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Dipl.-Phys. Andreas Kießling wiss.-techn. Projektleiter moma MVV Energie AG SECHZEHNTES KASSELER SYMPOSIUM ENERGIE-SYSTEMTECHNIK 2011 6. + 7. Oktober 2011,

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Präsentation zum Thema: "Dipl.-Phys. Andreas Kießling wiss.-techn. Projektleiter moma MVV Energie AG SECHZEHNTES KASSELER SYMPOSIUM ENERGIE-SYSTEMTECHNIK 2011 6. + 7. Oktober 2011,"—  Präsentation transkript:

1 Dipl.-Phys. Andreas Kießling wiss.-techn. Projektleiter moma MVV Energie AG SECHZEHNTES KASSELER SYMPOSIUM ENERGIE-SYSTEMTECHNIK Oktober 2011, Kassel, Fraunhofer IWES E-Energy-Projekt Modellstadt Mannheim OGEMA – Dezentrales Energiemanagement im Praxistest

2 Paradigmenwechsel sowie Stärkung regionaler und nachhaltiger Konzepte Begriffe zum intelligenten Energiesystem Zellulares Systemmodell Neue Rahmenbedingungen im Verteilungsnetz Systemmodell zum Objektenergiemanagement OGEMA als Dienstevermittlungsumgebung für Verbindung mit bidirektionalen Energiemanagementsystemen in den Objekten moma - Praxistests Agenda

3 3 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 Zentrale Energiegewinnung und zentrale Steuerung Passive Rolle des Kunden und wenig regionale Wertschöpfung Kaum Kommunikation/Interaktion in den Verteilungsnetzen Paradigmenwechsel mit Energiewende Stärkung nachhaltiger, regionaler und wettbewerblicher Konzepte Lineare Wertschöpfungsstufen Vernetzte Wertschöpfungsstufen Evolution zum Internet der Energie

4 Ziel: 100 % Erneuerbare Energien (EE), Erhöhung Energieeffizienz Anforderung: Beherrschbare Kosten für Bürger und Wirtschaft und Erhaltung Versorgungssicherheit Maßnahmen und neue Chancen: Erschließung aller zentralen und dezentralen Chancen (EE, KWK und Speicher) mit engerer Verbindung regionaler Versorger und Kommunen Verbesserung der wirtschaftliche Position von Bürgern und Kommunen als eigenständig handelnde Teilnehmer im Energiemarkt Ausgleich schwankender Erzeugung mit neuen Flexibilitäten und Speichern bei sinkendem Anteil fossiler und nuklearer Erzeugung Versorgungssicherheit durch Diversifizierung Erzeugung / Steuerung Energieeffizienz durch spartenübergreifendes Denken für Strom, Wärme und Gas, Senkung Transportverluste durch regionale Mechanismen Energieeffizienz in Kundenobjekten mit neuen Chancen aus der Verbindung von Energielieferung und -dienstleistung Neue IKT-gestützte Formen der Netzführung bei höherer Volatilität der Energieflüsse und höherer Komplexität der zu steuernden Elemente neue Chancen für Verteilungsnetzbetreiber beim Betrieb notwendiger Infrastrukturen Paradigmenwechsel mit Energiewende

5 Begriffe zum intelligenten Energiesystem Domänen und Systemgrenzen Regional- märkte Akteure im Energie- Markt Groß- handels- märkte Über- tragungs- netz Verbundene Objekte Verbundene Unterobjekte Zentrale Energie- gewin- nungs- anlagen Gate- way Ein- Speisung DEA Energie- nutzung Objekt- geräte Gate- way Ein- speisung Objekt- erzeug. Kernkraft Fossil Erneuerbare 1) & 2) Vertei- lungs- netz Zentral Vertei- lungs- netz Dezentral Ein- Speisung DEA Energie- nutzung Anlagen im Netz Energie- nutzung Objekt- geräte Ein- speisung Objekt- erzeug. Ausbau eines erweiterten Energieinformationsnetzes Ein- speisung Zentrale Erzeuger Ein- speisung Zentrale Erzeuger Energie- nutzung Anlagen im Netz

