Anwendungsszenarien für die Entwicklung des dezentralen Energiemanagementsystems

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1 Connected Energy SHAPE: AP 1, D 1.1 (Teil II): Anwendungsszenarien für die Entwicklung des dezentralen Energiemanagementsystems Autoren: Dr. Severin Beucker, Borderstep Institut Linda Bergset, Borderstep Institut Dr. Willy Bierter, Product Life Institute Hauke Beeck, Vattenfall Europe Innovation GmbH Dr. Frank C. Bormann, Orga Systems GmbH Thomas Jenschar, Deutsche Telekom AG Grzegorz Lehmann, DAI-Labor der TU-Berlin Dr. Manfred Riedel, Dr. Riedel Automatisierungstechnik GmbH Rainer Schulz-Ehrcke, Deutsche Telekom AG SHAPE-Konsortium, April 2011

2 Inhalt 1 Einleitung Erfassung von Anwendungsszenarien Anwendungsszenarien für das Management von Stromverbrauch Bilaterales dezentrales Energiemanagement über Stromsparkonto und tarifabhängiger Steuerung von Stromverbrauchern Ökostrom dynamisch - Zeitvariabler Tarif mit Anbindung von Heimautomation + Energieassistent Anwendungsszenarien für das Management von Heizenergie Automatische Wärmebereitstellung bei Raumnutzung Automatische Sollwertführung der Heizzentrale Anwendungsszenarien für Mehrwertdienste der Heimvernetzung Heimportal dezentrales Energiemanagement mit Mehrwertdiensten Geräteintegration im Heim Netmanager + (Energie) Nutzer + (Energie) Backend-Betreiber Zukunftsszenario 2020: Vollintegriertes dezentrales Energiemanagement Auswertung der Anwendungsszenarien Quellen

3 1 Einleitung Ein Anwendungsszenario beschreibt den zukünftigen Anwendungskontext des zu entwickelnden dezentralen Energiemanagementsystems sowie der darauf aufbauenden Produkte oder Dienstleistungen. Es ist daher vergleichbar mit dem in Connected Living gebrauchten Begriff Use Case 1 und beschreibt konkrete Anwendungssituationen des dezentralen Energiemanagementsystems und des jeweiligen Nutzens für die beteiligten Akteure. Die Szenarien sind für die Produkt- und Dienstleistungsentwicklung von zentraler Bedeutung, da sich aus ihnen die technischen Parameter (Hard- und Software, Architektur, etc.) sowie die möglichen über das Projektende hinaus (Bezugsjahr ) reichenden Wertschöpfungsketten und Geschäftsmodelle ergeben. Aus den Anwendungsszenarien sollen in den nachfolgenden Arbeiten folgende Ziele abgeleitet werden: Die Beschreibung der zu entwickelnden Wertschöpfungsketten bzw. Geschäftsmodelle. Die Definition des Leistungsumfangs des Systems und seiner Dienstleistungen, d.h. z.b. die Beschreibung der einzubeziehenden Energieverbraucher, Funktion und Verortung der Steuerung, Funktion und Umfang der Abrechnungsdienste, Aufgabenverteilung zwischen Home Service und Service Provider Plattform, etc. Die Beschreibung der darauf aufbauenden und zu entwickelnden Hard- und Softwarearchitektur sowie die einzubeziehenden konkreten Steuerungskomponenten und Endgeräte. Die Abschätzung des Umfangs und Aufwandes der geplanten Systemerprobung (z.b. in einem Mietobjekt bzw. im Showroom des DAI-Labors). Die Ableitung eines detaillierten Arbeits- und Entwicklungsplanes für die Erreichung des Anwendungsszenarios sowie die Beschreibung der dafür notwendigen Rahmenbedingungen und resultierenden politischen und rechtlichen Anpassungsmaßnahmen. Ausgangspunkt der Anwendungsszenarien ist das Rahmenszenario von SHAPE, in dem die Grundannahmen für die Entwicklung von Energiepreisen, Gesetzen, technischen Entwicklungen und weiterer Faktoren definiert sind (siehe Beucker, Bergset, Bierter 2011). Die von den Projektpartnern vorgeschlagenen Anwendungsszenarien werden in einem nachfolgenden Schritt den zwei folgenden Umsetzungsfeldern des Projektes SHAPE zugeordnet: Dem Showroom des DAI-Labors: Dieser dient der Demonstration technisch machbarer Lösungen des dezentralen Energiemanagements und deren Integration in die intelligente Heimvernetzung. Hier werden auch Schnittstellen zu den Angeboten in den Themenfeldern Mediennutzung, Sicherheit und Gesundheit sowie die Integration in die Architektur der Home-Service- und der Service- Provider-Plattform des DAI-Labors entwickelt. Dem Pilotvorhaben in Weißenfels: Hier stehen die Integration von Heizungstechnik und Stromverbrauchern in ein dezentrales Energiemanagement für Haushalte sowie dessen Koppelung mit Smart Metern und flexiblen Tarifen der Stadtwerke im Mittelpunkt. Diese Umsetzung orientiert sich 1 Der Begriff des Use Cases wir vor allem in der Entwicklung und Modellierung von Software verwendet (siehe z.b. Rosenberg 2007 oder Jacobsen 1993). Im Folgenden soll daher der Begriff des Anwendungsszenarios genutzt werden, welcher in der Szenariotechnik eine größere Verbreitung findet (siehe z.b. Spath, Lang-Koetz, Beucker 2007). 2 Das Bezugsjahr 2015 wurde gewählt, um einen mittelfristigen Zeithorizont zu definieren, der über das Ende des Projektes SHAPE hinausreicht und gleichzeitig durch die beteiligten Partner noch hinreichend gut abschätzbar ist. 3

