Introduction to Smart Grids WHU and IHK on: Smart Grids and Smart Metering September 20, 2016 Prof. Dr. Stefan Spinler Director, Kühne Institute for Logistics Management Group speaker, Supply Chain Management Group WHU – Otto Beisheim School of Management Burgplatz 2 D – 56179 Vallendar E‐mail:
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Excellence in Management Education
Agenda The smart grid One component of smart grids – smart meters Summary
September 20 2016
S. Spinler
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The objectives of the smart grid EU‐led vision (customer and environmentally driven): Europe’s electricity networks in 2020 and beyond will be: Flexible: Fulfilling customers’ needs whilst responding to the changes and challenges ahead Accessible: Granting connection access to all network users, particularly for renewable energy sources and high efficiency local generation with zero or low carbon emissions Reliable: Assuring and improving security and quality of supply, consistent with the demands of the digital age Economic: Providing best value through innovation, efficient energy management and ‘level playing field’ competition and regulation
Source: “European Technology Platform SmartGrids. Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the Future” European Commission KI‐NA‐22040‐EN‐C EUR 22040
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The smart grid is a collection of technologies to enable flexibility, availability and efficiency
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The smart grid on a residential level
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Major smart grid technologies and concepts Distributed energy resources (generation and storage) are fundamental
parts. They provide the necessary active characteristics to an otherwise passive grid. Advanced and distributed communications. All the grid components are able to communicate. The grid operates like a power‐Internet (distributed, multiple‐redundant, interactive and autonomous). I.e. a Power‐Net. Intelligent metering. Policies and regulatory actions. Necessary to achieve integration of all the parts. Inadequate pricing models is a significant barrier to introduce service‐based business models (vs. energy‐based). Grid modernization. September 20 2016
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Smart Grid Technology Areas
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Source: IEA (2012)
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Smart Grid: The “Energy Internet”
2‐way flow of electricity and information
Enabled by ICT Infrastructure
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Properties of the internet Desired features:
distributed and autonomous control, diverse information routing and redundant data or application performance degradation instead of full failure, link transmission rate control through temporary data storage in buffers.
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Potenziale für Deutschland
Elektro- und Informationstechnik - Potentiale des Standorts Deutschland 2015
In welchen Technikbereichen sind ihrer Meinung nach besonders große Potentiale für den Standort Deutschland zu erwarten?
0,0%
10,0%
Anteil der Befragten 30,0% 40,0%
20,0%
50,0%
Smart Grid/Intelligente Stromnetze
70,0% 62%
Energieeffizienz
61%
Industrie 4.0/ Smart Factory
44%
Elektromobilität
39%
Smart Traffic/Intelligente Verkehrssteuerung
36%
Medizintechnik
35%
Automobiltechnik
33%
Maschinenbau
29%
Smart Home + Building
28%
Robotik
22%
Internet der Dinge Breitband-Infrastruktur
60,0%
21% 17%
Hinweis: Deutschland; 242 Befragte; Personen aus VDE-Mitgliedsunternehmen und Hochschulen* Weitere Angaben zu dieser Statistik, sowie Erläuterungen zu Fußnoten, sind auf Seite 29 zu finden.
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Quelle: VDE; ID 297770
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Potenziale für Deutschland
Smart Grid - Umfrage zu den Potenzialen für Deutschland 2012
Welche wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Potenziale bieten Ihrer Meinung nach Smart Grids?
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
Anteil der Befragten 40,0% 50,0%
60,0%
70,0%
80,0%
Integration erneuerbarer Energien
81%
Effiziente Nutzung knapper Energieressourcen
76%
Technologieführerschaft
56%
Umweltschutz
46%
Stärkung des Wirtschaftsstandorts
Kosteneinsparung für alle Marktteilnehmer
90,0%
43%
24%
Hinweis: Deutschland; 2012; 1.300 Befragte; VDE-Mitgliedsunternehmen und Hochschullehrer der Elektro- und Informationstechnik Weitere Angaben zu dieser Statistik, sowie Erläuterungen zu Fußnoten, sind auf Seite 31 zu finden.
September 20 2016
Quelle: VDE; ID 173209
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Solar and wind power are fully competitive with conventional power generation
September 20 2016 Source: Agora Energiewende (2015)
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Significant CO2 emission reductions are anticipated as smart grids get deployed
Source: IEA (2012) September 20 2016
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The deployment of smart grids requires collaboration between new types of actors
Source: IEA (2012) September 20 2016
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Challenges New infrastructure to communicate in both directions required Electricity prices less transparent for consumer, adjustment from fixed price to real‐ time pricing Security concerns Behavioral Changes and data management required…
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Agenda The smart grid One component of smart grids – smart meters Summary
September 20 2016
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Meinung zu Smart-Home-Anwendungen von Nutzern in Deutschland 2016
Welche Aussagen treffen für Sie in Bezug auf die bisherige Nutzung von Smart-Home-Anwendungen zu?
