SMART OPERATOR das INTELLIGENTE NETz der zukunft IN der siedlung WErTaCHau Lechwerke AG Projekt Smart Operator Schaezlerstraße 3 86150 Augsburg T 0800 539 638 4 (kostenfrei) I www.lew.de/smartoperator E smartoperator@lew.de Stand: 02.2015 www.lew.de/smartoperator
vorwort 3 EIN baustein für die ENErGIEWENdE: die INTELLIGENTE NETzsTEuEruNG vor ort Testregion Wertachau Oberbayern Die Energiewende gibt uns ehrgeizige Ziele vor. Auf dem Weg dorthin sind wir schon ein gutes Stück vorangekommen. In unserer Region sind viele neue Fotovoltaikanlagen auf Hausdächern und freien Flächen installiert worden. Um die Ziele der Energiewende zu erreichen, müssen in den kommenden Jahren noch zehntausende Anlagen dazukommen. Die Herausforderung dabei: Die Stromerzeugung aus Sonnen- und Windkraft kann wetterbedingt stark schwanken. Damit alle Haushalte in unserer Region auch in Zukunft gewohnt zuverlässig mit Strom versorgt werden, müssen wir deshalb an neuen Technologien arbeiten, die uns helfen, diese Schwankungen auszugleichen. Eine zentrale Rolle spielt dabei das intelligente Stromnetz. Es hält über verschiedene Bausteine selbstständig die Erzeugung und den Verbrauch in einem Stromnetz im Einklang. Dr. Markus Litpher Vorstandsmitglied der Lechwerke AG Landsberg Das Pilotprojekt Smart Operator in der Siedlung Wertachau führen die Lechwerke in Kooperation mit der Stadt Schwabmünchen und der RWE Deutschland AG durch. RWE erprobt in weiteren Projekten intelligen- te Stromnetze: In den rheinland-pfälzischen Regionen Rhein-Hunsrück und Trier-Saarburg laufen ebenfalls Smart-Operator-Projekte und in der Region Bitburg-Prüm das Modell Smart Country. Einen ersten Schritt in diese Richtung möchten wir mit dem Pilotprojekt Smart Operator in der Siedlung Wertachau unternehmen. Bürger der Wertachau, die- Stadt Schwabmünchen und die RWE Deutschland AG sind dabei unsere Partner. Im Projekt Smart Operator verbinden wir hier eine ganze Reihe neuer Technologien zum Stromnetz der Zukunft in einem noch nicht dagewesenem Umfang. Gemeinsam gehen wir einen Schritt in Richtung Energieversorgung der Zukunft. Dr. Markus Litpher
4 INTELLIGENTE Netze INTELLIGENTE Netze 5 Intelligente Netze für die effiziente Nutzung erneuerbarer Energien Intelligente Stromnetze können Erzeugung und Verbrauch in einem Stromnetz selbstständig im Gleichgewicht halten. So werden die Energie aus Quellen wie Wind und Sonne sowie das vorhandene Stromnetz bestmöglich genutzt. Und die Stromversorgung bleibt sicher. Sichere Stromversorgung, hoher Anteil der Erneuerbaren In einem intelligenten Stromnetz sorgen Steuerungselemente selbstständig für einen Ausgleich zwischen der Erzeugung aus erneuerbaren Energien und dem Verbrauch des Stroms. Zum Beispiel, indem Energie in zusätzliche Speicher geleitet und bei Bedarf dort wieder entnommen wird. Oder das intelligente Netz signalisiert Haushaltsgeräten oder einem Heizsystem, sobald besonders viel Strom aus Sonnenenergie eingespeist wird, damit diese starten und Energie verbrauchen. Neue Anforderungen an die Stromnetze In Zukunft soll unsere Stromerzeugung auf den erneuerbaren Energien basieren. In den letzten Jahren sind zu den bestehenden Wasserkraftwerken mehr als 67.000 Anlagen im LEW-Netz neu hinzugekommen, die Strom aus Biomasse oder Sonnenenergie in die Netze einspeisen. Viele weitere Anlagen werden noch hinzukommen. Um die erzeugte Energie sicher aufnehmen zu können, baut LEW bereits heute mit hohen Investitionen die Stromnetze aus. Langfristig wird das Stromnetz mit zusätzlichen Energiespeichern und Kommunikationsmitteln ausgerüstet werden, um die schwankende Stromerzeugung auch bei weiter wachsenden Einspeisung aus Sonnenenergie und Sonnenkraft ausgleichen zu können. Das Ziel: ein smartes Stromnetz. Intelligente Netze bilden damit einen Baustein für die künftige Energieversorgung: > Sie überwachen den Zustand des Stromnetzes und halten Erzeugung und Verbrauch im Gleichgewicht. > Die größtmögliche Menge an Strom aus erneuerbaren Energien wird eingespeist. > Energiespeicher und variabel einsetzbare Stromverbraucher dienen als Puffer. > Die vorhandenen Stromnetze und Betriebsmittel werden effizienter genutzt. > Eine sichere und zuverlässige Stromversorgung bleibt gewährleistet. Das intelligente Netz der Zukunft sorgt mit smarten Bausteinen für einen Ausgleich zwischen Stromerzeugung aus erneuerbarer Energie und -verbrauch. Das Netz der Zukunft sorgt intelligent für eine optimale Nutzung des Stroms aus erneuerbaren Energien und für eine sichere und effiziente Stromversorgung.