4 an der Umsetzbarkeit der entwickelten Lösungen in den ausgewählten Mietwohnungen. Da die Installation im Bestand erfolgt, muss das System hohen Ansprüchen hinsichtlich Stabilität und Sicherheit genügen. Für die Beschreibung der Anwendungsszenarien werden Akteure definiert, um die Adressaten des jeweiligen Nutzens einheitlich beschreiben zu können. Dafür wird für die relevanten Akteure im Energiemarkt auf die in der DKE Normungsroadmap definierten Marktrollen zurückgegriffen (siehe DKE 2010, 18). Da die Anwendungsszenarien hauptsächlich auf die Funktionen der Akteure fokussiert und nicht eine ausführliche Beschreibung jeder möglichen Marktrolle bieten, werden hier ausschließlich die Marktrollen beschrieben, die für die Anwendungsszenarien direkt von Bedeutung sind 3 : Tabelle 1: Definition von Akteursrollen in Anlehnung an DKE (2010) Rolle Produzent Energienutzer Energielieferant Energiemarktplatzbetreiber Weitere Energiedienstleister Kommunikationsnetzbetreiber Erläuterung Strom- oder Wärmeerzeuger Anschlussnehmer bzw. Anschlussnutzer (hier auch Geschäfts- oder Endkunde, Stromnutzer, Wärmenutzer) Versorger auch im Sinne von Multi-Utility, Lieferant von Strom, Wärme, Gas, Wasser Akteur, der durch die Sammlung bzw. die Verhandlung von Angeboten (z.b. Energielieferungen, Systemdienstleistungen wie Regelenergie in Form von Lastmanagement, Speicherung oder die Bereitstellung von Blindleistung) tätig wird (hier auch Aggregator). Beispielsweise Energieberater, Contractingunternehmer oder Anbieter von Abrechnungsdiensten Anbieter von Kommunikationsinfrastruktur und Dienstleistungen 2 Erfassung von Anwendungsszenarien In den folgenden Abschnitten werden Anwendungsszenarien beschrieben, die von den Partnern des Projektes SHAPE zur Vorbereitung des zweiten Expertenworkshops im Projekt SHAPE erfasst wurden. Ziel dieses Prozesses war, in Anlehnung an das Rahmenszenario des Projektes (siehe Beucker, Bergset, Bierter 2011) zukünftige Anwendungskontexte von zu entwickelnden Produkten oder Dienstleistungen des dezentralen Energiemanagements zu beschreiben. Die nachfolgenden Anwendungsszenarien sind daher das Ergebnis eines mehrstufigen Prozesses. Sie wurden unter Beteiligung aller Projektpartner im Rahmen von drei projektinternen Workshops im Frühjahr 2011 erarbeitet. 3 In der DKE Normungsroadmap sind weitere Rollen definiert(siehe ebd.), die für die nachfolgenden Szenarien jedoch zunächst nicht relevant sind. Sie werden jedoch in der Entwicklung der Geschäftsmodelle wieder aufgegriffen. 4

5 Für die Erfassung der Anwendungsszenarien wurde folgende Struktur gewählt: Beschreibung der Anwendung bzw. des Anwendungsszenarios; Nutzen der Anwendung; Beschreibung der möglichen zukünftigen Wertschöpfungspartnerschaft; Realisierungschancen des Anwendungsszenarios mit den existierenden bzw. weiteren Partnern. Die folgenden acht Anwendungsszenarien bilden teilweise eine Zusammenfassung jeweils mehrerer Einzelszenarien der Projektpartner. Da sich zwischen diesen Einzelszenarien Überschneidungen ergaben, wurden sie durch das Borderstep Institut unter der Berücksichtigung des Nutzens der Anwendung sowie der Bildung von Wertschöpfungsketten zusammengefasst. Zur besseren Übersicht werden die erfassten Anwendungsszenarien zunächst in drei Gruppen eingeteilt: Anwendungsszenarien für das Management von Stromverbrauch; Anwendungsszenarien für das Management von Heizenergie; Anwendungsszenarien für Mehrwertdienste der Heimvernetzung. Diese Einteilung folgt der Annahme, dass im dezentralen Energiemanagement ein direkter Nutzen durch die Optimierung des Strom- bzw. Heizenergieverbauchs entstehen kann. Zudem kann auch ein Mehrwert über Dienste der Heimvernetzung entstehen, die nicht unmittelbar zur Reduktion des Energieverbrauchs beitragen müssen, jedoch beispielsweise die Transparenz erhöhen, eine spezifische, gerätegenaue Abrechnung ermöglichen oder die Einbindung neuer Verbraucher in das Energiemanagement unterstützen. Eines der Anwendungsszenarien wurde aufgrund seiner umfassenden und langfristigen Orientierung als Zukunftsszenario 2020: Vollintegriertes dezentrales Energiemanagement bezeichnet. Es ist unter den derzeitigen Rahmenbedingungen auch mittelfristig nicht realisierbar, kann für das Vorhaben jedoch als langfristige Orientierung dienen und soll im weiteren Projektverlauf wieder aufgegriffen werden. 2.1 Anwendungsszenarien für das Management von Stromverbrauch Bilaterales dezentrales Energiemanagement über Stromsparkonto und tarifabhängiger Steuerung von Stromverbrauchern Dieses Anwendungsszenario ist eine Zusammenfassung der ursprünglichen Szenarien Bilaterales dezentrales Energiemanagement von Vattenvall Europe Innovation GmbH, Stromsparkonto von Orga Systems GmbH und Tarifabhängige Steuerung der Elektrogeräte von Dr. Riedel Automatisierungstechnik GmbH. 5

