E-Energy-Projekt Modellstadt Mannheim

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1 E-Energy-Projekt Modellstadt Mannheim Das smarte Energiesystem als Voraussetzung für regionale und bürgernahe Wertschöpfung Dipl.-Phys. Andreas Kießling wiss.-techn. Projektleiter moma MVV Energie AG Managerakademie: Fachkonferenz Smart Solutions - Intelligente Projekte für smarte Zähler, Netze, Häuser und Netze 5. und 6. Oktober, Düsseldorf

2 Agenda Paradigmenwechsel sowie Stärkung regionaler und nachhaltiger Konzepte Architekturen und Systemmodelle für intelligente Energiesysteme Markt- und Netzmechanismen für eine verteilte Automatisierung in eigenständigen und verbundenen Regelkreisen (Netzzellen) Verbindung mit bidirektionalen Energiemanagementsystemen in den Objekten

3 Veränderungen im Energiesystem Herausforderungen für das Energiesystem der Zukunft

4 Politischer Rahmen in Europa Strategie für wettbewerbsfähige, nachhaltige und sichere Energie 1. EINE EFFIZIENTE ENERGIENUTZUNG, DIE BIS 2020 ZU EINER ENERGIEEINSPARUNG VON 20 % FÜHRT Priorität 1: Europa energieeffizient machen Priorität 3: Verbraucherautonomie stärken und das höchste Niveau an Sicherheit und Gefahrenabwehr erreichen Aktion 1: Verbraucherfreundlichere Gestaltung der Energiepolitik 2. GEWÄHRLEISTUNG DES FREIEN ENERGIEVERKEHRS 3. SICHERE UND ERSCHWINGLICHE ENERGIE FÜR DIE BÜRGER UND UNTERNEHMEN 4. Vollzug eines Technologiewandels Priorität 4: Die Führungsrolle Europas im Bereich der Energietechnologien und Innovation ausbauen Kommission wird eine große europäische Initiative zu intelligenten Netzen starten 5. STARKE INTERNATIONALE PARTNERSCHAFT, VOR ALLEM MIT UNSEREN NACHBARN

5 Politischer Rahmen in Baden-Württemberg Strategie für bürgernahe, regionale und effiziente Energiekreisläufe 1. Umwelttechnologien, Erneuerbare Energien und Ressourceneffizienz Erneuerbaren Energieeffizienz Energien, verbunden mit Strategien und Technologien zur Kommunen systematisch über energie- und ressourcensparende Informationstechnologien informieren und die Aufklärung von Verbraucherinnen und Verbrauchern vorantreiben 2. Im Ausbau der erneuerbaren Energien sehen wir enorme Chancen für eine nachhaltige regionale Wertschöpfung. Unser Ziel ist es deshalb, die Kommunen stärker als bislang auch als Akteure der Energie- und Klimapolitik zu gewinnen 3. Stadtwerke in Baden-Württemberg in den für die Energiewende notwendigen Ausbau der Kapazitäten und in die Neuausrichtung von Klimaschutz und Energiewirtschaft partnerschaftlich einbinden 4. Mit Dezentralisierung der Erzeugung wächst der Bedarf an Innovationen in den Energienetzen (Smart Grid). Baden-Württemberg soll in diesem Themenfeld in Deutschland eine Vorreiterrolle übernehmen. 5

6 Paradigmenwechsel mit Energiewende? Stärkung nachhaltiger, regionaler und wettbewerblicher Konzepte Zentrale Energiegewinnung und zentrale Steuerung Passive Rolle des Kunden und wenig regionale Wertschöpfung Kaum Kommunikation/Interaktion in den Verteilungsnetzen Lineare Wertschöpfungsstufen Verteilte Energiegewinnung und steuerung zentral und dezentral Energiemanagementsysteme (zentral & dezentral) optimieren Energieströme Aktive Rolle von Kunden und Stärkung Wertschöpfung in Regionen Kommunikationstechnik als Basis für neue Dienstleistungen an den Kunden Vernetzte Wertschöpfungsstufen Evolution zum Internet der Energie 6

7 Szenariobestimmung zur Smart Grid-Definition Vorteile der Verbindung zentraler und dezentraler Ansätze maximale Aktivierung aller Stakeholder für Energiewende Höchste Versorgungssicherheit zellularer Systeme auf zentraler und dezentraler Ebene sowie Objektebene des Kunden analog zur höheren Kommunikationsverfügbarkeit im Internet Höheres Potential an Flexibilisierungsoptionen durch überregionale Grundlastsysteme sowie flexiblen Kleinstrukturen mit regionalen Ausgleichsmassnahmen sowie Speichern auf allen Ebenen Offener wettbewerblicher Markt für alle Stakeholder bis hin zur Wertschöpfung beim Bürger und den Kommunen Stärkere Verbindung von Energielieferung und Energiedienstleistung inkl. Energiemanagementsysteme in den Gebäuden Verringerung von Transportverlusten sowie Minimierung von Netzausbau durch erzeugungsnäheren Verbrauch Integrierte spartenübergreifende Energiesysteme für Strom, Wärme, Kälte und Gas mit zusätzlichem Flexibilisierungspotential 7