0,0%
10,0%
20,0%
Anteil der Befragten 30,0% 40,0%
Ich spare Energie
48%
Smart-Home-Anwendungen haben zu mehr Komfort und Erleichterung in meinem Alltag geführt
32%
Die Smart-Home-Anwendungen sind einfach in der Anwendung
24%
Ich fühle mich sicherer in meinem Haus/meiner Wohnung
23%
Die Smart-Home-Anwendungen sind zuverlässig
22%
Der Installationsaufwand war gering
18%
Der entstandene Nutzen rechtfertigt Installationsaufwand und -kosten
13%
Ich bin bei der Entwicklung neuer Technologien auf dem aktuellen Stand Ich habe eine Wertsteigerung meiner Immobilie erzielt Installationsaufwand und -kosten stehen nicht im Verhältnis zum entstandenen Nutzen Nichts davon
12%
9% 8% 20%
Hinweis: Deutschland; August 2016; 18-69 Jahre; 315 Befragte; Deutschsprachige Wohnbevölkerung, die bereits Smart-Home-Lösungen nutzen Weitere Angaben zu dieser Statistik, sowie Erläuterungen zu Fußnoten, sind auf Seite 8 zu finden. Quelle: Statista-Umfrage; ID 439075
50,0%
60,0%
Überblick
Smart Home - Umfrage zur Art der Vernetzung in Deutschland nach Gerät 2016
Welche dieser Geräte können Sie direkt über eine App des jeweiligen Herstellers bzw. über ein Gateway (zentrale Steuereinheit) steuern? Über ein Gateway
Direkt über eine App des Herstellers
0,0%
20,0%
Multi-Room-Entertainment (z.B. Sonos)
29%
38%
14%
38%
19%
Wassermelder
25%
17%
Tür-/Fensterkontakt
21%
18%
16%
9%
19%
10%
17%
12% 9%
14% 12%
Hinweis: Deutschland; August 2016; 18-59 Jahre; 1.008; Deutschsprachige Wohnbevölkerung Weitere Angaben zu dieser Statistik, sowie Erläuterungen zu Fußnoten, sind auf Seite 48 zu finden. Quelle: Statista-Umfrage; ID 591509
47%
27%
Funk-Wandtaster / Fernsteuerung
Bewegungsmelder
50%
23%
Kamera außen
Wandthermostat
41%
22%
Beleuchtungssteuerung / WLAN-Glühbirnen
Haustür- und Garagenverriegelung
55%
30%
Smart Meter - ein „intelligenter“ Zähler für den Energieverbrauch
80,0% 72%
Kamera innen
Smart-TV / Flachbildfernseher
Anteil der Befragten 60,0%
16%
Hausnotruf
Außensirene/ Alarmanlage
40,0%
Nicht vernezt
100,0% 12% 16% 28% 28% 30% 35% 48% 56% 63% 66% 71% 74% 74% 79%
120,0%
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Smart metering enables bi‐directional information flow and flexible load management
Source: Smart energy made in Germany (2015) September 20 2016
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Smart Metering
Heizung - Meinung zu Smart-Home-Anwendungen in Deutschland 2015
Wie sehen Sie die Entwicklung, dass die Heizung registriert, ob jemand zu Hause ist und automatisch die Temperatur regelt?
0,0%
10,0%
20,0%
Anteil der Befragten 30,0% 40,0%
50,0%
Es kostet sicher viel Geld, sich das anzuschaffen
51%
Durch diese Entwicklung könnte ich Geld sparen, weil nur dann geheizt wird, wenn ich auch zu Hause bin
45%
Ich möchte nicht, dass registriert wird, wann ich zu Hause bin und wann nicht
42%
Auf diese Weise könnte man sicher sein, dass die Wohnung immer optimal geheizt ist
39%
Ich habe Zweifel, ob das wirklich zuverlässig funktioniert
39%
Ich möchte selbst darüber entscheiden, wie ich die Heizung einstelle, das soll nicht automatisch geschehen
Ich hätte Angst, dass die aufgezeichneten Daten in falsche Hände geraten
Hinweis: Deutschland; 01.06.2015 bis 14.06.2015; ab 16 Jahre; 1.393 Weitere Angaben zu dieser Statistik, sowie Erläuterungen zu Fußnoten, sind auf Seite 68 zu finden. Quelle: IfD Allensbach; Centrum für Strategie und Höhere Führung; ID 449546
38%
25%
60,0%
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Smart meters have been rolled out across most countries in Europe
September 20 2016 Source: Bensel (2016)
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The value chain of the German electricity market
Source: Bensel (2016) September 20 2016
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26% of the average energy bill represent generation related costs
Source: BDEW (2016) September 20 2016
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Smart metering enables savings from load shifting and load reduction
Source: Bensel (2016) September 20 2016
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Based on an NPV analysis, compulsory roll‐out and potential curtailment of loads yield most benefits
Source: Bensel (2016) September 20 2016
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Agenda The smart grid One component of smart grids – smart meters Summary
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Summary The smart grid is a combination of a variety of technologies The smart grid enables greater levels of flexibility, reliability and efficiency The smart grid requires collaboration between electrical equipment manufacturers, ICT industry, building industry and consumer products Smart metering is one technology geared towards so‐called Demand Side Management The law for the digitization of the energy turnaround (Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende) stipulates mandatory installation of smart meters / metering systems for large consumers Large‐scale deployment of smart meters allows reduction of peak capacity Combined with curtailment of loads a net benefit is likely to be obtained September 20 2016
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