Ein solcher lokaler Energieaustausch (Energietrans fer/Leistungsaustausch/Leistungstransfer) kann technisch durch eine lokale Energiemarktplattform ermöglicht werden. Hierbei übermitteln die Energiesubsysteme Angebote für einen Energieverbrauch und/oder eine Energiebereitstellung an die lokale Energiemarktmarktplattform. Basierend hierauf koordi niert die lokale Energiemarktplattform die Energieaustausche zwischen den Energiesubsystemen über die zugehörigen Versor gungsnetze .

Mit anderen Worten wird ein lokaler Energiemarkt technisch durch die lokale Energiemarktplattform verwirklicht. Eine solche lokale Energiemarktplattform für den Austausch elektrischer Energie ist beispielsweise aus dem Dokument EP 3518369 Al bekannt.

Durch einen lokalen Energiemarkt können die Energiesubsysteme lokal gewonnene Energie, insbesondere elektrische Energie (Strom), untereinander austauschen und handeln. Hierbei er möglicht es der lokale Energiemarkt durch seine dezentrale technische Ausgestaltung die lokale gewonnene Energie effi zient mit dem lokalen Energieverbrauch abzustimmen. Somit ist ein lokaler Energiemarkt besonders im Hinblick auf erneuerba re Energien, die typischerweise lokal gewonnen werden, vor teilhaft.

Bei bekannten Energiemärkten bestehen die den Energieaustau schen vorausgehenden Angebote aus einem maximalen Preis für eine zu beziehende beziehungsweise zu verbrauchende Energie menge und/oder einen minimalen Preis für eine bereitzustel lende, insbesondere zu erzeugende, Energiemenge. Nachteilig hieran ist, dass weitere gegebenenfalls relevante technische Informationen bezüglich der Energiesubsysteme nicht übermit telt werden. Dadurch ist ein energetischer effizienter Be trieb des Energiesystems beziehungsweise seiner Energiesub systeme trotz Optimierung durch die lokale Energiemarktplatt form nicht sichergestellt. Weiterhin bleiben mögliche Syner gien zwischen dem Stromnetz und dem Wärmenetz unberücksich tigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die energetische Effizienz eines lokalen Energiemarktes zu ver bessern.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch eine lokale Ener giemarktplattform mit den Merkmalen des unabhängigen Pa tentanspruches 11 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Er findung angegeben.

Das Verfahren zum Steuern von Energieaustauschen zwischen mehreren Energiesubsystemen eines Energiesystems mittels ei ner lokalen Energiemarktplattform ist gekennzeichnet dadurch, dass die Energiesubsysteme für die Energieaustausche über ein Stromnetz und ein Wärmenetz gekoppelt sind, und wenigstens eines der Energiesubsysteme eine Energiewandlungsanlage, ins besondere eine Wärmepumpe, aufweist, die elektrische Energie aus dem Stromnetz zum Bereitstellen von Wärme (Wärmebereit stellung) für das Wärmenetz verbraucht, und die energetische Effizienz der Wärmebereitstellung von einem bezüglich des Energiesubsystems externen Paramater, insbesondere einer Au ßentemperatur, abhängig ist. Erfindungsgemäß erfolgt das Steuern der Energieaustausche durch die Energiemarktplattform mittels einer Optimierung, innerhalb welcher die Abhängigkeit der energetischen Effizienz für die Bereitstellung der Wärme vom externen Parameter berücksichtigt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder eine oder mehrere Funktionen, Merkmale und/oder Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer seiner Ausgestaltungen können com putergestützt sein.

