ENERGY Talks Ossiach 2013 Wachstumskräfte der Energierwende

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1 Haben IKT Investitionen den richtigen Stellenwert in der Smart Grids Diskussion? ENERGY Talks Ossiach 2013 Wachstumskräfte der Energierwende Juni 2013, Stift Ossiach, Österreich Dr. Justus Broß, Alcatel-Lucent, Bell Labs 1

2 AGENDA 1. Smart Grids: eine Analogie zum Web 2.0? 2. Was muss die ICT leisten? Eine Menge! 3. Mut zur Lücke: Forschungsaspekte 4. Schlussbemerkungen 2

3 Smart Grids Analogie zum Web 2.0? Computerwoche 3

4 Energieziele Deutschland ein Ausblick Quelle: 4

5 EE-Anteil am Energieverbrauch in Deutschland 5

6 Zentrale Versorgungs- (und Kommunikations)struktur Die Last wird von einem zentralen Erzeuger unidirektional zum Energiekunden geleitet. Es existiert nur eine Lastlaufrichtung im Netz. Quelle: Verband der Elektrotechnik und Elektronik Informationstechnik 6

7 Last- (und Daten)laufrichtung wird bidirektional Bisherige Lastlaufrichtung wird bidirektional. Die Einspeisung erfolgt nicht mehr nur zentral im HöS- und HS-Netz, sondern auch durch Energieerzeugung im MS- bzw. NS-Netz. Quelle: Verband der Elektrotechnik und Elektronik Informationstechnik 7

8 Was muss die ICT leisten? Eine Menge! 8

9 Last und Informationsfluss im Smart Grid Smart Teilweise smart n.v. Quelle: Acatech Studie Future Energy Grid (verändert) Quelle: KIT Karlsruher Institut für Technologie 9

10 Systemmodell des zukünftigen Energiesystems Quelle: Acatech Studie Future Energy Grid 10

11 IKT = Querschnittsstechnologie, ja und?! IKT-Sektor steht mit einem Marktvolumen von ca. 600 Mrd. für etwa 5% der EU-Wertschöpfung. 50% des Produktivitätsanstiegs der letzten 15 Jahre IKT induziert.* Ist als Querschnittstechnologie für die Gesamtwirtschaft von großer Bedeutung (Beitrag zum gesamtwirtschaftlichen Produktivitätsanstieg und zum sektoralen Wertschöpfungsanteil)*: 20% kommen direkt aus dem IKT-Sektor 30% aus IKT-Investitionen Untersuchungen über IKT-Investitionen in der deutschen Energiewirtschaft mit Hilfe des Growth Accounting, eine auf dem Solow-Modell aufbauende Theorie zur Erklärung ökonomischen Wachstums: Beitrag von IKT-Investitionen zum Wertschöpfungswachstum und zur durchschnittlichen Arbeitsproduktivität im Energiesektor sank zwischen 2001 und 2005 (M. Wissner, ICT, growth and productivity in the German energy sector, Utilities Policy, 19, issue 1, p (2011) *EU Kommission: Eine Digitale Agenda für Europa, Mitteilung der komission an das Europäische Parlamentm den Reat, den Europäischen Wirtschafts- und Sozialausschuss und den Ausschuss der Regionen, S. 4 (Mai, 2010) / BMWi Web2Energy-Symposium, Darmstadt, 12. April

12 Konkrete Anforderungen an IKT Echtzeitkommunikation (Latenz): bspw. für Management von kritischen Netzelementen im Energienetz Effizientere Kommunikationsprotokolle Sicherheitsrelevante Aspekte Verfügbarkeit (99,9X% in EU) Datenverschlüsselung Datenintegrität Zugriffskontrollmechanismen Vertrauenswürdigkeit zwischen agierenden Parteien M2M Kommunikation (Sensoren) Virtualisierung Kontrolle fein abgestufter Servicequalität (Priorisierung) Effizientere Algorithmen Datenerfassung, -verwaltung und -auswertung Intermodale Kommunikationslösungen Routenfindung Verteilte Intelligenz und Rechenleistung (Autonome Systeme) Flexible und skalierbare Architekturen und Systeme (bspw. Cloud Technologie) 13

13 Mut zur Lücke: Forschungsaspekte 14

14 Herausforderung durch volatile Erzeugung Quelle: Quelle: Fraunhofer IWES, Annahme: 100% Stromversorgung mit EE in Deutschland, keine Netzengpässe 15

