E-Energy-Projekt Modellstadt Mannheim

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1 E-Energy-Projekt Modellstadt Mannheim Das smarte Energiesystem als Chance für regionale und bürgernahe Wertschöpfung neue Rolle beim VNB Geschäftsmodelle mit Flexibilitäten Verbindung Smart Grid mit Prosumer im Smart Building Dipl.-Phys. Andreas Kießling wiss.-techn. Projektleiter moma MVV Energie AG VDE-Management-Forum: Smart Grid Intelligente Energieversorgung der Zukunft 13. bis 14. Dezember, Berlin

2 Agenda Paradigmenwechsel sowie Stärkung regionaler und nachhaltiger Konzepte Architekturen und Systemmodelle für intelligente Energiesysteme moma in E-Energy: Markt- und Netzmechanismen für eine verteilte Automatisierung in eigenständigen und verbundenen Regelkreisen (Netzzellen)

3 Zielstellung der Energiewende Transformation der Energieflüsse bis 2050

4 Herausforderung der Transformation Erhöhung der Flexibilität des Energiesystems Prognose für 2020 (Installierte WEA: 45 GW) Quelle: BDEW Lastgradienten Erneuerbare Energien stark fluktuierend Darbietung Bedarf an Flexibilität steigt enorm

5 Herausforderung der Transformation Erhöhung der Flexibilität des Energiesystems Erneuerbare Energien stark fluktuierend Zur Deckung der enorm steigenden Flexibilitätsanforderung Erschließung von 5 Kategorien für Flexibilisierungsoptionen Flexible Erzeugung Speicher Nachfragesteuerung Import-/ Export Spartenverbund Zentral (Regelbare Gaskraftwerke) Dezentral (Eigennutzungssteuerung) Langzeitspeicher (Tage bis saisonal) Kurzzeitspeicher (Sekunden bis Stunden) Anreizsteuerung (Variable Tarife) Direktsteuerung (Virt. Kraftwerk, Netzsteuerung) Zellulare Netze (Europaverbund bis Microgrids) Regionalmärkte (lokaler Ausgleich, Kapazitäten) Power to gas (Kombikraftwerke, Gasnetze) Wärmesteuerung (KWK, Wärmenetze) Nur mittels IKT können alle notwendigen Flexibilitätsoptionen erschlossen werden, die für eine stabile Strom- bzw. Energieversorgung notwendig sind. Schlussfolgerung: Smart Grid

6 Szenariobestimmung zur Transformation Verbindung zentraler und dezentraler Ansätze moma-empfehlung zur Flexibilitätserschließung im Spartenverbund mit zentralen und dezentralen Mechanismen Rein zentrale Erzeugungs- und Steuerungsansätze bieten wenige Chancen zur Umgestaltung der Märkte und wenige Flexibilisierungsoptionen. Rein dezentrale Erzeugungs- und Steuerungsansätze besitzen die Risiken des Zerfallens in Inselnetze und von Versorgungsengpässen. Aus diesem Grund wird ein hoher Anteil dezentraler Erzeugung und Steuerung mit spartenübergreifendem Energiesystem in Verbindung mit zentraler Erzeugung und Steuerung empfohlen. Ebenso können die Chancen für Energieeffizienz und Energieeinsparung aus integrierten Energiesystemen und vielfältigen Energiedienstleistungen besser genutzt werden. 6

7 Szenariobestimmung zur Transformation Hebung des maximalen Flexibilisierungspotentials Integrierte spartenübergreifende Energiesysteme für Strom, Wärme, Kälte und Gas Höchste Versorgungssicherheit durch verbundene zellulare Systeme Höheres Potential an Flexibilisierungsoptionen durch überregionale Grundlastsysteme sowie flexible Kleinstrukturen mit regionalen Ausgleichsmaßnahmen Speicher in allen Sparten und Ebenen Offener wettbewerblicher Markt auf Basis neuer Regeln unter Aktivierung aller Beteiligten bis zu den Kommunen und den Bürgern Stärkere Verbindung von Energielieferung, Energiedienstleistung und Energiemanagementsystemen in Kundenobjekten Durchlässigkeit Verringerung von Transportverlusten sowie Minimierung von Netzausbau durch erzeugungsnäheren Verbrauch

8 Szenariobestimmung zur Transformation Hebung des maximalen Flexibilisierungspotentials ÜNB HS/HD Stromspeicher Kraftwerkspark Strom-Verbundnetz DKW Methanisierung GuD Gas-Verbundnetz BioKW Gasspeicher VNB MS-NS/ND Wind Strom speicher Methanisierung Bio gas Gas puffer Strom-Verteilnetz Gas-Verteilnetz FW-Verteilnetz G BioKW PV E-Mobility G BHKW Kessel LOKALES (Areal-) etc. NETZ Wärmepumpe Wärmespeicher