Technisch wird ein lokaler Energiemarkt durch eine Energie marktplattform, die ebenfalls als Steuerungsplattform oder Energiehandelsplattform bezeichnet werden kann, verwirklicht. Die lokale Energiemarktplattform kann cloudbasiert und der Austausch der Angebote blockchainbasiert sein. Die lokale Energiemarktplattform koordiniert und steuert die Energieaus tausche zwischen den Energiesubsystemen basierend auf Angebo te, die die Energiesysteme vorab an diese übermittelt haben. Das Steuern, das heißt das Ermitteln der Energieaustausche, erfolgt basierend auf einer Optimierung (Optimierungsverfah ren), das heißt auf einer mathematischen Optimierung. Die Op timierung basiert auf einer Zielfunktion, deren Wert maxi miert oder minimiert werden soll. Die Zielfunktion kann den Gesamtenergieumsatz, die Gesamtkohlenstoffdioxidemission und/oder die Gesamtkosten des Energiesystems quantifizieren.

Durch eine Leistung innerhalb eines Zeitbereiches ergibt sich eine bestimmte Energie beziehungsweise Energiemenge in diesem Zeitbereich, die bereitgestellt und/oder verbraucht bezie hungsweise ausgetauscht wird. In diesem Sinne sind die Be griffe Energie/Energieaustausch und Leistung/Leistungsaus tausch in der vorliegenden Erfindung äquivalent und sind so mit untereinander austauschbar. Aus struktureller Sicht definiert insbesondere der IPCC Fifth Assessment Report ein Energiesystem als: "Alle Komponenten, die sich auf die Erzeugung, Umwandlung, Lieferung und Nutzung von Energie beziehen."

Ein Energiesystem umfasst typischerweise mehrere Energiesub systeme. Energiesubsysteme umfassen typischerweise mehrere energietechnische Komponenten, insbesondere energietechnische Anlagen, beispielsweise Energiewandlungsanlagen, insbesondere Erzeugungsanlagen, Verbrauchsanlagen und/oder Speicheranla gen.

Als Komponenten/Anlagen kann jedes der Energiesubsysteme eine oder mehrere der folgenden Komponenten umfassen: Stromgenera toren, Kraftwärmekopplungsanlagen, insbesondere Blockheiz kraftwerke, Gasboiler, Dieselgeneratoren, Elektrokessel, Wär mepumpen, Kompressionskältemaschinen, Absorptionskältemaschi nen, Pumpen, Fernwärmenetzwerke, Energietransferleitungen, Windkrafträder oder Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen, Biomasseanlagen, Biogasanlagen, Müllverbrennungsanlagen, in dustrielle Anlagen, konventionelle Kraftwerke und/oder der gleichen.

Über das Stromnetz können die Energiesubsysteme elektrische Energie (Strom) ausspeisen und/oder einspeisen. Über das Wär menetz können die Energiesubsysteme Wärme ausspeisen und/oder einspeisen. Somit können die Energiesubsysteme elektrische Energie und/oder Wärme über die genannten Versorgungsnetze austauschen, das heißt es erfolgen Energieaustausche. Es ist nicht erforderlich, dass alle Energiesubsysteme an dem Wärme netz zum Wärmeaustausch angeschlossen sind. Für die vorlie gende Erfindung ist es ausreichend, dass wenigstens eines der Energiesubsysteme mit dem Wärmenetz zum Wärmeaustausch (Ener gieaustausch) gekoppelt ist.

Die lokale Energiemarktplattform steuert die Energieaustau sche in dem Sinne, dass diese Steuersignale, beispielsweise ein Preissignal, mit entsprechenden Steuergrößen an die Ener- giesubsysteme übermittelt. In diesem Sinne ist eine mittelba re Steuerung vorgesehen. Eine unmittelbare Steuerung ist nicht erforderlich, kann jedoch vorgesehen sein. Zugehörige technische Steuergrößen, beispielsweise die Energieform (Strom oder Wärme), die Energiemenge und/oder der Zeitpunkt der jeweiligen Energiebereitstellung beziehungsweise Energie verbrauches können ebenfalls von der lokalen Energiemarkt plattform an die jeweiligen Energiesubsysteme übermittelt werden. Die Steuergrößen werden mittels des Optimierungsver fahrens durch die lokale Energiemarktplattform ermittelt.

