Smart Watts die intelligente Kilowattstunde

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1 Smart Watts die intelligente Kilowattstunde Allgemeine Präsentation E-Energy Modellregion Aachen utilicount GmbH & Co. KG (Konsortialführer) fir an der RWTH Aachen PSI Energy Markets GmbH SOPTIM AG, Aachen Kellendonk Elektronik GmbH STAWAG, Stadtwerke Aachen AG

2 Übersicht Rahmen Das Projekt Smart Watts Smart Architecture Smart Portfoliomanagement Smart Market Smart Metering Smart Demand Feldversuch 2

3 Neue Rahmenbedingungen im Energiemarkt Die Marktsituation und die aktuelle Energiepolitik fördert den Einsatz erneuerbarer Energien baut auf Wettbewerb und Marktmechanismen begünstigt effizientes Verhalten der Akteure zielt auf stabile Versorgung bei stabilen Preisen Von den Rahmenbedingungen her sind wir bereits in einer neuen Welt 3

4 BMWi-Forschungsprojekt E-Energy Smart Watts - Modellregion Aachen Das Smart Watts Konsortium entwickelt und erprobt neue Lösungen in der Modellregion Aachen 4

6 Ziele von Smart Watts Förderung des Wettbewerbs durch größere Differenzierungsmöglichkeiten und verbesserten Systemzugang Höhere Aufnahmefähigkeit des Systems für erneuerbare Energien und dezentrale Erzeugung Sparsamerer, effizienterer Energieeinsatz (v.a. im Massenkundenbereich) Effizientere Prozesse im Energiehandel, entlang der Wertschöpfungskette Effizienteres Lastmanagement und effizientere Nutzung der vorhandenen Infrastruktur 6

7 Innovationen von Smart Watts Internet der Energie Smart Watts Intelligente Kilowattstunde Information als Produktionsfaktor Dezentrale und system-übergreifende Regelkreise Konzeption des Energiesystem als Internet der Energie Nutzung und Adaption von Internettechnologie Energie wird durchgängig von Informationen über Preis und Qualität begleitet Information wird zum Produktionsfaktor entlang der gesamten Wertschöpfungskette Verbesserte Selbstregelfähigkeit des Systems durch dezentrale und systemübergreifende Regelkreise auf verschiedenen Ebenen Besondere Bedeutung der Informationsflüsse Anspielung auf die tiefgreifenden Veränderungen 7

8 Smart Watts Übersicht über die Teilprojekte Smart Architecture Konzeptueller Ansatze des Internet der Energie Smart Portfoliomanagement Prognose des Verbrauchsverhaltens Optimierung zwischen make, buy und motivate Abrechnung von zeitvariablen Tarifen Smart Market Markplattform für das automatisierte Handeln von komplexen Energieprodukten Smart Metering Smart Metering Verarbeitung von Preissignalen Smart-Home-Gateway- Interoperabilität Smart Demand Anbindung intelligenter Haushaltsgeräte Intelligentes Lastmanagement Modellregion Demonstration in der Modellregion Aachen 8

9 Das Internet der Energie Ebenenmodell 9

10 Architektur: Rollen, Systeme und Geräte 10

11 SmartWatts Kommunikationsarchitektur und Datenflüsse STAWAG (Kundenportal und CRM) STAWAG Wetterdaten und Istdaten EE-Erzeugung via DWD Wetterprognosen via FTP PSI Portfoliomanagement Geschäftsanfragen und -abschlüsse über SSL WS SOPTIM Smart Market URL: smartmarket.soptim.de CSV Dynam. Bezugskonditionen über SSL Preise und Zählerstände über SSL (alle 15 min) GUI WS UC Datenzentrale URL: metering.utilicount.com WS ipad -App SML-Pull, XML über STOMP (TCP) SML-Push über TCP JSON+ Apple Push Dienst über TCP PLC TCP/IP Tunneling UC Gateway (NZR EMG): MAC-Adresse Zählpunktbezeichnung Kellendonk Bridge EEBus PLC EEBUS 1107 über IrDA UC Zähler: Easymeter Q3D KD Int. Steckdosen EEBus ZigBee KD Steckmodule HA 11

13 Das Internet der Energie Analogien Internet der Energie ENS Zentrales Verzeichnis von URIs zur Informations- und Dienstelokalisierung Energy Databases Ort (Ressource), wo sich energiewirtschaftlich relevante Information (z.b. Datenzentrale) befindet Energy Service Discovery Instrument (Tool) für das Auffinden von Energy (Web-)Services Security Service Basis Service für dienste- und rollenspezifische Nutzung anderer Services Internet DNS Zentrales System, das Abfragen für Web-Seiten und s steuert Web Sites Ort (Ressource), wo sich Information zu einem bestimmten Thema befinden Search Engines Instrument (Tool) für das Auffinden von Web-Seiten im Netz SSL Sicherheitstool für Web-Seiten Internet der Dinge ONS Zentrales Verzeichnis von Herstellern, das Abfragen über Produktinformationen steuert EPC Information Services Ort (Ressource), wo sich bestimmte Informationen (z.b. MHD) über ein Produkt befinden EPC Discovery Services Instrument für das Auffinden von EPC Information Services im Netz EPC Security Services Tool für einen sicheren Zugang, in Abhängigkeit der erlaubten Zugangsrechte 13

