acatech DEUTSCHE AKADEMIE DER TECHNIKWISSENSCHAFTEN Das Projekt Future Energy Grid (FEG)

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1 acatech DEUTSCHE AKADEMIE DER TECHNIKWISSENSCHAFTEN Das Projekt Future Energy Grid (FEG) Migrationspfade in das Internet der Energie Energietechnisches Symposium 09. November 2012

2 Marktkapriolen Korrelation von Last, Einspeisung (Wind) und Preis Höchstpreise zu Starklastzeiten Negative Preise zu Schwachlastzeiten Quelle: Fraunhofer IWES, Kassel, 2010 Last in GW 1 Dr. Christoph Mayer, mayer@offis.de, Future Energy Grid,

3 Auswirkung auf die Übertragungsnetze Transportstrecken für elektrische Energie > Höhere Belastung der Übertragungsnetze durch Liberalisierung und verstärkte Einspeisung aus erneuerbaren Energien. 2 Dr. Christoph Mayer, mayer@offis.de, Future Energy Grid,

4 Auswirkung auf die Verteilnetze > 1990: Residuallast von privaten Haushalten eines Sommertages ohne Energiewandlungseinheiten (1990, oben) > 2030 PV (und Wind) Quelle: Dederichs, RWTH Aachen 3 Dr. Christoph Mayer, mayer@offis.de, Future Energy Grid,

5 Kleinkraftwerk PV Verteilnetz einer typischen ländlichen Region Installierte Leistung 1 GW PV-Anlagen ca. ¼ Steinkohlekraftwerk 800 Anlagen > 100 kw 0,5 GW ~ 22% der Leistung abregelbar Quelle: eigene Berechnungen Dr. Christoph Mayer, mayer@offis.de, Future Energy Grid, Anlagenanzahl in Tsd. (aufsteigend geordnet)

6 Zukünftige Netze Blick auf die Verteilnetzebene Kohlekraftwerk Industrielle Großverbraucher Mittelkraftwerk Kommerzieller Verbraucher Stationärer Batteriespeicher Haushalte Gewerbe Windenergieanlagen Photovoltaikanlagen Batteriewechselstation Mini- BHKW 5 Dr. Christoph Mayer, mayer@offis.de, Future Energy Grid,

7 Die drei Zukunftsszenarien Jahrhundert Klassische Infrastruktur mit vorrangig zentral gesteuerter Einspeisung Traditioneller Lastfolgebetrieb dominierend Wenig (neue) IKT-basierte Mehrwertdienste 2 3 Komplexitätsfalle Nicht konsistente politische Rahmenbedingungen Eingeschränkter Infrastruktur-Ausbau für IKT und Energie z.t. Netz der Giganten für Smart Grid Produkte Nachhaltig Wirtschaftlich Umfassende Mehrwertdienste und flexible Tarife durch neue Dienstleistungen Marktorientierte Energiepolitik und Gesetzgebung aus einem Guss Verteilnetze aktiver Partner Großer Anteil erneuerbarer, dezentraler, geregelter Einspeisung 6 Dr. Christoph Mayer, mayer@offis.de, Future Energy Grid, acatech STUDIE Future Energy Grid, Februar 2012, S. 70ff.

8 Schlüsselfaktoren und Zukunftsprojektionen SF 1 Ausbau elektr. Netzinfrastruktur SF 2 Systemweite IKT-Infrastruktur SF 3 Flexibilisierung des Verbrauchs Konventioneller Ausbau nach heutigen Regeln Keine/ geringe Lastverschiebung Insellösungen Smart Grid - orientierter Ausbau des Verteilnetzes Primär Industriekunden Ausbau des Ausbau von Verteil- europäischen und Transportnetz Verbundnetzes Plug & Play Primär Hohe Haushaltskunden Gesamtbeteiligung SF 4 Energiemix Klassisch CO 2 -neutral, planbar Regenerativ, fluktuierend SF 5 Neue Services und Produkte SF 6 Endverbraucherkosten SF 7 Interoperabilität Standardisierung SF 8 Politische Rahmenbedingungen Konservativ Basic Services Killer-Apps Hohes Niveau, geringe Volatilität Zurückhaltend, abwartend Energiekonservativ Niedriges Niveau, hohe Volatilität Proprietäre Systeme Uneinheitlich energieprogressiv Niedriges Niveau, geringe Volatilität Politisch getrieben Hohes Niveau, hohe Volatilität Marktgetrieben Konsequent energieprogressiv Szenario 20. Jahrhundert Projektionen ohne prägenden Szenario-Bezug Szenario Komplexitätsfalle Szenario Nachhaltig Wirtschaftlich 7 Dr. Christoph Mayer, mayer@offis.de, Future Energy Grid, Abbildung: acatech STUDIE Future Energy Grid, Februar 2012, S. 73

