E-Energy-Projekt Modellstadt Mannheim. Agenda

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1 Agenda E-Energy-Projekt Modellstadt Mannheim Intelligentes Energiesystem der Zukunft am Beispiel moma Dipl.-Phys. Andreas Kießling wiss.-techn. Projektleiter moma MVV Energie AG E-Energy Smart Grid made in Germany Paradigmenwechsel sowie Stärkung regionaler und nachhaltiger Konzepte Smart Grid Zielstellungen und Architekturen moma Praxistests moma - Thesen SAEE Jahrestagung 2012 Demand Side Management: Potenziale und Erfahrungen 21. November 2012, ETH Zürich 1 moma innerhalb von E-Energy Smart Grid made in Germany Neue Anforderungen Transformation der Energieflüsse bis 2050 Von den Leuchttürmen in die Fläche 1

2 Neue Anforderungen führen zur Vernetzung Stärkung nachhaltiger und regionaler Konzepte Neue Anforderungen führen zur Vernetzung Erhöhung der Volatilität Aufgabenbewältigung mit Engagement der Bürger, der Kommunen und der Wirtschaft, Energie bewusster einsetzen sowie Energiedienste auf Grundlage neuer Chancen anzubieten und zu nutzen Prognose für 2020 (Installierte WEA: 45 GW) Quelle: BDEW Lastgradienten Erneuerbare Energien stark fluktuierend Zentrale Energiegewinnung und zentrale Steuerung Passive Rolle des Kunden und wenig regionaler Wertschöpfung Kaum Kommunikation/Interaktion in den Verteilungsnetzen Starres Energiesystem Verteilte Energiegewinnung und steuerung zentral und dezentral Aktive Rolle von Kunden und Stärkung Wertschöpfung in Regionen Zentrale Rolle der IKT mit vielfältigen Chancen für neue Energiedienste Flexibles Internet der Energien Darbietung Bedarf an Flexibilität steigt enorm 5 Neue Anforderungen erhöhen Komplexität Zellularer Ansatz im Verbundsystem Zellularer Ansatz mit besten Voraussetzungen für eine effiziente Zielerfüllung Wachsende Komplexität: Zunehmende Vielfalt, Konnektivität und Organisiertheit des Energiesystems aufgrund von dezentraler und fluktuierende Erzeugung Komplexitätsreduktion: Gesamtsystem als ein Regelkreis zerlegen in ein System aus Systemen mit verbundenen Regelkreisen mittels Zellen mit verteilter Automatisierung Schnelle Lösung lokaler Probleme Datenreduktion Optimierungskaskade: Energetische und monetäre Optimierung bidirektional unter Berücksichtigung der Anforderung über- und untergeordneter Ebenen Berücksichtigung regionaler Marktaspekte Systemdienstleistungen auf allen Ebenen Neue Anforderungen erhöhen Komplexität Zellularer Ansatz im Verbundsystem Verbundenheit führt zur Evolution zu einem Gesamtsystem mit Emergenz Resilienz: Höhere Widerstandsfähigkeit eines Systems aus Systemen gegenüber Störungen gegenüber einem Zentralsystem Vulnerabilität: geringere Angreifbarkeit und Verletzbarkeit des Verbundsystems Flexibilität: Beitrag zur Flexibilisierung des Gesamtsystems durch Import- /Exportmechanismen Autonomiefähigkeit: Inselbildung bei Umgebungsausfällen, Schwarzstartfähigkeit und Wiedersynchronisierung nach Fehlerbeseitigung Datenschutz: Minimierung von Datenflüssen durch interne Verwendung und externe Aggregierung Eigenständigkeit, Verbundenheit, Interaktion äquivalenter Systeme als Grundlage für synergetische Entwicklung des Gesamtsystems 7 8 2

3 Neue Anforderungen und Maßnahmen Flexibilität und Dezentralität im Energiesystem Smart Grid Ziele und Architekturen EU Commission Task Force for Smart Grids Erneuerbare Energien und Energieeffizienz Erschließung von 5 Kategorien für Flexibilisierungsoptionen Flexible Erzeugung Speicher Import-/ Export Nachfragesteuerung 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, Power to gas Kombikraftwerke,Gasnetze Wärmesteuerung KWK, Wärmenetze Nur mittels IKT können alle notwendigen Flexibilitätsoptionen erschlossen werden, die für eine stabile Energieversorgung und eine optimale Nutzung der Marktfunktionen notwendig sind. Smart Grids sind notwendig 9 Quelle: EU TF Smart Grid EG 1 Functionalities Smart Grid Ziele und Architekturen Das Grid überlagernde IKT-System bis zum Kunden Smart Grid Ziele und Architekturen in EU Mandat 490, SGCG / WG Reference Architecture SGAM: Smart Grid Architecture Model Datenmodell Interoperabilitätsebenen Geschäftsziele politische/regulatorische Rahmenbedingungen Geschäft Funktion Information Use Case Datenmodell Unterfunktionen Kommunikation Komponenten Quelle: EU Mandat 490, SGCG / WG Reference Architecture Protokoll Protokoll Zentrale Station Erzeugung Übertragung Verteilung DER Feld Prozess Kunden Betrieb Markt Unternehmen 3

