Smart Operator Das intelligente Stromnetz der Zukunft

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1 Smart Operator Das intelligente Stromnetz der Zukunft Roland Dölzer Lechwerke AG, Augsburg Projektleiter Smart Operator Idsteiner Energietage 26. Oktober 2013 Lechwerke AG Seite 1

2 Energiewende - Herausforderungen an den Verteilnetzbetrieb Lechwerke AG Seite 2

3 Lechwerke Energieversorger in Süddeutschland Die Lechwerke >... sind regionaler Energiedienstleister in Bayern und Teilen Baden-Württembergs > erzeugen umweltfreundlich eigenen Strom überwiegend aus Wasserkraft. > setzen auf regionale Identität, Kundennähe und -betreuung. > sind ein Motor der wirtschaftlichen Entwicklung in der Region. > sind Teil der RWE-Gruppe. Bremen Essen Dortmund Düsseldorf Köln Wiesbaden Mainz Saarbrücken Kiel Hamburg Hannover Frankfurt Stuttgart Schwerin Berlin Potsdam Magdeburg Erfurt Nürnberg Augsburg Leipzig Dresden München Lechwerke AG Seite 3

4 Das Kerngeschäft Stromverteilung Stromerzeugung Energievertrieb Datenkommunikation > Nieder-, Mittel- und Hochspannungsnetz > Planung, Errichtung, Ausbau, Betrieb und Nutzung > Netzführung > 35 Wasserkraftwerke > dezentrale Energieerzeugung > Strom- und Gasvertrieb > Stromhandel > Energiedienstleistungen > eigenes Glasfasernetz > Breitbandausbau in der Region > System- und Datenkommunikationslösungen Lechwerke AG Seite 4

5 Unsere Unternehmensstruktur Vertrieb Lechwerke AG mit Eigentümerfunktionen Querschnittsfunktionen - LEW Verteilnetz GmbH LEW Netzservice GmbH LEW Service & Consulting GmbH Bayerische Elektrizitätswerke GmbH LEW TelNet GmbH Lechwerke AG Seite 5

6 Bremen Essen Dortmund Düsseldorf Köln Wiesbaden Mainz Saarbrücken Kiel Hamburg Hannover Frankfurt Stuttgart Schwerin Berlin Potsdam Magdeburg Erfurt Nürnberg Augsburg Leipzig München Dresden 380-kV-Leitung 220-kV-Leitung 110-kV-Leitung 380-kV-, 220-kV-, 110-kV-Umspannwerke Kennzahlen der LEW Verteilnetz GmbH > Hochspannung (110 kv) Freileitung km Schaltanlagen 119 > Mittelspannung (20 kv) Freileitung km Kabel km Ortsnetzstationen > Niederspannung (0,4 kv) Freileitung km Kabel km > Versorgte Fläche: km² > Netzkunden: > Dezentrale Erzeugeranlagen EEG-Anlagen KWK-Anlagen 350 > Mitarbeiter: ca. 850 km-angaben als Stromkreislänge, Stand: , Lechwerke AG Seite 6

7 Durch die Energiewende sind deutliche Veränderungen der Lastflüsse im LEW Netz zu erwarten > Installierte Einspeiseleistung der dez. EEG-Anlagen Ende 2012 rund MW > Mit den Wasserkraftwerken liegt die installierte Einspeiseleistung damit bereits heute über dem Niveau der Netzhöchstlast > Prognose zum Ausbau der regenerativen Erzeugung im LEW Netzgebiet bis 2021 auf Basis des bayer. Energiekonzepts Energie innovativ (Mai 2011): Windkraft: 2012 ca. 50 Anlagen mit 55 MW 2021 ca. 150 Anlagen mit 450 MW Photovoltaik: 2012 ca Anlagen mit MW 2021 ca Anlagen mit MW Installierte Erzeugungsleistung in 2021 ca MW > Die Zeiten einer Energieüberproduktion und Rückspeisung ins Übertragungsnetz werden erheblich zunehmen Installierte Leistung in MW Installierte dez. Einspeiseleistung 2012 Prognose Bayerisches Energiekonzept aktuelle Netzhöchstlast Wasserkraft (nicht EEG) Photovoltaik Wind Biogas / Deponiegas Wasser EEG KWK Lechwerke AG Seite 7

8 Der EEG-Anlagenboom im Netz der LEW hält weiter an Anzahl der EEG-Einzelanlagen Einzelanlagen am Netz der LEW Verteilnetz GmbH Anlagenanzahl Aug 2012 Lechwerke AG Seite 8

9 Lastfluss - neue Anforderungen an das Ortsnetz Lastfluss einer Ortsnetzstation im ländlichen Gebiet Vergleich 2003 und heute Lechwerke AG Seite 9

