Smart Energy: Anforderungen an Informations- und Kommunikationstechnologien

Transkript

1 Smart Energy: Anforderungen an Informations- und Kommunikationstechnologien IKT & Energie: Mit smarten Technologien in eine energieeffiziente Zukunft Wuppertal,

2 Gliederung Kontext Energiewende: Allgemeine Veränderungen und Anforderungen Anforderungen aus Sicht von Lastmanagement (DSM) Virtuelle Kraftwerken (Regelleistung) Elektromobilität Smart Grids / Markets Fazit Seite 2

3 Aktuelles Energiekonzept der Bundesregierung Ziel: weitgehende Dekarbonisierung des Energiesystems 2020: -40% THG-Emissionen 2050: -80 bis -95% Nicht beziffert: inländische Erbringung Ziel: regeneratives Energiesystem >50% erneuerbare Primärenergiebereitstellung in 2050 >80% erneuerbare Strombereitstellung in 2050 (unter Einbeziehung von Strom-importen) Seite 3

4 Inhaltliche Schwerpunkte und Ziele sind überwiegend gleich geblieben Seite 4

5 Energiewende führt zum Paradigmenwechsel in der Stromversorgung: Erzeugung folgt Last Erzeugung und Last folgen Residuallast!! Grund- und Mittellast Gestern / Heute: Grundlast / Mi1ellast / Spitzenlast orien6ert am Stromverbrauch Heute und in Zukun>: Erneuerbare + KWK + Ausgleichsenergie + Speicher orien6ert am Wind- /Solarangebot und Stromverbrauch! Grund-, Mittel- und Spitzenlaststrukturen verschwinden Höhere Flexibilitätsanforderungen an Kraftwerke und steuerbare Lasten Versorgungssicherheit erfordert zukünftig größere Kombination von Maßnahmen Verbraucher nehmen zunehmend Teil am Erzeugungsmarkt ( Prosumer ) Dezentrale Erzeuger werden wichtiger für die Bereitstellung von Systemdienstleistungen Infrastrukturen wachsen stärker zusammen (Strom Gas Wärme) Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien 2009 Seite 5

6 Für die Energiewende reicht kein Technologiewechsel, Die Energiewende braucht einen Systemwandel Die Zukunft der Energieversorgung wird: Erneuerbarer (80-100% EE-Anteil Stromversorgung) Effizienter bzw. Sparsamer (z.b % weniger Wärmebedarf) De-Zentraler und Komplexer (Vielfaches an Anlagen) Akteursreicher Vernetzter und Flexibler sich insgesamt wandeln (Transformation statt Integration) Dafür braucht es neue Marktdesigns, Geschäftsmodelle, Akteure, Standards, Prozesse und Schnittstellen Seite 6

7 Lastmanagement Seite 7

8 IKT und Lastmanagement Motivation - Historie Vor der Liberalisierung des Strommarktes: Lastmanagement eingesetzt zur Vermeidung von Lastspitzen und besserer Auslastung von Grundlastkraftwerken Lastmanagement lag im Eigeninteresse der Energieversorger Seitdem: Stagnation, kaum Weiterentwicklungen Zukünftig: Lastmanagement zur Integration schwankender Energieeinspeisung aus regenerativen Quellen günstige Option zur Vergleichmäßigung Seite 8

9 IKT und Lastmanagement Zukünftige Einsatzmöglichkeiten Lastmanagement kann eingesetzt werden wie ein Energiespeicher Verschiebung des Energieverbrauchs im Stunden- bis Tagesbereich ohne Verluste! Eigene Berechnungen und Abbildung Seite 9

10 IKT und Lastmanagement Direktes Lastmanagement Unter direktem Lastmanagement versteht man, dass der Netzbetreiber die Last direkt ansteuern kann Automatisierung / IKT-Schnittstellen an den Lasten notwendig Industrielle Lasten: größtenteils bereits erschlossen, da hoher Leistungshub die notwendigen Investitionen schnell rentabel macht Gewerbe, Handel, Dienstleistungen und Haushalte: Potenzial bisher kaum erschlossen Geringer Leistungshub pro Gerät / Anlage, deswegen spezifisch hohe Kosten Normung und Massenfertigung sind notwendig, um auch diese Potenziale zu erschließen Seite 10

11 IKT und Lastmanagement Potenziale des Lastmanagements Technisch nutzbares DSI-Potenzial nach Verbrauchergruppen Haushalt GHD Industrie 2010 Leistung [GW] 2,6 1,4 Energie [TWh/a] 8,0 5,0 4,5 GW 2020 Leistung [GW] 3,8 1,7 Energie [TWh/a] 12,4 5, Leistung [GW] 6,0 1,8 77 GWh 11 Energie [TWh/a] 32,3 9,7 VDE- Studie: Ein notwendiger Baustein der Energiewende: Demand Side IntegraDon Lastverschiebungspotenziale in Deutschland, Frankfurt a.m., 2012 Seite 11