9 Das IKT-basierte Energiesystem im FEG 8 Dr. Christoph Mayer, mayer@offis.de, Future Energy Grid, Abbildung: acatech STUDIE Future Energy Grid, Februar 2012, S. 100

10 Technologiefelder in den Systemebenen 9 Dr. Christoph Mayer, mayer@offis.de, Future Energy Grid, Abbildung: acatech STUDIE Future Energy Grid, Februar 2012, S. 102

11 Konzeptionsphase (heute 2015) Integrationsphase ( ) Fusionsphase ( ) Migrationspfade ins FEG: Zeitliche Zuordnung 10 Dr. Christoph Mayer, Future Energy Grid, acatech STUDIE Future Energy Grid, Februar 2012, S. 201ff.

12 Politische und rechtliche Rahmenbedingungen Optionen zur Integration der Erneuerbaren ins FEG: Zubau Kraftwerke und Speicher Elastizitätssteigerung durch Einspeisemanagement Nachfrageflexibilisierung Europaweiter Ausgleich der Fluktuationen Alle Optionen benötigen Netzausbau in Übertragungs- und Verteilnetzen! Einzelfragen zum Marktdesign : Vollständige Marktintegration EE/KWK-Anlagen Marktteilnahme von aggregierter Nachfrage und Speichern Marktdesign für Smart Grids : IKT-Infrastruktur, Wirkleistung, Systemstabilisierung Anreize für Kraftwerkskapazitäten Rascher Ausbau der Stromnetze und Anreize für Smart Grids 11 Dr. Christoph Mayer, mayer@offis.de, Future Energy Grid,

13 Smart Nord Forschungsverbund für das Future Energy Grid V >Integrierter Markt für Wirkleistung und Systemdienstleistungen >OPC >OPC >OPC >Selbstorganisierte/auto matisierte Verbundbildung und Einsatzplanung >Durchgängig interoperable IKT- Architektur auf Basis OPC UA / CIM Gefördert vom Land Niedersachsen 12 Dr. Christoph Mayer, mayer@offis.de, Future Energy Grid,

14 Einige acatech Veröffentlichungen 13 Dr. Christoph Mayer, Future Energy Grid,

15 Einladung zu Durcharbeiten und Kontaktaufnahme Download der Studie unter Kontakt: Dr. Christoph Mayer 14 Dr. Christoph Mayer, Future Energy Grid,

16 Einladung zu Durcharbeiten und Kontaktaufnahme Download der Studie unter Kontakt: Dr. Christoph Mayer 15 Dr. Christoph Mayer, Future Energy Grid,

17 Einladung zu Durcharbeiten und Kontaktaufnahme Download der Studie unter Kontakt: Dr. Christoph Mayer 16 Dr. Christoph Mayer, Future Energy Grid,

18 Vorgehen der Studie Energieszenarien Schlüsselfaktoren Technologiefelder Entwickeln der Technologiefelder Zukunftsszenarien Zuordnung von Entwicklungsschritten Logische Abhängigkeiten der Entwicklungsschritte Analyse und zeitliche Schlussfolgerungen für Migrationspfade 17 Dr. Christoph Mayer, Future Energy Grid, Abbildung: acatech STUDIE Future Energy Grid, Februar 2012, S. 29

19 acatech empfiehlt: 1 2 Task Force Roadmap 3 Nationale Forschungsagenda 4 Kompetenzzentrum 10 Fachkräfte 5 Marktdesign 7 Monitoring 6 Erweiterte Pilotregionen 8 Zusammenarbeit mit Nachbarn 9 Einbindung Bevölkerung 18 Dr. Christoph Mayer, mayer@offis.de, Future Energy Grid, Quelle: acatech POSITION Future Energy Grid, Februar 2012

20 Schlüsselfaktoren SF 1 SF 2 SF 3 SF 4 SF 5 SF 6 SF 7 SF 8 Ausbau elektrischer Netzinfrastruktur Systemweite IKT-Infrastruktur Flexibilisierung des Verbrauchs Energiemix Neue Services und Produkte Endverbraucherkosten Standardisierung Politische Rahmenbedingungen 19 Dr. Christoph Mayer, mayer@offis.de, Future Energy Grid, acatech STUDIE Future Energy Grid, Februar 2012, S. 43ff.