Smart Operator Das intelligente Stromnetz der Zukunft

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1 Smart Operator Das intelligente Stromnetz der Zukunft Manfred Lux Geschäftsführer LEW Verteilnetz GmbH Augsburg Deutschland Lechwerke AG Seite 1

2 Energiewende - Herausforderungen an den Verteilnetzbetrieb Lechwerke AG Seite 2

3 Kernziele eines Verteilnetzbetreibers > Bewirtschaftung der bestehenden Netzstruktur Erneuerungsprogramm zur Vermeidung der Überalterung der Betriebsmittel > Wirtschaftliche Betriebsführung Sicherstellung der Versorgungsqualität, Auslastung der Netze nahe dem Grenzwert, Vermeidung von Pönalen > Anpassung der Netze an die zukünftigen Anforderungen Netzeinbindung von dezentralen Erzeugungsanlagen, Erschließung von Neubaugebieten, Netzrestrukturierung > Bereitstellung der Infrastruktur für zukünftige Marktanforderungen Aufbau der Kommunikationsinfrastruktur für das zukünftige Marktdesign > Bereitstellung von Systemdienstleistungen zum Erhalt der lokalen und der überregionalen Systemstabilität Verteilnetzbetreiber müssen proaktiv Lösungsansätze umsetzen, um für zukünftige Aufgaben gerüstet zu sein Lechwerke AG Seite 3

4 Lechwerke Energieversorger in Süddeutschland Die Lechwerke >... sind regionaler Energiedienstleister in Bayern und Teilen Baden-Württembergs > erzeugen umweltfreundlich eigenen Strom überwiegend aus Wasserkraft. > setzen auf regionale Identität, Kundennähe und -betreuung. > sind ein Motor der wirtschaftlichen Entwicklung in der Region. > sind Teil der RWE-Gruppe. Essen Düsseldorf Köln Wiesbaden Bremen Dortmund Mainz Saarbrücken Kiel Hamburg Hannover Frankfurt Stuttgart Schwerin Berlin Potsdam Magdeburg Erfurt Nürnberg Augsburg Leipzig Dresden München Lechwerke AG Seite 4

5 Das Kerngeschäft Stromverteilung Stromerzeugung Energievertrieb Datenkommunikation > Nieder-, Mittel- und Hochspannungsnetz > Planung, Errichtung, Ausbau, Betrieb und Nutzung > Netzführung > 35 Wasserkraftwerke > dezentrale Energieerzeugung > Strom- und Gasvertrieb > Stromhandel > Energiedienstleistungen > eigenes Glasfasernetz > Breitbandausbau in der Region > System- und Datenkommunikationslösungen Lechwerke AG Seite 5

6 Essen Düsseldorf Köln Wiesbaden Bremen Dortmund Mainz Saarbrücken Kiel Hamburg Hannover Frankfurt Stuttgart Schwerin Berlin Potsdam Magdeburg Erfurt Nürnberg Augsburg Leipzig München Dresden 380-kV-Leitung 220-kV-Leitung 110-kV-Leitung 380-kV-, 220-kV-, 110-kV-Umspannwerke Kennzahlen der LEW Verteilnetz GmbH Kennzahlen > Hochspannung (110 kv) Freileitung km Umspannwerke 119 > Mittelspannung (20 kv) Freileitung km Kabel km Ortsnetzstationen > Niederspannung (0,4 kv) Freileitung Kabel km km > Versorgte Fläche: km² > Netzkunden: > EEG-Anlagen: ~ > Zahlung an reg. Erzeuger 680 Mio. > Investitionen (2013): 70 Mio. > Mitarbeiter: ca. 850 Zahlen gerundet! Lechwerke AG Seite 6