6 smart operator smart operator 7 der smart operator: das GEHIrN des INTELLIGENTEN stromnetzes Photovoltaik- Anlage Im Zentrum des intelligenten Stromnetzes arbeitet der Smart Operator. Er ist über Glasfaserleitungen mit intelligenten Zählern in den Haushalten, mit intelligenten Hausgeräten, Batteriespeichern und Fotovoltaikanlagen verbunden. Er erfasst das Einspeisen des durch Sonnenergie erzeugten Stroms, den Verbrauch sowie Speichermöglichkeiten im Ortsnetz, stimmt diese Faktoren aufeinander ab und versucht sie in Einklang zu bringen. Das Ziel: Den mit den Fotovoltaikanlagen erzeugten Strom möglichst vor Ort verbrauchen oder speichern. Die Bestandteile des Netzes kommunizieren über das Glasfasernetz miteinander. In dem intelligenten Stromnetz sind die Verbraucher in den Haushalten wie zum Beispiel eine intelligente Waschmaschine oder Wärmepumpe mit anderen Komponenten im Stromnetz, etwa Batteriespeichern, verbunden. Der Stromverbrauch wird soweit wie möglich in jene Zeiten verschoben, in denen die Fotovoltaikanlagen im Ort gerade besonders viel Strom erzeugen. Das passiert zu Hause: Ein so genannter Home Energy Controller (HEC) ist mit intelligenten Komponenten und Geräten im Haus verbunden. Er kennt deren Stromverbrauch und kann sie nach Bedarf und Anforderungen des Kunden steuern. Der HEC registriert zum Beispiel, ob gerade ein Elektroauto angeschlossen ist, das in den nächsten fünf Stunden vollständig geladen werden soll oder ob eine beladene Waschmaschine gestartet werden kann. Testregion Wertachau Oberbayern Smart Operator Stromnetz Glasfasernetz RONT u. Wetterstation Lastschalt- Leisten Batteriespeicher Smart Operator Alle Haushaltsgeräte Intelligenter Stromzähler Home Energy Controller In jedem Haushalt sind intelligente Stromzähler, verschiedene intelligente Hausgeräte sowie Netzbausteine in einem Smart Grid zusammengefasst. Der Smart Operator Der Smart Operator ist das Gehirn des intelligenten Netzes. Der kleine, kompakte Computer managt mit einer speziell für das Projekt programmierten Software selbstständig das Ortsnetz und die intelligenten Bausteine. So nutzt er das Potenzial der erneuerbaren Energien und die verfügbaren Kapazitäten im Ortsnetz optimal. Wärmepumpe Warmwasserspeicher Stromspeicher (optional) Stromnet Glasfaser Funkverb Jeder Haushalt verfügt über einen intelligenten Stromzähler. Er misst Spannung und Verbrauch eines Haushalts. Die ermittelten Messwerte sendet er regelmäßig über Glasfaserleitungen an den Smart Operator.
