Energiemonitoring im Energiesystem durch Virtuelle Kraftwerke Am Beispiel SMART POWER HAMBURG 10. November 2015 O. Heitmann, A. Berkel

Kann die Datenmonitoring Infrastruktur für mehr genutzt werden? Fragestellung Kann die Datenmonitoring Infrastruktur für mehr genutzt werden?

Agenda 1 2 3 4 5 SMART POWER HAMBURG LEITSYSTEMPLATTFORM HYPE DEMONSTRATION 4 BEISPIEL FÜR DIE NUTZUNG 5 DISKUSSION

Förderprogramm: Gefördert durch: SMART POWER HAMBURG Die Vision „Im Energiesystem der Zukunft geht es vor allen Dingen darum, Erzeuger, Verbraucher und Speicher so abzustimmen, dass erneuerbare Energien effizient eingebunden werden können.“ smartpowerhamburg.de Um in der Zukunft erneuerbare Energien effizient im Energiesystem zu nutzen, müssen Erzeuger, Verbraucher und Energiespeicher aufeinander abgestimmt und harmonisiert werden. SPH untersucht, wie man die Akteure sinnvoll vernetzen kann, wie man Speicherpotenziale in der Stadt nutzen und Wärme- und Stromnetze optimal aufeinander abstimmen kann.

SMART POWER HAMBURG Die Vision Smart – das englische Wort für „elegant“ und momentan sehr populäre Wort für „intelligent“ – kommt von der Idee, dass die einzelnen Anlagen eines Energiesystems im Verbund noch effizienter sein können, als jede Anlage für sich. Dabei sind die meisten einzelnen Anlagen für ihre Aufgabe bereits intelligent, aber wenn diese sich aufeinander abstimmen, dann machen sie das Gesamtsystem intelligent –„smart“ – eben „plietsch“. Um in der Zukunft erneuerbare Energien effizient im Energiesystem zu nutzen, müssen Erzeuger, Verbraucher und Energiespeicher aufeinander abgestimmt und harmonisiert werden. SPH untersucht, wie man die Akteure sinnvoll vernetzen kann, wie man Speicherpotenziale in der Stadt nutzen und Wärme- und Stromnetze optimal aufeinander abstimmen kann.

Abgleich von Erzeugung und Verbrauch Smart Power Hamburg Herausforderung Abgleich von Erzeugung und Verbrauch guter Ausgleich schlechter Ausgleich Warum ist das überhaupt eine sinnvolle Maßnahme? Das ergibt sich aus der Herausforderung, dass die Erzeugung Erneuerbaren Energien eben schwankt. Daher gilt es, die erzeugte Energie möglichst so nutzen, dass das Standardlastprofil, also den Energiebedarf, möglichst gut abgebildet wird.

Smart Power Hamburg Herausforderung Frequenzhaltung auch durch Verbünde dezentraler (EE) Anlagen Bedarf Sekundärregelleistung: Netzregelverbund, 2013 00:00h Viertelstunden Der Abgleich von Erzeugung und Verbrauch ist auch für die Netzfrequenz wichtig Hier seiht man am Beispiel der Sekundärregelleistung beispielsweise, dass im gesamten Jahr 2013 eigentlich an jedem Tag positive oder negative Ausgleichsenergie notwendig war um die Netzfrequenz im Stromnetz stabil zu halten. 24:00h 01.01.2013 Tage Bilder: HAMBURG ENERGIE 31.12.2013

LEITSYSTEMPLATTFORM HYPE Komponenten der Plattform ERZEUGER SPEICHER VERBRAUCHER Gekoppelte Strom- und Wärmeerzeugung z.B. BHKW Zeitliche Entkoppelung der Strom- und Wärmeerzeugung durch Wärmespeicher Echtzeit-Messung Last Management z.B. von Lüftung oder Kühlung Flexible Stromerzeuger Nutzung städtischer Infrastruktur VERBUND VON LEITSYSTEMEN INTELLIGENTE STEUERUNG Energieeffizienz des Verbundes Dienstleistungen für Betreiber und System Analyse

