Konsortial- Abschlussbericht. Verbundprojekt E-Energy: E-DeMa

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1 Konsortial- Abschlussbericht Verbundprojekt E-Energy: E-DeMa Entwicklung und Demonstration dezentral vernetzter Energiesysteme hin zum E-Energy-Marktplatz der Zukunft Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages Konsortialführer: RWE Deutschland AG Projektleiter: Prof. Dr. Michael Laskowski Laufzeit des Vorhabens: von: bis: Berichtszeitraum: von: bis: Tel.: Fax: Erstellungsdatum: 16. Oktober 2013 Projektpartner: Name RWE Deutschland AG Siemens AG (Projektende ) Miele & Cie. KG SWK SETEC GmbH ProSyst Software GmbH (Projektende ) Technische Universität Dortmund Fachhochschule Dortmund Ruhr-Universität Bochum Universität Duisburg-Essen FKZ 01ME08019A 01ME ME ME ME ME ME ME ME08028

2 Redaktion Silvio Becher Hans-Jörg Belitz Majlinda Caci Karl Dietrich Alexander Ebert Reinhard Frank Dr. Oliver Helge Franz Leander Grunwald Dr. Petra Giese Kai Hackbarth Christian Hägerling Sabine Häring Thomas Holtschneider Dieter König Prof. Dr. Gerhardt Krost Markus Kuller Prof. Dr. Michael Laskowski Stephan Merk Martin Plaspohl Fabian Pursche Melanie Rogalski Stefan Rottländer Patrick Wichern Dr. Heiko Winkes Sabine Winter Siemens AG Technische Universität Dortmund RWE Deutschland AG Siemens AG Siemens AG RWE Deutschland AG RWE Deutschland AG RWE Deutschland AG SWK Stadtwerke Krefeld AG ProSyst Software GmbH Technische Universität Dortmund Miele & Cie. KG Universität Duisburg-Essen Technische Universität Dortmund Universität Duisburg-Essen Fachhoschule Dortmund RWE Deutschland AG Siemens AG RWE Deutschland AG ProSyst RWE Deutschland AG SWK Stadtwerke Krefeld AG Deloitte & Touche GmbH RWE Deutschland AG Technische Universität Dortmund Impressum Herausgeber: Dr. Oliver Franz, RWE Deutschland AG, Kruppstr. 5, Essen Dieter König, Technische Universität Dortmund, Emil-Figge-Str. 70, Dortmund Alle Rechte, auch die des Nachdrucks, der fotomechanischen Wiedergabe und der Übersetzung, vorbehalten. Alle Informationen werden nach bestem Gewissen, jedoch ohne die Gewähr für die Richtigkeit gegeben. Copyright Förderprogramm E-Energy

3 Unter Mitwirkung von Thomas Aundrup Winfried Bappert Wilhelm Becker Dr. Kolja Eger Frederik Einwächter Hans Jürgen Hammelmann Rolf-Dieter Kasper Prof. Dr. Rüdiger Kays Andreas Kleinert Hans-Werner Kneittinger Prof. Dr. Ingo Kunold Nils Langhammer Dr. Franz-Werner Linden Bert Plonus Thomas Quante Prof. Dr. Christian Rehtanz Ewald Riedel Wolfgang Schley Jens Schmutzler Prof. Dr. Constantinos Sourkounis Roman Strele Dr. Jürgen Tusch Prof. Dr. Christian Wietfeld RWE Deutschland AG RWE Deutschland AG RWE Deutschland AG Siemens AG Ruhr-Universität Bochum RWE Deutschland AG RWE Deutschland AG Technische Universität Dortmund ProSyst RWE Deutschland AG Fachhochschule Dortmund Technische Universität Dortmund RWE Deutschland AG Miele & Cie. KG RWE Deutschland AG Technische Universität Dortmund Siemens AG RWE Deutschland AG Technische Universität Dortmund Ruhr-Universität Bochum Siemens AG RWE Deutschland AG Technische Universität Dortmund Förderprogramm E-Energy