8 Smart Grid - Definition VDE ITG - Positionspapier Smart Grid bietet als Infrastrukturebene (Vernetzung der Dinge ) durch Verbindung von Energieversorgungssystem und Energieinformationssystem die Grundlage für die Dienste im intelligenten Energiesystem Intelligentes Energiesystem Energiedienste (virtuell) Smart Operations Smart Market Smart Grid (physisch) = Intelligentes Energieversorgungssystem = Energieinformationssystem (Kommunikations- / Automationssystem) Intelligente Energiekomponenten (Erzeuger, Speicher, Verbr., Netzmittel) = + + Internet der Dienste im Energiesystem Internet der Dinge im Energiesystem Entflechtete Dienste für Smart Market und Smart Operations Internet der Energie

9 Strategien für ein intelligentes Energiesystem Ziel: Stärkung EE, Erhöhung Energieeffizienz Anforderung: Beherrschbare Kosten für Bürger und Wirtschaft und Erhaltung Versorgungssicherheit Maßnahmen und neue Chancen: Erschließung aller zentralen und dezentralen Chancen (EE, KWK und Speicher) mit engerer Verbindung regionaler Versorger und Kommunen Verbesserung der wirtschaftliche Position von Bürgern und Kommunen als eigenständig handelnde Teilnehmer im Energiemarkt Ausgleich schwankender Erzeugung mit neuen Flexibilitäten und Speichern bei sinkendem Anteil fossiler und nuklearer Erzeugung Versorgungssicherheit durch Diversifizierung Erzeugung / Steuerung Energieeffizienz durch spartenübergreifendes Denken für Strom, Wärme und Gas, Senkung Transportverluste durch regionale Mechanismen Energieeffizienz in Kundenobjekten mit neuen Chancen aus der Verbindung von Energielieferung und -dienstleistung Neue IKT-gestützte Formen der Netzführung bei höherer Volatilität der Energieflüsse und höherer Komplexität der zu steuernden Elemente neue Chancen für Verteilungsnetzbetreiber beim Betrieb notwendiger Infrastrukturen

10 Architekturen und Systemmodellierung Vermittlung von Systemelementen zu Diensten

11 Architekturen und Systemmodellierung Domänen und Systemgrenzen Ausbau eines erweiterten Energieinformationsnetzes Zentrale Energiegewinnungsanlagen Einspeisung Zentrale Erzeuger Großhandelsmärkte Übertragungsnetz Akteure im Energie- Markt Regionalmärkte Verteilungsnetz Zentral Energienutzung Anlagen im Netz Verteilungsnetz Dezentral Energienutzung Anlagen im Netz Verbundene Objekte Energienutzung Objektgeräte Verbundene Unterobjekte Energienutzung Objektgeräte Kernkraft Fossil Gateway Erneuerbare Gateway Einspeisung Zentrale Erzeuger Ein- Speisung DEA Ein- Speisung DEA Einspeisung Objekterzeug. 1) & 2) Einspeisung Objekterzeug.

12 Architekturen und Systemmodellierung Æ Geschäftsmodelle und Szenarien Standardisierte Modellierung der Fach- und technischen Architektur auf Basis der Unified Modeling Language (UML) Geschäftsmodelle

13 Architekturen und Systemmodellierung Anwendungsfallszenarien Geschäftsmodelle

14 Architekturen und Systemmodellierung Rollen, EU DG Energy und Dtl. DKE Rollen im neuen Energiemarkt

15 Markt- und Netzmechanismen moma - Überblick Netzzelle und Lastmanagement-Kooperation

16 Marktmechanismus Geschäftsmodell GHM-L Beispiel Business Case Endverbraucher Lieferant Händler (Regelkreis Erzeugung Verbrauch mit variablen Preisen) Tages- und Jahreszeit Umwelteinflüsse Brennstoffkosten, Erzeugungskapazitäten, Gesetzgeber, u.a. Nachfrage Erzeugung Strom- / Wärmepreis neu: Rückkopplung Niedrige Tarife Hohe Tarife Speicher füllen Elektrofahrzeuge laden Eigenerzeugung aus Lastverlagerung (Signal on ) Speicher leeren Elektrofahrzeuge entladen Eigenerzeugung ein Lastverlagerung (Signal off ) Energiebezug aus dem Netz Rückspeisung in das Netz

17 Markt- und Netzmechanismen Verteilte Automation in Netzzellen Softwareagenten (Moderatoren und Energiebutler) in Verteilnetzzellen und Objektnetzzellen zur Ausbildung einer Schwarmintelligenz im Energieorganismus Energiebutler (Gateway und Energiemanagement)