6 Domänenkategorien und Wirkungsdomänen im Energiesystem Domänenkategorie Energiegewinnungsanlagen Domänenkategorie Stromnetze Domänenkategorie Netznutzerobjekte (Anschlussobjekte) Domänenkategorie Energienutzungseinrichtungen Domänenkategorie Energiemarkt Wirkungsdomäne Systembereich mit definierten Grenzen, in dem die Aktivität eines Anwendungsfalles abläuft, mit dem eine grobe Einteilung des gesamthaften Energiesystems (Smart Grid) anhand des physikalischen Stromflusses bzw. der informationstechnischen Verbindungen vorgenommen werden kann. Begriffe zum intelligenten Energiesystem Domänen und Systemgrenzen

7 Smart Grid adressiert die Vernetzung von Erzeugung, Speicherung, Verbrauch und Netzbetriebsmitteln mittels Informations- und Kommunikationstechnologie zum Zwecke der Automatisierung von Netz- und Marktprozessen bis hin zum Endkunden Ziel der Automatisierung ist die Beherrschung komplexerer Markt- und Netzregelkreise zur Ausbilanzierung von Erzeugung und Verbrauch durch Einbeziehung volatilerer sowie kombinierter zentraler und dezentraler Erzeugung Regelkreise sind geprägt durch interne und übergeordnete Zieldefinitionen (Markt- und Netzrahmen), Messeinrichtungen, Stell- und Steuereinrichtungen sowie Reglern zur Bestimmung von Maßnahmen bei Abweichungen (Automaten) Regelkreise im Elektrizitätsmarkt abgebildet durch Bilanzierungs-, Liefer- und Ausgleichprozesse Regelkreise im Elektrizitätsnetz abgebildet durch Kennwerte der Powerqualität, Netzflüsse, Kontrolle Powerqualität, Systemdienstleistungen bei Abweichungen Beherrschung volatilerer sowie kombinierter zentraler und dezentraler Erzeugung Begriffe zum intelligenten Energiesystem Aufgabenstellung

8 Anforderung 1: Messeinrichtungen sowie Geräte und Anlagen als Stell- und Steuereinrichtungen einzubeziehen (Sensorik- und Aktorikfunktion) Anforderung 2: Kommunikation zu Messeinrichtungen sowie Stell- und Steuereinrichtungen zwischen Markt- und Netzprozessen sowie Energiediensten in der Liegenschaft des Endkunden sicher zu gestalten (Gatewayfunktion) Anforderung 3: Automatisierung der Energiedienste in Liegenschaft des Endkunden mit Energiemanagementsystem (EM als Diensteplattform- und Dienstefunktion) Anforderung 4: Automatisierte Diensteinteraktion zwischen Energiemanagement in Liegenschaften sowie Markt- und Netzprozessen Ausdehnung der Regelkreise für Markt- und Netzprozesse bis hin zum Endkunden zur Beherrschung der Anforderungen bezüglich erneuerbarer Energien, höherer Anteile von Dezentralität, Energieeffizienz und Integration verschiedener Energiesparten Begriffe zum intelligenten Energiesystem Aufgabenstellung

9 Sensorik- und Aktorikfunktionen beim Endkunden über Messtechnik sowie Steuertechnik des Inhaber der Liegenschaft zur objektinternen Führung (Inhouse Automation) sowie über Smart Metering-System des Messtellenbetreibers zur geeichten Messung, Tarifiierung, Abrechnung und Visualisierung für Produkte eines Lieferanten Diensteplattform- und Dienstefunktion sowie Gatewayfunktion beim Endkunden über Energiemanagementsysteme der Liegenschaft in Hohheit des Objektinhabers und –nutzers Metering-Systeme in der Liegenschaft oder für eine Summe von Liegenschaften in Hohheit des Messstellenbetreibers Funktionen und Rollenzuordnungen Begriffe zum intelligenten Energiesystem Aufgabenstellung

10 Echtzeitvernetzung aller Systemkomponenten Begriffe zum intelligenten Energiesystem Definition Smart Grid

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12 Zellulares Systemmodell Neue Rahmenbedingungen Verteilnetz Zellularer Energieorganismus und Komplexität Zentrale Steuerbarkeit und Kontrolle wird mit zunehmender Anzahl dezentraler Komponenten komplexer Vielfalt, Organisiertheit und Verbundenheit Komplexität kann durch individuelle, aber gleichzeitig verbundene Strukturen reduziert werden Diese Strukturen handeln selbstoptimierend, aber gleichzeitig als Gesamtsystem intelligent und kooperativ mit hoher Synergie. moma verfolgt zellularen Systemansatz mit jeweils lokalen Agenten innerhalb der Zellen mit der Zielrichtung einer dezentralen und verteilten Automatisierungslösung Energiebutler mit BEMI-Systemlösung in Objektnetzzellen Verteilte Moderatoren mit dezentralen Netz- und Marktplatzfunktionen in Verteilnetzzelle

