Welche Rolle spielt IKT im zukünftigen Energiesystem für die Energieeffizienz?

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1 Welche Rolle spielt IKT im zukünftigen Energiesystem für die Energieeffizienz? Dr. Marian Klobasa Fraunhofer Institut für System und Innovationsforschung ISI Karlsruhe Energie & Informatik Kongress

2 Entwicklung Energieverbrauch IKT- Technologien IKT Strombedarf Deutschland: TWh 18 % im HH 16 % im GHD (Status 2012) Oeko 2014 Seite 3

3 Steigerung der Energieeffizienz IEA 2014 Seite 4

4 Steigerung der Energieeffizienz EU Com 2014 Seite 5

5 Neue Möglichkeiten durch Digitalisierung in der Energiewirtschaft Transformation des Energiesystems mit zunehmender Vernetzung in der Energiewirtschaft Netzbetreiber Energieerzeuger, Direktvermarkter, Vertriebe, Speicher, Kunden, Gewerbe- und Industriebetriebe Vernetzung durch Daten Informationen Technologien, Basis für die Digitalisierung Schnittstellen für Vernetzungen zwischen den Branchen, Digitalisierung als Basis für neue Arten der Netzsteuerung, der Kundeninteraktion, der Integration Erneuerbarer Energien, => dies schafft neue intelligente Netze Quelle: BDEW 2015 Seite 7

6 Einsatzmöglichkeiten der Digitalisierung Haushaltskunde Datenmeldung und Lieferantenwechsel per Smartphone, Tablet etc. Verknüpfung von Smart-Metering und Smart-Home-Systemen Energiesteuerung, -einspeisung und -verbrauch über Cloud-Anwendungen Industrie und Gewerbe Big-Data in der Analyse von Echtzeit-Energieverbrauchsdaten und Produktionsdaten (Energienachfrage) Identifikation von Beschaffungspotentialen über Datenanalysen E-Mobility Aufbau von E-Mobility-Plattformen, um Kundenprozesse verschiedener Anbieter zu vereinfachen Zugangsmöglichkeiten per Smartphone für den Kunden an Ladesäulen Quelle: BDEW 2015 Seite 8

7 Einsatzmöglichkeiten der Digitalisierung Energievertrieb Bereitstellung von virtuellen Kundenportalen (Dashboards) Interaktion mit Netzbetreibern und Flexibilitätsanbietern (Ampelkonzept) Big Data-Analysen zur Prognose und Gestaltung von last- und zeitvariablen Tarifen Gründung eines virtuellen Speicherbetreibers für dezentrale Kundenspeicheranlagen Ablösung von Standardlastprofilen Digitale Leitstelle Kommunikation mit Netzbetreibern, Erzeugern (Kraftwerke und Erneuerbare Energien), Speicherbetreibern und Vertrieben Erfassung von Daten der Verbraucher (Haushalte, Gewerbe, Industrie) Nutzung von Big-Data Anwendungen & Cloud-Diensten zur Datenanalyse Quelle: BDEW 2015 Seite 9

8 Anwendungsfelder/Einsatzmöglichkeiten für IKT-Technologien IKT zur Bewertung/Benchmarking Life Cycle Assessments (LCA), Energiekostenkalkulator, etc. IKT zum Design bzw. Auslegung von Anlagen/Produkten Produktionsnetzwerke, regionale Produktionsplanung, Industrie 4.0 IKT zum Monitoring und Steuern, Entscheidungsunterstützung Smart Metering, Energiemanagementsysteme, Prosumer-Interfaces Lastmanagementtools, Gebäudeautomation, Lichtsteuerungssysteme Wartungssysteme, Performance Monitoring IKT für Marktprozesse Interoberabilität, Standards und Protokolle für Datenaustausch, Lastprognosetools Intelligente Energiehandelssysteme Gateways und Schnittstellen Quelle: REVISITE 2011 Seite 10

9 Welche Anwendungsfelder etablieren sich? Energiemanagementsysteme verbreiten sich Voraussetzung für besondere Ausgleichsregeleung (BSAR), Spitzenausgleich Verpflichtung zu Energie-Audits Lastflexibilisierung als Dienstleistung Vermarkter etablieren sich (Enernoc, Next Kraftwerke, ) Vertriebe nutzen Dienstleister um Lastflexibilisierung ihren Kunden anzubieten Effizienznetzwerke als erfolgreiches Instrument zur Senkung der Energieintensität Verbändevereinbarung über 500 Netzwerke bis 2020 Einbindung von Lastflexibilisierung Seite 11