9 Ballungsgebiete Szenariobestimmung zur Transformation Flexi.optionen für die zukünftige Wärmeversorgung Wärmeversorgung der Zukunft bietet Vielfalt an Lösungsoptionen Gebäudebestand Fernwärme (KWK, EE) Geothermie (Bio-)Erdgas Nahwärmenetze (Biomasse/(Bio-)Erdgas Wärmepumpe Biomasse (Holzpellets) Dünn besiedelte Räume Neubauten Flexipotentiale

10 Paradigmenwechsel mit der Transformation Zunehmend verteilte und dezentrale Mechanismen Stärkung nachhaltiger, regionaler und wettbewerblicher Konzepte Zentrale Energiegewinnung und zentrale Steuerung Passive Rolle des Kunden und wenig regionale Wertschöpfung Kaum Kommunikation/Interaktion in den Verteilungsnetzen Lineare Wertschöpfungsstufen Verteilte Energiegewinnung und steuerung zentral und dezentral Energiemanagementsysteme (zentral & dezentral) optimieren Energieströme Aktive Rolle von Kunden und Stärkung Wertschöpfung in Regionen Kommunikationstechnik als Basis für neue Dienstleistungen an den Kunden Vernetzte Wertschöpfungsstufen Evolution zum Internet der Energie 10

11 Systemmodell für intelligente Energiesysteme Begriffsmodell und Komponenten

12 Systemmodell für intelligente Energiesysteme VNB als Smart Grid - Infrastrukturbetreiber Verteilungsnetzbetreiber als Infrastrukturbetreiber des Smart Grids als Basis von Smart Operations und Smart Market Kommunikationsnetzbetreiber: Aufbau von Kommunikationsnetzen im Verteilungsnetz hin zu allen Erzeugern, Speichern, Verbrauchern, Netzbetriebsmitteln und Messmitteln auch im Niederspannungsbereich Informations- und Kommunikationstechnologie-Betreiber im Verteilungsnetz Kommunkations-Gateways in Objekten und Verteilungsnetzzellen Diensteplattformen für Automatisierung von Marktprozessen und verteilter Regelung in verbundenen Netzzellen Betrieb von Plattformen für regionale Energiemarktplätze Infrastruktur zur Sicherstellung von Informationssicherheit und Datenschutz im Energiesystem Diskriminierungsfreies Angebot der Smart Grid-Infrastruktur an alle Marktakteure mit volkswirtschaftlich gesamtsystemischen Ansatz im energieeffizienten Spartenverbund mit maximalen Flexibilis.potential

13 moma innerhalb von E-Energy Markt- und Netzmechanismen Netzzelle und Lastmanagement-Kooperation

14 moma innerhalb von E-Energy Beherrschung Komplexität durch Regionalität Zellularer Energieorganismus zur Verbindung von intelligenten Gebäuden (Smart Buildings) mit dem Smart Grid Objektnetzzelle mit Energiebutler als Energiemanager Verteilnetzzelle mit Softwareautomaten: Marktmoderator Netzmoderator Energie Information Systemzelle mit Marktplatz der Energie und Netzsteuerung Herausforderung: Zunehmende Komplexität und Konnektivität des Energiesystems aufgrund von dezentraler und fluktuierende Erzeugung und Marktliberalisierung Lösungsansatz: Große Aufgabe in kleine Aufgaben zerlegen mittels zellularer Struktur mit verteilter Automatisierung (weniger komplexe dezentrale Regelung), die zentral parametrisiert wird.

15 moma innerhalb von E-Energy Beherrschung Komplexität durch Regionalität Softwareautomaten (Moderatoren und Energiebutler) in Verteilungsnetzzellen und Objektnetzzellen zur Ausbildung einer Schwarmintelligenz im Energieorganismus Energiebutler (Gateway und Energiemanagement)

16 moma innerhalb von E-Energy Geschäftsmodell GHM-L Beispiel Business Case Endverbraucher Lieferant Händler (Regelkreis Erzeugung Verbrauch mit variablen Preisen) Tages- und Jahreszeit Umwelteinflüsse Brennstoffkosten, Erzeugungskapazitäten, Gesetzgeber, u.a. Nachfrage Erzeugung Strom- / Wärmepreis neu: Rückkopplung Niedrige Tarife Hohe Tarife Speicher füllen Elektrofahrzeuge laden Eigenerzeugung aus Lastverlagerung (Signal on ) Speicher leeren Elektrofahrzeuge entladen Eigenerzeugung ein Lastverlagerung (Signal off ) Energiebezug aus dem Netz Rückspeisung in das Netz

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl.-Phys. Andreas Kießling Systemarchitekt wiss.-techn. Projektleitung MVV Energie AG Luisenring Mannheim Telefon: +49 (621) Mobil: +49 (172) Telefax: +49 (621)