Vorliegend umfasst der Begriff des Steuerns ein Regeln.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Energiesubsysteme über das Stromnetz elektrische Energie (Strom) und über das Wärmenetz Wärme austauschen. Diese Energieaustausche werden durch die lokale Energiemarktplattform basierend auf einer bezüglich der Energiesubsysteme gesamtheitlichen Optimierung gesteuert, das heißt koordiniert. Dadurch können Energiebe reitstellung, insbesondere Energieerzeugung und Energiever brauch, lokal bestmöglich in Übereinstimmung gebracht werden. Vorliegend steuert die lokale Energiemarktplattform den Stromaustausch und den Wärmeaustausch zwischen den Energie subsystemen. Dadurch ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass grundsätzlich Synergien zwischen den beiden Energiefor men und deren Bereitstellung, insbesondere deren Erzeugung, und deren Verbrauch verwirklicht werden können. Beide Formen des Energieaustausches werden gesamtheitlich durch die lokale Energiemarktplattform optimiert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Wärme mittels der Ener giewandlungsanlage dann erzeugt, wenn in Abhängigkeit eines externen Parameters, insbesondere eines externen technischen Parameters, des zugehörigen Energiesubsystems, insbesondere in Abhängigkeit einer Außentemperatur, die Wärmeerzeugung aus Strom energetisch gesamtheitlich möglichst effizient ist. In diesem Sinne wird die energetische Effizienz der Energieer zeugungsanlage für die Wärmebereitstellung und deren Abhän- gigkeit vom externen Parameter bei der Optimierung berück sichtigt.

Mit anderen Worten hängt die energetische Effizienz der Wär mebereitstellung vom externen Parameter ab, und die Wärmebe reitstellung erfolgt zu dem Zeitpunkt, an welchem die gesamt- heitliche energetische Effizienz möglichst groß ist. Das wird erfindungsgemäß dadurch sichergestellt, dass die lokale Ener giemarktplattform in Kenntnis der energetischen Effizienz und deren Abhängigkeit vom externen Parameter ist. Die Wärmebe reitstellung erfolgt dann zum Zeitpunkt der optimalen gesamt- heitlichen Effizienz, wobei der Zeitpunkt (Zeitintervall) der Wärmebereitstellung und die zugehörige Wärmemenge durch die Optimierung berechnet werden.

Erfindungsgemäß erfolgt somit die Wärmebereitstellung dann, wenn diese bezüglich des externen Parameters möglichst effi zient ist. Mit anderen Worten hängt insbesondere die energe tische Effizienz der Energiewandlungsanlage vom externen Pa rameter, beispielsweise von der Außentemperatur, ab. Weitere bezüglich des Energiesubsystems externe Einflussgrößen bezie hungsweise externe (technische) Parameter sind denkbar, bei spielsweise eine erhöhte Sonneneinstrahlung, die zu einer er höhten Stromerzeugung führt.

Die erfindungsgemäße Kopplung zwischen dem Stromnetz und dem Wärmenetz ist aufgrund der thermischen Trägheit des Wärmenet zes möglich. So muss typischerweise nicht unmittelbar Wärme erzeugt beziehungsweise bereitgestellt werden, sondern der Zeitpunkt kann - zumindest innerhalb eines bestimmten Zeitbe reiches - verschoben werden. Erfindungsgemäß wird der Zeit punkt der Wärmebereitstellung somit auf den Zeitpunkt mit ei ner möglichst hohen gesamtheitlichen Effizienz verschoben. Beispielsweise wird der Betrieb einer Wärmepumpe von der Nacht (niedrige Außentemperatur) hin zum Tag (hohe Außentem peratur) durch die vorliegende Optimierung der lokalen Ener giemarktplattform verschoben. Das ist deshalb vorgesehen, da die Wärmepumpe typischerweise bei höheren Außentemperaturen (externen technischer Parameter), eine höhere Leistungszahl und somit eine höhere energetische Effizienz aufweist. Das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen sol chen optimalen Betrieb, da die Abhängigkeit der energetischen Effizienz vom externen Parameter bei der Optimierung durch die lokale Energiemarktplattform berücksichtigt wird. Weiter hin erfolgt die Optimierung gesamtheitlich bezüglich des Energiesystems, sodass nicht nur die Leistungszahl der Wärme pumpe, die ihre energetische Effizienz kennzeichnet, sondern weitere Einflussgrößen, wie beispielsweise Überschuss einer Photovoltaikanlage während der Mittagszeit, berücksichtigt werden können.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass das Stromnetz und das Wärmenetz gesamtheitlich unter Berücksich tigung von Energieaustauschen zwischen den genannten Versor gungsnetzen optimal betrieben werden. Dadurch kann die beste hende Netzinfrastruktur möglichst optimal und innerhalb ihrer technischen Grenzen (Netzrandbedingungen) mit bestmöglicher Effizienz ausgelastet werden.