4 Vorwort Als das Forschungsrahmenprogramm E-Energy vor gut sechs Jahren aus der Taufe gehoben wurde, konnte sich wohl niemand vorstellen, welche Bedeutung und welches Interesse die Ergebnisse die dann durchgeführten sechs Modellprojekte haben würden. Die im Programmverlauf von der Bundesregierung ausgerufene Energiewende hat die Projekte zusätzlich beflügelt und verschaffte ihren Ergebnissen eine unmittelbare Aufmerksamkeit. Die Erwartungen der Öffentlichkeit waren und sind hoch; zum Zeitpunkt der Energiewende hatten zwar alle Projekte bereits erste Ergebnisse erzielt, sie waren aber keinesfalls abgeschlossen. Dies war nicht immer einfach zu vermitteln. E-DeMa als eins von sechs Modellprojekten hatte sich zum Ziel gesetzt, dezentral vernetzte Energiesysteme zum E-Energy-Marktplatz der Zukunft zu entwickeln und zu demonstrieren. Die Kompetenzen zu der dabei notwendigen Verknüpfung von Energietechnik mit Informations- und Kommunikationstechnik brachten als Projektpartner Institute der der Hochschulen aus Dortmund, Bochum und Duisburg / Essen sowie der RWE Deutschland, den Stadtwerken Krefeld, Siemens, ProSyst und Miele in das Konsortium ein, das sich dieser Herausforderung gestellt hat. Dieses Konsortium hat sich über seine Projektlaufzeit von vier Jahren sehr intensiv mit dem Aufbau einer zweiteiligen Modellregion auseinander gesetzt, Technik geplant, entwickelt und aufgebaut, Kunden gesucht und überzeugt. Das alles zeigt, dass die Energiewende vom Einsatz neuer Technologien abhängig ist, dabei aber nicht die Menschen verlieren darf, die im Zentrum aller Anstrengungen stehen. Das Zusammenspiel von Mensch und Technik, eigentlich keine wirklich neue Erkenntnis, ist das Geheimnis einer erfolgreichen Energiewende. E-DeMa hat in seinem Projektverlauf zeigen können, dass sich Flexibilitäten, also die Verschiebung von Energieverbräuchen in tarif-incentivierte Zeiten, im Wesentlichen nur dann realisieren lassen, wenn Kunden aktiv mitwirken. Das heißt nicht, dass sie ihre Lebensgewohnheiten dem Dargebot von erneuerbarer Energie komplett anpassen müssen und sich ihnen ausliefern, sondern die ihnen angetragenen technischen Hilfsmittel nur so einsetzen, dass dem Großen und Ganzen und natürlich ihrem Geldbeutel nutzen. Energetisch richtiges Verhalten kann mit technischer Unterstützung mittelfristig so einfach werden wie das tägliche Zähneputzen. Neben allen technischen Lösungen im Projekt konnte E-DeMa erreichen, dass die projekteigenen Ideen und das Gedankengut zu Fragen der Energiewende in Gremien, Verbänden, politischen Institutionen und sogar in der breiten Öffentlichkeit weit diskutiert wurden. Seit E-DeMa ist die Flexibilisierung von Lastgängen und die besondere Bedeutung von Prosumern (Kunden die Energie verbrauchen und erzeugen) ein fester Bestandteil der Energiewende. Neue Projekte und Ableitungen beschäftigen sich derzeit mit der Ausgestaltung der Geschäftsmodelle, denen die Flexibilitäten zugrunde liegen, seien sie eher vertrieblich oder netztechnisch orientiert. Dieses Projekt hat viele Kinder, also weiterge- Förderprogramm E-Energy 4

5 hende Projekte, die das im Projekt gewonnene Know-how nutzen, darauf aufbauen und es weiterentwickeln. In seinem Verlauf konnte E-DeMa eine Vielzahl von wissenschaftlichen Veröffentlichungen, Vorträgen, Bachelor- und Masterarbeiten sowie Dissertationen hervorbringen. Der Erkenntnisgewinn durch E-DeMa ist bedeutsam! Als das Projekt vor gut vier Jahren startete, war keinem der Projektteilnehmer klar, was ihn erwarten würde. Umso mehr können nun zum Ende der Projektlaufzeit alle Projektmitarbeiterinnen und Projektmitarbeiter stolz über die erreichten Ergebnisse sein, die dieses Projekt hervorgebracht hat. Abschließend möchte ich mich beim Fördermittelgeber, dem Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) und beim Projektträger, dem PT-DLR, für das entgegengebrachte Vertrauen und die permanente Unterstützung bedanken. Namentlich hervorheben möchte ich die Herren Dr. A. Goerdeler, Dr. M. Zinke sowie Herrn J. Brinkmann aus dem BMWi und Herrn G. Seher vom PT-DLR, die unserer Arbeit stets allergrößtes Interesse entgegen gebracht und dem Projekt jederzeit unterstützend und förderlich zur Seite gestanden haben. Zusätzlich danke ich sehr allen Konsortialpartnern, den Kolleginnen und Kollegen des Lenkungskreises, den Arbeitspaketleitern und ganz besonders den Projektmitarbeiterinnen und Projektmitarbeitern, ohne deren Engagement das Projekt nicht zu diesem erfolgreichen Ende hätte geführt werden können. Nicht zuletzt gilt mein besonderer Dank den Redakteurinnen und Redakteuren des Abschlussberichts, die am Ende der vierjährigen Projektarbeit unter der Leitung der Chefredakteure Dr. Oliver Franz und Dieter König die wesentlichen Ergebnisse des E-DeMa-Projektes zusammengetragen und hier beschrieben haben. Im Juli 2013 Prof. Dr. Michael Laskowski, Projektleiter E-DeMa, RWE Deutschland AG Förderprogramm E-Energy 5