14 Die Smart Architecture als Kommunikationsplattform im Internet der Energie. Smart Demand Smart Architecture Marktakteure Anschlussnutzer URI Gateway URI INTERNET Energy Name Service URI Smart Architecture Provider Energy Interface Service URI Energy Security Service URI Energy Service Discovery URI... URI Erzeuger URI Datenzentrale INTERNET URI VNB Messdienstleister Smart Metering URI URI Smart Market Smart Portfolio Smart Service Provider URI... URI Lieferant URI... URI = Uniform Ressource Identifier; VNB: Verteilnetzbetreiber; 14

15 Was ist der Energy Name Service (ENS)? Konzepte des ENS Identifikationsschema Funktionen Umsetzung Wie heißt das Objekt? Welcher Art ist das Objekt? Wo erhalte ich mehr Informationen über das Objekt? Wie kann ich den ENS nutzen? Eindeutige Identifikation Nahtlose Integration bestehender Schemata Klassifikation der Objekte Beziehungen zwischen IDs und Verknüpfung mit Informationsressourcen Umsetzung durch das Domain Name System Flexibel, offen, skalierbar 15

16 Wie sieht so eine ENS-ID aus? ENS-ID bdew. ioe. eu Nummer der MSB GmbH & Co.KG. ENS-Domain ID-Schema der BDEW- Codenummern. Funktion: Class-Reference ( ioe+class ) Nutzung des ENS region:de class:actor type:mop Namensraum Deutschland. Das Objekt ist ein energiewirtschaftlicher Akteur Typ Messtellenbetreiber 16

17 Welche weiteren Funktionen stellt der Energy Name Service bereit? Service Reference ( ioe+service ) Verweis auf Services zu einem Objekt Beispiel: Verweis auf die URL einer Datenzentrale (bei Anfrage einer MDL/MSB- Domain) Responsibility Reference ( ioe+respref ) Verweis auf Stelle, die verantwortlich ist, weitere Informationen zu einem bestimmten Objekt vorzuhalten Beispiel: Auskunft, welcher MSB zuständig für einen bestimmten Smart Meter ist Mapping Reference ( ioe+idmap ) Mapping von IDs verschiedener Schemata zu einem identischen Objekt Beispiel: Mapping von ILN/EIC-Nummer auf die Umsatzsteuernummer eines Unternehmens 17

18 Energy Security Service (ESS) Ziel Bereitstellung grundlegender Sicherheitsdienste für die Kommunikation im Internet der Energie ( Security as a Service ) Anforderungen Allgemeine Anforderungen für sichere Kommunikation über unsichere Netze (Vertraulichkeit, Integrität, Authentifizierung,...) Fokus: geschäftskritische und personenbezogene Daten (Signieren vorn Vertragsdaten, Pseudonomisierung,...) 18

19 Energy Security Service (ESS) Single Sign-on Authentifizierung von Identitäten (Smart Architecture Nutzer) in Basisrollen Anwendungen halten Zugriffsberechtigungen selbst vor WS-* Standards zur Absicherung der Kommunikation von SOAP Web Services Definiert, wie Nachrichtenteile signiert und verschlüsselt werden Messdienstleister Beratungsstelle Schlüssel und Token (SAML, X.509,...) transportiert werden Sicherheitsanforderungen eines Web Service kommuniziert werden WS-* SAML https SAML SSO Berater SAML Standard zum Austausch von Autorisierungs- und Authentifizierungsinformationen Benutzerinformationen Berechtigungen Vertrauenswürdigkeit der Authentifizierungs- und Autorisierungsmethode Vorgehen für verschiedene Single Sign-on Szenarien 19

21 Smart Portfolio: Intelligentes Energiemanagement

22 Smart Portfolio: Zusammenwirken der Komponenten

23 Smart Portfolio: Integration in das Projekt Smart Watts

25 Smart Market im Internet der Energie Handel der intelligenten Kilowattstunde Energie + Information Einspeisung durch Erzeuger Portfolio Händler A Smart Market Portfolio Händler B Ausspeisung durch Verbraucher

26 Smart Market als Option Integration Erneuerbarer Energien in den Markt durch Kurzfristige Fahrplangeschäfte Flexible Produkte Produkte mit Information und Mehrwert Sichere, hochautomatisierte Geschäftstransaktionen Niedrige Barriere für Marktzugang Option Verbraucherbeeinflussung im Portfoliomanagement Ver- und Zukauf kurz- und mittelfristig nötig Flexible Reaktion auf veränderte Prognose möglich Lösung: Smart Market

27 Geschäfte am Smart Market Strom ist kein lagerfähiges Produkt OTC-Marktpätze heute: i. d. R. Energiefluss vom Großhändler zum Kunden. Idee Smart Market: Jeder kann kaufen und verkaufen OTC = Verträge außerhalb des Smart Market bilateral zwischen Marktteilnehmern Smart Market Geschäftsanbahnung Marktplatzebene Marktteilnehmer A Vertrag Marktteilnehmer B Vertragsebene BK A BK B Bilanzkreisebene Eigenschaften, Zertifikate,