Die erfindungsgemäße lokale Energiemarktplattform zum Steuern von Energieaustauschen zwischen mehreren Energiesubsystemen eines Energiesystems über ein Stromnetz und Wärmenetz, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energiemarktplattform dazu ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfin dung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen durchzuführen.

Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen Verfahren gleichartige und gleichwertige Vorteile und Ausgestaltungen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Optimierung derart, dass die Wärme zu einem Zeitpunkt in nerhalb eines Zeitbereiches bereitgestellt wird, an welchem in Abhängigkeit des externen Parameters eine bezüglich des Zeitbereiches optimale energetische Effizienz vorliegt. Mit anderen Worten erfolgt die Wärmebereitstellung vorteil hafterweise zum Zeitpunkt der optimalen energetischen Effizi enz der Energiewandlungsanlage.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Berücksichtigen der Abhängigkeit der energetischen Effi zienz vom externen Parameter mittels einer Kennlinie, die die Abhängigkeit der energetischen Effizienz der Energiewand lungsanlage vom externen Parameter kennzeichnet.

Mit anderen Worten weist die Energiewandlungsanlage, insbe sondere eine Wärmepumpe, eine energetische Effizienz auf, die mit dem Wert des externen Parameters, insbesondere mit dem Wert der Außentemperatur, variiert. Diese Variation wird durch die Kennlinie erfasst. Die Kennlinie kann diskret, das heißt basierend auf mehreren Stützstellen, oder als stückwei se lineare Funktion vorliegen. Weiterhin kann die Kennlinie analytisch, beispielsweise durch ein gefittetes Polynom, vor liegen. Die Kennlinie kann gemessen werden und/oder ein Stan dardprofil sein. Der Zeitpunkt der Wärmebereitstellung wird vorteilhafterweise basierend auf dieser Kennlinie ermittelt. Mit anderen Worten ist die lokale Energiemarktplattform dar über in Kenntnis, für welchen Wert des externen Parameters, welche energetische Effizienz der Wärmebereitstellung vor liegt. Dadurch kann diese bei der Optimierung durch die Ener giemarktplattform berücksichtigt werden. Somit wird ein be züglich der gesamtheitlichen Effizienz, beispielsweise bezüg lich Energie, Anteil erneuerbarer Energien und/oder Emissio nen, optimaler Zeitpunkt für die Wärmebereitstellung unter Verwendung elektrischer Energie aus dem Stromnetz ermittelt.

Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die Kennlinie an die lokale Energiemarktplattform übermittelt wird.