6 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis... 8 Tabellenverzeichnis Einleitung A. Management Aufgabenstellung Voraussetzungen, unter denen das Vorhaben durchgeführt wurde Entwicklung und Stand der IKT Technologien Entwicklungen der gesetzlichen Rahmenbedingungen, unter denen das Projekt entwickelt und durchgeführt wurde Planung und Ablauf des Vorhabens Wissenschaftlicher und technischer Stand, an den angeknüpft wurde Zusammenarbeit mit anderen Stellen Darstellung des voraussichtlichen Nutzens, insbesondere der Verwertbarkeit des Ergebnisses Bekannt gewordener Fortschritt auf dem Gebiet des Vorhabens bei anderen Stellen während der Durchführung des Vorhabens des Vorhabens Das Konzept E-DeMa Einleitung und Motivation Der E-DeMa-Ansatz Zu den Rollen und Funktionen Marktplatzorganisation Der Marktplatzbetrieb IKT-Infrastruktur E-DeMa-artige Datenbereitstellung und Datenschutz Neue Bilanzierungsaufgaben und -fragestellungen im Kontext von E-DeMa E-DeMa-Szenarien und Simulationen zur Umsetzung des Konzepts E-DeMa Szenario Modellierung und Simulation Realisierung des Konzepts Szenario Realisierung und Einsatz der Simulationsumgebungen Förderprogramm E-Energy 6

7 2.5. Entwicklungslabore und Prüffelder Umsetzung im Feldtest Auswahl der Teilmodellregionen Der Teilnehmer im Fokus von E-DeMa Aufbau der Modellregion inkl. Ausstattung Wesentliche Ergebnisse des Feldversuchs in wirtschaftlicher und technischer Hinsicht (Szenario 2020) Auswertung der im Feldversuch und in den Simulationen gewonnenen Daten (im Hinblick auf das Szenario 2020) Hauptbefunde und Erkenntnisse der energiewirtschaftlichen Auswertung der Daten des Feldversuchs Hauptbefunde und Erkenntnisse zum Kundenverhalten und zur Kundenakzeptanz Hauptbefunde und Erkenntnisse mit Blick auf die Kommunikationsinfrastrukturen Ergebnisse der Netzsimulation Hauptbefunde und Erkenntnisse mit Blick auf das Zählerdatenmanagement und die in einer E-DeMa-Welt bereitzustellenden Informationen Resümee Glossar Verwendete Fachliteratur Anhang A: Erfolgte und geplante Veröffentlichungen Förderprogramm E-Energy 7

