Entwicklung eines Migrationspfades zu einem Smarten Energiesystem

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1 Forschungsprojekt Seestadt Aspern Entwicklung eines Migrationspfades zu einem Smarten Energiesystem Siemens.com/answers

2 Smart City - Rahmenstrategie der Stadt Wien Die Vision Smart City Wien 2050 Smart City Rahmenstrategie mit den Schwerpunkten Resourcen (Energie, Mobilität, Infrastruktur, Gebäude) Lebensqualität (soziales Umfeld, Gesundheit, Umwelt) Innovation (Ausbildung, Forschung, Technologie, Wirtschaft) Beschluss durch den Wiener Stadtrat Positionierung von Wien als Lösungsanbieter mit sozialer Verantwortung Page 2

3 Seestadt Aspern - Zahlen und Fakten Arbeitsplätze regionales Zentrum Wohnungen, Büros, Geschäfts-, Wissenschafts-, und Forschungsviertel, Bildung, Gewerbe, öffentliche Räume, Grünflächen Entwicklungszeitraum 20 Jahre Wohneinheiten für Einwohner Geplante Bruttogeschoßfläche 2,2 Mio m Planungsgebiet 240 ha Nettobauland 100 ha Freiflächen 90 ha Verkehrsflächen 50 ha Page 3

4 Seestadt Aspern Baufelder und Nutzung Page 4

5 Aspern Smart City Research (ASCR) Joint Venture Partner Vertraglich vereinbarte Forschungsthemen und Ziele aus den Bereichen Gebäude und elektrisches Energiesystem Projektdauer: 5 Jahre Siemens AG Österreich, in Zusammenarbeit mit den Stammhäusern der BT und der EM Übergreifendes Know how im Bereich Gebäude, Versorgungsnetze und Energiemarkt Weltweit verteilte eigene Forschungsbereiche und zugang zur internationalen Forschungscommunity Wien Energie GmbH Größter Energiehändler Österreichs, versorgt 2 Mio Kunden mit Strom, Gas, Fernwärme und Telekomdiensten Wiener Netze GmbH Größter Netzbetreiber Österreichs (Strom, Gas, Fernwärme) Wien 3420 Aspern Development AG Projektentwicklung und Eigentümer der Assets des Testbed Marketing Entwicklung der Infrastruktur Business Agency Wien Entwicklung von Geschäftsmöglichkeiten Erster Ansprechpartner für nationale und internationale Firmen Page 5

6 ASCR Testbed Smart Building D5b Studentenwohnheim für 300 Studierende Photovoltaikanlage (250 kwp) Batterie (120 kwh) Heizpatronen für Wasser (2 x 8 kw) Smarte Mess- Steuer- und Regelungstechnik D10 ÖVW/EGW gemischte Verwendung Referenzobjekt (Benchmark) C4 WAB Bürogebäude Referenzobjekt (Benchmark) D12 Wohnbau mit 213 Wohnungen 2 Wärmepumpen (510 kw) Photovoltaikanlage (58 kwp) Solarthermieanlage (90 kwth) Heizpatronen für Wasser (70 kw) Smarte Mess- Steuer- und Regelungstechnik D18 Bildungscampus 7 Wärmepumpen (800 kw) Solarthermieanlage (90 kwth) Photovoltaikanlage (15kWp) Hybridanlage (20kWp, 60kWth) Erdwärmespeicher (40 MWh) Warmwasserspeicher Batterie (20 kwh) Smarte Mess- Steuer- und Regelungstechnik Page 6

7 ASCR Testbed Smart Grid und Smart ICT Smart ICT Testbed Data warehouse (Teradata ) Datenintegration Business analytics Smart Grid Testbed 12 Ortsnetzstationen mit Intelligenter Sekundärtechnik und R&D Umgebung 24 Transformatoren (amorphous core, ester midel, aluminium, Stelltrafo) 100 Messsensoren f. d. Niederspannungsnetz 540 Smart Meters (liefern Verbrauchs- und Netzdaten) Niederspannungs-Netzleitsystem mit R&D Umgebung Page 7