13 verteile Steuerungsstruktur mit autonomiefähigen, aber synergetisch zusammen arbeitenden Regelkreisen (Zellen) Verbindung zur zentralen Steuerung mit Minimierung der Formen der aufgezwungenen Zentralsteuerung Entsprechende Geschäftsmodelle und Anreizsysteme für alle Marktbeteiligten im Umfeld der beschriebenen Architektur sind zu definieren Untereinheiten besitzen eine autonome Natur eigenständige Regelkreise mit allen Energiesystemelementen Drittens ist eine hochgradige Vernetzung der Untereinheiten notwendig Peer-to-Peer-Kommunikation zu Nachbarn Beherrschung der nichtlinearen Kausalität der Beeinflussung unter Gleichen aufgrund hochgradiger Vernetzung und die Rückkopplung der Regelschleifen innerhalb der Zellen untereinander neue Anforderungen bei der Simulation von Netzen zur zukünftigen Netzplanung Zellulares Systemmodell Neue Rahmenbedingungen Verteilnetz

14 Objektnetzzelle mit Energiemanagement Verteilnetzzelle mit Softwareagent: Marktmoderator Netzmoderator Systemzelle mit Marktplatz der Energie und Netzsteuerung Energie Information Herausforderung: Zunehmende Komplexität 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. Zellulares Systemmodell Neue Rahmenbedingungen Verteilnetz

15 Systemmodell Objekt-Energiemanagement Europäische Sichtweise in Mandat 490 Smart metering systems may exist in the context of larger smart grid infrastructures and may co-exist with home automation systems The communications infrastructures supporting these applications may be separate or may be usefully shared Smart Metering System Elektrizität / Gas / Wärme / Wasser Smart Grid System Elektrizität / Gas / Wärme Automatisierung in Anschlussobjekten Liegenschaften Ladesäulen

16 Anschlussobjekt Verbindung zwischen der Anlage zur Versorgung mit Energie und Wasser und einer postalischen Regionalstruktur eines Kundengebietes als Gebäude, Gelände oder sonstige Einrichtung Anschlussnehmer Eigentümer von Anlagen eines Anschlussobjektes zur Belieferung mit Energie als Elektrizität, Gas oder Fernwärme auf Grundlage eines Vertrages zwischen Verteilungsnetzbetreiber und Eigentümer Anschlussnutzer Bezieher von Energie über die Anlagen eines Anschlussobjektes des Anschlussnehmers auf Grundlage eines Vertrages zwischen dem Lieferanten und dem Energienutzer Systemmodell Objekt-Energiemanagement Begriffe am Anschlussobjekt

17 Systemmodell Objekt-Energiemanagement Getrennte Sichten Messen und Steuern Smart Metering System Elektrizität / Gas / Wärme / Wasser Smart Grid System Elektrizität / Gas / Wärme Anschlussobjekt Anschlussnehmer Liegenschaften Ladesäulen Automatisierung in Anschlussobjekten hat viele Ziele eines davon ist Energiemanagement zu steuernde Geräte unterliegen anderen Rechtsbereichen Energiemanagement Anschlussnutzer Teil von Objektautomation Gerätesteuerung Geräte, dezentr. Erzeuger Elektromobile

18 Smart Metering Pro Anschlussnutzer: Messwerte, Tariffierung, Abrechnung, Visualisierung Last- und Erzeugungs- management, Virtuelle Kraftwerke, Energiehandel, Systemdienst- leistungen … über Smart Grids ein Meter Gateway (BSI-Schutzprofil) für 1 bis n Anschlussobjekte Pro Anschlussnutzer (Unterobjekt): Anreizkurven, Steuerkurven, Bedarfskurven, Angebotskurven 1 bis n Energie Management Gateways (EMG) Dient dem Energie- und Inhouse Management in der Hand des Kunden Eichrecht / BSI Schutzprofile dient dem Auslesen und Abrechnen des Meters in der Hand des Messstellenbetreibers Systemempfehlung der DKE- Fokusgruppe Inhouse-Automation und Beschlussvorlage im nationalen Lenkungskreis Normung Smart Grid Anschluss- objekt eines Anschluss- nehmers mit mehreren Anschluss- nutzern (Unterobjekt) Pro Meter-Gateway 1 bis n Anschlussnutzer Anschlussobjekte: Wohn- und gewerbliche Objekte, Industrie, mobile Objekte Systemmodell Objekt-Energiemanagement Getrennte Sichten Messen und Steuern