8 Abbildungsverzeichnis Abbildung A-1: Das Gateway-Konzept Abbildung A-2: Zeitliche Fortschreibung des Rechtsrahmens im Messwesen Abbildung A-3: E-DeMa-Architektur aufgeteilt auf die Arbeitspakte Abbildung A-4: Projektstruktur und Interdependenzen zwischen den Arbeitspaketen von E- DeMa Abbildung A-5: Projektplan Abbildung B-1: Installierte regenerative Erzeugungsleistung in Deutschland Abbildung B-2: Installierte Erzeugungsleistung in Deutschland Abbildung B-3: Energiepolitisches Zieldreieck (Quelle: BMWi, 2009) Abbildung B-4: Fundamentale Randbedingungen des energiepolitischen Zieldreiecks Abbildung B-5: Potentielle Teilnehmer am E-Energy-Marktplatz Abbildung B-6: Architektur des lokalen E-DeMa-Marktplatzes Abbildung B-7: Globale Vernetzung der lokalen Plattformen und Zugang überregional tätiger Akteure Abbildung B-8: E-Energy-Wertschöpfungskette; - - senken Abbildung B-9: Online Datenbedarf Aktionsfrequenz und Aggregation Abbildung B-10: Fluss der Bewegungsdaten bei E-DeMa Abbildung B-11: Ablauf des Geschäftsprozesses Lieferantenwechsel am E-DeMa-Marktplatz Abbildung B-12: Bilanzierungsfolgen von Systemdienstleistungen für den VNB Abbildung B-13: E-DeMa Projekttrichter Abbildung B-14: Zielgruppenorientierte Produktbausteinentwicklung Abbildung B-15: Prinzipielle Ebenen der Mehrschichtarchitektur des Marktplatzes Abbildung B-16: Integration intelligenter Zähler über verschiedene Kommunikationswege in die E-DeMa-Architektur Abbildung B-17: Architektur des IKT-GW Abbildung B-18: Funktionen des Smart Gateway / IKT-GW Abbildung B-19: Architektur des IKT-GW Abbildung B-20: Referenzarchitektur E-DeMa Abbildung B-21: Zusammenfassung der E-DeMa Komponenten und Systemarchitektur Abbildung B-22: Modulare ZDM-Architektur basierend auf einem Echtzeit-Nachrichtenbus Abbildung B-23: AWF Steuerung dezentraler Einspeiser: Informationsflüsse Abbildung B-24: AWF Grenzwertverletzung beheben: Informationsflüsse Abbildung B-25: AWF Beeinflussungssteuerung durch den VNB: Informationsflüsse für den Feldversuch Abbildung B-26: AWF Beeinflussungssteuerung durch den VNB: Informationsflüsse Abbildung B-27: Architekturbild der Geschäftsmodelle (orange) und der Netzsimulation (grün). 129 Abbildung B-28: Allgemeiner Lastverlauf seit dem Programmstart über alle Programme Abbildung B-29: Konzept der Modellierung von Prosumern und dezentralen Energieerzeugungsanlagen Abbildung B-30: Datenpfade im Netzbeobachtungsrechner: links: Visualisierung, rechts: Bedienung Abbildung B-31: Einordnung der E-DeMa Simulation in Bezug auf die Kommunikationsinfrastruktur in den Projektkontext Förderprogramm E-Energy 8

9 Abbildung B-32: Tarifstruktur Standard der Musterprodukte Abbildung B-33: Tarifstruktur Happy-Holiday der Musterprodukte Abbildung B-34: Tarifstruktur Sunny-Brunch der Musterprodukte Abbildung B-35: Tarifstruktur Stormy-Dinner der Musterprodukte Abbildung B-36: Integration des Display in die Hausinfrastruktur Abbildung B-37: Konzept der Visualisierung am Beispiel des Tarifs E-DeMa Balance Abbildung B-38: Konzeptalternativen der Anbindung eines Displays an das IKT-GW Abbildung B-39: Kommunikationsarchitektur und eingesetzte Komponenten für die Visualisierungslösung in der Teilmodellregion Mülheim Abbildung B-40: Beispiel für die Anzeige von Tarif- und Verbrauchsinformation bei der Visualisierungslösung in der Modellregion Mülheim Abbildung B-41: Übersichtsdarstellung der eingesetzten Display-Technologie in Krefeld Abbildung B-42: Displaysoftware Krefeld Abbildung B-43: Ebenen der Mehrschichtarchitektur des Marktplatzes im Szenario Abbildung B-44: Darstellung der E-DeMa Komponenten und ihrer Schnittstellen zum Marktplatzsystem Abbildung B-45: Anbindung der IKT-GW2 an den Marktplatz über den mpower Remote Manager (mprm) Abbildung B-46: Umgesetzte Standardprozesse, ZDM-Komponenten und die notwendigen Schnittstellen in der Modellregion Abbildung B-47: 10kV-Netzbild der Modellregion Mülheim: Farbwechsel entlang der UA-SAARN mit den 10kV Abgängen des Feldversuchs Abbildung B-48: Ausschnittvergrößerung des 10-kV-Netzbildes der Modellregion Mülheim Abbildung B-49: 10kV Netzbild des Anschlusses der ONS Wilmendyk78 mit Darstellung der Ergebnisse der Netzberechnung (Modellregion Krefeld) Abbildung B-50: 10kV Netzbild des Anschlusses der ONS Josef-Lendersdyk 1 mit Darstellung der Ergebnisse der Netzberechnung (Modellregion Krefeld) Abbildung B-51: Unbeeinflusster Summenlastgang im Laufe eines Tages für ca Haushalte Abbildung B-52: Relative Wahrscheinlichkeit für den Einsatz der Geräte der Weißen Ware für Haushaltskunden mit E DeMa.Basis Abbildung B-53: Summenlastgang von ca Haushalten unter Berücksichtigung der Lastverschiebung durch E-DeMa.Basis Abbildung B-54: Relative Wahrscheinlichkeit für den Einsatz der Geräte der Weißen Ware für Haushaltskunden mit E-DeMa.Effizienz Abbildung B-55: Lastgang mehrerer Haushalte unter Berücksichtigung der Lastverschiebung durch E-DeMa.Effizienz Abbildung B-56: Relative Wahrscheinlichkeit für den Einsatz der Geräte der Weißen Ware für Haushaltskunden mit E-DeMa.Effizienz Abbildung B-57: Lastgang von Haushalte unter Berücksichtigung der Lastverschiebung durch E-DeMa.Variabel Abbildung B-58: Haushaltsgrößenspezifische Lastkurve für einen Werktag in der Übergangszeit 181 Abbildung B-59: Simulierter Lastverlauf eines Einpersonenhaushalts an einem Wochentag in der Übergangszeit Abbildung B-60: Delta-Leistungskurven für das Preisschema Basis, werktags für Haushaltsgrößen bis fünf Personen Förderprogramm E-Energy 9