12 IKT und Lastmanagement notwendige IKT für Lastmanagement Anforderungen: Kommunikation zwischen Energieversorger und Verbraucher Fernauslesung von Smart Metern Ansteuerung der Verbraucherlasten Senden von Tarifsignalen Handhabung der einhergehenden Datenmengen Power Line Communication (PLC), GSM (Funkübertragung), DSL Kommunikation der Verbraucher-Geräte untereinander Smart Meter Energiemanagementsystem Geräte Europ. Installationsbus, KNX Im Spannungsfeld Sicher Störungsfrei GünsDg Seite 12

13 IKT und Lastmanagement Offene Baustellen Standardisierung Verschlüsselung Handhabung der Datenmengen Isochronität Versionenmanagement Aufwand beim Endverbraucher verringern Plug and Play Seite 13

14 Virtuelle KraSwerke Seite 14

15 Es gibt viele neue Aktivitäten zur Vermarktung von virtuellen Kraftwerken am Regelleistungsmarkt Quelle: Gerigk 2011 (Vortrag) Seite 15

16 Die Regelleistungsmärkte stellen unterschiedlich hohe Anforderungen an die Präqualifikation und Teilnahme Eigene Darstellung basierend auf (UCTE 2009) und (VDN 2007) Seite 16

17 Hemmnisse die einer Teilnahme von VKW (noch) im Wege stehen Übliche Planungs- und Einsatzstrategien Ökonomisch günstigere Einsatzfelder (z.b. Strombörse) Anforderungen der Regelleistungsmärkte und abweichende Auslegungen bzw. Anwendungen (Mindestgebotsdauern) Mangelnde Erfahrungen für VKW aus vielen kleinen Anlagen Mangelnde und zu teure Fernwirktechnik Fehlende Standards für bzw. Vorgaben an Schnittstellen und Prozesse Seite 17

18 Elektromobilität Seite 18

19 Elektro-PKW sind nur mit EE-Strom umweltfreundlicher als konv. PKW Die möglichen Handelsbeziehungen bedingen die IKT-Anforderungen Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien IKT & ENERGIE, WUPPERTAL Seite 19

20 Vehicle-to-Grid (V2G) Konzepte zwecks Lastmanagement oder Regelleistung erhöhen Anforderungen und Aufwand! GPS! Verwalter/ Aggregator kabelloser Provider Internet Fahrerbenutzungsprofil Seite 20

21 Rein technisch sind die einschlägigen Abläufe für die Betankung, Integration und Abrechnung von Elektro-PKW vorhanden Quelle: Kessler, SDller EnBW: ecar als Teil eines intelligenten Energiesystems; Seite 21

22 aber sie müssen eine Vielzahl von Verknüpfungen und Anforderungen erfüllen (Massenkundengeschäft) Quelle: Kessler, SDller EnBW: ecar als Teil eines intelligenten Energiesystems; Seite 22

23 Smart Grids Seite 23

24 smart grids müssen die verschiedenen Entwicklungen im Netzbetrieb koordinieren Smart homes & smart meters Plus electric vehicles IKT & Energie, Wuppertal Seite 24

25 Recent Definitions of smart grids International Electrotechnical Commission (IEC): Electric power network that utilizes two-way communication and controltechnologies, distributed computing and associated sensors, including equipment installed on the premises of network users. European Technology Platform SmartGrids {EGERG} [Eurelectric]: smart grids are electricity networks that can intelligently {cost efficiently} integrate the behaviour and actions of all users connected to it - generators, consumers and those that do both in order to efficiently deliver [ensure] sustainable, economic and secure electricity supplies. { comparable scope } US National Institute of Standards and Technology (NIST): The term smart grid refers to a modernization of the electricity delivery system so it monitors, protects and automatically optimizes the operation of its interconnected elements from the central and distributed generator through the high-voltage network and distribution system, to industrial users and building automation systems, to energy storage installations and to end-use consumers and their thermostats, electric vehicles, appliances and other household devices. Last but not least with own words: A smart grid is a system, that allows the supply with electricity by 100% from renewable Energies IKT & Energie, Wuppertal Seite 25

26 Bedeutung und Aufwand steigen insbesondere bei den Verteilnetzbetreibern Quelle: Hülsen DNV KEMA: Verteilnetzbetreiber im Smart Grid (VKU- Studie); Sep IKT & ENERGIE, WUPPERTAL Seite 26

27 FAZIT Eine Energiewende ist ohne einen breiten, aber angemessenen Einsatz an (neuen) Informations- und Kommunikationstechnologien auf allen Ebenen kaum denkbar Diese müssen den Spagat zwischen günstig, zuverlässig, sicher, zukunftsfähig und umweltfreundlich erfüllen Es mangelt zum Teil an entsprechenden Standards und Spezifikationen Nicht zuletzt müssen sie auf Akzeptanz der Anwender und Endkunden stoßen Seite 27

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Weitere Informationen finden Sie auf unserer Website: