Neue Kommunikationslösungen für intelligente Energieverteilnetze

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1 Neue Kommunikationslösungen für intelligente verteilnetze Guido Helbich, Siemens AG

2 Paradigmenwechsel bei Stromnetzen: Das neue Zeitalter der Elektrizität 20. Jahrhundert Zukunft Nicht-nachhaltiges system Nachhaltiges system Erzeugung folgt Last Last folgt Erzeugung Fossile quellen Erneuerbare quellen Page 2 Smart Grid Division Infrastructure & Cities Sector

3 Unterschiedliche Nutzung der Sonnenenergie Les Mées, France Lebrija, Spain Germany Page 3 Version 2.0 IC SG SE MCS SC Sector Infrastructures & Cities

4 Unterschiedliche Einspeisemuster sind eine Herausforderung für bestehende Netzinfrastrukturen Lastprofil einer Trafostation im ländlichen Bereich der LEW-Verteilnetz GmbH 2003 und heute Load in kw Load profile 2003 Load profile heute :00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 Source: LEW Page 4 Version 2.0 IC SG SE MCS SC Sector Infrastructures & Cities

5 Das system ändert sich - neue Lösungen werden notwendig Herausforderungen durch das neue system Erneuerbare n/ verteilte Erzeugung Begrenzte Erzeugungsund Netzkapazität Veraltete und/oder schwache Infrastruktur Kosten und Emissionen der erzeugung Umsatzeinbußen, z.b. Stromdiebstahl Lösungen durch Smart Grid Ausgleich von Angebot und Nachfrage, neue Geschäftsmodelle Laststeuerung & Vermeidung von Lastspitzen Betriebssicherheit durch automatische Ausfallvermeidung/ wiederherstellung Effiziente Erzeugung, Übertragung, Verteilung & Verbrauch Volle Transparenz auf der Verteilebene / automatisierte Diebstahlsicherung Page 5 Version 2.0 IC SG SE MCS SC Sector Infrastructures & Cities

6 Es gibt nicht ein globales Smart Grid - Beispiele für unterschiedliche regionale Herausforderungen Veraltete Infrastrukturen Stromdiebstahl Integration erneuerbarer n Electrifizierung von Megacities Verteilte Erzeugung Page 6 Version 2.0 IC SG SE MCS SC Sector Infrastructures & Cities

7 Smart Grid Suite Intelligente Kommunikationslösungen sind notwendig Vertical SG solutions Generation Grid Applications Transmission Applications Industrial & Infrastr. Grid Applications Rail Electrification Distribution Applications Microgrid / DG / VPP Applications Demand Response Smart Metering Horizontal IT Grid-specific Enterprise IT Grid control platform Grid application platform Operational IT Energy Mgt. System Ind. Distribution Mgt. System Rail SCADA System Distribution Mgt. system Microgrid & Dec. Gen. Controller Demand Resp. Mgmt. System Meter Data Management Grid planning & simulation Information & Communicat. Grid specific communication platform Automation Grid automation platform Field Equipment Electr./Gas/Water/Heat Solutions incl. Primary equipment Service Grid consulting & design Grid deployment & automation Smart grid operation & optimization Value-added services IC SG SE MCS SC Sector Infrastructure & Cities

8 Telekommunikation in netzen heute S/S S/S Kommunikations-Highways, Standard IEC Protokolle wenig Kommunikation Erzeugung Übertragung Verteilung Industrie- und private Kunden digitale Grenze in netzen Page 8 Smart Grid Division Infrastructure & Cities Sector

9 Kommunikationslösungen für Verteilnetze Situation heute: begrenzte Netzabdeckung Wichtige Mittelspannungs Stationen werden über DMS gesteuert DMS* SDH/PDH bzw. TCP/IP Communication Niederspannung Mittelspannung substation 6 kv 22 kv substation Die meisten Ortsnetzstationen sind nicht in das Kommunikationsnetz eingebunden *DMS: Distribution Management System Page 9 Smart Grid Division Infrastructure & Cities Sector

10 Kommunikationslösungen für Verteilnetze Neue Applikationen erfordern Erweiterung des Kommunikationsnetzes Meter Data Management Verteilnetzautomatisierung DMS Demand Response weitere Smart Grid Apps substation substation Niederspannung Mittelspannung Page 10 Erweiterung des Kommunikationsnetzes bis zu Ortsnetzstationen und Verbrauchern intelligente Zähler * 6 kv 22 kv Verwendung von gemischten Infrastrukturen Powerline Carrier, drahtlose Verbindungen) in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen mit meter data (z.b.glasfaser, Broadband concentrator *NPLC: Narrowband PLC Intelligente Zähler mit drahtloser Kommunikation Smart Grid Division Smart homes mit energy gateway Verteilte einspeiser Infrastructure & Cities Sector

11 Kommunikationslösungen für Smart Grids Öffentliche versus private Kommunikationsinfrastrukturen Private Netze GPRS UMTS, LTE? WiMAX Internet Leased Lines DSL etc. Provider Netze Fiberoptic Kabel Kupferkabel Broadband PLC Meshed Radio WiFi Mesh WiMAX Tetra Netze etc. Page 11 Smart Grid Division Infrastructure & Cities Sector