10 Verbreitung von Energiemanagementsystemen Energiemanagementsysteme sind mittlerweile bei vielen Unternehmen eingeführt Energiemanagementsysteme können als Basis zur Steuerung genutzt werden Externe Steuerung z.b. durch Netzbetreiber bisher kaum verbreitet Anzahl Unternehmen Wird ein Energiemanagementsystem verwendet bzw. zur automatisierten Steuerung genutzt? N=98 kein Energiemanagementsystem anderes Energiemanagementsystem nach ISO zertifiziert nach EMAS zertifiziert 0 Insgesamt Steuerungstechnik vorhanden Fernwirktechnik zulassen nach EMAS und ISO zertifiziert Quelle: Online-Befragung 2013, Fraunhofer ISI Seite 12

11 Verknüpfung Industrie 4.0 und Smart Energy Industry 4.0 Internet der Dinge Kommunikationstechnologie Eingebettete, vernetzte Systeme Vertikale und horizontale Integration und Vernetzung Industrial Smart Energy Internet der Dinge Kommunikationstechnologie Eingebettete, vernetzte Systeme Vertikale und horizontale Integration und Vernetzung Industry 4.0 liefert Bausteine für Smart Energy Seite 13

12 Use Cases Industry Übersicht Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS) Horizontal und vertikal vernetzte Produktion Selbstorganisierte Produktion Dezentrale und intelligente Steuerungsmöglichkeiten Selbstorganisierende adaptive Logistik (transparente Material- und Teilebewegungen) Smart Factory Architecture (Produktlebenszyklus, Fabriklebenszyklus) Intelligentes Instandhaltungsmanagement Seite 14

13 Vernetzte Wertschöpfungsketten Cyber-Physical Production System: Vollständige Modellierung und Simulation der Produktionsprozesse erlaubt einfachere Bewertung strommarktgetriebener Nachfrageflexibilität Prozessabhängigkeiten vor- und nachgelagerte Produktionsschritte sind bekannt, abbildbar und steuerbar Optimierungsalgorithmen sind verfügbar, um Produktionsplanung anzupassen Logistikketten werden abgebildet und sind bekannt, Rückwirkungen bei flexiblerer Produktion können bewertet werden. Weitere Anknüpfungspunkte sind u.a. zustandsorientierte Instandhaltungs- und Wartungsstrategien Neue Produktionsverfahren mit gesteigerter Energieeffizienz und größerer Flexibilität Seite 16

14 ICT für Energiehandel Anwendungsfälle für flexible Nachfrage Börsenvermarktung: Future, Day-ahead und Intra-day Bilanzausgleich Regelleistung: Abschaltbare Lasten (SNL, SOL) Sekundärreserve (SRL), Minutenreserve (MRL) Netzbetrieb (ÜNB/VNB) Leistungsbezug, Netzdienliches Verhalten ( 19 StromNEV) Redispatch, Reservekraftwerke Einspeisemangement Gasbezug/Wärmebezug Leistungsbezug Speicherbewirtschaftung Substitution Gas vs. Strom Seite 17

15 Heutige Beschaffungsstrategien Möglicher Beitrag zur Versorgungssich erheit Reduktion der Spitzenlast Teilnahme Regelenergie Redispatch 60% 50% 40% 30% 20% 10% Wie ist Ihre Strombeschaffung organisiert? in % der Antworten, N=112 N.B.: Summe der Prozentsätze >100% weil mehrere Antworten möglich waren 0% Strukturierte Beschaffung Beschaffungspool Vollversorgung Vollversorgung mit Zeittarifen Quelle: Online-Befragung 2013, Fraunhofer ISI Sonstige Seite 18

16 Geschäftsmodelle Industrial Smart Energy Strom Gas Wärme - Kommunikation Industrielle Flexibilitätsoptionen Erzeugungsmanagement Energiespeicher (Gas/Wärme) Elektromobilität Smart Energy Energiemanagement Lastverlagerungen Leistungsbezug Netzausbau und -management Betrieblich Optimierung Zentrale Erzeugung und Infrastrukturen System Seite 19

17 ICT für Energiehandel Demand Response in Europe 2014 Source: SEDC Seite 20

18 Einschätzung zu realisierbaren Potenzialen Weitere Ergebnisse der Befragung Aktivierungsdauer: meist 0,5 2 Stunden, bei 20 % der Befragten über 2 h Vorankündigung: 1. Gruppe: < 1 Stunde 2. Gruppe: > 8 h bis 1 Tag Häufigkeit: bis zu 50 Aktivierungen pro Jahr, bei 10 % der Befragten mehr als 100 Aktivierung Finanzielle Anreize: 15 % der Unternehmen bei 3-5% Stromkosteneinsparung bereit, zusätzlich absolute Höhe relevant Anteil Antworten 100% Realisierbares Potenzial für Abschaltung (in % bei normaler Auslastung) über Durchschnittslast In % der Antworten je Lastkategorie 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% > 100 kw - 1 MW (N=24) > 1 MW - 10 MW (N=44) Durchschnittslast Quelle: Online-Befragung 2013, Fraunhofer ISI > 10 MW MW (N=13) > 15% 11% - 15% 7% - 10% 4% - 6% 2% - 3% < 2 % Seite 21