4 Smart Grid Anschlusspunkt Energiemanagementsystem beim Endkunden Grid and / or Market Grid and / or Market Using Price Signals, Incentives, Tariffs Control Signals Information: e.g. Status, Values, Forecast, Metering,... Smart Grid Connection Point SGCP Using Auto Registration Energy Management Metering Communication Channel Smart Grid Connection Point SGCP Providing Customer Smart Grid Connection Point (SGCP) Providing and Ancillary Services Domains: DER, Households, Industry, Commercial Buildings,.. including: Distributed Generation, Load/Demand, Storage Providing Auto Registration Customer Energy Management System (CEMS) Appliance Generation Storage Metering (SM) Quelle: EU Mandat 490, Report WG Sustainable processes 13 Quelle: EU Mandat 490, Report WG Sustainable processes 14 Use Cases zur Flexibilisierung des Energiesystems Darstellung der Funktionen mit Farben des BDEW-Ampelmodells Verbindung Smart Grid und Smart Building OGEMA und Standardisierung Smart Grid Technical Validations Commercial Use Cases (Market) Energy Markets Services von Energiedienstleistern Energieautomationsdienste Gerätedienste EM: Energy Manager Technical Use Cases Grid Operation Information Control& Emergency Signals Customer CEMS + SM Price Signals Information: Status, Values, Forecast,... Smart Grid Connection Point SGCP Smart Customer OGEMA- Allianz Hardware- Partner Hardware- Partner OGEMA Programmierumgebung Betriebssystem Hardware EMG: Energy Management Gateway Quelle: EU Mandat 490, Report WG Sustainable processes 15 4

5 Liegenschaft und Verteilnetzbereich als Basiszellen Beherrschung Komplexität Softwareagenten (Moderatoren und Energiebutler) in Verteilnetzzellen und Objektnetzzellen zur Ausbildung einer Schwarmintelligenz im Energieorganismus Energiebutler (Gateway und Energiemanagement) Liegenschaft und Verteilnetzbereich als Basiszellen in EU Mandat 490, SGCG / WG Reference Architecture Energiezellen als Regelkreise in verbundener und hierarchischer Organisation Market Zentr. Erzeugung Übertragung Verteilung Dezentrale Erzeugung incl. öffentliches Laden E-Mobil Markets Kunden Wohnen, Gewerbe, Industrie, E-Mobil Role System, Devices Enterprises Services Operation (Zentrale Automation, SCADA) TSO DSO UCs for technical Demand Response Aggregator (Marktagent / Pool-BEMI) 19 Station (Lokale Automation) Field (Sensors, Actors, IED) Process (physikalische Welt) Substation Automation (Netzagent) EV Public Customer Energy Managm. System (Energiebutler / BEMI) DER Storage EV Device Device A B 20 5

6 moma Praxistests 7 moma Thesen EE, Flexibilität, Regionalität, VNB als SG-Enabler Komplexitätsgrad 2. Praxistest Flexibler Strompreis 3. Praxistest SmarTest Energiebutler Feldtestkunden (dez. Anlagenbetreiber, Gewerbe- und Haushalte) Subsidarität & Transformation: Erschließung zentraler und dezentraler Chancen auf Grundlage Erneuerbarer Energien unter Beteiligung von Unternehmen, Kommunen und Bürgern Gesellschaftliches Engagement: Erfolg der Energiewende durch Engagement aller gesellschaftlichen Kräfte beim Umbau des Energiesystems sowie interdisziplinäre Zusammenarbeit Transparenz: Veränderungsprozesse erfordern Wissen über Zusammenhänge und wirtschaftliche Chancen für alle Beteiligten 1. Praxistest Innovativer Stromzähler 20 Feldtestkunden (dez. Anlagenbetreiber) Prüfung der technischen Realisierbarkeit (Installation, Datenübertragung) 200 Feldtestkunden (dez. Anlagenbetreiber, private Haushalte) Dynamische Strompreis- Signale (Ermittlung Lastverschiebungspotential) Akzeptanz der neuen Technologien (Energiebutler) Repräsentative Aussagen: Kundenverhalten Lastverschiebung Netzverhalten Umweltauswirkungen Wirtschaftlichkeit Verbundenheit: Regionale Interessen (dezentrale Angebote, regionale Produkte und Verteilungsnetz) im zellularen Denken fördern bei Integration in übergeordnete zentrale Erzeugungsangebote (zentrale Erzeugung und Großhandel) und Steuerungsmechanismen (Übertragungsnetze) Flexibilität: EBIT aus Flexibilitäten und Speicherlösungen zur Beherrschung eines Energiesystems mit hohem Anteil dezentraler und fluktuierender Erzeugung zum intelligenten Zusammenspiel von Markt und Netz Modernisierung: erweiterte Vernetzung der Energieinfrastruktur in Niederspannungsbereiche und hin zum Endkunden mit IKT (Smart Grid) sowie Sicherstellung von Netzzuverlässigkeit sowie Informationssicherheit (Cyber Security), verbunden mit Maßnahmen zu Netz- und Speicherausbau Juli 2009 Okt 2010 Januar 2012 Regelwerk: Gestaltung neuer energiewirtschaftlicher und regulatorischer Rahmenbedingungen für neues Markt- und Systemdesign mit dem Staat als notwendigen Änderungskoordinator und Regelwerkgestalter 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) andreas.kiessling@mvv.de