10 Herausforderungen: Netzstabilität und Netzsicherheit bei dezentralen Einspeisungen Regelung dezentraler Einspeisungen (Wind- und Sonnenenergie): > Die Auswirkungen der dezentralen Einspeisung im LEW-Netz machen sich derzeit massiv im Nieder- und Mittelspannungsnetz bemerkbar. > Betriebliche Maßnahmen sind regional voll ausgeschöpft: Optimierte Spannungsregelung und Nutzung der Netzreserven Netzbelastbarkeit: > Betriebsmittel und Leitungen kommen durch eine hohe dezentrale Einspeisung zunehmend auch an die thermischen Belastungsgrenzen (Strombelastbarkeit). Spannungshaltung gemäß DIN EN 50160: > Durch hohe Einspeisung kommt das Netz zunehmend an die Grenze des oberen Spannungsbandes und muss ausgebaut oder verstärkt werden. Lechwerke AG Seite 10

11 Bisherige Maßnahmen zur Gewährleistung von Netzstabilität und sicherem Netzbetrieb bei dezentralen Einspeisungen Betriebliche Maßnahmen > Optimierte Spannungsregelung > Änderung und Anpassung des Schaltzustandes > Netzautomatisierung (Intelligente Netzstationen, regelbare Ortsnetz-Trafos etc.) > Optimierte Netzplanung (Nutzung von Netzreserven) Netzverstärkungen > Parallelleistung > Querschnittsverstärkungen Netzerweiterungen > Zusätzliche Umspannungen MS/NS, ggf. HS/MS > Überregionale Anpassung des MS-Netzes > Grundsätzliche Restrukturierung im NS-Netz Ergebnis der Netzberechnung eines 20-kV-Teilnetzes Spannung >106 % U n >104 % U n >102 % U n Strom > 80 % I n >100 % I n Lechwerke AG Seite 11

12 Lösungsansatz: das smarte Stromnetz Lechwerke AG Seite 12

13 Eine Intelligenz im Netz überwacht den Netzzustand und optimiert die Netznutzung > Im Zentrum des intelligenten Stromnetzes arbeitet der Smart Operator. > Er ist über Kommunikationstechnik (z. B. Glasfasernetz) mit Stromerzeugern, Verbrauchern und Speichern im Stromnetz verbunden. > Er erfasst Einspeisungen, Aufnahmefähigkeit, Lasten und Speichermöglichkeiten im Stromnetz. > Er verarbeitet Wetterdaten und Lastprognosen > Der Smart Operator stimmt diese Faktoren aufeinander ab und bringt sie in Einklang. > So sorgt er für den Ausgleich der Netzlasten. Lechwerke AG Seite 13

14 Der Smart Operator regelt selbständig das lokale Niederspannungsnetz und reguliert die Netzlasten Der Stromfluss im Ortsnetz Tagesverlauf ohne Smart Operator Tagesverlauf mit Smart Operator > Das Ziel ist der Ausgleich von schwankenden Lasten und wachsenden Einspeisungen im Stromnetz durch eine intelligente Steuerung in einem abgegrenzten Netzbereich Last folgt Erzeugung Lechwerke AG Seite 14

15 Die Steuerung des Smart Operator enthält drei Grundfunktionen Prognosebildung Aufruf alle sechs Stunden Bildung von Prognosen für die nächste 24 Stunden-Periode Errechnung individueller Lastprofile für die angeschlossenen Komponenten Realzeitregelung Aufruf jede Minute Erfassung der aktuellen Netzdaten aus den Smart Metern Lastflussberechnung Kontrolle des aktuellen Zustands im Netz Ausgabe von Steuersignalen und Lastprofilen Lernvorgang Aufruf wann immer Rechenressourcen im Smart Operator zur Verfügung stehen Der Smart Operator lernt und optimiert seine interne Handlungsstrategie Lechwerke AG Seite 15

16 Das passiert im Haushalt Home Energy Controller Kommunikation mit allen intelligenten Hausgeräten über herstellerspezifisches Funkprotokoll Kommunikation mit dem Smart Operator Aktuelle Messwerte aus den Smart Metern Steuerung des Geräteeinsatzes im Haushalt entsprechend den Lastprofilvorgaben des Smart Operators Visualisierung für den Kunden Intelligente Hausgeräte Kommunikation mit dem Home Energy Controller Wahlmöglichkeit des Kunden zum Start des Gerätes zwischen Smart Operator oder sofort Rückmeldung des Gerätestatus an den Home Energy Controller Steuerung durch den Home Energy Controller Lechwerke AG Seite 16

17 Kommunikation zwischen Smart Operator, Home Energy Controller und Hausgeräten Smart Operator Haushalt HEC Home Energy Controller Geräteinformation, Vorwahl durch Kunde, Steuerbefehle Auto- Ladebox Elektr. Speicher Wärmepumpe Warmwasserspeicher Waschmaschine Geschirrspüler Regelmäßiger Austausch der Geräteinformation Lechwerke AG Seite 17

