Die neuen Infrastrukturen sind digital wir sind schon mittendrin. Dr. Christoph Mayer OFFIS Institut für Informatik Deutschland

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1 Die neuen Infrastrukturen sind digital wir sind schon mittendrin Dr. Christoph Mayer OFFIS Institut für Informatik Deutschland

2 TRENDS 2

3 Langfristige Entwicklungen 19. Jhd. 20. Jhd. 21. Jhd. Zentrales System Zentrale Großkraftwerke Europ. F-Steuerung Dezentrale Erzeugung Lokale Kraftwerke Verteiltes System Ausbau Kuppelstellen und HGÜ Vernetzes System Nationale Netze UCTE EU Binnenmarkt Stadtwerke Private Netze Inselsystem Nach: Siemens 3

4 Internationale Entwicklungen Erneuerbare Energien 2050 im blue map Szenario der IEA Quelle: IEA 4

5 Umbau des Systems Kosten pro Einheit Transport -netze Verteilnetze Fossile KW DSM Industrie Wind Offshore Wind Onshore BHKW DSM privat PV Systemrelevanz 5

6 Trends Miniaturisierung der Energiewirtschaft Explosion der Anzahl aktiver Komponenten (x 1.000) Zunehmende Systemrelevanz kleiner Anlagen Entoligopolisierung / Keine professionelle Betriebsführung durch Eigentümer Verteilnetz wird bidirektional und aktiv : Automatisierung der Betriebsmittel, Erzeuger und Verbraucher Geschlossenes System wird zum vernetzten System Hybridisierung Bivalente Verbraucher Physikalische, informationstechnische und ökonomische Vernetzung verschiedener Energieinfrastrukturen Großräumige Vernetzung Größere Last-Erzeugungsentfernung Europäischer Binnenmarkt Ausgleich von Fluktuationen über mehrere tausend Kilometer Quelle: wikipedia Regionalisierung Energetische Nachbarschaften Intelligente Regelung auch unter lokalen Aspekten ( regionale Marktplätze ) Kommunale Gemeinschaften 6

7 INNOVATIONEN 7

8 IKT in der Energieversorgung heute Quelle: acatech Future Energy Grid,

9 9

10 Automatisierung der Niederspannung ines Ziel: Sichere Betriebsführung (ggf. auch Vermeidung von Netzausbau Lokales Netzmanagement Sensorik + Aktorik + Intelligenz Nächster benötigter Schritt: Regionaler Marktplatz Quelle: SAG 10

11 Vermarktung EE und VK Poolen von (Klein-)anlagen Direktvermarktung an EEX Direktvermarktung Regelenergie Minutenreserve Sekundärreserve 24x7 Betrieb virtuelles Kraftwerk Next-Pool Quelle: NEXT 11

12 Industrielles Demand Side Management Quelle: Entelios 12

13 Energiemanagement The peak lab Quelle: The peak lab 13

14 Beobachtung Niederspannungsnetze 14

15 Demnächst: SESA-Lab, Labor -Test von Steuer/Kontrollverfahren Leitstand SCADA Geplanter Ausbau ( ) Komponentenmodelle Agenten Regler 18x 3x BECKHOFF C6920 Stationsrechner 96x Ports I/O-Switch D/A D/A Leitsystem Schutzsystem Komponentenmodelle Agenten Regler HERO Cluster (High-End Computing Resource Oldenburg) 48x Ports EtherCAT UML IEC Protocol Switch... CIM (61970/61968) 18x RT-Anlagen-Targets 6x BECKHOFF CX OPC UA (62541) IEC D/A Ethernet Kommunikationssimulation 6x Kerne (~140 Knoten) RT-Netz-Target 3x Kerne (~70 Knoten) Netzmodell Komponentenmodelle Standardkonforme Informations- und Prozessketten VPN Gateway... Router/Firewall (max. 100) 1Gbit/s 6x 2,6 GHz 2x Stationsanzeigen Internet Schaltzustände Auslastung LabView Console OPAL-RT emegasim Virtualisierungsserver mosaik-simulation Entwicklungsumgebungen Lizenzserver 15

16 Demnächst: Zuverlässige Systemdienstleistungen im Verteilnetz Garantierte Leistung innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums Hierarchisches Modell zur Bewertung der Zuverlässigkeit von Verbünden Identifikation und Bewertung beeinflussbarer Faktoren Beeinflussbar Zeitraum Menge Zuverlässigkeit Verbund Einheit... Nicht beeinflussbare Faktoren Vorhersagen Ausfälle Verbundbildung. akzeptiertes Zuverlässigkeitsniveau Zeitraum/ Prognosefehler vorgehaltener Leistungsanteil 16