12 Telekommunikationslösungen für Verteilnetze Verteilnetzautomatisierung Kommunikationsinfrastrukturen Network management system End-to-end security Fiberoptic/ SDH/ Ethernet C WiMAX Wireless mesh Cellular Router, Switch Fiberoptic N/B PLC, WiMAX Wireless mesh Cellular DSL Router, Switch Medium Voltage (Backhaul) Low Voltage (Access) substation Intelligente Zähler Wind onshore Kühlhaus E-car Tankstelle Gebäude mit meter data concentrator Intelligente Zähler mit drahtloser Kommunikation Smart homes mit energy gateway substation 6 kv 22 kv Verteilte erzeuger Applikationen Distribution Management System (DMS) Virtuelles Kraftwerk Micro grid Condition monitoring Demand response Market place Asset management Meter data management E-car operation center etc. Page 12 Smart Grid Division Infrastructure & Cities Sector

13 Beispiel: Broadband Powerline Carrier Zählerdatenerfassung Sammelschiene Substation Z Z Ortsnetzstation Anwendung: Übertragung der Zählerdaten zwischen Ortsnetzstation und Substation C* AMIS Zähler Z *C: Concentrator Page 13 Smart Grid Division Infrastructure & Cities Sector

14 Beispiel: Projekt NETZQ - Stadtwerke Fürth Überwachung / Steuerung der Netzqualität via C DMS (Monitoring/ Steuerung ) Virtuelles Kraftwerk (Monitoring/Steuerung Häuser, Schule, Batterie, Biogas) Unterstation Unterstation 6 kv 22 kv RTU LV Ortsnetzstation RTU LV RTU LV Glasfaser Backbone LV WR PQ Zähler LV WR PQ Zähler LV WR PQ Zähler LV PQ Zähler Steuerung Stromleitung mit C Kommunikation Haushalte Schule Batterie Biogas WR: Wechselrichter, PQ: Power quality, Page 14 Smart Grid Division Infrastructure & Cities Sector

15 Beispiel E-DeMA Vision von Marktplatz und IKT-Gateway Marktplatz Kundenanwendungen Bildung von Anreizen durch händler, Lieferant und Netzbetreiber Lastmanagement und Steuerung von Haushaltsgeräten via DSL, GPRS, C, IKT- Gateway Markt für dienstleistungen Verteilnetz Steuerung dezentraler Einspeiser (µkwk) (virtuelles Kraftwerk) Netzmanagement mit Online-Informationen für die Mittel- und Niederspannung (Smart Grid) IKT-Gateway Mehrwertdienste für den Kunden: Anzeige von verbräuchen Anzeige von Preissignalen Laststeuerung,. Erfassung von spartenübergreifenden Zählwerten (Smart Metering) Bidirektionaler Datenaustausch für technische und geschäftliche Daten (u. a. Zählwerte, Messen und Steuern) Page 15 Smart Grid Division Infrastructure & Cities Sector

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Page 16 Siemens AG Alle Rechte vorbehalten. Infrastructures & Cities Sector

17 Fiber-optic Kommunikationslösungen für Verteilnetze substation substation Kühlhaus E-car Tankstelle Gebäude 6 kv 22 kv mit meter data concentrator Fiber-optic KommuniKation Intelligente Zähler Intelligente Zähler mit drahtloser Kommunikation Smart homes mit energy gateway Verteilte erzeuger Page 17 Siemens AG Alle Rechte vorbehalten. Infrastructures & Cities Sector

18 Broadband power line carrier für Niederspannungsanwendungen Mittel- und substation substation Cold store Public charging for e-cars 6 kv 22 kv mit meter data concentrator LV LV Kommunikation LV LV LV LV mit C Kommunikation Intelligente Zähler Intelligente Zähler mit drahtloser Kommunikation Smart homes mit energy gateway Verteilte erzeuger Page 18 Siemens AG Alle Rechte vorbehalten. Infrastructures & Cities Sector

19 Wireless mesh Kommunikationslösungen für Mittel- und Niederspannungsanwendungen substation substation 6 kv 22 kv mit meter data concentrator Kommunikation Kommunikation Intelligente Zähler Intelligente Zähler mit drahtloser Kommunikation Smart homes mit energy gateway Verteilte erzeuger Page 19 Siemens AG Alle Rechte vorbehalten. Infrastructures & Cities Sector

20 WiMAX Kommunikationslösungen für Mittel- und Niederspannungsanwendungen substation substation 6 kv 22 kv Service mit meter data concentrator Kommunikation Kommunikation Intelligente Zähler Intelligente Zähler mit drahtloser Kommunikation Smart homes mit energy gateway Verteilte erzeuger Page 20 Siemens AG Alle Rechte vorbehalten. Infrastructures & Cities Sector

21 Öffentliche Netze für Mittel- und Niederspannungsanwendungen substation substation Service mit meter data concentrator 6 kv 22 kv Kommunikation Kommunikation Intelligente Zähler Intelligente Zähler mit drahtloser Kommunikation Smart homes mit energy gateway Verteilte erzeuger Page 21 Siemens AG Alle Rechte vorbehalten. Infrastructures & Cities Sector