Wie können intelligente Software-Agenten helfen, erneuerbare Energien ins Netz zu integrieren?

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1 Wie können intelligente Software-Agenten helfen, erneuerbare Energien ins Netz zu integrieren? Dr. Michael Metzger Projektleiter Siemens Corporate Technology Copyright

2 Selbstorganisierendes Energie- Automatisierungssystem (SO EASY) Page 2

3 Selbstorganisierendes Energie- Automatisierungssystem (SO EASY) Koordinator Schnittstelle für zwischen die lokalen Nutzer Agenten. und Stromnetz. Gleicht die Nachfrage und Erzeugung der Energie Liefert innerhalb Er verhandelt die des aktuell Netzes jede verfügbaren energetische aus. Kapazitäten Handlung: der Keine Betriebsmittel. unnötigen Überraschungen. Bietet zugleich Sichert Bietet Hauptfunktionen: ein personalisiertes die Netzstabilität Energiemanagement durch Noteingriffe und ab hohe Transparenz des Netzwerkes indem eine er Handelsstrategie. die elektrische wie auch thermische Wesentliche Belastung Sammelt Überwacht Hauptfunktionen: Angebot anzeigt. die Funktionen: Nutzung und Nachfrage, des Netzes. legt entsprechend fest, wie viel Strom ge- und verkauft Überwacht werden Hauptfunktionen: Registrierung, kann die und lokale Spannungsqualität meldet errechnet Erkennt Strategie, die mittels gültigen in Kommunikationsschnittstelle, und Echtzeit Netzwerkdiagnose Kontrakte koordiniert die Stromflüsse an die die lokalen Fehler PEA. und Spannungen und Regler Benutzer-Schnittstelle, Betrugsfälle des und Netzes vergleicht und die virtuellen Daten Vorhersage des Netznutzungsentgelte. Versorgungsnetzes von Erzeugung und mit Verbrauch Informationen einzelner Verträge. Page 3

4 Selbstorganisierendes Energie- Automatisierungssystem (SO EASY) Koordinator Schnittstelle für zwischen die lokalen Nutzer Agenten. und Stromnetz. Gleicht die Nachfrage und Erzeugung der Energie Liefert innerhalb Er verhandelt die des aktuell Netzes jede verfügbaren energetische aus. Kapazitäten Handlung: der Keine Betriebsmittel. unnötigen Überraschungen. Bietet zugleich Sichert Hauptfunktionen: ein personalisiertes die Netzstabilität Energiemanagement durch Noteingriffe und ab Bietet hohe Transparenz des Netzwerkes indem eine er Handelsstrategie. die elektrische wie auch thermische Wesentliche Belastung Sammelt Hauptfunktionen: Angebot anzeigt. Funktionen: und Nachfrage, legt entsprechend fest, wie viel Strom ge- und verkauft Überwacht werden Registrierung, kann die und lokale Spannungsqualität Hauptfunktionen: meldet errechnet Strategie, die gültigen in Kommunikationsschnittstelle, und Echtzeit Kontrakte koordiniert die Stromflüsse an die die lokalen PEA. Regler und Spannungen Benutzer-Schnittstelle, des Netzes und die virtuellen Vorhersage Netznutzungsentgelte. von Erzeugung und Verbrauch Page 4

5 Selbstorganisierendes Energie- Automatisierungssystem (SO EASY) Koordinator Schnittstelle für zwischen die lokalen Nutzer Agenten. und Stromnetz. Gleicht die Nachfrage und Erzeugung der Energie Liefert innerhalb Er verhandelt die des aktuell Netzes jede verfügbaren energetische aus. Kapazitäten Handlung: der Keine Betriebsmittel. unnötigen Überraschungen. Bietet zugleich Bietet Hauptfunktionen: ein personalisiertes hohe Transparenz Energiemanagement des Netzwerkes und indem eine er Handelsstrategie. die elektrische wie auch thermische Belastung Sammelt Hauptfunktionen: Angebot anzeigt. und Nachfrage, legt entsprechend fest, wie viel Strom ge- und verkauft Hauptfunktionen: werden Registrierung, kann und lokale meldet errechnet Strategie, die gültigen in Kommunikationsschnittstelle, Echtzeit Kontrakte die Stromflüsse an die PEA. und Spannungen Benutzer-Schnittstelle, des Netzes und die virtuellen Vorhersage Netznutzungsentgelte. von Erzeugung und Verbrauch Page 5

6 Selbstorganisierendes Energie- Automatisierungssystem (SO EASY) Koordinator Schnittstelle für zwischen die lokalen Nutzer Agenten. und Stromnetz. Gleicht die Nachfrage und Erzeugung der Energie innerhalb Er verhandelt des Netzes jede energetische aus. Handlung: Keine unnötigen Überraschungen. Bietet zugleich Hauptfunktionen: ein personalisiertes Energiemanagement und eine Handelsstrategie. Sammelt Hauptfunktionen: Angebot und Nachfrage, legt entsprechend fest, wie viel Strom ge- und verkauft werden Registrierung, kann und lokale meldet Strategie, die gültigen Kommunikationsschnittstelle, Kontrakte an die PEA. Benutzer-Schnittstelle, Vorhersage von Erzeugung und Verbrauch Page 6