7 Das LEW- Netz ist stark geprägt durch Zubau von EEG-Anlagen überwiegend Photovoltaik Entwicklung Anzahl EEG-Anlagen > Bayerisch-Schwaben verfügt über ideale Voraussetzungen für den Ausbau von Photovoltaik: Hohe Globalstrahlung Ländliche Prägung Biogas Deponie/Klärgas Solar Wasser (EEG) Wind Installierte EEG-Leistung in kw Biogas Deponie/Klärgas Solar Wasser (EEG) Wind > Aktuell sind rund EEG-Anlagen im LEW-Netzgebiet mit einer Leistung von ca MW angeschlossen überwiegend Photovoltaikanlagen > 2013 wurden neue Anlagen ans Netz angeschlossen > In 2014 wird von Neuanlagen ausgegangen. Die installierte Leistung steigt dabei nur gering an > Damit ist bereits heute an fast jedem fünften LEW-Netzanschluss eine PV-Anlage angeschlossen Lechwerke AG Seite 7

8 Installierte Leistung in MW Durch die Energiewende sind deutliche Veränderungen der Lastflüsse im LEW Netz zu erwarten > Installierte Einspeiseleistung der dez. EEG-Anlagen Oktober 2014 rund MW > Mit den Wasserkraftwerken liegt die installierte Einspeiseleistung damit bereits heute über dem Niveau der Netzhöchstlast Installierte dez. Einspeiseleistung 2012 Prognose Bayerisches Energiekonzept > Prognose zum Ausbau der regenerativen Erzeugung im LEW Netzgebiet bis 2021 auf Basis des bayer. Energiekonzepts Energie innovativ (Mai 2011): aktuelle Netzhöchstlast Windkraft: 2012 ca. 50 Anlagen mit 55 MW 2021 ca. 150 Anlagen mit 450 MW Photovoltaik: 2012 ca Anlagen mit MW 2021 ca Anlagen mit MW Installierte Erzeugungsleistung in 2021 ca MW > Die Zeiten einer Energieüberproduktion und Rückspeisung ins Übertragungsnetz werden erheblich zunehmen Wasserkraft (nicht EEG) Photovoltaik Wind Biogas / Deponiegas Wasser EEG KWK Lechwerke AG Seite 8

9 Neue Herausforderung: Enorme Schwankungen bei der Erzeugung Einspeisung ins LEW-Netz in MW : MW : max.: 25 MW Uhr 12 Uhr 0 Uhr Lechwerke AG Seite 9

10 Lastfluss - neue Anforderungen an das Ortsnetz Lastfluss einer Ortsnetzstation im ländlichen Gebiet Vergleich 2003 und heute Lechwerke AG Seite 10

11 Herausforderungen: Netzstabilität und Netzsicherheit bei dezentralen Einspeisungen Regelung dezentraler Einspeisungen (Wind- und Sonnenenergie): > Die Auswirkungen der dezentralen Einspeisung im LEW-Netz machen sich derzeit massiv im Nieder- und Mittelspannungsnetz bemerkbar. > Betriebliche Maßnahmen sind regional voll ausgeschöpft: Optimierte Spannungsregelung und Nutzung der Netzreserven Netzbelastbarkeit: > Betriebsmittel und Leitungen kommen durch eine hohe dezentrale Einspeisung zunehmend auch an die thermischen Belastungsgrenzen (Strombelastbarkeit). Spannungshaltung gemäß DIN EN 50160: > Durch hohe Einspeisung kommt das Netz zunehmend an die Grenze des oberen Spannungsbandes und muss ausgebaut oder verstärkt werden. Lechwerke AG Seite 11

12 Bisherige Maßnahmen zur Gewährleistung von Netzstabilität und sicherem Netzbetrieb bei dezentralen Einspeisungen Betriebliche Maßnahmen > Optimierte Spannungsregelung > Änderung und Anpassung des Schaltzustandes > Netzautomatisierung (Intelligente Netzstationen, regelbare Ortsnetz-Trafos etc.) > Optimierte Netzplanung (Nutzung von Netzreserven) Netzverstärkungen > Parallelleistung > Querschnittsverstärkungen Netzerweiterungen > Zusätzliche Umspannungen MS/NS, ggf. HS/MS > Überregionale Anpassung des MS-Netzes > Grundsätzliche Restrukturierung im NS-Netz Ergebnis der Netzberechnung eines 20-kV-Teilnetzes Spannung >106 % U n >104 % U n >102 % U n Strom > 80 % I n >100 % I n Lechwerke AG Seite 12