28 Smart Market Web

30 Die Smart Watts Datenzentrale 30

31 Smart Metering Preisinformation vom Lieferanten zum Haushalt Informationen über den aktuellen Verbrauch vom Haushalt zum Lieferanten 31

32 Metering- und Visualisierungs- Architektur im Haushalt Smart Watts Visu-App. 230V geschaltet ipad2 Schmalband PLC ISO/IEC Cenelec B Band (95-125kHz) EN OFDM Modulation ZigBee 2,4GHz IEEE WLAN Ethernet (TCP/IP) IEEE EEBus-Bridge KNX + EN CEN/EN /-2 ISO/IEC LAN Ethernet (TCP/IP) IEEE Router Firewall WAN GPRS (GSM) IEC Gateway WAN Ethernet (TCP/IP) IEEE RS232 / RJ10 nach FNN Lastenheft (MUC-kompatibel) für optische Ausleseeinheit eines ehz M-Bus (Draht) EN Stromzähler bidirektionale IR IEC (vorher IEC 61107) M-Bus (Funk) 868MHz EN Strom Gas Wasser Wärme Strom Gas Wasser Wärme 32

34 Vereinheitlichende Abstraktion - innen EEBus: Lösungsdimensionen Exemplarisch am Beispiel Smart Home dargestellt 1 Normierte Anreizgröße Verbrauchs-Schätzung Standardisiertes Anreizmodell- außen Erweiterung der existierenden Kommunikationsstandards 3 IP 2 Einheitliche Schnittstelle 34

35 IP access EEBus: Konzept gegen Feldbuskriege Gateway Energie Management System (EMS) Energy Automation Outbound Communication Layer (Access via XML data model) Entertainment Core ( Network Layer ) Inbound Communication Layer KNX ZigBee UPnP Kellendonk/ EEBus Mitglied und Partner von: Verbunden mit: Integriert: ISO/IEC ISO/IEC CIM IEC Based on: IEEE Based on: IEEE

36 EEBus - Partner im Feldversuch Energieerzeugung handel & -distribution Resultat: Steuerungsimpulse lastabhängige / kwh CO2 abhängige / kwh 36

37 Beispiel 1: Reaktion auf Bezugskonditionen Paradigmenwechsel durch regenerative Energieerzeugung Heute: Erzeugung folgt Last Morgen: Last folgt Erzeugung Quelle: DER SPIEGEL Nr

39 Die Modellregion Praktische Erprobung, Sammeln von Erfahrungen und Einsichten in relevanter Umgebung Validierung der Ansätze und Lösungen auf technische Machbarkeit, Wirtschaftlichkeit, Stabilität Etablierung Modellregion als Beispiel für die Zielgruppe (insbesondere Stadtwerke) Kalibrierung der Prognosemodelle Analyse des Nutzerverhaltens und der Kundenakzeptanz Synchronisation der verschiedenen Wirtschaftsakteure (Vertrieb, Netz) und der damit verbundenen Geschäftsmodelle 39

40 Die Modellregion Die Modellregion integriert und bündelt die Lösungen für die Technologiepartner Ziele: 1.Technische Leistungsfähigkeit des Systems wird geprüft 2.Entwicklungen werden auf ihre Praxistauglichkeit getestet 3. Kunden werden praktisch einbezogen Wird das System akzeptiert und die Kundenbedürfnisse erfüllt? 40

41 Der Feldversuch Aufbau der kompletten Infrastruktur für: 500 Aachener Pilothaushalte die ab 2012 in verschiedenen Gruppen, z. B. intelligente Steckdosen Wärmepumpen intelligente Hausgeräte mit dynamischen Tarifen und vielfältigen Visualisierungs- und Analysemöglichkeiten dem Praxistest unterziehen 41

42 Übersicht Schnittstellen, Protokolle, Verschlüsselung Feldversuch ios-app Hausgeräte Funk WLAN Funk ZigBee, KNX, KNX+ WPA, SSL (JSON) AES128(ZigBee) EEBus-Bridge Ethernet TCP/IP Router Datenzentrale Smart Portfolio Smart Market Powerline RSA und AES KNX+ Pairing mit ETS Internet TCP/IP SSL/TLS + Zertifikat Gateway Logische Verbindung Gateway - Datenzentrale Stromzähler Ethernet über EEBus- Bridge und Router oder direkt über GPRS IP-Tunneling über KNX+ TCP/IP (oder direkt über GPRS) Pairing (KNX) RSA / AES (LAN) bzw. SSL/TLS + Zertifikat 42 Legende Weg Protokoll Schlüssel

43 utilicount GmbH & Co. KG Jülicher Straße Aachen Telefon +49 (0) Fax +49 (0) Smart Watts wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert. Förderkennzeichen: 01ME08017 und weitere. Betreut wird Smart Watts durch den Projektträger im DLR.