6 Beschreibung der Anwendung: Auf einer von außen ansteuerbaren und optimierbaren Heimautomatisierungsplattform liegt ein Heizungsoptimierungssystem mit zusätzlichen Schnittstellen für einzelne Stromnutzer. Diese können z. B. eine Wärmepumpe, ein Heizstab (Warmwasserspeicher), ein Mikro-BHKW oder eine Umwälzpumpe sein. Weitere Stromnutzer oder Stromkreise sind an die interne Optimierung der Heimautomatisierungsplattform angeschlossen und werden von dieser geschaltet. Eingangsgröße für diese Optimierung sind variable Tarife eines Energielieferanten. Der Energielieferant (z.b. lokales Stadtwerk) bietet ein Stromprodukt unter dem Namen Stromsparkonto an. Der Endkunde Peter Sparfuchs schließt einen Liefervertrag für das Stromsparkonto zu folgenden Konditionen ab. Beispiel für zeitvariablen Tarif mit drei Stufen: Hochtarif (HT) 11:30-13:30 (Mo - Fr) - Mittlerer Tarif (MT) 06:15-11:30 (Mo - Fr) 06:15-22:15 (Sa So) 13:30-22:15 (Mo Fr) Niedrigtarif (NT) 22:15-06:15 (Mo Fr) 22:15-06:15 (Sa So) Der Arbeitspreis pro Stufe ändert sich um 5 ct. abhängig von der Vorauszahlung (Guthaben): HT 25 ct/kwh (Kontostand >= 100 ) 30 ct/kwh (Kontostand < 100 ) MT 20 ct/kwh (Kontostand >= 100 ) 25 ct/kwh (Kontostand < 100 ) NT 15 ct/kwh (Kontostand >= 100 ) 20 ct/kwh (Kontostand < 100 ) Von dem einbezahlten Guthaben des Endkunden werden alle 15 min die durch den Verbrauch aktuell entstandenen Kosten abgebucht. Abhängig von Schwellwerten (hier 100 ) kann der aktuell gültige Tarif geändert werden. Zusätzlich erhält der Energienutzer eine entsprechende Benachrichtigung zur erneuten Einzahlung (die z.b. per Lastschrift vom Bankkonto des Endkunden eingezogen wird). Ist ein entsprechendes Lastschriftverfahren eingerichtet, wird immer ein fester Betrag (z.b. 60 ) eingezogen, sobald die Guthabenschwelle (100,- ) unterschritten wird. Für jeden Tag werden dem Endkunden die akkumulierten Verbrauchswerte und die entsprechenden Kosten mittels eines Energieassistenzdienstes (Web Applikation) widergespiegelt. Auch eine Kostenund Tarifvorschau wird dabei unterstützt. Die Werte werden zentral im Abrechnungssystem des Energielieferanten ermittelt und entsprechen so denen der monatlichen Kostenübersicht, die jeweils nach Monatsende zur Verfügung gestellt wird. Die Endkunden erhalten automatisch die zeitvariablen Tarifinformationen der Energielieferanten. Damit besteht die Möglichkeit für den Endkunden, z.b. Elektroherde, Mikrowelle, Staubsauger in Zeiten billigen Stroms zu betreiben. Das Energiemanagementsystem verarbeitet die Tarifinformation zur automatischen Verlagerung der Betriebszeiten von z.b. Geschirrspülautomaten, Waschmaschinen, Wäschetrockner in Zeiten niedriger Tarife. Dabei sind folgende Lösungen geplant: Wahlmöglichkeit zwischen Automatik- und Handbetrieb. Zeitperiodeneingabe für die automatische Steuerung. 6

7 Erfassung des Betriebszustandes der zu automatisierenden Elektrogeräte. Nutzen der Anwendung: Der Nutzen der Anwendung ist primär wirtschaftlich orientiert. Endkunden können c.p. ihre Energiekosten senken. Sie bekommen abhängig von ihrer Einzahlung und zeitlicher Verschiebung der Energieverbräuche einen günstigeren Tarif. Der Energielieferant glättet die Lastspitzen und senkt dadurch seine Einkaufskosten. Er kann die Erlösstruktur seiner Kostenstruktur anpassen. Bei einer Beteiligung an den Investitionskosten kann er sich im Wettbewerb differenzieren und die Kundenbindung erhöhen. Er hat frühzeitig sichere Einnahmen um weitere Investitionen zu tätigen. C.p. wird der Strompreis sinken. Über das direkte Widerspiegeln von Verbrauchswerten und Kosten, können neben Verbrauchseinsparung auch erhebliche Umwelteffekte durch eine effizientere Energieerzeugung sowie die Nutzung erneuerbarer Energien erfolgen. Beschreibung der zukünftigen Wertschöpfungspartnerschaft bzw. des Geschäftsmodells, das dem Anwendungsszenario zugrunde liegt: Das Wertschöpfungsmodell orientiert sich an der Verbindung von Heimautomatisierungsplattform, intelligentem Zähler und variablen Tarifmodellen. Der Anreiz für den Endkunden, weitere Stromkreise an die Heimautomatisierungsplattform anzuschließen ergibt sich aus der Spreizung der variablen Tarife. Insofern ist eine Partnerschaft zwischen Energielieferanten und Hersteller/Betreiber der Heimautomatisierungsplattform relevant. Umsetzung durch Projektpartner: Orga Systems stellt ein entsprechendes Abrechnungssystem bzw. Abrechnungsdienste als Managed Services für einen Energielieferanten bereit. Die gewählte Tarifkonfiguration kann dabei flexibel auf die Bedürfnisse des Energielieferanten angepasst werden. DAI-Labor stellt einen Energieassistenten bereit, der Schnittstellen zur Verbrauchs- und Kostenvisualisierung des Abrechnungssystems nutzt. DAI-Labor integriert zur Bedienung und Anzeige den Riedel-Assistenten in die Home Service Plattform. Riedel AT übernimmt die Installation der Hard- und Software. Es wird ein Energielieferant benötigt, der ein entsprechendes Tarifmodell realisieren möchte. Gespräche werden mit Stadtwerke Weißenfels GmbH geführt. Realisierungschancen: Variable Tarife werden vom Gesetzgeber gefordert. Auch wenn die energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen eine Umsetzung noch erschweren, ist grundsätzlich davon auszugehen, dass diese Forderung dieses Wertschöpfungsmodell mittel- bis langfristig fördert. Der ökonomische Gewinn der einzelnen Transaktion nach diesem Modell ist aber gering, daher gilt es den Komfortgewinn durch die Heimautomatisierungsplattform herauszustreichen. Das Wertschöpfungsmodell könnte sich mittelfristig realisieren lassen. Auch wenn die Evolution der energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen eher langsam verläuft, ist die technische Umsetzung nur von mäßiger Komplexität. Es wird das Prinzip der nachgelagerten Tarifierung angewandt, welches noch der Anpassung des Eichrechts bedarf. Umsetzung im Projekt: Wohnungsgesellschaft WVW und Stadtwerke SWW Weißenfels führen z. Z. Kooperationsverhandlungen. 7