8 Aspern Smart City Forschungsprogramm Page 8 Information and communication technology (ICT) Datenerfassung und Integration über alle Domänen Platform für Big Data Anwendungen und Business Analytics Domänenspezifische Lösungen Smart Markets Optimierung der Last/Bedarfsprognose Vermarktung von Flexibilität Data base für die Gestaltung neuer Produkte inklusive flexibler Tarife Optimimierte Energiebeschaffung für Gebäude-Cluster Städtisches Verteilnetz Smart ICT Smart User Geringst mögliche Energiekosten Maximal möglicher Komfort Information über Verbrauch und Energieangebote Smart Grid Smart Buildings Optimierte Netzüberwachung und Alarmbehandlung Szenariobasierte Netzplanung, auf Basis von Prosumermodellen und historischen Netzdaten Aktives Netzmanagement auf Basis von robusten dezentralen Komponenten und plug and play Unterstützung Eigene Energieerzeugung (elektrisch, thermisch) Innovative Lösungen für thermische Prozesse Innovative Speichersysteme (thermisch, elektrisch) Home / Building Automation Flexibilitätsangebote für Marktpartner Intelligente Haushaltsgeräte Schnittstelle zu den Marktpartnern

9 Smart Building Forschungsthemen Herausforderung Technology & Innovation Vorhersagende Optimierung Einsatz der optimalen Energieform zum richtigen Zeitpunkt Modellbasierende vorhersagende Optimierung Vorhersage von Verbrauch und Erzeugung Optimierung unter Berücksichtigung externer Informationen (z.b. Wetterprognosen) Multi-modale Optimierung (HVAC, elektr. Energie) unter Berücksichtigung externer Information (z.b. zeitvariable Energiepreise) Das Gebäude als aktiver Teilnehmer im Energiesystem Gebäude als Anbieter von Flexibilität Standardisierte Schnittstellen Integration aller Marktteilnehmer in ein Energiesystem Standardisierte Kommunikation und Schnittstellen Entwicklung einer gesamt-systemarchitektur Einfaches Engineering, effizienter Betrieb und effiziente Wartung über die Lebensdauer des Systems Page 9 Data Analytics Erzeugung neuer Information mittels Data Analytics Context-sensitive Informationssysteme Zentrale und dezentrale Data Analytics Data Mining Adaptive Modellierung des Verhaltens der Energienutzer zur Verbesserung der Bedarfsprognose Korrelierung vob Daten zur Missbrauchserkennung und Optimierung der Systemwartung

10 Smart Market Forschungsthemen Evaluierung / Untersuchung von: - Kosten für die Bereitstellung von Flexibilität durch Gebäude Energy Pool Manager - Toleranzbereich von Flexibilitätsangeboten - Verfügbarkeit von kurzfristig und langfristig geplanten Flexibilitätsangeboten Energy markets - Einfluss der Netzbedürfnisse auf die Marktprozesse - Anforderungen für einen automatisierten Flexibilitätshandel Untersuchung von Geschäftsmodellen: - Flexibilitätshandel (demand response) Grid operation Flexibility Operator Untersuchung von 2 Szenarien: Marktdienlicher Flexibilitätseinsatz Koordinierter (Markt- und Netzdienlicher) Flexibilitätseinsatz - Energieprodukte basierend auf zeitvariablen Energiepreisen Page 10

11 Bidirectional load flow Transformer ststion Transformer station Smart Grid Forschungsthemen (1) Die Energiewende Herausforderungen für Verteilnetzbetreiber Substation 110KV 20kV Die Transformation des Energiesystems hat begonnen Verteilte Erzeugung U Problem (Land), I Problem (Stadt) Flexible Energiepreise Synchronisation des Verbrauchsverhaltens Traditionelle Schutzkonzepte entsprechen nicht mehr den Anforderungen Flexibilitätshandel & e-mobility Last- und U/I Probleme Die Anzahl von Invertern im Netz steigt ständig Netzstabilität Herausforderungen für den Verteilnetzbetreiber PV 400/230V 20kV PV 400/230V 20kV Welcher Effekt tritt wo und wann im Netz auf? Zu wenig Daten verfügbar Passive Consumers werden dynamische und aktive Prosumers Geltende Netzplanungsregeln verlieren zunehmend ihre Gültigkeit Sich schnell ändernde Anforderungen können durch bestehende Infrastruktur zunehmend nicht mehr erfüllt werden. e-vehicle e-vehicle PV Page 11 Hoher Effizienzdruck Effiziente Nutzung vorhandener Infrastruktur und optimierter Betrieb Steigender Bedarf an zusätzlicher Information / Services zur Steigerung der Effizienz der Marktpartner (TSO s, Energiemarkt, Prosumer )