19 Erfahrungen mit Lastmanagement Möglicher Beitrag zur Versorgungssicherheit Reduktion der Spitzenlast Teilnahme Regelenergie Redispatch 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Bitte geben Sie an, über welche Erfahrungen Ihr Einzelbetrieb/Standort mit dem Thema Lastmanagement verfügt? in % der Antworten, N=97 N.B.: Summe der Prozentsätze >100% weil mehrere Antworten möglich waren 2% 4% 16% 47% 21% 13% 26% Bilaterale Vereinbarungen m. Netzbetreibern Beteiligung am Regelenergiemarkt Genutzt zu einem optimierten Stromeinkauf Reduktion betrieblicher Spitzenlast Geprüft, nicht umgesetzt Sonstige Keine Erfahrungen Quelle: Online-Befragung 2013, Fraunhofer ISI Seite 22

20 Hemmnisse? Welche Gründe hindern Ihren Betrieb überhaupt oder in größerem Umfang als bisher Lastmanagement zu betreiben? In % der Antworten 5 Sehr relevantes Hemmniss Überhaupt kein Hemmniss Technisches Risiko einer Produktionsstörung (N=78) Mögliche Beeinträchtigung der Produktqualität (N=78) Störung der Arbeitsabläufe (N=83) Zukünftige Anforderungen: Einfluss auf Arbeitsabläufe und Produktqualität minimieren Zukünftige Regelungen sind noch nicht bekannt (N=74) Regelungen sind zu restriktiv (N=65) Geringe Stromkostenersparnis (N=75) Höhe der notwendigen Investitionen (N=74) Ungewisse Stromkostenersparnis (N=74) Andere Investitionen haben Vorrang (N=80) Zusätzliche Betriebskosten (N=76) Regelungen sind zu kompliziert (N=69) Quelle: Online-Befragung 2013, Fraunhofer ISI 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Seite 23

21 ICT für Endkundenanwendungen/E-Mobility Quelle: Süddeutsche Zeitung, Quelle: Verbindung von Technologieanbietern und Energieversorgern Seite 24

22 Erwartungen von Endkunden zu Verbrauchsfeedback zum Stromverbrauch Quelle: ISOE 2008, 76 explorative Interviews Seite 25

23 Welche Daten sind interessant? Wetterdaten Daten von Mobiltelefonen Thermostatdaten von Heizungen und Klimaanlagen Einspeisedaten Erneuerbarer Energien Daten von Elektrofahrzeugen zum Ladevorgang Daten zum Netzzustand im Verteilund Übertragungsnetz Gebäudedaten und Gebäudenutzung Strompreisdaten Allgemeine Kundendaten zur Abschätzung des Verbrauchsverhaltens Quelle: Philips 2015 Vernetzte Beleuchtung The Edge Bürobeleuchtungssystem Power-over-Ethernet Quelle: Osram 2015 Seite 26

24 Politikmaßnahmen EU Com Energy Efficiency Directive Communication Demand Response, Deployment Smart Grids Horizon 2020 Calls ICT based innovations for energy efficiency Deutschland Digitale Agenda Deutschland Energiemanagementsysteme für BSAR, Spitzenausgleich Stromsteuer Nationaler Aktionsplan Energie Effizienz Verordnungspaket Intelligente Netze Schaufenster Intelligente Energie Energieeffizienznetzwerke/Energieaudits für Unternehmen Seite 27

25 Schlussfolgerungen Digitalisierung eröffnet neue Anwendungsfelder/Einsatzmöglichkeiten für Energieeffizienz Verfügbarkeit von Informationen, Möglichkeiten zur Steuerung Vernetzung von Akteuren innerhalb der Energiewirtschaft bzw. mit neuen Branchen Definition von Marktprozessen, Schnittstellen und Standards notwendig Effizienzpotenziale durch IKT vor allem im Bereich Marktprozesse (Handel, Kundenwechsel, Vertrieb) Steuerung/Monitoring im Bereich Industrie/Gebäudemanagement, Energiemanagementsysteme Erschließung von Effizienzpotenzialen im Gewerbe/Haushaltsbereich durch neue Anwendungen/Vernetzung Passfähige Produkte mit hohem Kundennutzen Einfache Umsetzung durch Schnittstellen/Standards Seite 28

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: Dr. Marian Klobasa Tel: +49(0) Mail: Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI Breslauer Straße 48, Karlsruhe Seite 29