8 Riedel AT und DAI-Labor erarbeiten die Hard- und Softwarelösungen im Rahmen des Projektes Ökostrom dynamisch - Zeitvariabler Tarif mit Anbindung von Heimautomation + Energieassistent Anwendungsszenario der Orga Systems. Beschreibung der Anwendung: Der Energielieferant (z.b. lokales Stadtwerk) bietet ein Stromprodukt unter dem Namen Ökostrom dynamisch an. Der Endkunde Ralf Regenerativ schließt einen Liefervertrag dafür zu folgenden Konditionen ab. Zeitvariabler Tarif mit fünf Stufen : Super Hochtarif (SHT) Hochtarif (HT) Mittlerer Tarif (MT) Niedrigtarif (NT) Super Niedrigtarif (SNT) 30 ct/kwh 25 ct/kwh 20 ct/kwh 15 ct/kwh 10 ct/kwh Die Zeiträume, für die eine Tarifstufe gilt, können sich täglich aufgrund der Prognose der schwankenden Einspeisung von Wind- und Sonnenergie ändern. Die Zeiträume werden täglich 24 Stunden im Voraus für den nächsten Tag festgelegt und im Abrechnungssystem hinterlegt. Von dem Konto des Endkunden werden alle 15 min die durch den Verbrauch aktuell entstandenen Kosten abgebucht. Kurz nach Ende des Monats erhält er eine Monatsabrechnung des Energielieferanten, der die in den Tarifstufen entstandenen Kosten ausweist. Für jeden Tag werden dem Endkunden die akkumulierten Verbrauchswerte und die entsprechenden Kosten mittels eines Energieassistenzdienstes (Web Applikation) widergespiegelt. Auch eine Kostenund Tarifvorschau wird dabei unterstützt. Für die Anbindung der Heimautomation werden die Tarifinformationen (Preissignale) des Abrechnungssystems im Voraus zur Verfügung gestellt. Nutzen der Anwendung: Der Nutzen der Anwendung ist primär wirtschaftlich orientiert. Allerdings kann über das direkte Widerspiegeln von Verbrauchswerten und Anbindung der Heimautomation auch eine Verbrauchseinsparung erwartet werden. Vorteil für den Endkunden: Er kann bei Verlagerung des Verbrauchs in Niedrigtarifzeiten Kosten sparen. Vorteile für den Energielieferanten: Er kann sich mit verschiedenen Varianten zeitvariabler Tarife im Wettbewerb differenzieren und die Kundenbindung erhöhen. Er kann variablen Einkaufs- und /oder Lastsituationen im Netz besser begegnen. Beschreibung der zukünftigen Wertschöpfungspartnerschaft bzw. des Geschäftsmodells, das dem Anwendungsszenario zugrunde liegt: Orga Systems stellt ein entsprechendes Abrechnungssystem bzw. Abrechnungsdienste als Ma- 8

9 naged Services für einen Energielieferanten bereit. Die gewählte Tarifkonfiguration kann dabei flexibel auf die Bedürfnisse des Energielieferanten angepasst werden. DAI Labor stellt einen Energieassistenten bereit, der Schnittstellen zur Verbrauchs- und Kostenvisualisierung des Abrechnungssystems nutzt. Firma Riedel stellt ein Heimautomationssystem bereit, welches zeitvariable Stromtarife berücksichtigen kann und Tarifinformationen des Abrechnungssystems vorab erhält. Ein Energielieferant wird benötigt, der ein entsprechendes Tarifmodell realisieren möchte. Realisierungschancen: Das Wertschöpfungsmodell könnte sich mittelfristig realisieren lassen. Es wird das Prinzip der nachgelagerten Tarifierung angewandt, welches noch der Anpassung des Eichrechts bedarf. 2.2 Anwendungsszenarien für das Management von Heizenergie Automatische Wärmebereitstellung bei Raumnutzung Anwendungsszenario der Dr. Riedel Automatisierungstechnik GmbH. Beschreibung der Anwendung: Die Endkunden können auf den Heizenergieverbrauch und die Raumkonditionen durch Wahl der Temperaturen (Warm- und Spartemperaturen) und der Nutzungszeiten Einfluss nehmen. Dabei sind folgende Lösungen geplant: Variable Warmtemperaturen über den Tag. Variable Spartemperaturen z.b. in der Normalnutzung und während längerer Abwesenheit (Urlaub). Vorwahl unterschiedlicher Nutzungsregime, z.b. für Schichtarbeiter. Nutzungszeitgenerator in Abhängigkeit der Raumhelligkeit. Einstellmöglichkeiten für Urlaubsperioden, Feiertage u.ä.. Temporäre Nachforschung von Warmtemperaturen und Nutzungszeiten (Kurzzeitprogramm). Sollwertsteuerung bei Verlassen der Wohnung. Automatische Ermittlung der raumweisen Vorheizzeitpunkte in Abhängigkeit variabler Randbedingungen (Bauphysik, Heizsystem, Heizleistungsreserve u.a.) zur Sicherstellung der gewünschten Warmtemperaturen zum Nutzungsbeginn. Visualisierung der Raumdaten. Nutzen der Anwendung: Der Raumheizenergieverbrauch jedes Endkunden wird minimiert bei gleichzeitiger Sicherung der Komfortanforderungen. Beschreibung der zukünftigen Wertschöpfungspartnerschaft bzw. des Geschäftsmodells, das dem Anwendungsszenario zugrunde liegt: 9