18 Markt- und Netzmechanismen Verteilte Automation in Netzzellen Zellularer Energieorganismus zur Verbindung von intelligenten Gebäuden (Smart Buildings) mit dem Smart Grid

19 Markt- und Netzmechanismen Verteilte Automation in Netzzellen verteile Steuerungsstruktur mit autonomiefähigen, aber synergetisch zusammen arbeitenden Regelkreisen (Zellen) Verbindung zur zentralen Steuerung mit Minimierung der Formen der aufgezwungenen Zentralsteuerung Entsprechende Geschäftsmodelle und Anreizsysteme für alle Marktbeteiligten im Umfeld der beschriebenen Architektur sind zu definieren Untereinheiten besitzen eine autonome Natur eigenständige Regelkreise mit allen Energiesystemelementen Drittens ist eine hochgradige Vernetzung der Untereinheiten notwendig Peer-to-Peer-Kommunikation zu Nachbarn Beherrschung der nichtlinearen Kausalität der Beeinflussung unter Gleichen aufgrund hochgradiger Vernetzung und die Rückkopplung der Regelschleifen innerhalb der Zellen untereinander neue Anforderungen bei der Simulation von Netzen zur zukünftigen Netzplanung

20 Markt- und Netzmechanismen Automation in Objektnetzzelle

21 Verbindung mit bidirektionalen Energiemanagementsystemen in Objekten Smart Metering-Systeme können im Kontext von größeren Smart Grid- Infrastrukturen sowie auch im Kontext von Gebäude-Automationssystemen existieren Die diese Anwendungen unterstützende Kommunikationsinfrastruktur kann separat oder geteilt existieren. Smart Metering System Elektrizität / Gas / Wärme / Wasser Smart Grid System Elektrizität / Gas / Wärme Automatisierung in Anschlussobjekten Liegenschaften Ladesäulen Quelle: Functional Reference Architecture for Communications in Smart Metering Systems der Smart Metering Coordination Group zum EU-Mandat 441

22 Getrennte Sichten auf Messen durch MSB und steuern durch viele Stakeholder Automatisierung in Anschlussobjekten hat viele Ziele eines davon ist Energiemanagement zu steuernde Geräte unterliegen anderen Rechtsbereichen Smart Metering System Elektrizität / Gas / Wärme / Wasser Anschlussobjekt Anschlussnehmer Liegenschaften Ladesäulen Anschlussobjekt als Kundenliegenschaft mit geografischer Zuordnung ausgerüstet mit Anlage zum Energieaustausch Anschlussnehmer als Anlageneigentümer mit Netzanschlussvertrag zu VNB Anschlussnutzer als Energienutzer über Anlage des Anschlussnehmers mit Vertrag zu Lieferant Smart Grid System Elektrizität / Gas / Wärme Energiemanagement Anschlussnutzer Teil von Objektautomation Gerätesteuerung Geräte, dezentr. Erzeuger Elektromobile

23 Verbindung mit bidirektionalen Energiemanagementsystemen in Objekten Systemempfehlung der DKE- Fokusgruppe Inhouse-Automation und Beschlussvorlage im nationalen Lenkungskreis Normung Smart Grid Last- und Erzeugungsmanagement, Virtuelle Kraftwerke, Energiehandel, Systemdienstleistungen für Smart Grids Pro Anschlussnutzer (Unterobjekt): Anreizkurven, Steuerkurven, Bedarfskurven, Angebotskurven Pro Meter-Gateway 1 bis n Anschlussnutzer Anschlussobjekt eines Anschlussnehmers mit mehreren Anschlussnutzern (Unterobjekt) 1 bis n Energie Management Gateways (EMG) Dient dem Energie- und Inhouse Management In der Hand des Kunden Smart Metering Pro Anschlussnutzer: Messwerte, Tariffierung, Abrechnung, Visualisierung Anschlussobjekte: Wohn- und gewerbliche Objekte, Industrie, mobile Objekte ein Meter Gateway (BSI-Schutzprofil) für 1 bis n Anschlussobjekte Eichrecht / BSI Schutzprofile dient dem Auslesen und Abrechnen des Meters In der Hand des Messstellenbetreibers

24 Verbindung mit bidirektionalen Energiemanagementsystemen in Objekten OGEMA und Standardisierung Energieautomationsdienste Gerätedienste EM: Energy Manager OGEMA- Allianz Hardware- Partner Services von Energiedienstleistern Hardware- Partner OGEMA Programmierumgebung Betriebssystem Hardware EMG: Energy Management Gateway

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl.-Phys. Andreas Kießling Systemarchitekt wiss.-techn. Projektleitung MVV Energie AG Luisenring Mannheim Telefon: +49 (621) Mobil: +49 (172) Telefax: +49 (621)