13 Lösungsansatz: das smarte Stromnetz Lechwerke AG Seite 13

14 Eine Intelligenz im Netz überwacht den Netzzustand und optimiert die Netznutzung > Im Zentrum des intelligenten Stromnetzes arbeitet der Smart Operator. > Er ist über Kommunikationstechnik (z. B. Glasfasernetz) mit Stromerzeugern, Verbrauchern und Speichern im Stromnetz verbunden. > Er erfasst Einspeisungen, Aufnahmefähigkeit, Lasten und Speichermöglichkeiten im Stromnetz. > Er verarbeitet Wetterdaten und Lastprognosen > Der Smart Operator stimmt diese Faktoren aufeinander ab und bringt sie in Einklang. > So sorgt er für den Ausgleich der Netzlasten. Lechwerke AG Seite 14

15 Der Smart Operator regelt selbständig das lokale Niederspannungsnetz und reguliert die Netzlasten Der Stromfluss im Ortsnetz Tagesverlauf ohne Smart Operator Tagesverlauf mit Smart Operator > Das Ziel ist der Ausgleich von schwankenden Lasten und wachsenden Einspeisungen im Stromnetz durch eine intelligente Steuerung in einem abgegrenzten Netzbereich Last folgt Erzeugung Lechwerke AG Seite 15

16 Die Steuerung des Smart Operator enthält drei Grundfunktionen Prognosebildung Aufruf alle sechs Stunden Bildung von Prognosen für die nächste 24 Stunden-Periode Errechnung individueller Lastprofile für die angeschlossenen Komponenten Realzeitregelung Aufruf jede Minute Erfassung der aktuellen Netzdaten aus den Smart Metern Lastflussberechnung Kontrolle des aktuellen Zustands im Netz Ausgabe von Steuersignalen und Lastprofilen Lernvorgang Aufruf wann immer Rechenressourcen im Smart Operator zur Verfügung stehen Der Smart Operator lernt und optimiert seine interne Handlungsstrategie Lechwerke AG Seite 16

17 Das passiert im Haushalt Home Energy Controller Kommunikation mit allen intelligenten Hausgeräten über herstellerspezifisches Funkprotokoll Kommunikation mit dem Smart Operator Aktuelle Messwerte aus den Smart Metern Steuerung des Geräteeinsatzes im Haushalt entsprechend den Lastprofilvorgaben des Smart Operators Visualisierung für den Kunden Intelligente Hausgeräte Kommunikation mit dem Home Energy Controller Wahlmöglichkeit des Kunden zum Start des Gerätes zwischen Smart Operator oder sofort Rückmeldung des Gerätestatus an den Home Energy Controller Steuerung durch den Home Energy Controller Lechwerke AG Seite 17

18 Kommunikation zwischen Smart Operator, Home Energy Controller und Hausgeräten Smart Operator Haushalt HEC Home Energy Controller Geräteinformation, Vorwahl durch Kunde, Steuerbefehle Regelmäßiger Austausch der Geräteinformation Auto- Ladebox Elektr. Speicher Geschirrspüler Warmwasserspeicher Wärmepumpe Waschmaschine Lechwerke AG Seite 18