15 Cloud Computing im Smart Grid Motivation & Ambition Speicher sind Grundvorraussetzung für die Entwicklung von EE Dennoch Oldenburg ist Speicherfertigung aus folgenden Gründen noch unüblich: - Speicherbtrieb Energy rechnet cloud Storage Cloud sich nicht da CAPEX hoch und Nutzungsrate <5% Frankfurt Zusammenschaltung aller Energy storage Speichersysteme zu einer - Regulatorische Rahmenbedingungen Stuttgart geben wenig Anreize zur Inbetriebnahme von Speichern, da bspw. Mehrzweckbetrieb nicht erlaubt ist Forschung, Evaluierung und Demo eines integrierten, dezentralen E-Speichersystems Beurteilung eines Mehrzeck- Speicherbetriebes auf 1 Plattform Einbezug verteilter Standorte Barrierefreier Zugang für verschiedenste Aktoren (e.g. Versorger, Netzbetreiber, Energiehändler, Privatkunden) Kommunikation des Speichersystems basiert auf Standards des Energienetzes 16

16 Cloud Computing im Smart Grid Kommunikationsinfrastruktur I Energy business player Trader Utility Customer Energy storage services: Operating, Trading, Stabilizing... Computing cloud Internet Skyscraper Electrical storages of end consumer (e.g. ALU campus) Electrical storage in secondary distribution level (e.g. EWE NW) Virtual storage by the use of load shifting, thermal storage Further storage types... Energy storage cloud 17

17 Cloud Computing im Smart Grid Kommunikationsinfrastruktur II Energy Storage Cloud Control & Management Applications Wireline Computing cloud Wireless (GPRS) Internet Wireline / Wireless Operator (Utility, Trader, Customer) Field bus Cloud box Energy domain ICT domain 18

18 Cloud Computing im Smart Grid Forschungsziele IKT-bezogen Identifkation der Anforderungen bzgl. Sicherheit, Verfügbarkeit und Latenz Optimaler Kommunikations-setup? (Kompromiss: Integrationsaufwand, Sicherheit, Rechenressourcen) Technische & rechtliche Anforderung an Cloud Computing Plattform (Cloud- Typ, Skallierung, Angriffsszenarien) Netzbezogen: Geschäftsmodelle (Spotmarkt Handel vs. Lastausgleich / Kombination?) Welche lokalen Speicher HW- Schnittstellen muss Clodbox unterstüzen? Outcome: Cloud box für IT-Anbindung von standardisierten, intelligenten Netzkomponenten ALU Cloud Computing Plattform erfüllt Smart Grid Anforderungen E2E Kommunikationsinfrastruktur für Smart Grid Applikationen Massgeschneiderte M2M Kommunikationslösungen für künftige Anforderungen Demonstrator verfügbar auf ALU- Campus in Stuttgart. Fernkontrolle durch Berlin für Demos & Experimente 19

19 Schlussbemerkungen Erzeugung Erzeugung EE Verteilte und dezentrale Energieerzeugung in kleinem Masstab Transport Transport und Verteilnetz Management Speicherung Speichermöglichkeiten (physisch/logisch) Handel Verbrauch Dynamische Preisgestaltung für Enerieverbrauch und -erzeugung in Echtzeit Energieeinsparung und -effizienz (Automatisiertes) Nachfrage Management Barrierefreie Integration von EVs (und anderer Einspeiser/Verbraucher) 20 Smart Meters V2G / G2V Virtual Power Plants Smart Meters V2G / G2V Sensor-based networks Embedded Systems and Software Integrated software systems and application programming interfaces (APIs) Smart meters Communications Protocols, including M2M V2G, G2V and vehicle-to-home (V2H) Smart meters End-user interfaces Smart meters End-user interfaces End-user interfaces Smart meters Datenverarbeitung / intelligenz / Drehscheibe End-user interfaces Smart meters Communication Protocols, including M2M Smart Building technologies Smart electronic devies Data centres and cloud computing End-user interfaces Smart meters / V2G / G2V Datenverarbeitung / intelligenz / Drehscheibe Integrated Software systems and APIs, Protocols Source: OECD (2012), ICT Applications for the Smart Grid: Oportunities and Policy Implications, OECD Digital Economy Papers, No. 190, OECD Publishing.

20 Schlussbemerkung inspiriert durch Peter Sereinigg Kooperationen scheitern meist nicht am mangelnden Willen zur Zusammenarbeit, sondern an der Unfähigkeit, eigene Schwächen zu erkennen und ergänzende fremde Stärken zuzulassen. 21

21 Dr. Justus Broß ALCATEL-LUCENT DEUTSCHLAND AG DEPARTMENT HEAD STRATEGIC INDUSTRIES RESEARCH (BELL LABS) Colditzstrasse Berlin Deutschland Telefon: (+49) Fax: (+49) Haben Sie Fragen? 22

22 Thank you 23

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