12 Bidirectional load flow Transformer ststion Transformer station Smart Grid Forschungathemen (1) Die Energiewende Herausforderungen für Verteilnetzbetreiber Substation 110KV 20kV Die Transformation des Energiesystems hat begonnen Verteilte Erzeugung U Problem (Land), I Problem (Stadt) Flexible Energiepreise Synchronisation des Verbrauchsverhaltens Traditionelle Schutzkonzepte entsprechen nicht mehr den Anforderungen Flexibilitätshandel & e-mobility Last- und U/I Probleme Die Anzahl von Invertern im Netz steigt ständig Netzstabilität Herausforderungen für den Verteilnetzbetreiber PV 400/230V 20kV PV 400/230V 20kV Welcher Effekt tritt wo und wann im Netz auf? Zu wenig Daten verfügbar Passive Consumers werden dynamische und aktive Prosumers Geltende Netzplanungsregeln verlieren zunehmend ihre Gültigkeit Sich schnell ändernde Anforderungen können durch bestehende Infrastruktur zunehmend nicht mehr erfüllt werden. e-vehicle e-vehicle PV Page 12 Hoher Effizienzdruck Effiziente Nutzung vorhandener Infrastruktur und optimierter Betrieb Steigender Bedarf an zusätzlicher Information / Services zur Steigerung der Effizienz der Marktpartner (TSO s, Energiemarkt, Prosumer )

13 Smart Grid Forschungsthemen (2) Migration zu einem Smarten Verteilnetz in 3 Stufen Funktionale Abhängigkeiten Datenbereitstellung & Netzüberwachung Netzbetrieb Big Data & Business Analytics Netzoptimierung & Planung Aktives Netzmanagement Verteilte Smart Devices 13 Wo und wann werden Grenzen der Infrastruktur erreicht? Passive Netzoptimierung, Analyse von Ereignissen und Effekten active grid optimization & asset protection Kontinuierliche Bereitstellung von Netzbetriebsdaten (Sensoren, Zähler) und Lastsimulation Überwachung von Fehlern und Schwellwertüberschreitungen Generierung von Alarmen Bereitstellung von Daten für back office Anwendungen Page 13 Migration des Planungsprozesses von worst case Annahmen zu realen Anforderungen Szenariobasierte Lasthochrechnung mit Prosumermodellen und historischen Daten Risikoanalysen und Ableitung von langfristigen Planungsstrategien Analyse von Ereignissen und Effekten zur Fehlereingernzung Datenanalyse zur Optimierung der Systemwartung Dezentrales und zentrales Spannungsund Blindleistungsmanagement Lastbegrenzung zur Vermeidung des Ansprechens von Schutzelementen Systeme für das Flexibilitätsmanagement (Interaktionen mit den Marktpartnern) Lastabhängigen Netzkonfiguration Automatische Fehlerfreischaltung

14 Smart ICT Forschungsthemen Examples of data sources in a city Building data Building topology Water and heating Forecasts Weather Events Grid data Runtime data Extract, Transform, Load ASCR Infrastructure Smart ICT Platform Demonstration Apps Smart Citizen App Benchmarks Grid Planning Load Forecast Grid Operation City Data Information Ecosystem Management and Operation (API Store, Privacy, Access Gateway) Data Owners Data Publishers Data Merchandisers Application Developers City Administration Utility Providers Smart Citizens Page 14

15 Contact page Alexander Schenk Principal Key Expert EM TI TDI Ruthnergasse Vienna Austria Mobile: alexander.schenk@siemens.com Page 15