19 Smart Operator Das intelligente Netz der Zukunft in der Siedlung Wertachau Lechwerke AG Seite 19

20 In der Siedlung Wertachau bauen die Lechwerke das erste intelligente Stromnetz in ihrem Gebiet Ziele des Projekts: > Erproben eines Niederspannungsnetzes mit Smart Operator-Steuerung und intelligenten Komponenten > Praktische Erfahrungen für den zuverlässigen Netzbetrieb und die Netzausbauplanung > Erfahrungen mit Smart Metern und der Kommunikationsanbindung von Haushalten über ein Glasfasernetz > Erfahrungen mit dem Einbau und Betrieb intelligenter Netzkomponenten und Hausgeräte > Akzeptanz der Smart Operator-Steuerung bei Kunden > Möglichkeit von variablen Stromtarifen > Aktiver Beitrag zur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende Lechwerke AG Seite 20

21 Das Projekt Smart Operator in der Wertachau Projektphase 1 ( ) Aufbau der Infrastruktur, Einbau intelligenter Zähler Projektphase 2 ( ) Smart Operator, intelligente Komponenten, Funktionstest, Betrieb Lechwerke AG Seite 21

22 Auftakt in der ersten Jahreshälfte 2012 großes Interesse und positive Resonanz > Mai 2012: Auftakt-Bürgerveranstaltung anschließend persönliche Informationsgespräche rund 115 Haushalte nehmen am Projekt teil > August 2012: Offizieller Projektstart anschließend Ausarbeiten der Detailplanung > Oktober 2012: Spatenstich für das Glasfasernetz anschließend Projektierung, Verlegung, Montage des Glasfasernetzes Offizieller Spatenstich am mit dem Vizepräsidenten des Deutschen Bundestages MdB Eduard Oswald > seit Dezember 2012: Umfangreiche Öffentlichkeitsarbeit Kommunikation mit den Projektteilnehmern Newsletter für die Teilnehmer Lechwerke AG Seite 22

23 Aufbau der Infrastruktur innerhalb von drei Monaten > Entwicklung und Fertigung der 115 Smart Operator-Anschlusskästen durch LEW-Ausbildungszentrum und LEW-Werkstätten > Alle Smart Operator-Anschlusskästen einschl. Sonderfälle (Outdoor, Mehrfamilienhäuser) sind montiert > Januar 2013: Die gesamte Infrastruktur ist installiert und betriebsbereit SmOp-Anschlusskasten in der Kundenanlage > Breitband und Telefonie durch LEW TelNet: Erste Kunden ab Mitte Januar freigeschaltet > März 2013: Inbetriebnahme des Smart Operators und der Zählerdatenübertragung (ohne Steuerfunktion) Smart Operator Lechwerke AG Seite 23

24 Einbau Smart Meter bei allen teilnehmenden Haushalten > EDL*-Zähler in Stecktechnik mit einem erweiterten Datensatz: Zählerstand, aktuelle elektrische Leistung sowie Ströme und Spannungen der einzelnen Phasen > Übertragung der Daten erfolgt über den am Zähler angebundenen MUC** per Glasfaser zum Smart Operator > an einen MUC sind alle Zähler eines Kunden angeschlossen (Haushalt, PV-Einspeisung, Zweirichtungszähler, Zweitarifzähler) > Mai 2013: Auswechslung aller 160 Zähler gegen Smart Meter abgeschlossen Smart Meter mit MUC > Juni 2013: Visualisierung der Zählerdaten (15-Minutenwerte) für jeden Teilnehmer im Internet im LEW Energiecockpit > August 2013: Labortest der Smart Operator Funktion im Labor der RWTH Aachen mit realen Komponenten erfolgreich *EDL: abgeleitet aus der Forderung in der EU - Energiedienstleistungsrichtlinie **MUC: Multi Utility Communication Visualisierung der Zählerdaten auf Internetportal Lechwerke AG Seite 24