17 DIE GLASKUGEL 17

18 Indizien zu den zukünftigen Kosten und Einsparungen Über 40% (> 13 Mrd. ) des konventionellen Netzausbaus bis 2030 gegenüber NEP B 2012 sind durch intelligente Technologien möglich. (DENA VN) Ohne gelbe Phase können DSM und Speicher den Ausbau um ca. 30% erhöhen (DENA VN) Es müssen ca. 9 Mrd. für IKT bezogene Kosten aufgebracht werden. (VKU 2012) (2014: Verteilernetzstudie, BMWI wird die Zahlen in Zusammenhang bringen.) Der Nutzen der Marktintegration EE durch intelligente Technologien ist noch nicht sauber abgeschätzt. Potential für Innovationen! 18

19 Fahrplan für Innovationen zu Smart Energy Konzeptionsphase (heute 2015) Weichenstellungen Rahmenbedingungen Integrationsphase ( ) Marktintegration EE Integration Dezentrale in Betriebsführung und Netzplanung Allgemeine IKT-Konnektivität Fusionsphase ( ) Migrationspfade ins Future Energy Grid Verschmelzung der Systemebenen Hybrides System aus Energie und IKT Dezentrale Erzeuger als Systemstütze acatech STUDIE Future Energy Grid, Februar 2012, S. 201ff. 19

20 Gute Voraussetzungen zum Abheben? Voraussetzungen sind insbesondere: Quelle: wikipedia commons 20 Anreiz und Bewährung von Innovationen durch bzw. am Markt IKT-Konnektivität / Energieinformationsnetz (u.a. Data Access Point Manager ) Interoperabilität durch Standards

21 Interoperabilität u.a. DKE Roadmap Smart Grid Coordination Group (CEN, CENELEC, ETSI) IEC TC 57, IEEE P2030,

22 Integrierte Energieinformationssysteme Systemoptimimierung Etablierte IKT-Konzepte: Dezentralisierung/Hierarchien Referenzarchitekturen Quelle: M/490 Reference Architecture WG, CEN-CENELEC-ETSI, 2011 Business Objectives Polit. / Regulat. Framework Adäquates Design der IKT Infrastruktur Plattform für den Informationsaustausch Internet der Energie Business Layer Function Layer Information Layer Component Layer Generation Transmission Distribution Domains Outline of Usecase Standards für Kommunikation und Communication Layer Automatisierung Definition von Profilen Tool Entwicklung und Support Sicherheit: Security und Safety Data Model DER Protocol Customer Premise Subfunctions Data Model Protocol Process Field Market Enterprise Operation Station Zones 22

23 IKT-Konnektivität u.a. Smart Meter Gateway Verordnung zum Energieinformationnetz der BNetzA Arbeitsgruppe im BMWI zum Data Access Point Manager GKPKE 23

24 Markt u.a. Marktprämie aber EEG Feed-In Unklarheiten bei intelligenten Betriebsmitteln (ARegV) Ausbauverpflichtung statt weitgehend freier Markt mit wenig nationalen Besonderheiten 24

25 Das Beispiel USA USA Deutschland SAIDI SAIFI 1,5 0,5 Verteilnetz- Unbundling nein ja (ohne weitere Kopplung!) Haushaltsverbrauch kwh kwh Flexibilität > 15% < 5% EE Anteil < 5% > 20% Marktmodell für Umrichter div. Feed-In 25

26 Das Beispiel USA II FuE-Förderung Zugang zu Venture Capital USA Deployment orientiert Deutschland Vielfältige Programme (SINTEG, H2020) ++ mäßig Führende Hersteller Ja Ja 26

27 Heizungssteuerung next Selbstlernender Thermostat Cleveres Design Einfache Intelligenz Startkapital 50 Mio. US $ Von google für 3,2 Mrd. US $ übernommen Quelle: wikipedia 27

28 Indiziengestütztes Fazit Es wird umfangreiche Innovationstätigkeiten in der nächsten Dekade für Smart Energy geben. Dies bietet großartige Möglichkeiten für Hersteller. Aber: Der in D fehlende Marktdruck birgt die Gefahr, dass die Innovationen bald in anderen Ländern entstehen werden. 28

29 Handlungsbedarfe EVU -Vertrieb: Neue kundenorientierte Produkte VNB: Überzeugende Ideen und Piloten Verbände: Orientierung an den Vorreitern, nicht am Schlusslicht Gesetzgeber/Regulierung: Mehr Markt Forschungsförderung: R->D->D-> Markt IKT-Hersteller: Größeres Domänenverständnis Forschung: Ganzheitliche an Unternehmensbedarfen orientierte Ansätze 29