7 Selbstorganisierendes Energie- Automatisierungssystem (SO EASY) Schnittstelle zwischen Nutzer und Stromnetz. Er verhandelt jede energetische Handlung: Keine unnötigen Überraschungen. Bietet zugleich ein personalisiertes Energiemanagement und eine Handelsstrategie. Hauptfunktionen: Registrierung, lokale Strategie, Kommunikationsschnittstelle, Benutzer-Schnittstelle, Vorhersage von Erzeugung und Verbrauch Page 7

8 Die Notwendigkeit einer modularen Struktur für Energiemanagement, Netzbetrieb und die lokalen Regler Netzbelastung Balance Master koordiniert lokale Fahrpläne NTA liefert aktuellen Netzzustand Area Admin Überwacht Netzkapazitäten, korrigiert Fehler Verhandlung auf einem virtuellen Markt aggregierte Messwerte PEAs local fast PEA fast control frequency, lokale Regler power & Vorhersagen quality Messung: Spannung, Strom, Stromnetz Erzeugung und Verbrauch Der modulare Ansatz bildet die Entflechtung der Marktrollen ab. Dezentrale Intelligenz reduziert Konfigurationsaufwände und minimiert die Anforderungen an die Kommunikation. Sicherung des Netzbetriebs bei Ausfällen des Kommunikationssystems. Page 8

9 Der Vorteil selbstorganisierender Energie-Agenten SO EASY Self Organizing Energy Automation System SO EASY unterstützt wesentliche Smart Grid Anwendungen: SO EASY ist eine modulare service-orientierte Software-Architektur zur Netzüberwachung, für das Last- und Energiemanagement, zur Integration von Erneuerbaren Energien in das Netz und zur Steuerung von Inselnetzen. SO EASY integriert alle relevante Kommunikationsmechanismen SO EASY ist skalierbar: Es vereint eine hierarchische Struktur mit dezentraler Intelligenz BM, AA SO EASY ist sicher: Es bietet ein integriertes Sicherheitskonzept Page 9

10 Neue Aktoren in einem Verteilnetz Energie-Agenten betreiben verschiedenste Komponenten Regelbare Transformatoren KWK Einheit + Warmwasser-Speicher Ladestationen für Elektroautos Photovoltaik- Wechselrichter Batteriesysteme Page 10

11 Energie-Agenten managen Komponenten mit Wärme- und Elektrizitätssteuerung Gesamtsystem: Subsysteme unter Beobachtung: Operation Manager PEA Ansatz von SO EASY: Fuel and CO2 emission allowances Reduzierung des Aufwandes und der Komplexität zentraler Steuerungsinstanzen durch dezentrale Intelligenz Verantwortung der Betriebsstrategie und der Reglerparametrierungen Start penalty Operation and Maintenance liegen weiterhin beim Betreiber der Komponenten Page 11

12 Intelligente Agenten steuern Kraftwärmekopplungsanlagen Strompreis Optimaler Fahrplan Wärmebedarf Modell (Gasmotor, Wärmespeicher) Benutzer vorgaben (Gewichtung, Strategie) Optimierung (Vorausschauender Betrieb) Optimierungsziele: maximaler Ertrag minimale Betriebs- und Wartungskosten minimaler CO2 -Ausstoß Page 12

13 Intelligente Agenten steuern regelbare Transformatoren und Fotovoltaik-Anlagen 1) ohne Steuerung: Spannungsgrenzen verletzt, maximaler Ertrag 2) Regelung der PV-Anlagen: Spannung zulässig, reduzierter Ertrag 3) Regelung der PV-Anlagen Spannung zulässig, maximaler Ertrag, sowie und des Transformators: Kapazität für zusätzliche PV-Anlagen 1) 2) 3) Page 13

14 Energie-Agenten helfen, die Herausforderungen einer dezentralen Stromerzeugung zu meistern. Die Vorteile: Dezentraler Ansatz: Er ermöglicht Skalierbarkeit und geringeren Engineering-Aufwand. Agenten sind universal (und somit bundesweit) einsetzbar Unbundling: Die Energie-Agenten entflechten die verschiedenen Player in der Energiewirtschaft (Erzeuger, Netzbetreiber, Energievertrieb etc.). Die Verantwortung der Betriebsstrategie und der Reglerparametrierungen liegt weiterhin beim Betreiber der Komponenten Interoperabilität: Standardisierte Schnittstellen ermöglichen Lösungen mit Produkten verschiedener Anbieter (zum Beispiel Wechselrichter von Siemens, SMA, Fronius, ) Page 14