LEITSYSTEMPLATTFORM HYPE Aufbau Anlagen z.B. BHKWs Verbraucher .. Öffentl. Gebäude .. Quartiere .. Liegenschaften .. Gewerbe .. Industrie Windenergieanlagen Photovoltaikanlagen E-Mobilität ÜNB .. Regelenergie- .. Unterstation Info-Quellen z.B. Märkte EEX, Gas Regelenergie Wetter Nutzer (Rollen) z.B. Beobachter .. Stadt, Behörden .. Kommunikation Betriebsführer Anlagenanalyse .. Betriebskonzepte Regelenergiemanager Fahrplanmanager Energieversorger Plattformbetreiber SMART POWER HAMBURG SPS Prozesse SPS AZ NZ Browser Sv AZ NZ Programm Daten NZ SMS Mail AZ Protokolle IEC 60870 IEC61850 Modbus TCP Trend Saia … NZ

LEITSYSTEMPLATTFORM HYPE Beispiel einer Anlagenanbindung Messgerät (Siemens Sentron Pac3100) Gateway/Raspberry Pi (ModbusTCP/ModbusRTU) Router (Hamburg Energie) (Schule) SPH-Plattform Internet Sekundengenaue Echtzeitmessung Sekundengenaue Archivierung VPN/SSL Seriell (RS485) „15 Minuten sind nicht genug.“

LEITSYSTEMPLATTFORM HYPE Adressierungssprache Adressierung Eindeutig Einheitlich Lesbar SPH.Rothenburgsort.BHKW_1.Analogwerte.Wirkleistung SPH Rothenburgsort BHKW_1 Analogwerte Wirkleistung Zählerdaten EidelstedterWeg …

LEITSYSTEMPLATTFORM HYPE Anfragesprache Datenpunkt-Semantik Operative-Semantik

LEITSYSTEMPLATTFORM HYPE Mandantenfähigkeit AAA BBB Betriebsführer Betriebsführer HYPE A B A B Begleitforschung Händler Stadtwerk A A Quartier B B

LEITSYSTEMPLATTFORM HYPE Mandantenfähigkeit 1. Authentifizierung 2. Autorisierung Benutzer Rollen Zugriffsrechte Operationen Ressourcen

LEITSYSTEMPLATTFORM HYPE Einbindung von Drittsystemen Uni Lüneburg Quartiersprognose HAW Hamburg Energiecampus Adapter für Optimierer … HypeAS HypeKB (TCP/IP) Archiv Anlagen-Agent Anlagen-Pool Berechnungen SOA = Service Orientierte Architektur … NZ

VISUALISIERUNG / BETRIEBSFÜHRUNG Live-Präsentation VISUALISIERUNG / BETRIEBSFÜHRUNG Webbasierte Zugriffe auf Leitsystem- und Analysefunktionen 1/5

Visualisierungen erstellen Live-Präsentation Visualisierungen erstellen Einfachste Erstellung von Schemata mit dem Editor Universelles SVG - Format Einfache und verständliche Daten-Verknüpfung

VISUALISIERUNG / BETRIEBSFÜHRUNG Live-Präsentation VISUALISIERUNG / BETRIEBSFÜHRUNG Webbasierte Zugriffe auf Leitsystem- und Analysefunktionen 2/5

Visualisierung / ANALYSE Live-Präsentation Visualisierung / ANALYSE Webbasierte Zugriffe auf Leitsystem- und Analysefunktionen 3/5

Visualisierung / ANALYSE Live-Präsentation Visualisierung / ANALYSE Webbasierte Zugriffe auf Leitsystem- und Analysefunktionen 4/5

NUtzerschnittstellen Live-Präsentation NUtzerschnittstellen Webbasierte Zugriffe auf Leitsystem- und Analysefunktionen 5/5

Archivierung Und Analyse Live-Präsentation Archivierung Und Analyse Webbasierte Zugriffe auf das Archiv 1/3

Archivierung Und Analyse Live-Präsentation Archivierung Und Analyse Webbasierte Zugriffe auf das Archiv 1/3

Archivierung Und Analyse Live-Präsentation Archivierung Und Analyse Webbasierte Zugriffe auf das Archiv 1/3

Beispiel für die Nutzung Renovierung des Energiebunkers

Beispiel für die Nutzung Speicher im Energiebunker IBA Hamburg GmbH/ Martin Kunze