Das Übermitteln kann durch das Energiesubsystem und/oder durch die Energiewandlungsanlage erfolgen. Insbesondere er folgt das Übermitteln durch ein Energiemanagementsystem des Energiesubsystems. Das Übermitteln erfolgt bevorzugt vor der Wärmebereitstellung, insbesondere wenigstens einen Tag zuvor. Die Kennlinie kann alternativ bereits innerhalb der lokalen Energiemarktplattform hinterlegt sein, sodass lediglich der externe Parameter beziehungsweise dessen Wert oder Werte, die beispielsweise mittels einer Prognose ermittelt werden, über mittelt werden müssten. Grundsätzlich ist die Kennlinie an die lokale Energiemarktplattform übermittelt, wenn die über mittelten Informationen zur Konstruktion der Kennlinie bezie hungsweise zur Bestimmung der Abhängigkeit der energetischen Effizienz der Wärmebereitstellung vom externen Parameter ge eignet und ausreichend sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird für das Berücksichtigen der Abhängigkeit der energetischen Effizienz vom externen Parameter ein zeitlicher Verlauf der energetischen Effizienz ermittelt, wobei der Verlauf mittels einer zeitlichen Prognose der Werte des externen Parameters berechnet wird.

Mit anderen Worten wird eine Prognose für den zeitlichen Ver lauf des externen Parameters innerhalb eines Zeitbereiches, beispielsweise für den zeitlichen Verlauf der Außentemperatur innerhalb eines Tages, insbesondere für den kommenden Tag, berechnet. Aufgrund dieser Prognose kann mittels der Kennli nie eine zeitliche Prognose der energetischen Effizienz über den Zeitbereich, beispielsweise der zeitliche Verlauf der Leistungszahl einer Wärmepumpe über einen kommenden Tag, er mittelt werden. Dadurch ist die lokale Energiemarktplattform vorteilhaferweise in Kenntnis des zeitlichen Verlaufs der energetischen Effizienz der Wärmebereitstellung über den ge samten Zeitbereich, insbesondere über einen Tag, sodass ein optimaler Zeitpunkt der Wärmebereitstellung innerhalb des Zeitbereiches durch die Optimierung ermittelt werden kann.

Die Prognose erfolgt bevorzugt basierend auf Wetterdaten be ziehungsweise auf einer Wetterprognose. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Prognose durch das Energiesubsystem bereitgestellt und an die lokale Energiemarktplattform übermittelt.

Mit anderen Worten wird die Prognose durch das Energiesubsys tem, beispielsweise durch ein Energiemanagementsystem des Energiesubsystems, erzeugt oder bereitgestellt. Die Prognose erstreckt sich bevorzugt über einen Tag, insbesondere über den kommenden Tag oder einen zukünftigen Tag. Dadurch ist vorteilhafterweise ein effizienter Day-Ahead-Handel möglich. Weiterhin ist die Bereitstellung durch das Energiesubsystem von Vorteil, da die energetische Effizienz von bezüglich des Energiesubsystems lokalen, das heißt vom externen Parameter des Energiesubsystems, abhängig ist. Somit muss die Prognose, beispielsweise für eine Außentemperatur, lokal bezüglich des Energiesubsystems erfolgen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung er streckt sich die Prognose über einen Tag, insbesondere einen zukünftigen Tag.

Dadurch ist vorteilhafterweise ein effizienterer Day-Ahead- Handel möglich.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden zum Ermitteln der energetischen Effizienz bezüglich des Energie subsystems ein oder mehrere interne festgelegte Parameter, insbesondere eine Vorlauftemperatur, an die lokale Energie marktplattform übermittelt.

Die energetische Effizienz der Wärmebereitstellung kann er gänzend von internen Parametern, insbesondere internen tech nischen Parametern, des Energiesubsystems abhängen. Bei spielsweise hängt die Leistungszahl (energetische Effizienz) einer Wärmepumpe (Energiewandlungsanlage) von der Vorlauftem peratur ab, die ein interner technischer Parameter des Ener giesubsystems ist. Im Unterschied zum externen Parameter ist der beziehungsweise sind die internen technischen Parameter festgelegt und einstellbar. Zur Ermittlung der energetischen Effizienz ist es somit vorteilhaft, die internen Parameter, die einen unmittelbaren oder mittelbaren Einfluss auf die Ef fizienz der Wärmebereitstellung haben, an die lokale Energie marktplattform zu übermitteln. Dadurch können diese bei der Optimierung berücksichtigt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wer den/wird als Energiewandlungsanlage eine Wärmepumpe und/oder eine Kälteanlage (Kältemaschine) verwendet.