10 Abbildung B-61: Delta-Leistungskurven für das Preisschema Standard, werktags für Haushaltsgrößen bis fünf Personen Abbildung B-62: Vier-Tages-Übersicht der simulierten Einspeisung einer PV-Anlage Abbildung B-63: Vier-Tages-Übersicht der simulierten Einspeisung eines Windenergiekonverters Abbildung B-64: Einbindung der Simulation in das E-DeMa-Umfeld Abbildung B-65: Netzbeobachtungsrechner und seine Bedienoberfläche Abbildung B-66: Visualisierung des Spannungsprofils im Niederspannungsstrang in der Netzsimulationsumgebung Abbildung B-67: Verteilte E-DeMa-Simulationsumgebung Abbildung B-68: Beispiel für die Vernetzung der Komponenten Abbildung B-69: E-DeMa-Testaufbau bei Siemens Abbildung B-70: Schaltbare Last mit selbsttätiger Abschaltung (aufgezeichnetes Lastprofil für einen Waschvorgang mit Lastverschiebung) Abbildung B-71: Schaltbare Lasten mit Grenzwertsensor (aufgezeichneter Temperaturverlauf mit Tarif-optimierter Regelung für einen Warmwasserspeicher) Abbildung B-72: CNI Radio Testing Site (Standort Campus TU Dortmund (l.), Detailansicht (r.)) Abbildung B-73: Ausrichtung der Sektorisierung Abbildung B-74: Laboraufbau zur Evaluation der Inhouse-Funktechnologien Abbildung B-75: Laboraufbau zur PLC Koexistenzuntersuchung Abbildung B-76: Modellregionen im Feldversuch E-DeMa Abbildung B-77: Schematische Darstellung der Mittelspannungsversorgung und der Ortsnetzstationen im südlichen Mülheim Abbildung B-78: Ausgewählte Testregion in Krefeld-Kliedbruch Abbildung B-79: Werbematerial Mülheim (links) und Gewinnspielkarte Krefeld (rechts) Abbildung B-80: Teilnahmevereinbarungen Mülheim (links) und Krefeld (rechts) Abbildung B-81: Entwicklung der Teilnehmerzahlen Mülheim entlang des Akquiseprozesses Abbildung B-82: Interessensbekundungen der Kunden zur Teilnahme mit eingehaltenen Restriktionen (Opt-In) Abbildung B-83: Akquisebrief Krefeld Abbildung B-84: Entwicklung der Teilnehmerzahlen in Krefeld Abbildung B-85: Ausprägungen der Inhouse-Kommunikationsinfrastruktur in der Modellregion Mülheim a. d. R Abbildung B-86: Ausprägungen der Inhouse-Kommunikationsinfrastruktur in der Modellregion Krefeld Abbildung B-87: Systemmodell Testcenter Duisburg Abbildung B-88: Testcenter Duisburg mit µkwk-anlage und Warmwasserspeicher Abbildung B-89: Demo-Wand mit in Krefeld eingesetzten Multimetering-Komponenten Abbildung B-90: LiveRoom Krefeld Abbildung B-91: Zusatzschränke und eingebaute Messtechnik in Krefeld (oben) und Mülheim Saarn (unten) Abbildung B-92: Integrationsschema der E-DeMa-Systeme für die Teilmodellregionen Mülheim und Krefeld in die RWE-DMZ Abbildung B-93: Eingebaute µkwk-anlage bei einem E-DeMa-Kunden in Krefeld Abbildung B-94: Prozess Funktionsstörung der Weißen Ware unter Einbezug der E-DeMa Hotline als First-Level-Support Förderprogramm E-Energy 10