19 Public IP-Network (p.a. telecommuncation)Private IP-Network (p.a. energy provider) Actor: Meter Gateway (MG) Meter Communication Network Meter (Electricity, gas, water, heat of each household) either/or Actors: Energy Management GW Common sematic layer Unified Language Meter Objectdevices Consuming or Providing Energy smart appliances, consuming, producing and storing devices Core Network Layer (Mapping) Existend Standard existing standard existing standard either/or Actors: Energy Management Gateway (EMG) Systemmodell Objekt-Energiemanagement Getrennte Sichten Messen und Steuern

20 Empfehlungen für Technische Richtlinie zur EnWG-Novelle Kein deutscher Alleingang gegen die europäische Meinung Gesetzgebungsverfahren sollte Innovationsschub aus nationalen Leuchtturmprojekt E-Energy und Geräteindustrie nicht gleich wieder einschränken DAHER: Meter Gateway (MG) und Energie Management Gateway (EMG) sind logisch getrennte Komponenten in Hohheit verschiedener Rollen im Energiesystem MG als Schnittstelle zu geeichten Messeinrichtungen in Hohheit des MSB EMG als Schnittstelle zu Energiemanagementssystem (EM) und Sensorik / Aktorik in Hohheit des Endkunden Unterschiedliche Anforderungen bezüglich bidirektionaler Kommunikation und Informationssicherheit für MG und Meter sowie EMG und EM / Sensorik / Aktorik führt zu zwei Schutzprofilen Vereinigung von MG und EMG in einem Residential Gateway optional möglich und sinnvoll, aber zwei verschiedene Anforderungsprofile für Schutzprofil Gesetzestext sollte begriffliche Trennung vornehmen für Messeinrichtung (Messen, Tariffieren, Abrechnen, Visualisieren) Steuereinrichtung (Anreizkurven, Steuerkurven, Bedarfskurven, Angebotskurven) Systemmodell Objekt-Energiemanagement BSI-Schutzprofil und EnWG-Novelle

21 Systemmodell Objekt-Energiemanagement Abbildung in moma-Objektnetzzelle

22 OGEMA und Standardisierung: Dienstevermittlungsumgebung moma: Energiebutler = Energiemanager + EM - Gateway Systemmodell Objekt-Energiemanagement Verbindung mit BEMI-System

23 Systemmodell Objekt-Energiemanagement OGEMA-Struktur OGEMA Basis- Services Devices (represented as Resources 61850) Freezer Micro-CHP Electricity Price Communication drivers (Technology Implementation Selection in Pilot phase) IEC61850 … … SMLCIM Least Cost routing Energy Automation Services Device Specific Energy Services Time control Resource Access Priority Managm. Web-Interface Data Logging Resource administration User Administration Remote Access Control Remote Update +Service ZigBeeKNXothers Efficiency Analysis Emergency Power Reduction Freezer Management Micro CHP Management Price-based Scheduler Emergency Power Reduction Least CO 2 routing Least Cost routing Energy Automation Services Price-based Scheduler Emergency Power Reduction Least CO 2 routing

24 moma – Praxistests Juli 2009 Okt 2010 Oktober Praxistest Innovativer Stromzähler 2. Praxistest Flexibler Strompreis 3. Praxistest SmarTest Energiebutler 20 Feldtestkunden (dez. Anlagenbetreiber) Prüfung der technischen Realisierbarkeit (Installation, Daten- übertragung) 200 Feldtestkunden (dez. Anlagenbetreiber, private Haushalte) Dynamische Strompreis- Signale (Ermittlung Last- verschiebungspotential) Akzeptanz der neuen Technologien (Energiebutler) Feldtestkunden (dez. Anlagenbetreiber, Gewerbe- und Haushalte) Repräsentative Aussagen: Kundenverhalten Lastverschiebung Netzverhalten Umweltauswirkungen Wirtschaftlichkeit Komplexitätsgrad

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


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