Mit anderen Worten ist die Energiewandlungsanlage bevorzugt als Wärmepumpe und/oder Kälteanlage ausgebildet. Hierbei ist der externe Parameter die Außentemperatur beziehungsweise die Temperatur der in die Wärmepumpe oder Kälteanlage einströmen den Luft. Die energetische Effizienz der Wärmepumpe und/oder der Kälteanlage ist die jeweilige Leistungszahl (englisch: Coefficient of Performance; abgekürzt: COP). Die Leistungs zahl ist hierbei von dem internen Parameter der Vorlauftempe- ratur abhängig. Für einen Wert der Vorlauftemperatur ergibt sich jeweils ein Verlauf der Leistungszahl in Abhängigkeit der Außentemperatur. Hierbei können entsprechend mehrere Kennlinien an die lokale Energiemarktplattform übertragen werden. Alternativ wird lediglich die Kennlinie, die zur ein gestellten Vorlauftemperatur zugehörig ist, an die lokale Energiemarktplattform übermittelt. Alternativ oder ergänzend kann die funktionale Form der Kennlinie innerhalb der lokalen Energiemarktplattform hinterlegt sein, sodass lediglich die Außentemperatur, ihr zeitlicher Verlauf und/oder ihre Progno se, sowie die eingestellte beziehungsweise festgelegte Vor lauftemperatur an die lokale Energiemarktplattform zum Be stimmen der Kennlinie übermittelt werden müssen.

Hierbei ist es somit besonders bevorzugt, wenn die energeti sche Effizienz mittels der Leistungszahl der Wärmepumpe be ziehungsweise mittels der Leistungszahl der Kälteanlage er mittelt wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden/wird als externer Parameter eine Außentemperatur, eine Global strahlung, eine Windgeschwindigkeit und/oder eine Bodentempe ratur verwendet.

Mit anderen Worten ist der externe Parameter eine Außentempe ratur, eine Globalstrahlung, eine Windgeschwindigkeit und/oder eine Bodentemperatur am Ort beziehungsweise im ört lichen Bereich des Energiesubsystems. Ist die Energiewand lungsanlage als Photovoltaikanlage ausgebildet, so ist die Globalstrahlung von Vorteil. Ist die Energiewandlungsanlage als Windkraftanlage ausgebildet, so ist die Windgeschwindig keit und/oder die Windrichtung von Vorteil. Für eine Energie wandlungsanlage, die als Geothermieanlage oder als Oberflä chenkollektoren ausgebildet ist, ist die Bodentemperatur von Vorteil. Ist die Energiewandlungsanlage als Luft/Wasser- Wärmepumpe ausgebildet, so ist die Außentemperatur von Vor teil. Weitere vorteilhafte externe Parameter, die einen Ein fluss auf die energetische Effizienz der Wärmebereitstellung haben, können vorgesehen sein.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei spielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schemati siert:

Figur 1 eine lokale Energiemarktplattform zum Steuern von Energieaustauschen innerhalb eines Energiesystems; und

Figur 2 Kennlinien einer Wärmepumpe.

Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente kön nen in einer der Figuren oder in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.

Die Figur 1 zeigt einen lokalen Energiemarkt bezüglich einem Austausch von elektrischer Energie und Wärme. Der bezüglich der genannten beiden Energieformen gekoppelte lokale Energiemarkt wird technisch durch eine lokale Energie marktplattform 42 ausgebildet. Die lokale Energiemarktplatt form 42 ist zum Steuern der Energieaustausche zwischen mehre ren Energiesubsystemen 12 eines Energiesystems 1 ausgebildet. Hierzu sind Datenverbindungen zwischen den Energiesubsystemen 12 und der lokalen Energiemarktplattform 42, die durch die gestrichelten Linien 41 symbolisiert ist, vorgesehen. Der ge nannte Datenaustausch ist bidirektional, sodass die Energie subsysteme 12 ebenfalls Daten an die lokale Energiemarkt plattform 42 übermitteln können.