11 Abbildung B-95: IKT-GW1 Demowand, Display und E-DeMa-Marktplatzzugang in der Teilmodellregion Mülheim Abbildung B-96: Ticketsystem Abbildung B-97: E-DeMa-Benutzerhandbuch IKT-GW Abbildung B-98: Exemplarische Darstellung eines Einzelerfolgsnachweises Abbildung B-99: Beispiel für einen Gemeinschaftserfolgsnachweis Abbildung B-100: Lastgang und Leistungsgrenzen des E-DeMa- und Vergleichskunden im Monat April mit den neu ermittelten Bezugsstunden Abbildung B-101: Versuchsfahrplan einer µkwk-anlage Abbildung B-102: Verlauf von abgegebener elektrischer Leistung und Kennzahl für den Wärmespeicherfüllstand einer µkwk-anlage Abbildung B-103: Definition der Verbrauchsverlagerung am Beispiel der E-DeMa-Basis Tarifstruktur Abbildung B-104: Kriterien für die Evaluation der Verbrauchsverlagerung Abbildung B-105: Histogramm der monetären Einsparungen aller IKT-GW1-Kunden im Feldtest gegenüber dem Vergleichskunden laut Erfolgsnachweis Abbildung B-106: Histogramm der monetären Einsparungen aller IKT-GW2-Kunden im Feldtest gegenüber dem Vergleichskunden laut Erfolgsnachweis Abbildung B-107: Durchschnittlicher Deltalastgang der E-DeMa.Effizienz-Kunden gegenüber den E-DeMa-Vergleichskunden für den Typtag Samstag im Monat September (Tarifstruktur Standard) Abbildung B-108: Verbrauchsverlagerung der E-DeMa.Basis-Kunden je Stunde Abbildung B-109: Verbrauchsverlagerung der E-DeMa-Effizienz-Kunden je Stunde Abbildung B-110: Verbrauchsverlagerung der E-DeMa.Basis-Kunden in NT je Monat Abbildung B-111: Verbrauchsverlagerung der E-DeMa.Effizienz-Kunden in ST + NT, HHT1 und HHT2 je Monat Abbildung B-112: Verbrauchsverlagerung der E-DeMa.Basis-Kunden in NT je Typtag Abbildung B-113: Verbrauchsverlagerung der E-DeMa.Effizienz-Kunden in ST + NT, HHT1 und HHT2 je Typtag Abbildung B-114: Soziodemographie der passiven, aller und der aktiven IKT-GW1-Kunden Abbildung B-115: Verbrauchsverlagerung der IKT-GW2-Kunden je Stunde Abbildung B-116: Verbrauchsverlagerung der IKT-GW2-Kunden in ST + NT, HHT1 und HHT2 je Monat Abbildung B-117: Verbrauchsverlagerung der IKT-GW2-Kunden in ST + NT, HHT1 und HHT2 je Typtag Abbildung B-118: Soziodemographie der passiven, aller und der aktiven IKT-GW2-Kunden Abbildung B-119: Vergleich der normierten Lastgänge der Balancekunden mit den aktiven Basisund Effizienzkunden und dem H0-Profil für den Typtag Montag Abbildung B-120: Vergleich der normierten Lastgänge der Balancekunden mit den aktiven Basisund Effizienzkunden und dem H0-Profil für den Typtag Dienstag bis Donnerstag Abbildung B-121: Vergleich der normierten Lastgänge der Balancekunden mit den aktiven Basisund Effizienzkunden und dem H0-Profil für den Typtag Freitag Abbildung B-122: Vergleich der normierten Lastgänge der Balancekunden mit den aktiven Effizienzkunden, den simulierten Effizienzkunden und dem H0-Profil für die zusammengefassten Typtage Montag bis Freitag Förderprogramm E-Energy 11