10 Riedel AT übernimmt Lieferung, Montage, Installation und Inbetriebnahme des Energiemanagementsystems sowie die anschließende Wartung und Störungsbeseitigung. Wohnungsgesellschaft realisiert die Investition und refinanziert die Kosten über die Modernisierungsumlage. DAI-Labor integriert den Riedel-Assistenten in die Home Service Plattform zur Bedienung und Anzeige. T-Labs liefert und installiert die Home-Gateways und ermöglicht den Webzugriff über das Home- Gateway für die einzelnen Endkunden. Realisierungschancen: Die Wohnungsgesellschaft WVW Weißenfels stellt eine geeignete Liegenschaft zur Piloterprobung zur Verfügung. Riedel AT, DAI-Labor und T-Labs erarbeiten die Hard- und Softwarelösungen im Rahmen des SHAPE-Projektes Automatische Sollwertführung der Heizzentrale Anwendungsszenario der Dr. Riedel Automatisierungstechnik GmbH. Beschreibung der Anwendung: Die Regelparameter der Heizzentrale, wie Solltemperaturen, Steuerungszustände werden automatisch in Abhängigkeit des Wärmeleistungsbedarfs aller versorgten Wohnungen sowie eines variablen Leistungs-Anschlusswertes ermittelt mit dem Ziel, die Heizenergieverbräuche und kosten zu minimieren. Dabei sind folgende Lösungen geplant: Heizlastanalyse jedes Heizkörpers der Liegenschaft und Ermittlung der optimalen Sollwerte. Ermittlung der optimalen Heizleistung der Liegenschaft und Ableitung von Steuerungsalgorithmen zur Einhaltung der vereinbarten Leistungsgrenzwerte. Nutzen der Anwendung: Reduzierung der Heizkosten für die Endkunden durch Minimierung der Brennstoffkosten (Arbeit und Leistung) für die Liegenschaft bei der Wärmebereitstellung. Stadtwerk SWW Weißenfels kann seine Kosten für die Wärmebereitstellung durch Lastverlagerung aufgrund variabler Fernwärmetarife reduzieren. Beschreibung der zukünftigen Wertschöpfungspartnerschaft bzw. des Geschäftsmodells, das dem Anwendungsszenario zugrunde liegt: Riedel AT liefert Hard- und Software. Energieversorger optimieren durch Lastverteilung ihre Erzeugungskosten. Realisierungschancen: Riedel AT erarbeitet die Hard- und Softwarelösung im Rahmen des SHAPE-Projektes. Stadtwerke Weißenfels (SWW) haben Interesse an Lastverschiebungen der Fernwärmeanschlussleistung signalisiert. 10

11 2.3 Anwendungsszenarien für Mehrwertdienste der Heimvernetzung Heimportal dezentrales Energiemanagement mit Mehrwertdiensten Dieses Anwendungsszenario ist eine Zusammenfassung der ursprünglichen Szenarien DEMS Heimportal von DAI-Labor der TU-Berlin und Visualisierung der Verbräuche für Heizung, Strom, Warmund Kaltwasser von Dr. Riedel Automatisierungstechnik GmbH. Beschreibung der Anwendung: Eine einheitliche und natürliche Nutzerinteraktion ist für ein dezentrales Energiemanagementsystem von essentieller Bedeutung. Auf Basis eines nutzerzentrischen Interaktionskonzeptes wird eine einheitliche und intuitive Benutzerschnittstelle (Heimportal) zur Versorgung des Endkunden mit Informationen über seinen Haushalt und die Heimvernetzungsprozesse prototypisch umgesetzt. Das DEMS- Heimportal (Dezentrales Energiemanagementsystem) wird unterschiedliche Kombinationen von Modalitäten erfassen, um eine breite Palette von Interaktionsmöglichkeiten zuzulassen (Fernseher, Smartphone oder die Sprachmodalität). Bild 1 demonstriert die multimodale Interaktion (Sprach- und Gestikeingabe) mit einer Benutzerschnittstelle. Bild 1: Natürliche, multimodale Interaktion mit Heimdiensten - Steuerung über Sprache und Gestik Durch die Anbindung des dezentralen Energiemanagementsystems über die Home-Service-Plattform an die im Heim verfügbaren Interaktionsgeräte wird den Endkunden ein komfortabler Zugang zu den Diensten des dezentralen Energiemanagementsystems ermöglicht (z.b. Energieverbrauchsvisualisierung, Tarif- und Abrechnungsinformationen, Geräte- und Heizungssteuerung). Bilder 2 und 3 zeigen eine Benutzerschnittstelle des Heimportals in dem der Endkunde zentral auf Haus- und Geräteinformationen komfortabel zugreifen kann. Bild 2: Wohnungsüberblick des Heimportals präsentiert Kontextinformationen wie Strom- 11

12 verbrauch und Temperatur für die Räume der Wohnung Bild 3: Raumüberblick im Heimportal mit Geräteinformationen und Steuerung als auch Stromverbrauchsvisualisierung Über das Heimportal wird dem Endkunden ebenfalls Zugriff auf Mehrwertdienste (s.g. Assistenten) angeboten. Über einen Assistant Store installiert sich der Endkunde neue Assistenten, welche ebenfalls über das Heimportal zugänglich sind. Bild 4 zeigt den Entwurf eines Assistant Stores in dem verfügbare Assistenten in einer einheitlichen Benutzerschnittstelle präsentiert werden und für den Endkunden zugänglich sind. Bild 4: Assistant Store des Heimportals in dem der Endkunde auf seine Assistenten zugreifen kann Es ist denkbar, dem Endkunden Assistenten als nichtmonetäre Anreize zur Energieeffizienzsteige- 12