Die Energiesubsysteme 12 bilden in ihrer Gesamtheit wenigs tens einen Teil des Energiesystems 1 aus. Mit anderen Worten umfasst das Energiesystem 1 die Energiesubsysteme 12. Die Energiesubsysteme 12 können über ein elektrisches Netz 2 (Stromnetz) und ein thermisches Netz 4 (Wärmenetz), insbeson dere ein Nahwärmenetz, ein Fernwärmenetz und/oder ein Dampf netz mit festgelegten Druck- und Temperaturniveaus, elektri sche Energie beziehungsweise Wärme einspeisen oder ausspei sen. Die lokale Energiemarktplattform 42 steuert beziehungs weise koordiniert diese Energieaustausche, sodass Stromaus tausche und Wärmeaustausche gemeinschaftlich optimiert wer den. Dadurch können Synergien zwischen dem Austausch der zwei genannten Energieformen genutzt werden.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Ener giesubsysteme 12 Energiewandlungsanlagen 121 auf, beispiels weise ein Blockheizkraftwerk, eine Wärmepumpe und/oder einen Elektrokessel .

Beispielsweise ist die Energiewandlungsanlage 121 eines der Energiesubsysteme 12 eine Wärmepumpe. Die energetische Effi zienz der Wärmepumpe hängt von der Außentemperatur am Ort des zugehörigen Energiesubsystems 12 ab. Für eine Wärmepumpe kann ihre energetische Effizienz mittels ihrer Leistungszahl (COP) gekennzeichnet werden. Die Leistungszahl kann gemäß COP = hT, Ti T ₂ ) analytisch bestimmt werden, wobei 7 die einge stellte Vorlauftemperatur und T ₂ die Außentemperatur, das heißt die Temperatur des der Wärmepumpe zugeführten Mediums, beispielsweise Luft, und h eine anlagenspezifische Effizienz ist. Die Außentemperatur ist ein externer Parameter und die Vorlauftemperatur ein internen Parameter bezüglich des Ener giesubsystems 12. Die Außentemperatur, die eingestellte Vor lauftemperatur und/oder die Kennlinie werden an die lokale Energiemarktplattform 42, beispielsweise im Rahmen eines An gebotes für eine Wärmeerzeugung, übermittelt. Weiterhin kön nen eine maximal bereitstellbare Wärmemenge (oder Wärmeleis tung) sowie ein maximaler spezifischer Preis (Wärme pro Kos ten) an die lokale Energiemarktplattform 42 übermittelt wer den. Die lokale Energiemarktplattform 42 bringt alle übermit telten Angebote unter Berücksichtigung der energetischen Ef fizienz der Wärmepumpe in bestmöglicher, das heißt optimaler, Übereinstimmung. Anschließend erfolgt basierend auf dem Er gebnis der Optimierung das Steuern der zugehörigen Energie austausche. Beispielsweise erhält die Wärmepumpe oder das zu gehörige Energiesubsystem von der lokalen Energiemarktplatt form 42 ein Signal zur Wärmeerzeugung, wenn die energetische Effizienz der Wärmebereitstellung möglich groß ist und/oder ausreichend erneuerbar erzeugter Strom, beispielsweise aus Photovoltaikanlagen, bereitsteht. Die Optimierung erfolgt so mit unter Berücksichtigung der Kennlinie der Wärmepumpe. Die Optimierung erfolgt beispielsweise für jede Stunde, insbeson dere alle 15 Minuten, eines kommenden Tages.

