Post on 05-Apr-2015
transcript
Dipl.-Phys. Andreas Kießlingwiss.-techn. Projektleiter moma MVV Energie AG
SECHZEHNTES KASSELER SYMPOSIUM ENERGIE-SYSTEMTECHNIK 2011
6. + 7. Oktober 2011, Kassel, Fraunhofer IWES
E-Energy-Projekt
Modellstadt Mannheim
OGEMA – Dezentrales Energiemanagement im Praxistest
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
• 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
• 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
• 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 Lineare Wertschöpfungsstufen
Vernetzte Wertschöpfungsstufen Vernetzte Wertschöpfungsstufen
Evolution zum Internet der Energie Evolution zum Internet der Energie
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
Begriffe zum intelligenten Energiesystem Domänen und Systemgrenzen
Regional-märkte
Akteureim
Energie-Markt
Groß-handels-märkte
Über-tragungs-
netz
Verbundene Objekte
VerbundeneUnterobjekte
ZentraleEnergie-gewin-nungs-anlagen
Gate-wayGate-way
Ein-Speisung
DEA
Energie-nutzungObjekt-geräte
Gate-wayGate-way
Ein-speisungObjekt-erzeug.
KernkraftFossilKernkraftFossil
ErneuerbareErneuerbare
1) & 2)1) & 2)
Vertei-lungs-netz
Zentral
Vertei-lungs-netz
Dezentral
Ein-Speisung
DEA
Energie-nutzungAnlagenim Netz
Energie-nutzungObjekt-geräte
Ein-speisungObjekt-erzeug.
Ausbau eines erweiterten EnergieinformationsnetzesAusbau eines erweiterten Energieinformationsnetzes
Ein-speisungZentraleErzeuger
Ein-speisungZentraleErzeuger
Energie-nutzungAnlagenim Netz
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
• 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
• 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
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
Echtzeitvernetzung aller Systemkomponenten
Begriffe zum intelligenten Energiesystem Definition Smart Grid
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
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
Objektnetzzellemit
Energiemanagement
Verteilnetzzellemit
Softwareagent:MarktmoderatorNetzmoderator
Systemzellemit
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
Systemmodell Objekt-EnergiemanagementEuropäische 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 MeteringSystem
Elektrizität / Gas / Wärme / Wasser
Smart GridSystem
Elektrizität / Gas / Wärme
Automatisierung inAnschlussobjekten
LiegenschaftenLadesäulen
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-EnergiemanagementBegriffe am Anschlussobjekt
Systemmodell Objekt-EnergiemanagementGetrennte Sichten Messen und Steuern
Smart MeteringSystem
Elektrizität / Gas / Wärme / Wasser
Smart GridSystem
Elektrizität / Gas / Wärme
Anschlussobjekt Anschlussnehmer
LiegenschaftenLadesäulen
Automatisierung in Anschlussobjekten hat viele Ziele
eines davon ist Energiemanagement
zu steuernde Geräte unterliegen anderen Rechtsbereichen
EnergiemanagementAnschlussnutzer
Teil von Objektautomation
GerätesteuerungGeräte, dezentr. Erzeuger
Elektromobile
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 Managementin der Hand des Kunden
Eichrecht / BSI Schutzprofiledient dem Auslesen und Abrechnen des Metersin der Hand des Messstellenbetreibers
Systemempfehlung der DKE- Fokusgruppe Inhouse-Automation und Beschlussvorlage im nationalen Lenkungskreis Normung Smart Grid Systemempfehlung der DKE- Fokusgruppe Inhouse-Automation und Beschlussvorlage im nationalen Lenkungskreis Normung Smart Grid
Anschluss-objekt einesAnschluss-nehmers mitmehrerenAnschluss-nutzern (Unterobjekt)
Pro Meter-Gateway 1 bis nAnschlussnutzer
Anschlussobjekte: Wohn- und gewerbliche Objekte, Industrie, mobile Objekte
Systemmodell Objekt-EnergiemanagementGetrennte Sichten Messen und Steuern
Public IP-Network (p.a. telecommuncation)Private IP-Network (p.a. energy provider)
Actor:Meter Gateway (MG)
Meter Communication Network
Meter
Meter (Electricity, gas, water,
heat of each household)
either/oreither/or
Actors:Energy Management GW
Common sematic layerUnified Language
Meter Meter ObjectdevicesConsuming or Providing Energy
smart appliances, consuming, producing and storing devices
Core Network Layer (Mapping)
Existend Standard
existing standard
existing standard
either/oreither/or
Actors:Energy Management Gateway
(EMG)
Systemmodell Objekt-EnergiemanagementGetrennte Sichten Messen und Steuern
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-EnergiemanagementBSI-Schutzprofil und EnWG-Novelle
Systemmodell Objekt-Energiemanagement Abbildung in moma-Objektnetzzelle
OGEMA und Standardisierung: Dienstevermittlungsumgebung
moma: Energiebutler = Energiemanager + EM - Gateway
Systemmodell Objekt-Energiemanagement Verbindung mit BEMI-System
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
…
…SML CIM
Least Cost routing
Energy Automation Services
Device SpecificEnergy Services
Timecontrol
Resource Access Priority Managm.
Web-Interface
Data Logging
Resourceadministration
User Administration
Remote Access Control
Remote Update
+ServiceZigBeeKNX others
EfficiencyAnalysis
EmergencyPower
Reduction
FreezerManagement
Micro CHP Management
Price-basedScheduler
EmergencyPower
Reduction
Least CO2
routingLeast Cost
routing
Energy Automation Services
Price-basedScheduler
EmergencyPower
Reduction
Least CO2
routing
moma – Praxistests
Juli 2009Juli 2009 Okt 2010Okt 2010 Oktober 2011Oktober 2011
1. Praxistest„Innovativer Stromzähler“1. Praxistest„Innovativer Stromzähler“
2. Praxistest„Flexibler Strompreis“2. Praxistest„Flexibler Strompreis“
3. Praxistest„SmarTest Energiebutler“3. Praxistest„SmarTest Energiebutler“
20 Feldtestkunden(dez. Anlagenbetreiber)
Prüfung der technischen Realisierbarkeit (Installation, Daten- übertragung)
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)
200 Feldtestkunden (dez. Anlagenbetreiber, private Haushalte) Dynamische Strompreis- Signale (Ermittlung Last- verschiebungspotential)
Akzeptanz der neuen Technologien (Energiebutler)
1.500 Feldtestkunden(dez. Anlagenbetreiber,Gewerbe- und Haushalte)
Repräsentative Aussagen:
• Kundenverhalten• Lastverschiebung• Netzverhalten• Umweltauswirkungen• Wirtschaftlichkeit
1.500 Feldtestkunden(dez. Anlagenbetreiber,Gewerbe- und Haushalte)
Repräsentative Aussagen:
• Kundenverhalten• Lastverschiebung• Netzverhalten• Umweltauswirkungen• Wirtschaftlichkeit
KomplexitätsgradKomplexitätsgrad
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
MVV Energie AGLuisenring 4968159 Mannheim Telefon: +49 (621) 290-3351Mobil: +49 (172) 9794884Telefax: +49 (621) 290-3475 andreas.kiessling@mvv.dewww.mvv-energie.dewww.modellstadt-mannheim.dewww.e-energy.de
Dipl.-Phys.Andreas KießlingSystemarchitektwiss.-techn. Projektleitung