13 rung zur Verfügung zu stellen, z.b. Gratis-Assistent für die Senkung des Energieverbrauches um X%. Ein Beispiel eines Assistenten stellt die Visualisierung der Verbräuche für Heizung, Strom, Warmund Kaltwasser dar. Dieser Assistent bietet dem Endkunden folgende Verbrauchsinformationen: Vergleich des Wohnungsverbrauchs zum aktuellen Zeitpunkt mit dem Vorjahreszeitraum. Dabei werden die Heizenergieverbräuche klimabereinigt dargestellt. Prozentuale Verteilung der Raumheizenergieverbräuche auf die einzelnen Räume. Stromverbräuche der Wohnung getrennt nach Tarifen. Ausgewählte Stromverbräuche einzelner Elektrogeräte. Nutzen der Anwendung: Steigerung des Energiebewusstseins bei den Endkunden. Im Fall der Visualisierung der Verbräuche werden sie zur Energie- und Wassereinsparung aufgrund der zeitnahen visuellen Rückkopplung motiviert. Steigerung des Verständnisses und daher auch der Akzeptanz der Endkunden für dezentrales Energiemanagement. Steigerung des Komforts des Endkunden durch intuitive Bedienung und Anbindung von Mehrwertdiensten innerhalb des Heimportals. Energielieferant kann Heimportale und Mehrwertdienste als Einstieg in Laststeuerung nutzen und daraus neue Geschäftsmodelle generieren. Beschreibung der zukünftigen Wertschöpfungspartnerschaft bzw. des Geschäftsmodells, das dem Anwendungsszenario zugrunde liegt: Für den beschriebenen Mehrwertdienst (Visualisierung der Verbräuche): Orga Systems stellt den Abrechnungsdienst für die Energielieferanten bereit. Heizkostenabrechnungsdienste verarbeiten die Verbrauchsdaten zu Heizkostenabrechnungen. Energielieferant nutzt Informationen zum Stromverbrauch für Laststeuerung DAI-Labor integriert die Verbrauchsdaten in die Home Service Plattform. T-Labs gewährleistet über das Homegateway den Webzugriff. Realisierungschancen: Riedel AT, DAI-Labor, Orga Systems und T-Labs erarbeiten die Hard- und Softwarelösungen im Rahmen des SHAPE-Projektes. WVW und SWW Weißenfels investieren die erforderlichen Komponenten Geräteintegration im Heim Anwendungsszenario des DAI-Labor der TU-Berlin. Beschreibung der Anwendung: Ein wichtiger Aspekt eines dynamischen dezentralen Energiemanagementsystems sind die Geräteanbindungsprozesse, welche den Anschluss neuer Steuerungseinheiten, Geräte und Sensoren an das System ermöglichen. Im Fokus des Anwendungsszenarios steht daher die Integration neuer Geräte in das Heimnetzwerk und ihre Vernetzung mit der Home Service Plattform zur Laufzeit. 13

14 Geräte und Sensoren, die in der Heimumgebung schrittweise nachgerüstet werden, ermöglichen die Umsetzung immer komplexerer und intelligenterer Dienste für den Endkunden. Leider sind heutige Plug n Play-Protokolle und -Mechanismen nicht ausreichend dynamisch, um die Vielfalt der sich ständig entwickelnden Hardware zu bewältigen. In dem Anwendungsszenario Geräteintegration im Heim wird demonstriert, wie ein interaktiver Geräteintegrationsprozess dem Endkunden ermöglicht, neue Geräte und Sensoren in die Heimumgebung zu integrieren und automatisch mit den DEMS-Diensten der Home Service Plattform zu vernetzen. Hierbei wird ebenfalls demonstriert, wie ein Gerätehersteller neuartige Geräte mit Funktionsbeschreibungen anreichern kann, damit sie in ein bestehendes DEMS integriert werden. Bild 5 zeigt eine beispielhafte Benachrichtigung in dem Heimportal. Das System teilt dem Endkunden so mit, dass ein neues Gerät in der Heimumgebung entdeckt worden ist und eine Konfiguration notwendig ist. Bild 5: Das Heimportal benachrichtigt den Endkunden über ein neu entdecktes Gerät In dem Szenario ist die Integration unterschiedlicher Gerätetypen denkbar. Beispielhaft können Haushaltsgeräte (Lampen, Küchengeräte, etc.), Kontextsensoren (Temperatur, Licht, Kontaktsensoren) als auch Energiemanagementkomponenten (z.b. Ventilantriebe, Smart Meter) integriert werden. Nutzen der Anwendung: Durch die weitgehende Automatisierung und interaktive Gestaltung des gerätespezifischen Konfigurationsprozesses wird die Geräteintegration für den Endkunden erleichtert. Für Gerätehersteller entsteht in dem Szenario ein Mehrwert durch eine tiefere Integration ihrer Produkte in kontextbezogene Heimautomatisierungsprozesse und Energiemanagementdienste. Beschreibung der zukünftigen Wertschöpfungspartnerschaft bzw. des Geschäftsmodells, das dem Anwendungsszenario zugrunde liegt: Noch zu definieren. Realisierungschancen: Noch zu definieren. 14