Beispiel für die Nutzung Neue Mitte Wilhelmsburg (BSU) Nahwärmenetz und Wärmeversorgung Versorgungsgebiet: ca. 24 IBA-Liegenschaften Wärmebedarf: 6.300 MWh/a BHKW in Betrieb ab: November 2012 Thermische Leistung: 737 kWth Elektrische Leistung: 527 kWel Einsatz von Biomethan im BHKW Pufferspeicher: 20 m³ Nahwärmenetz: 2 km Projekt im Rahmen der IBA BHKW soll demnächst in Betrieb gehen Großzügige BHKW-Auslegung Erweiterung um Wärmespeicher denkbar

Beispiel für die Nutzung Neue Mitte Wilhelmsburg (BSU) Abschnitt 2 Abschnitt 1 9 11 Herausforderung Niedrige Vorlauftemperatur bei Wärmeabnehmer 9 und 11 Einzige Abnehmer an dieser Leitung Durchmesser der Leitung DN 150, da Netzerweiterung geplant

Beispiel für die Nutzung Neue Mitte Wilhelmsburg (BSU) Untersuchen des Realbetriebs der umgesetzten BHKW- Projekte Detaillierte Analyse von Betriebskonzepten für die wärme- und stromgeführte KWK-Erzeugung am Beispielstandort „Neue-Mitte- Wilhelmsburg“ Erarbeitung und Prüfung möglicher Betriebs- optimierungen im wärmegeführten Betrieb Auswirkungen der Abnehmer auf die Erzeugung und Einfluss der Temperatur auf die Abnehmer (Standort Neue Mitte Wilhelmsburg) Live-Überwachung einer Liegenschaft Grafiken: HAMBURG ENERGIE

Beispiel für die Nutzung Neue Mitte Wilhelmsburg (BSU) Ursache: Vorlauftemperatur ist oft deutlich unter Sollwert 75 °C Durchmesser der Leitung DN 150 vergleichbare Strecken DN 50 + DN 40 Folge: Großes Rohrvolumen führt zu stärkerer Abkühlung Vorlauftemperaturen in °C Netzvorlauf Abnehmer 11 Abnehmer 09 05.11.2014

Beispiel für die Nutzung Neue Mitte Wilhelmsburg (BSU) Lösungsmöglichkeiten: Dauerhafte Erhöhung der Vorlauftemperatur Leitung ersetzen Dezentrales Nacherwärmen Lokale Vorlaufanhebung durch Einbau einer Überströmeinrichtung Erhöhung von lokalen Vorlauftemperaturen möglich In Kombination mit intelligenter Regelung im Leitsystem: Flexibilisierung und Optimierung des BHKW-Betriebes möglich Nutzung der Rohrleitung als zusätzlicher Speicher Aufbau einer Überströmeinrichtung nach AGFW Merkblatt FW 448

Diskussion Vorschläge Kann die Datenmonitoring Infrastruktur für mehr genutzt werden? Was spricht dafür/dagegen? Was ist zu beachten? Wie kann die Leitsystemplattform Hype für EnEff-Projekte genutzt werden? Betriebsführung Analyse Einbindung von Drittsystemen Welche spezielle Anforderungen ergeben sich bei Ihrem Projekt? Welche Wünsche haben Sie?

Diskussion Ergebnisse Nutzung der Datenmonitoring Infrastruktur Datenmonitoring kostet Geld Kosten minimieren durch Teilnahme an Märkten (z.B. Regelung) Technische Optimierung Wünsche zum Datenmonitoring Datenausfälle minimieren Ausgefallene Daten einfach einlesen Zuverlässigkeit bei Berechnungen (zeitlich und korrektes Ergebnis) Hinweis auf Datenqualität Anforderungen Berücksichtigung sensibler (Nutzer-)Daten? Offene Fragen Datenaufbereitung zentral oder dezentral?

Kontakt KONTAKT SMART POWER HAMBURG ONNEN HEITMANN Leiter IKT onnen.heitmann@hamburgenergie.de ALEXANDRA BERKEL Softwareentwicklerin alexandra.berkel@hamburgenergie.de HAMBURG ENERGIE Produktion, Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) Billhorner Deich 2 20539 Hamburg www.smartpowerhamburg.de Postanschrift: Postfach 261464, 50604 Hamburg