12 Abbildung B-123: Vergleich der normierten Lastgänge der Balancekunden mit den aktiven Basisund Effizienzkunden und dem H0-Profil für den Typtag Samstag Abbildung B-124: Vergleich der normierten Lastgänge der Balancekunden mit den aktiven Basisund Effizienzkunden und dem H0-Profil für den Typtag Sonntag Abbildung B-125: Start der Weiße-Ware-Geräte durch den Nutzer, das IKT-GW2 oder Bereitstellung für den Aggregator Abbildung B-126: Bereitstellung der Weiße Ware-Geräte für das IKT-GW2 (im Feldversuch wurden 107 Waschmaschinen, 86 Wäschetrockner und 21 Geschirrspüler eingesetzt) Abbildung B-127: Bereitstellung der Weiße Ware-Geräte für den AGG (im Feldversuch wurden 107 Waschmaschinen, 86 Wäschetrockner und 21 Geschirrspüler eingesetzt) Abbildung B-128: Histogramm der Bereitstellungszeit für den SmartStart durch das IKT-GW2 in Stunden Abbildung B-129: Verbrauchsreduktion aller IKT-GW1-Kunden ohne Sparoption (533 Kunden) Abbildung B-130: Verbrauchsreduktion aller IKT-GW1-Kunden mit Sparoption (22 Kunden) Abbildung B-131: Verbrauchsreduktion aller IKT-GW2-Kunden (99 Kunden) Abbildung B-132: Verbrauchsreduktion aller IKT-GW2-Kunden, bereinigt um den Eigenverbrauch der eingebauten IKT-Infrastruktur (99 Kunden) Abbildung B-133: Verbrauchsreduktion aller E-DeMa-Kunden (643 Kunden) Abbildung B-134: Monatliche Anzahl der Log-ins am E-DeMa Marktplatz im Lauf des Feldversuchs über alle Teilnehmer Abbildung B-135: Untersuchungsdesign der Kundenakzeptanz-Befragung am Beispiel IKT-GW Abbildung B-136: Einschätzung des Musterproduktangebots IKT-GW Abbildung B-137: Display und Marktplatz bei IKT-GW Abbildung B-138: Nutzung des Marktplatzes bei IKT-GW Abbildung B-139: Verlagerung des Waschens Abbildung B-140: Verlagerung des Wäschetrocknens Abbildung B-141: Verlagerung des Geschirrspülens Abbildung B-142: Zustimmung der Befragten im Bereich IKT-GW1 zu einer Beeinflussung der Lastverlagerung durch Preisdifferenzierungen Abbildung B-143: Einschätzungen der Teilnehmer IKT-GW2 zur Funktion Smart Start Abbildung B-144: Nutzung des Smart Start für den Einsatz der Waschmaschine nach Produkten Abbildung B-145: Korrelation zwischen einzelnen Befragungsitems bezüglich der Smart-Start- Funktion Abbildung B-146: Korrelation aus den Befragungsergebnissen abgeleiteter Variablen Abbildung B-147: Werktags-Lastverläufe einer ONS für KW10 bis KW48 (links), Verlauf der mittleren ¼ h-auslastung dieser ONS im selben Zeitraum (rechts) Abbildung B-148: Werktags-Lastverläufe einer ONS für KW10 bis KW48, an der eine Photovoltaik- Anlage mit 5,5kW installierter Peak-Leistung einspeist (links), Verlauf der mittleren ¼ h-auslastung dieser ONS im selben Zeitraum Abbildung B-149: Werktags-Lastverläufe einer ONS für KW10 bis KW48, über die Haushalte mit NSH versorgt werden (links), Verlauf der mittleren ¼ h-auslastung dieser ONS im selben Zeitraum (rechts) Abbildung B-150: Werktags-Lastverläufe der benachbarten ONS für KW10 bis KW48, wobei das Heizsystem aller Haushalte elektrische NSH sind (links), Ausschnitt dieser Werktags-Lastverläufe (rechts) Förderprogramm E-Energy 12

13 Abbildung B-151: Werktags-Lastverläufe einer ONS für KW10 bis KW48, über die Haushalte und (Klein-) Gewerbe versorgt werden (links), Verlauf der mittlere ¼ h-auslastung dieser ONS im selben Zeitraum (rechts) Abbildung B-152: Werktags-Lastverläufe einer ONS 9 für KW10 bis KW48, über die Haushalte und (Klein-) Gewerbe versorgt werden (links), Verlauf der mittlere ¼ h-auslastung dieser ONS im selben Zeitraum (rechts) Abbildung B-153: Visualisierung des Spannungsprofils und der Belastung der Kabelabschnitte im Niederspannungsnetz Abbildung B-154: Visualisierung des Spannungsprofils und der Belastung der Kabelabschnitte im Mittelspannungsnetz Förderprogramm E-Energy 13

14 Tabellenverzeichnis Tabelle B-1: Transformation von Eigenschaften der Endabnahme von Elektrizität Tabelle B-2: Datenmodell der Marktplatzdaten bzgl. des Prosumers Tabelle B-3: Fundamentale Use-Cases der B2C-Ebene Tabelle B-4: Fundamentale Use-Cases der B2B-Ebene Tabelle B-5: Idealtypische Kundenprofile im E-DeMa-Kontext Tabelle B-6: B2C-Lieferanten-Produktbausteine Tabelle B-7: B2C-Aggregator-Produktbausteine Tabelle B-8: Neue E-DeMa-Prozesse Tabelle B-9: E-DeMa Schnittstellen Tabelle B-10: Anforderungen der AWF an die Modellierung Tabelle B-11: Zusammensetzung der Musterprodukte Tabelle B-12: Tarife und Preise für die Lastseite der Musterprodukte Tabelle B-13: Tarife und Preise für die Einspeiseseite der Musterprodukte Tabelle B-14: Kommunikationsphasen in den Teilmodellregionen Tabelle B-15: Beispiel der Datenkategorien IKT-GW2 in Mülheim Tabelle B-16: Ausstattung der Prosumer in den Modellregionen Tabelle B-17: Leistungsgrenzen in Abhängigkeit der Zielgrößen Tabelle B-18: Produktspezifische Verbrauchsverlagerung der IKT-GW1-Kunden (ohne Automatisierung) Tabelle B-19: Verbrauchsverlagerung der IKT-GW2-Kunden (mit Automatisierung) Tabelle B-20: Produktwechsel der IKT-GW1-Kunden Tabelle B-21: Anzahl Produktwechsel je Kunde in den Modellregionen Tabelle B-22: Stichprobenumfänge und Soziodemographie IKT-GW1 und IKT-GW Förderprogramm E-Energy 14