25 Einbau intelligenter Netzkomponenten und Hausgeräte > Auswertung der Potenziale in den teilnehmenden Haushalten aus den Energieberatungen und Fragebögen > Erarbeiten eines Konzepts für den Einbau der intelligenten Hausgeräte bei den Teilnehmern und Abschluss der Nutzungsvereinbarungen > August 2013 November 2013 Einbau der intelligenten Netzkomponenten > November 2013 April 2014 Schutzbedarfsfeststellung, Umsetzung ISMS-Maßnahmen gemäß Sicherheitsstandards BDEW-White-Paper Zentraler Batteriespeicher mit Ladesäule > Dezember 2013 Auszeichnung Leitprojekt 2013 des KUMAS-Umweltnetzwerks > Dezember 2013 Juni 2014 Einbau der intelligenten Hausgeräte und HEC in 25 Haushalten > 1. Juli 2014: Inbetriebnahme der Steuerfunktion des Smart Operators Start Emobility-Carsharing mit vier Elektrofahrzeugen Emobility-Carsharing Lechwerke AG Seite 25

26 Der Smart Operator ist in Betrieb und die Erprobungsphase mit allen Haushalten und Betriebsmitteln läuft Eingebaute Betriebsmittel und Hausgeräte Komponente Ortsnetzstation mit regelbarem Ortsnetztrafo Zentraler Batteriespeicher Wetterstation Schaltbare Lastschaltleisten Emobility-Ladesäule (öffentlich) Waschmaschine Wäschetrockner Spülmaschine Wärmepumpe Heizung Wärmepumpe Warmwasser Batteriespeicher Warmwasser-Standspeicher PV-Anlage mit Speicher E-Mobility Wallbox Lechwerke AG Seite 26

27 Der Smart Operator-Manager stellt die wesentlichen Informationen über das Ortsnetz zur Verfügung Lechwerke AG Seite 27

28 Über den HEC kommuniziert der Smart Operator mit den Haushalten und übermittelt Steuersignale > Der Smart Operator erstellt Priorisierungskurven aus aktuellen Netzinformationen, den Leistungsprofilen der Haushalte und der Wetterdaten > Der Smart Operator übermittelt Steuersignale an die Netzkomponenten und Leistungsprofile an die Home Energy Controller in den Haushalten Smart Operator Priorisierung > Die intelligenten Hausgeräte beim Kunden sind über die Smart Home Technik vernetzt Lastprofile des Home Energy Controller Ansteuerung der Hausgeräte über Smart Home Lechwerke AG Seite 28

29 In den Haushalten der Projektteilnehmer sind die Hausgeräte über die Smart Home Technik vernetzt > Alle intelligenten Hausgeräte sind über die Smart Home Technik und individuelle Übertragungsprotokolle der Hersteller angebunden > Der Home Energy Controller stellt die Verbindung zum Smart Operator her und sendet bzw. erhält Informationen > Wärmepumpe, Warmwassersspeicher und Batteriespeicher sind immer an die Smart Operator Steuerung angebunden > Bei Waschmaschine, Trockner, Geschirrspüler und Emobility- Ladebox kann zwischen Smart Operator Start und Sofortstart gewählt werden Intelligente Hausgeräte > Für die Bereitstellung der Flexibilität erhalten die Projektteilnehmer einen Bonuns Display der Waschmaschine Lechwerke AG Seite 29

30 Mit der fortlaufenden Datenauswertung wird die Netzsteuerung optimiert > Umfangreiche Datenanalysen liefern neue Erkenntnisse über das Netz Verfügbarkeit von Messwerten je Gerät Tagesganglinien der Messwerte je Strang Zusammenfassen von ausgewählten Haushalten zur Bildung von Referenzgruppen Darstellung aller Haushaltsprofile Minima, Maxima, Mittelwerte etc. > Aufgrund der hohen Datenmengen automatisierte Datenanalyse notwendig > Zählerdatenübertragung und archivierung auf Datenbank-Server > Validierung der Funktion des Smart Operators Lechwerke AG Seite 30

31 Smart Operator Das intelligente Netz der Zukunft in der Siedlung Wertachau Lechwerke AG Projekt Smart Operator Telefon: (kostenlos) smartoperator@lew.de Lechwerke AG Seite 31