15 2.3.3 Netmanager + (Energie) Nutzer + (Energie) Backend-Betreiber Dieses Anwendungsszenario ist eine Zusammenfassung der ursprünglichen Szenarien Netmanager + (Energie)-Nutzer und Netmanager + (Energie)-Backend-Betreiber von Deutsche Telekom AG. Beschreibung der Anwendung: Verarbeitung und einheitlichen Bereitstellung der heterogenen Kontextdaten, welche von den Komponenten des dezentralen Energiemanagementsystems geliefert werden. Nutzen der Anwendung: Das Home Gateway stellt die wohnungsbezogenen Informationen der in einem Heim vernetzten Geräte Drittapplikationen zur Verfügung, welche sie dem Endkunden in übersichtlicher Form auf dem TV, oder anderen ausgewählten Anzeigegeräten präsentiert werden kann. Ziel der Darstellung ist die umfängliche Information aller verschiedener Heimcluster (Heimautomation, Smart Metering, A/V und Telekommunikation). Diese Informationen werden durch das Home Gateway ermittelt, da hier die verschiedenen Gerätecluster ein Verbindungspunkt im Heimnetz, sowie zu Wan-seitigen Diensten, besitzt. Bild 6: Beispielrealisierung anhand des PC-Programms des T-Online Netmanager Daraus lässt sich für den Endkunden ein schneller Überblick seines Heimnetzwerkes und der darin befindlichen Geräte ermitteln. Dies versetzt ihn in die Lage eine erste Fehlerdiagnose zu tätigen, oder auch weiterführende Informationen (z.b. Verbrauchsdaten) zu ermitteln. Der Vorteil für den Endkunden liegt darin, Probleme im eigenen Netz selbst zu erkennen und ggf. zu lösen ohne auf möglicherweise kostenpflichtige Helpdesks zurückgreifen zu müssen. Der Nutzen des Anbieters liegt darin, eine Reduktion von Helpdesk-Anfragen zu erreichen und damit den Service für schwerwiegende Fehler zu verbessern, da die Endkunden weniger Wartezeiten haben. Zudem kann die Entsendung von Techniker zu dem Endkunden vermieden werden, was wiederum Kosten und Umweltwirkungen (CO 2 -Emissionen) vermeidet. Die standardisierte Schnittstellenausprägung ermöglicht zudem die einfache Integration unterschiedlicher Komponenten und zusätzlicher Dienstausprägungen. Mögliche Backend-Betreiber werden in die Lage versetzt, mit den vernetzten Geräten im Heim zu interagieren (sofern keine Geräte-/Dienstebeschränkungen dies untersagt) und so Dienstleistungen für den Endkunden, oder Dritte anzubieten. 15

16 Bild 7: Lokalisierung des Netmanager SW-Moduls als Service auf dem Gateway Beschreibung der zukünftigen Wertschöpfungspartnerschaft bzw. des Geschäftsmodells, das dem Anwendungsszenario zugrunde liegt: Für die Nutzerseite: Konsortiumspartner z.b. Riedel Automatisierungstechnik, sowie weitere potentielle Kooperationspartner in dem Heimgeräte-Cluster (A/V, Sensorik, Aktorik, Smart Metering etc.). Für den Backend-Betreiber: Konsortiumspartner wie z.b. Orga Systems, Vattenfall, sowie weitere potentielle Kooperationspartner im Backend Bereich. Realisierungschancen: Umsetzungsgrad hängt stark von den zur Verfügung gestellten Schnittstellen der Partner und deren Interfacepolitik ab. D.h. bei Umsetzung von standardisierten Interfaces der einzelnen Cluster ist eine weitreichende Geräteintegration und somit ein breite Produkt-/ Dienstedurchdringung möglich. Erste Aussagen zur technischen Umsetzbarkeit liefert das Projekt. 2.4 Zukunftsszenario 2020: Vollintegriertes dezentrales Energiemanagement Anwendungsszenario der Vattenfall Europe Innovation GmbH. Beschreibung der Anwendung: Alle (relevanten) Energieanwendungen eines Gebäudes sind instrumentiert, intelligent und integriert und können vom Endkunden für das eigene Energiemanagement oder über eine offene Plattform für das Energiemanagement durch Dritte (Aggregatoren) freigegeben werden. Energiemanagementdienstleistungen und der Zugang zu den dezentralen Kapazitäten werden auf verschiedenen offenen Märkten gehandelt. Gerätehersteller haben auf die Nachfrage nach instrumentierten, intelligenten Geräten reagiert und bieten z. B. weiße Ware an, deren Energienachfrage (Strom / Wärme) z. B. durch (Latent-)Wärmespeicher unabhängig von der Dienstleistungsnachfrage (Kühlen, Spülen, Wa- 16

17 schen) ist. (Near-)Realtime-Abrechnung der EMS-Gutschriften sorgt für liquide Märkte. Nutzen der Anwendung: Welches ist der Nutzen der Anwendung (bezogen auf End- oder Geschäftskunden oder auch EVU)? Endkunden können c.p. ihre Energiekosten senken. Energiemarktplatzbetreiber wie Aggregatoren können Gewinne aus Arbitragegeschäften erzielen. Produzenten können ihr Erzeugungsportfolio optimieren. Um welchen Nutzen handelt es sich dabei (wirtschaftlich, gesellschaftlich)? Alle drei Nutzenanwendungen sind ökonomischer Natur. Die Optimierung des Erzeugungsportfolios wird auch erhebliche positive Umweltauswirkungen haben. Beschreibung der zukünftigen Wertschöpfungspartnerschaft bzw. des Geschäftsmodells, das dem Anwendungsszenario zugrunde liegt: Zentrales Element ist eine (wahrscheinlich offene) Plattform, die sowohl technische Drehscheibe als auch Marktplatz für Energiemanagementoptionen ist. Eine Partnerschaft im engeren Sinne ist nur für eine Startphase erforderlich, um eine kritische Masse an Marktteilnehmern zu schaffen. Welche Partner werden benötigt (Konsortium, Verein CL bzw. darüber hinaus)? Eine zentrale Rolle spielt der noch zu findende Betreiber der Plattform. Die technische Etablierung kann durch das SHAPE-Konsortium (federführend Kommunikationsnetzbetreiber) erfolgen. Dem Verein CL fällt möglicherweise die Rolle zu, in der Startphase die Marktplatzfunktion der Plattform zu betreiben und weitere Vereinsmitglieder dahingehend zu motivieren, ihr Angebot auf die Plattform auszurichten. Realisierungschancen: Dieses Wertschöpfungsmodell ist vom Ende gedacht. D. h., wenn die Plattform erst einmal existiert, wird der Markt für die Entstehung einer Vielzahl von Angeboten und Untermärkten sorgen. Es bestehen aber erhebliche Realisierungshürden. Als prohibitiv könnte sich erweisen, dass die energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen (Standardlastprofil, Eichrecht, Datenschutzbedürfnisse) ein derartiges Modell heute nicht zulassen. Da der ökonomische Gewinn der einzelnen Transaktion auf der Plattform außerordentlich gering ist, fehlt der kurzfristige Treiber. Das Wertschöpfungsmodell wird sich nicht kurzfristig realisieren lassen. Die Evolution der energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen wird eher langsam verlaufen und der Anreiz, den diese Veränderung auf die Marktakteure ausübt, braucht eine gewisse Wirkzeit, bevor er Angebote induziert. Das Anwendungsszenario ist daher als ein Zukunftsszenario 2020 anzusehen. 17