15 Einleitung Aufgrund der sich rasch ändernden energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen und der Einbeziehung dezentraler elektrischer Energieerzeuger werden neue Technologieanpassungen durch Systeminnovationen sowie eine Optimierung der Organisationsstrukturen erforderlich. Bestehende Technologien waren bislang meist nur Insellösungen und nur bedingt für eine integrative informationstechnische Behandlung geeignet. Aufgrund der wachsenden Anforderungen an die Energieeffizienz bestand und besteht die zwingende Notwendigkeit von intelligenten und effizienten Lösungen in der Energiewirtschaft. Vor diesem Hintergrund war das Projektkonsortium bestrebt, unter Einbeziehung aller innerhalb der Wertschöpfungskette relevanten Akteure ein zuverlässiges Modell für den E- Energy- Marktplatz der Zukunft zu entwickeln und diesen in einem Pilotprojekt zu testen. Das übergeordnete Projektziel war die Verknüpfung zwischen den Bereichen Energietechnik und Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) und damit die Schaffung von E-Energy. Eine ähnliche Verknüpfung wurde bereits in den verschiedensten Bereichen wie beispielsweise E-Commerce, E- Government oder E-Administration erfolgreich umgesetzt. Durch das vorliegende Projekt wurde ein entscheidender Beitrag für eine vergleichbare Umsetzung im Energiesektor geleistet und es wurden entsprechende Synergieeffekte freigesetzt. Die Verknüpfung von Energie und IKT zu E-Energy bildete die Grundlage für das technische Projektziel des Projektkonsortiums den E-Energy-Marktplatz 2020: Stromkunden (Prosumer) wurden auf einem offenen elektronischen Marktplatz mittels IKT- Gateways mit Energiehändlern, Verteilnetzbetreibern und weiteren Akteuren innerhalb einer Modellregion im Rhein-Ruhr Gebiet verbunden, wodurch sich neue Geschäftsmodelle für eine aktivere Marktteilnahme der Akteure ergeben. Durch die systemische Entwicklungsarbeit des Projektkonsortiums wurden Aspekte der Netzbetriebsführung, Inhouse-Anwendungen, zeitnahe Verbrauchsdatenerfassung und -bereitstellung berücksichtigt und es wurde ein innovatives Modell für die intelligente Integration der Akteure im Markt für elektrische Energie entwickelt, um den zukünftigen Ansprüchen der dezentralen Einspeiser in einem stärker fragmentierten Markt begegnen zu können. Dieser E-Energy-Marktplatz wurde im Rhein-Ruhr-Gebiet in einem groß angelegten Modellversuch demonstriert und evaluiert. Der vorliegende Abschlussbericht fasst die Ergebnisse der vierjährigen Entwicklungsarbeit des E- DeMa-Konsortiums zusammen. Er gliedert sich dabei in einen Managementteil (A) und einen Berichtsteil (B), der die erzielten technisch-wissenschaftlichen Ergebnisse des Vorhabens detailliert wiedergibt. Im Management-Teil des E-DeMa-Abschlussberichts erfolgt eine kurze Darstellung im Sinne eines Sachberichts zu den folgenden Aspekten des Fördervorhabens bzw. seiner Durchführung, wie er durch die NKBF 98 1 definiert ist: Aufgabenstellung des Projekts; Voraussetzungen, unter denen das Vorhaben durchgeführt wurde; Planung und Ablauf des Vorhabens; wissenschaftlicher und technischer Stand, an den angeknüpft wurde; Zusammenarbeit mit anderen Stellen; Darstellung des voraussichtlichen Nutzens, insbesondere der Verwertbarkeit des Ergebnisses; 1 Nebenbestimmungen für Zuwendungen auf Kostenbasis des Bundesministeriums für Bildung und Forschung an Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft für Forschungs- und Entwicklungsvorhaben Förderprogramm E-Energy 15

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