Smart Energy: Anforderungen an Informations- und Kommunikationstechnologien IKT & Energie: Mit smarten Technologien in eine energieeffiziente Zukunft Wuppertal, 08.10.2012
Gliederung
Kontext Energiewende: Allgemeine Veränderungen und Anforderungen Anforderungen aus Sicht von - Lastmanagement (DSM) - Virtuelle Kraftwerken (Regelleistung) - Elektromobilität - Smart Grids / Markets Fazit
08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 2
Wuppertal Institut
Aktuelles Energiekonzept der Bundesregierung Ziel: weitgehende Dekarbonisierung des Energiesystems 2020: -40% THG-Emissionen 2050: -80 bis -95% Nicht beziffert: inländische Erbringung
Ziel: regeneratives Energiesystem >50% erneuerbare Primärenergiebereitstellung in 2050 >80% erneuerbare Strombereitstellung in 2050 (unter Einbeziehung von Strom-importen)
08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 3
Wuppertal Institut
Inhaltliche Schwerpunkte und Ziele sind überwiegend gleich geblieben
08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 4
Wuppertal Institut
Energiewende führt zum Paradigmenwechsel in der Stromversorgung: „Erzeugung folgt Last“ → „Erzeugung und Last folgen Residuallast“!
Grund- und Mittellast
!
Gestern / Heute: Grundlast / Mi1ellast / Spitzenlast → orien6ert am Stromverbrauch
!
Heute und in Zukun>: Erneuerbare + KWK + Ausgleichsenergie + Speicher → orien6ert am Wind-‐/Solarangebot und Stromverbrauch
!
Grund-, Mittel- und Spitzenlaststrukturen verschwinden Höhere Flexibilitätsanforderungen an Kraftwerke und steuerbare Lasten Versorgungssicherheit erfordert zukünftig größere Kombination von Maßnahmen Verbraucher nehmen zunehmend Teil am Erzeugungsmarkt („Prosumer“) Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien 2009 Dezentrale Erzeuger werden wichtiger für die Bereitstellung von Systemdienstleistungen
Infrastrukturen wachsen stärker zusammen (Strom – Gas – Wärme) 08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 5
Wuppertal Institut
Für die Energiewende reicht kein Technologiewechsel, Die Energiewende braucht einen Systemwandel
Die Zukunft der Energieversorgung wird: • Erneuerbarer (80-100% EE-Anteil Stromversorgung) • Effizienter bzw. Sparsamer (z.B. 50-90 % weniger Wärmebedarf) • De-Zentraler und Komplexer (Vielfaches an Anlagen) • Akteursreicher • „Vernetzter“ und Flexibler • sich insgesamt wandeln (Transformation statt Integration) Dafür braucht es neue Marktdesigns, Geschäftsmodelle, Akteure, Standards, Prozesse und Schnittstellen
08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 6
Wuppertal Institut
Lastmanagement
08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 7
Wuppertal Institut
IKT und Lastmanagement Motivation - Historie
Vor der Liberalisierung des Strommarktes: - Lastmanagement eingesetzt zur Vermeidung von Lastspitzen und besserer Auslastung von Grundlastkraftwerken - Lastmanagement lag im Eigeninteresse der Energieversorger Seitdem: - Stagnation, kaum Weiterentwicklungen Zukünftig: - Lastmanagement zur Integration schwankender Energieeinspeisung aus regenerativen Quellen - „günstige“ Option zur Vergleichmäßigung
08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 8
Wuppertal Institut
IKT und Lastmanagement Zukünftige Einsatzmöglichkeiten
Lastmanagement kann eingesetzt werden wie ein Energiespeicher Verschiebung des Energieverbrauchs im Stunden- bis Tagesbereich ohne Verluste!
Eigene Berechnungen und Abbildung 08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 9
Wuppertal Institut
IKT und Lastmanagement Direktes Lastmanagement
Unter “direktem” Lastmanagement versteht man, dass der Netzbetreiber die Last direkt ansteuern kann Automatisierung / IKT-Schnittstellen an den Lasten notwendig Industrielle Lasten: größtenteils bereits erschlossen, da hoher Leistungshub die notwendigen Investitionen schnell rentabel macht Gewerbe, Handel, Dienstleistungen und Haushalte: - Potenzial bisher kaum erschlossen - Geringer Leistungshub pro Gerät / Anlage, deswegen spezifisch hohe Kosten Normung und Massenfertigung sind notwendig, um auch diese Potenziale zu erschließen
08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 10
Wuppertal Institut
land ergeben: Theoretisches DSI-Potenzial nach Verbrauchergruppen IKT und Lastmanagement Haushalt [GW] GHD [GW] Industrie [GW] 9 Potenziale des Lastmanagements 2010 13 7 2020 18 11 4,510 2030 35 11 Technisch nutzbares DSI-Potenzial nach Verbrauchergruppen Haushalt GHD Industrie 2010 Leistung [GW] 2,6 1,4 Energie [TWh/a] 8,0 5,0 4,5 GW 2020 Leistung [GW] 3,8 1,7 Energie [TWh/a] 12,4 5,6 2030 Leistung [GW] Energie [TWh/a] 9
6,0 32,3
1,8 9,7
77 GWh11
Potenzial der größten Industrieproduktionsbereiche ohne Industrieversorgungsunternehmen / Standortbetreiber von Industrieparks
VDE-‐Studie: “Ein notwendiger Baustein der Energiewende: Demand Side IntegraDon – Lastverschiebungspotenziale in Deutschland”, Frankfurt a.M., 2012
10 Abhängig von wirtschaftlichen Anreizen für Anlagenerweiterungen und gegenläufigen IKT & ENERGIE, WUPPERTAL Seite 11 Wuppertal Institut Energieeffizienzmaßnahmen. Keine nennenswerte Industrieneuansiedlung unterstellt.