18 3 Auswertung der Anwendungsszenarien Für die nachfolgenden Schritte im Projekt SHAPE - insbesondere die Vorbereitung des zweiten Expertenworkshops und die Entwicklung von Geschäftsmodellen - wurden die sieben Anwendungsszenarien hinsichtlich ihrer Umsetzbarkeit ausgewertet. Mithilfe dieser Auswertung soll Folgendes genauer erfasst werden: Kann ein Nutzen und ein Nutzenempfänger aus dem Anwendungsszenario abgeleitet werden und besteht eine Realisierungschance (Entwicklung eines Geschäftsmodells) für das Szenario? Welche Partner (im Sinne einer Wertschöpfungskette) könnten an der Umsetzung beteiligt sein? Dabei werden auch nicht direkt am Projekt beteiligte Partner wie die Wohnungsverwaltung Weißenfels und die Stadtwerke Weißenfels als potentielle Partner berücksichtigt. Sondern auch bestehende Marktakteure sollen analysiert und, im Falle bestehender Lücken, neue mögliche Marktrollen abgeleitet werden. In welchem Umfeld könnte eine erste Realisierung für Testzwecke erfolgen? Hierfür stehen sowohl der Showroom des DAI-Labors als auch der Pilotversuch den daraus resultierenden Anforderungen (siehe Kap. 1) zur Verfügung. Was ist der potentiell wichtigste Treiber für die Entwicklung von Wertschöpfungsketten und Geschäftsmodellen? Die bisherige Auswertung verdeutlicht, dass die einzelnen Anwendungsszenarien einen unterschiedlichen Reifegrad besitzen. Zudem ist die Umsetzung wie im Falle der Anwendungsszenarien für das Management von Stromverbrauch - auch von sich wandelnden energiepolitischen und rechtlichen Rahmenbedingungen oder von der Herausbildung von Schlüsselakteuren der Heimvernetzung (z.b. Kommunikationsnetzbetreiber) abhängig. Eine abschließende Analyse der Szenarien hinsichtlich der für ihre Umsetzung notwendigen Rahmenbedingungen sowie wichtiger Treiber soll in Task 1.2 des Projektes erfolgen. Zunächst dienen die erfassten Anwendungsszenarien den Projektpartnern als ein Ideenspeicher für die spätere Entwicklung von Geschäftsmodellen. Durch einen zweiten Expertenworkshop sollen die vorliegenden Szenarien verifiziert und weiter ausgearbeitet werden. Auch die Ergänzung neuer Anwendungsszenarien, angeregt durch Experten soll in diesem Schritt möglich sein. Nach Abschluss des Workshops wird eine Konsolidierung erfolgen. Die vielversprechendsten bzw. realistischsten Szenarien werden dann als Geschäftsmodelle ausgearbeitet. 18

19 Tabelle 2: Auswertung der Anwendungsszenarien Nr. Anwendungsszenario 2 Ökostrom dynamisch Kosten/ Energieeffizienz, Endkunden, Energielieferant Nutzen, Nutzenempfänger Realisierbarkeit Beteiligte Partner Umsetzung Anwendungsszenarien für Management von Stromverbrauch Kosten/ Bilaterales dezentrales Energieeffizienz, mittelfristig 1 Energiemanagement Endkunden, Energielieferant mittelfristig Anwendungsszenarien für Management von Heizenergie Kosten/ Komfort/ Automatische Wärmebereitstellunfristig kurz- 3 Energieeffizienz, Endkunden 4 Automatisch Sollwertführung Kosten/ Energieeffizienz, Endkunden, Energielieferant kurzfristig Anwendungsszenarien für Management von Heizenergie (Kosten/ Komfort/ Bewusstsein), Heimportal mit Mehrwertdienstefristig mittel- 5 Endkunden, Wohnungsverwaltung 6 Geräteintegration 7 Netmanager (Komfort, Endkunden) (Kosten/ Komfort, Endkunden) DAI RAT OS DT VF WVW SWW X X X X X X X X X X X X Weißenfels und Showroom Weißenfels und Showroom X X X X X Weißenfels X X X Weißenfels X X X X X X Showroom (Weißenfels)? X????? Showroom Infrastruktur Heimvernetzung (Gateway, Plattformbetreiber) Infrastruktur Heimvernetzung (Gateway, Plattformbetreiber) mittelfristig X X X X Showroom Wichtigster Treiber Variable Stromtarife, Eichrecht Variable Stromtarife, Eichrecht Gewinnung von Kunden: Wohnungsverwaltungen Gewinnung von Kunden: Stadtwerke, Wohnungsverwaltungen Infrastruktur Heimvernetzung (Gateway, Plattformbetreiber)

20 Legende: X- Initiator des Anwendungsszenarios X- möglicher Wertschöpfungspartner DAI- DAI-Labor der TU- Berlin RAT- Riedel Automatisierungtechnik OS- Orga/ Systems DT- Deutsche Telekom/ T-Labs VF- Vattenfall WVW- Wohnungsverwaltung Weißenfels SWW- Stadtwerke Weißenfels kurzfristig- innerhalb bzw. unmittelbar nach Projektabschluss realisierbar mittelfristig- nach Projektabschluss innerhalb von ca. 5 Jahren realisierbar 20