Vorliegend wird somit ein vorteilhaftes Verfahren für einen optimalen Betrieb von Wärmepumpen und/oder Kältemaschinen in nerhalb der gekoppelten thermischen und elektrischen Versor gungsnetze 2, 3 mittels der lokalen Energiemarktplattform 42 beschrieben .

Angebote umfassen hierbei eine zusätzliche Information der temperaturabhängigen Leistungszahl beziehungsweise energeti schen Effizienz der Energiewandlungsanlage 121. Dadurch erge ben sich für den Betrieb insbesondere die folgenden Vorteile: Durch Kenntnis der Speicherfähigkeit des Wärmenetzes 3 bezie hungsweise der Speichermöglichkeit weiterer Wärmespeicher kann der Betreiber des Wärmenetzes 3 eine Verschiebung der Wärmepumpen beispielsweise von der Nacht (niedrige Leistungs zahl) hin zum Tag (hohe Leistungszahl) erreichen. Weiterhin werden durch die zentrale Optimierung der lokalen Energie marktplattform 42 vorhandene Energien, beispielsweise wenn ein Überschuss von Photovoltaik-Strom zur Mittagszeit vor liegt und eine höhere Leistungszahl der Wärmepumpe zur Mit tagszeit, synergetisch kombiniert.

Die Figur 2 zeigt drei Kennlinien 102,...,104 einer Wärmepumpe für verschiedene Vorlauftemperaturen.

An der Abszisse 100 des dargestellten Diagramms ist die Au ßentemperatur am Ort der Wärmepumpe in Grad Celsius aufgetra gen.

An der Ordinate 101 des dargestellten Diagramms ist die Leis tungszahl (energetische Effizienz) der Wärmepumpe aufgetra gen. Die Leistungszahl ist dimensionslos.

Die erste Kennlinie 102 ist zu einer Vorlauftemperatur von 35 Grad Celsius zugehörig. Die zweite Kennlinie 103 ist zu einer Vorlauftemperatur von 45 Grad Celsius und die dritte Kennli nie 104 zu einer Vorlauftemperatur von 50 Grad Celsius zuge hörig.

Die Kennlinien 102,...,104 oder wenigstens eine der Kennlinien 102,...,104 können an die lokale Energiemarktplattform übermit telt werden und/oder sind bereits numerisch, insbesondere diskret, und/oder analytisch oder in Form von Koeffizient, beispielsweise eines Polynoms, innerhalb der lokalen Energie marktplattform hinterlegt. Die Kennlinien 102,...,104 können teilweise linearisiert sein, insbesondere in Bereichen typi scher Außentemperaturen. Die Kennlinien 102,...,104 oder we nigstens eine der Kennlinien 102,...,104 und/oder die Prognose für die Außentemperatur können im Rahmen eines Angebotes zur Wärmebereitstellung an die lokale Energiemarktplattform über mittelt werden. Insbesondere erfolgt die Übermittlung einen Tag vorab der vorgesehenen Wärmebereitstellung (englisch: Day-Ahead) . Dadurch ist die lokale Energiemarktplattform in Kenntnis der energetischen Effizienz der Wärmebereitstellung durch die Wärmepumpe in Abhängigkeit von der zu erwartenden Außentemperatur beziehungsweise den zu erwartenden Außentem peraturen, sodass ein möglichst effizienter Zeitpunkt für die Wärmebereitstellung durch die Optimierung ermittelt werden kann. Mit anderen Worten wird die Abhängigkeit der Leistungs zahl der Wärmepumpe von der Außentemperatur, deren Verlauf am nächsten Tag (Day-Ahead) beispielsweise mittels einer Progno se ermittelt wird, bei der Optimierung durch die lokale Ener- giemarktplattform berücksichtigt.

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

Bezugszeichenliste

1 Energiesystem

2 Stromnetz 4 Wärmenetz

12 Energiesubsysteme 121 Energiewandlungsanlage

41 Datenverbindung

42 lokaler Energiemarkt 100 Abszisse 101 Ordinate

102,...,104 Kennlinie