Transactive Energy Das Ende der zentralen Energiesysteme?

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1 3. Smart Campus Salzburg Sondierungsprojekt Jia L. Du (SFRG), T. Heistracher (FHS), T. Strasser (AIT) Energie-IKT Workshop, OCG Jahrestagung, Wien Sondierungsprojekt Smart Campus Salzburg 2 1

2 IKT-Anforderungen von zukünftigen Energiesystemen Motivation/Trends Nachhaltige (elektrische) Energieversorgung notwendig Deutschland: Energiewende Holistische Sichtweise auf alle Energie-und Verteilernetze Strom, Gas, Wärme/Kälte, Wasser, Abwasser, etc. Um vermehrt regenerative Energiequellen zu nutzen, werden noch viel zahlreicher als derzeit dezentrale Erzeuger und Speicher installiert Dezentrale Energieeinspeisung sowie zunehmend flexibel und intelligent reagierende Verbraucher führen häufiger zu Situationen, in denen sich Lastflüsse in elektrischen Teilnetzen umkehren 3 IKT-Anforderungen von zukünftigen Energiesystemen Vision: Intelligente Energiesysteme ( Smart Grids ) 4 2

3 IKT-Anforderungen von zukünftigen Energiesystemen Unterschiedliche Betrachtungsweisen (techn., organisat., wirtschaftlich) Hardware Flexibilität Skalierbarkeit Software & Applikationen Konfigurierbarkeit Portierbarkeit Applikationsdeployment Hardwareunabhängigkeit Offene & standardisierte Realisierung Interoperabilität Offene Kommunikationsinterfaces und -protokolle Design, Deployment& Validierung Komponenten-Level System-Level etc Sondierungsprojekt Smart Campus Salzburg 6 3

4 Konzept des Transactive Energy Zunehmende Anzahl von verteilten, aktiven Systemen im Stromnetz Erneuerbare Energiequellen Speichersysteme Intelligente Lasten Negative Energiepreise (z.b. EEX ) Idee Steuerung über Marktsignale IKT-Infrastruktur notwendig 7 Konzept des Transactive Energy Transactive Energy (GridWise Architecture Council) Dynamisches Ausbalancieren von Angebot und Nachfrage durch Marktbasierte Koordination von Erzeugung, Speicherung, Verbrauch, Transport/Verteilung Regulatorische Vorgaben, strategische Ziele, Geschäftsmodelle, Technologien (Energietechnik, Informationstechnik) VPP 8 4

5 3. Sondierungsprojekt Smart Campus Salzburg 9 Sondierungsprojekt Smart Campus Salzburg Projektziele Geschäfts- und Akzeptanzmodelle, die Entwicklung einer geeigneten ereignisbasierten Steuerungsarchitektur und die Entwicklung geeigneter Kommunikationssysteme 10 5

6 Sondierungsprojekt Smart Campus Salzburg Projektpartner FH Salzburg Koordination Automation/Control Energiemarkt/Business Modelle Salzburg Research IKT/Kommunikation AIT - Austrian Institute of Technology Automation/Control Salzburger Studentenwerk Anwender Sondierungsprojekt Smart Campus Salzburg 12 6

7 IKT-Infrastruktur für Transactive Energy Architektur (Grundelemente: E-Trading Agent, Holonische Architektur) 13 IKT-Infrastruktur für Transactive Energy: Control Holarchie Hierarchie von Holonen Konsistenz und Kommunikation Aggregation und Dissoziation Cross-cutting concerns Scale Intention Technology [Neg13] E. Negeri, N. Baken, and M. Popov, Holonic Architecture of the Smart Grid, Smart Grid Ren. Energy, Vol. 4, ,

8 IKT-Infrastruktur für Transactive Energy: Control Evolutionäres Szenario: Ereignis-basiertes Wrapping (S1) Basierend auf aktuellen Technologien/Standards Business Ausgangsniveau von Agency in Steuerungssystemen Ereignisbasierte Kommunikation Technologiegetrieben, aber keine Konfluenz mit Geschäftsebene So ware/service Machbarkeit hinsichtlich Märkte Rekonfiguration überwiegend durch Menschen Hardware/Service Legend: Holon Service en ty Integra on bus Inter-holon communica on 15 IKT-Infrastruktur für Transactive Energy: Control Innovatives Szenario: Agenten-basierte Middleware (S2) Variable "Penetration" mit Agency-Konzepten Business Interkommunikation bestimmt Steuerung über Integrationsbus der Services* Lokale / regionale Fitnessfunktionen sind wirksam (Holon-Eigenschaften) So ware/service Laufende Technologie-Business-Konfluenz Rekonfiguration durch MAS Hardware/Service * s. IEC Smart Grid Standardization Roadmap Legend: Holon Service en ty Integra on bus Inter-holon communica on 16 8

9 IKT-Infrastruktur für Transactive Energy: Control Visionäres Szenario: Dynamische Microservices (S3) Radikale Technologietransformation Business Komplexe Anwend. entstehen aus kommunizierenden Prozessen ( Interaction Computing ) Utility-Funktion durch Konfluenz technology business society So ware/service Streben nach Multi-Level-Pareto-Optimum (ökonomische/ökologische Optimierung) Eventgetriebene MAS ( wisdom of the crowd ) Rekonfiguration durch Auto-Orchestrierung Hardware/Service Legend: Holon Service en ty Integra on bus Inter-holon communica on 17 IKT-Infrastruktur für Transactive Energy: Control Referenzmodell gemäß IEC Industrielle Automation Verteiltes System mit event-basiertem Anwendungsmodell Quelle: IEC 18 9

10 IKT-Infrastruktur für Transactive Energy: Kommunikation Konnektivität / Technische Interoperabilität All IP(v6) IEC 61850, EEBus XMPP, IoT Stack Google Nest, Apple HomeKit, etc. Informationsmodelle und -austausch / semantische Interoperabilität Emix/OpenADR IEC EEX, etc. 19 IKT-Infrastruktur für Transactive Energy: Kommunikation Kommunikationsstrukturen der Agenten Flach, zufällig, Gitter, Baum, Kleine-Welt, skalenfrei, etc. Zugrunde liegendes Energienetz beachten! Vertrauen, Koalitionen Nichtfunktionale Anforderungen Zeitanforderungen Steuerung/Trading (QoS) Sicherheit (Software-Defined Networking) Knoten-Skalierbarkeit, -Zuverlässigkeit (Kafka, Zookeeper) 20 10

11 3. Sondierungsprojekt Smart Campus Salzburg 21 Diskussion Wird Transactive Energy tatsächlich so kommen? Was könnte dem entgegenstehen? Realisierbarkeit? Wirtschaftlichkeit? Beharrungskräfte?? 22 11