18 Smart Operator Das intelligente Netz der Zukunft in der Siedlung Wertachau Lechwerke AG Seite 18

19 In der Siedlung Wertachau bauen die Lechwerke das erste intelligente Stromnetz in ihrem Gebiet Ziele des Projekts: > Erproben eines Niederspannungsnetzes mit Smart Operator-Steuerung und intelligenten Komponenten > Praktische Erfahrungen für den zuverlässigen Netzbetrieb und die Netzausbauplanung > Erfahrungen mit Smart Metern und der Kommunikationsanbindung von Haushalten über ein Glasfasernetz > Erfahrungen mit dem Einbau und Betrieb intelligenter Netzkomponenten und Hausgeräte > Akzeptanz der Smart Operator-Steuerung bei Kunden > Möglichkeit von variablen Stromtarifen > Aktiver Beitrag zur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende Lechwerke AG Seite 19

20 Das Projekt Smart Operator wird von verschiedenen Partnern begleitet > Projektpartner sind: Lechwerke Stadt Schwabmünchen RWE Deutschland AG (Koordination, Einbindung in das Projekt Smart Country ) PSI (Entwicklung Hardware, Systemintegration) RWTH Aachen (Entwicklung Steueralgorithmus, Simulation) Hersteller von Netzkomponenten und Geräten (Horlemann, Stiebel Eltron, Hoppecke, Maschinenfabrik Reinhausen) > RWE erprobt in weiteren Projekten intelligente Stromnetze Rhein-Hunsrück, Trier-Saarburg, Bitburg Lechwerke AG Seite 20

21 Ablauf des Projekts Smart Operator in der Wertachau Projektphase 1 (2012) Information und Projektteilnahme, Aufbau der Infrastruktur Projektphase 2 ( ) Einbau Smart Meter, Smart Operator, intelligente Komponenten, Funktionstest, Betrieb Lechwerke AG Seite 21

22 Auftakt in der ersten Jahreshälfte 2012 großes Interesse und positive Resonanz > Mai 2012: Auftakt-Bürgerveranstaltung anschließend persönliche Informationsgespräche rund 115 Haushalte nehmen am Projekt teil > August 2012: Offizieller Projektstart anschließend Ausarbeiten der Detailplanung > Oktober 2012: Spatenstich für das Glasfasernetz anschließend Projektierung, Verlegung, Montage des Glasfasernetzes Offizieller Spatenstich am mit dem Vizepräsidenten des Deutschen Bundestages MdB Eduard Oswald > seit Dezember 2012: Newsletter für die Teilnehmer Lechwerke AG Seite 22

23 Aufbau der Infrastruktur innerhalb von drei Monaten > Entwicklung und Fertigung der 115 Smart Operator-Anschlusskästen durch LEW-Ausbildungszentrum und LEW-WerkstättenWerkstätten > Alle Smart Operator-Anschlusskästen einschl. Sonderfälle (Outdoor, Mehrfamilienhäuser) sind montiert > Januar 2013: Die gesamte Infrastruktur ist installiert und betriebsbereit SmOp-Anschlusskasten in der Kundenanlage > Breitband und Telefonie durch LEW TelNet: Erste Kunden ab Mitte Januar freigeschaltet > März 2013: Inbetriebnahme des Smart Operators und der Zählerdatenübertragung (ohne Steuerfunktion) Smart Operator Lechwerke AG Seite 23

24 Einbau Smart Meter bei allen teilnehmenden Haushalten > EDL*-Zähler in Stecktechnik mit einem erweiterten Datensatz: Zählerstand, aktuelle elektrische Leistung sowie Ströme und Spannungen der einzelnen Phasen > Übertragung der Daten erfolgt über den am Zähler angebundenen MUC** per Glasfaser zum Smart Operator > an einen MUC sind alle Zähler eines Kunden angeschlossen (Haushalt, PV-Einspeisung, Zweirichtungszähler, Zweitarifzähler) Smart Meter mit MUC > Mai 2013: Auswechslung aller 160 Zähler gegen Smart Meter abgeschlossen > Juni 2013: Visualisierung der Zählerdaten (15-Minutenwerte) für jeden Teilnehmer im Internet im LEW Energiecockpit *EDL: abgeleitet aus der Forderung in der EU - Energiedienstleistungsrichtlinie **MUC: Multi Utility Communication Visualisierung der Zählerdaten auf Internetportal Lechwerke AG Seite 24

25 Die nächsten Schritte im Projekt > August 2013: Labortest der Smart Operator Funktion im Labor der RWTH Aachen mit realen Komponenten erfolgreich abgeschlossen > Auswertung der Potenziale in den teilnehmenden Haushalten aus den Energieberatungen und Fragebögen > Erarbeiten eines Konzepts für den Einbau der intelligenten Hausgeräte bei den Teilnehmern und für die Nutzung der Smart Operator-Funktion > August 2013 November 2013 Einbau der intelligenten Netzkomponenten (ON-Station, zentraler Batteriespeicher, Emobility-Ladesäule Potenzial zum Einbau der Hausgeräte > Oktober 2013 März 2014 Einbau der intelligenten Hausgeräte und HEC > März 2014: Inbetriebnahme der Steuerfunktion des Smart Operators Home Energy Controller für Haushalte Lechwerke AG Seite 25

26 Smart Operator Das intelligente Netz der Zukunft in der Siedlung Wertachau Lechwerke AG Projekt Smart Operator Telefon: (kostenlos) smartoperator@lew.de Lechwerke AG Seite 26