8 ProjEkTPHasEN ProjEkTPHasEN 9 die LECHWErkE ErProbEN das NETz der zukunft IN der siedlung WErTaCHau. In der Siedlung Wertachau haben die Lechwerke in Kooperation mit der Stadt Schwabmünchen und der RWE Deutschland AG das erste intelligente Stromnetz Bayerisch-Schwabens aufgebaut. Im Projekt sind eine Reihe neuer Technologien zum Stromnetz der Zukunft verbunden in einem noch nicht da gewesenem Umfang. Es startete im Mai 2012 und läuft bis Ende 2015. Im Sommer 2014 ist das intelligente Netz in Betrieb gegangen. Projektphase 1: Aufbau der Infrastruktur Die Lechwerke haben für die notwendige Datenübertragung ein Glasfasernetz in der Siedlung Wertachau aufgebaut. Mehr als hundert Haushalte sind nun direkt an das Hochleistungsglasfasernetz angeschlossen. In den Häusern wurden rund 160 vorhandene Zähler gegen moderne, intelligente Stromzähler ausgetauscht. Die neuen Zähler messen Spannung und Verbrauch und übertragen die ermittelten Werte über das Glasfasernetz. Auf Basis dieser Informationen entwickelte die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (RWTH) die Programmierung für das Gehirn des intelligenten Stromnetzes den Smart Operator. In einem Labortest hat die RWTH den Betrieb des intelligenten Netzes simuliert. Projektphase 2: Inbetriebnahme, Feldtest und Optimierung In der zweiten Projektphase wurde der Smart Operator, eine regelbare Ortsnetzstation und ein zentraler Batteriespeicher in das Stromnetz integriert. Außerdem wurde das Netz um intelligente Bausteine in den Haushalten erweitert: Energiespeicher, Wärmepumpen und intelligente Haushaltsgeräte wie Waschmaschinen, Geschirrspüler und Wäschetrockner. Seit Juli 2014 ist die Smart-Operator-Steuerung mit allen Netzkomponenten in Betrieb. Der Smart Operator ermittelt unter anderem anhand von Wetterprognosen die zu erwartenden Einspeiseleistung sowie Lasten, Aufnahmefähigkeit und Speichermöglichkeit im Stromnetz. Bis Ende 2015 sammeln die Lechwerke und ihre Projektpartner nun praktische Erfahrungen beim Betrieb des intelligenten Stromnetzes. Dabei lernt das Smart-Operator-System permanent dazu und optimiert den Einsatz der verschiedenen intelligenten Bausteine, sodass Stromerzeugung und -verbrauch in der Siedlung möglichst in Einklang sind. Gute Voraussetzungen in der Wertachau Die Siedlung Wertachau eignet sich wegen der lokalen technischen Voraussetzungen für das Projekt besonders gut: Es ist ein abgeschlossenes Siedlungsgebiet, das Ortsnetz war bereits komplett verkabelt und durch Leerrohre für die Verlegung des Glasfasernetzes vorbereitet. Gleichzeitig verfügt der Ort über eigene Stromerzeugung: Mehr als 20 Fotovoltaikanlagen sind dort auf Hausdächern bereits in Betrieb.
10 Energiezukunft umgesetzt Energiezukunft umgesetzt 11 Das Pilotprojekt liefert neue Erkenntnisse für den effizienten Einsatz von Energie. Das Projekt in der Wertachau ist eine der umfassendsten Smart-Grid-Installationen überhaupt: Erstmalig sind intelligente Stromzähler, verschiedene intelligente Hausgeräte in Privathaushalten sowie Netzbausteine in einem Smart Grid zusammengefasst. Intelligente Hausgeräte Wesentliches Ziel des Projekts ist, den Stromverbrauch in Zeiten zu verschieben, in denen in der Siedlung viel Strom aus Fotovoltaik zur Verfügung steht. Dafür kann der Smart Operator rund 60 intelligente Geräte in mehr als 20 Haushalten ansteuern. Alle teilnehmenden Bürger erhielten unentgeltlich einen Glasfaseranschluss, der auch für das schnelle Surfen im Internet genutzt werden darf. Außerdem kann jeder Teilnehmer während des Projekts auf einer geschützten Internetseite mittels eines persönlichen Zugangs seinen aktuellen Stromverbrauch einsehen. Die Lechwerke bauen im Rahmen des Projekts ihre E-Mobility-Aktivitäten in Schwabmünchen weiter aus. Neben dem zentralen Batteriespeicher wurde eine Ladesäule für Elektroautos in Betrieb genommen. Die Projektteilnehmer erhalten Elektroautos zum Testen. Der Ausgleich im Stromnetz zwischen schwankenden Lasten und wachsenden Einspeiseleistungen durch intelligente Steuerungsmodelle ist eines der wichtigsten Projektziele. Aber auch die Kommunikation und das Zusammenspiel aller Bausteine über Glasfaserkabel und die Steuerung der einzelnen Komponenten werden intensiv getestet. Die Lechwerke sammeln dabei praktische Erfahrungen für den bedarfs- und kundenorientierten Aufbau und Betrieb intelligenter Stromnetze. Der Stromfluss im Ortsnetz Mit dem Pilotprojekt Smart Operator machen die Lechwerke und RWE Deutschland einen wichtigen Schritt, um auch künftig Sicherheit, Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit von Energieerzeugung und Stromversorgung gewährleisten zu können. Gemeinsam mit den Bürgern der Siedlung Wertachau und der Stadt Schwabmünchen leisten wir so einen Beitrag zur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende in unserer Region. Stromeinspeisung und -verbrauch ohne Smart Operator Stromeinspeisung und -verbrauch mit Smart Operator Legende Verbrauch Einspeisung Das gemeinschaftliche Projekt bringt den teilnehmenden Bürgern eine Verbesserung der Energiebilanz ihres Haushalts. Selbstverständlich beachten die Lechwerke bei Aufbau, Betrieb und Management des intelligenten Netzes alle relevanten gesetzlichen Vorschriften des Datenschutzes.