08.10.2012
IKT und Lastmanagement notwendige IKT für Lastmanagement
Anforderungen: - Kommunikation zwischen Energieversorger und Verbraucher - - - -
Fernauslesung von Smart Metern Ansteuerung der Verbraucherlasten Senden von Tarifsignalen Handhabung der einhergehenden Datenmengen
Im Spannungsfeld Sicher Störungsfrei GünsDg
Power Line Communication (PLC), GSM (Funkübertragung), DSL - Kommunikation der Verbraucher-Geräte untereinander - Smart Meter - Energiemanagementsystem - Geräte
Europ. Installationsbus, KNX
08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 12
Wuppertal Institut
IKT und Lastmanagement Offene Baustellen
Standardisierung Verschlüsselung Handhabung der Datenmengen Isochronität Versionenmanagement Aufwand beim Endverbraucher verringern Plug and Play
08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 13
Wuppertal Institut
Virtuelle KraSwerke
08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 14
Wuppertal Institut
Es gibt viele neue Aktivitäten zur Vermarktung von virtuellen Kraftwerken am Regelleistungsmarkt
Quelle: Gerigk 2011 (Vortrag) 08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 15
Wuppertal Institut
Die Regelleistungsmärkte stellen unterschiedlich hohe Anforderungen an die Präqualifikation und Teilnahme
Eigene Darstellung basierend auf (UCTE 2009) und (VDN 2007) 08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 16
Wuppertal Institut
Hemmnisse die einer Teilnahme von VKW (noch) im Wege stehen
Übliche Planungs- und Einsatzstrategien Ökonomisch günstigere Einsatzfelder (z.B. Strombörse) Anforderungen der Regelleistungsmärkte und abweichende Auslegungen bzw. Anwendungen (Mindestgebotsdauern) Mangelnde Erfahrungen für VKW aus vielen kleinen Anlagen Mangelnde und zu teure Fernwirktechnik Fehlende Standards für bzw. Vorgaben an Schnittstellen und Prozesse
08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 17
Wuppertal Institut
Elektromobilität
08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 18
Wuppertal Institut
Elektro-PKW sind nur mit EE-Strom umweltfreundlicher als konv. PKW Die möglichen Handelsbeziehungen bedingen die IKT-Anforderungen
Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien 2008
08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 19
Wuppertal Institut
Vehicle-to-Grid (V2G) Konzepte zwecks Lastmanagement oder Regelleistung erhöhen Anforderungen und Aufwand
GPS ! ! Verwalter/ Aggregator
kabelloser Provider
Internet Fahrerbenutzungsprofil
08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 20
Wuppertal Institut
Rein technisch sind die einschlägigen Abläufe für die Betankung, Integration und Abrechnung von Elektro-PKW vorhanden…
Quelle: Kessler, SDller – EnBW: eCar als Teil eines intelligenten Energiesystems; 14.09.09 08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 21
Wuppertal Institut
… aber sie müssen eine Vielzahl von Verknüpfungen und Anforderungen erfüllen (Massenkundengeschäft)
Quelle: Kessler, SDller – EnBW: eCar als Teil eines intelligenten Energiesystems; 14.09.09 08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 22
Wuppertal Institut
Smart Grids
08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 23
Wuppertal Institut
smart grids müssen die verschiedenen Entwicklungen im Netzbetrieb koordinieren Smart homes & smart meters Plus electric vehicles
08.10.2012
IKT & Energie, Wuppertal
Seite 24
Wuppertal Institut
Recent Definitions of smart grids International Electrotechnical Commission (IEC): Electric power network that utilizes two-way communication and controltechnologies, distributed computing and associated sensors, including equipment installed on the premises of network users. European Technology Platform SmartGrids {EGERG} [Eurelectric]: smart grids are electricity networks that can intelligently {cost efficiently} integrate the behaviour and actions of all users connected to it - generators, consumers and those that do both – in order to efficiently deliver [ensure] sustainable, economic and secure electricity supplies. {…comparable scope…} US National Institute of Standards and Technology (NIST): The term ‘smart grid’ refers to a modernization of the electricity delivery system so it monitors, protects and automatically optimizes the operation of its interconnected elements – from the central and distributed generator through the high-voltage network and distribution system, to industrial users and building automation systems, to energy storage installations and to end-use consumers and their thermostats, electric vehicles, appliances and other household devices. Last but not least with own words: A „smart grid“ is a system, that allows the supply with electricity by 100% from renewable Energies. 08.10.2012
IKT & Energie, Wuppertal
Seite 25
Wuppertal Institut
Bedeutung und Aufwand steigen insbesondere bei den Verteilnetzbetreibern
Quelle: Hülsen – DNV KEMA: Verteilnetzbetreiber im Smart Grid (VKU-‐Studie); Sep. 2012 08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 26
Wuppertal Institut
FAZIT
Eine Energiewende ist ohne einen breiten, aber angemessenen Einsatz an (neuen) Informations- und Kommunikationstechnologien auf allen Ebenen kaum denkbar Diese müssen den Spagat zwischen günstig, zuverlässig, sicher, „zukunftsfähig“ und umweltfreundlich erfüllen Es mangelt zum Teil an entsprechenden Standards und Spezifikationen Nicht zuletzt müssen sie auf Akzeptanz der Anwender und Endkunden stoßen
08.10.2012
IKT & ENERGIE, WUPPERTAL
Seite 27
Wuppertal Institut
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
[email protected]
• Weitere Informationen finden Sie auf unserer Website:
• www.wupperinst.org
