Demand Response - Intelligente Steuerung von dezentralen Energieanlagen zur Umsetzung der Energiewende - Dortmunder Energiewendekongress Thomas ...
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Demand Response —
Intelligente Steuerung von dezentralen Energieanlagen zur
Umsetzung der Energiewende
Dortmunder Energiewendekongress
Thomas Schulz, Entelios AG
Dortmund, 13. Februar 2013
© 2013 Entelios AG | All Rights ReservedAgenda
1 Ausgangssituation & Lösungsansatz
2 Entelios Demand Response
3 Paradigmenwechsel & Potentiale
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 2In jedem Moment müssen sich Erzeugung und Verbrauch perfekt die
Waage halten – selbst mit fluktuierenden Energiequellen.
Die Herausforderung
Erzeugung Netz Verbrauch
50,2Hz
50Hz
49,8Hz
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 3Erneuerbare Energien — Nicht nur ein Segen: “The Dirty Secret”.
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 4Deutschlands Energiewende: Atomausstieg und eine Wette
auf Energieeffizienz und Erneuerbare Energien
Quelle: Entelios Analyse, Energiekonzept der Bundesregierung, BMU, BMWi
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 5Der Energiesystem der Zukunft muss deutlich flexibler
werden.
Nachfrage und Residuallast bei 50% EE Erläuterungen
Schwankungen bis zu 12.000 MW in
15 min. möglich (heute: 3.000 MW)
Nachfrage- & Residuallast in GW
Windkraft und PV ersetzen kaum
konventionelle Kraftwerke — 27 GW
Windkraft ersetzen 1,9 GW konven-
tioneller Leistung
Ausgleich von Windflauten und PV-
Nacht-/Winterdefiziten durch fossile
Kraftwerke ist CO2-intensiv
Ausbau Speicher-/ Pumpspeicher-
kraftwerke zur Gewährleistung
Systemstabilität und Integration
Stunden Erneuerbarer langwierig und teuer.
Quelle: IER Universität Stuttgart
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 6Die notwendig vorgehaltene Regelleistung wird nur selten tatsächlich
ganz abgerufen – eine Chance für intelligentes Lastmanagement.
SRL/MRL – Abrufe (2010)
Abschaltbare Lasten
Zuschaltbare Lasten
Quelle: Neubarth, J.: Integration erneuerbarer Energien in das Stromversorgungssystem;
In: Energie für Deutschland 2011, Weltenergierat-Deutschland, Berlin (2011)
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 7Die Lösung: „Demand Response”
Demand Response ist ein Steuerverfahren in
Stromnetzen, bei dem die Verbrauchsseite
(“demand”) auf Signale aus dem Netz
antwortet (“response”).
Signale sind z.B. die Erzeugungssituation,
die Netzauslastung oder Preissignale.
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 8Ein Paradigmenshift
Vor Demand Response:
Verbraucher können soviel
verbrauchen wie sie wollen,
wann sie wollen;
Die Erzeugerseite ist so
gesteuert, den aktuellen
Verbrauch genau zu treffen
Reservekraftwerke werden
benötigt.
Mit Demand Response:
die aktuelle Energieerzeugung
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 9© Entelios 2011 | 10
Demand Side leistet Beiträge zur …
• Integration der Erneuerbaren Energien;
• Erreichung der CO2-Ziele;
• optimalen Nutzung der Netzkapazität;
• Verbreitung der e-Mobility;
• Nutzung des Smart Grid;
• Innovation Economy
…und zwar rasch und günstig.
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 11Demand Response ist grüner, schneller und günstiger als viele
Alternativen.
Bewertung der 5 Säulen der Energiewende
Hoch
Flexible konventionelle Erzeugung
Emissionen
über den
Lebenszyklus
Speicher
Demand Response
Energieeffizienz Netzausbau
Niedrig
Niedrig Hoch
Investitionskosten /
Beschaffungskomplexität
Quelle: Entelios Analyse
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 12Demand Response ist die bevorzugte Schlüsseltechnologie für
die Energiewende.
„Vorrangig und mit Abstand kostengünstiger (als
Speicher) ist ein optimiertes Lastmanagement
mit einem leistungsfähigen Stromnetz, mit dem
Schwankungen über größere Entfernungen
ausgeglichen werden.“
— BM Norbert Röttgen, FAZ vom 11.12.2011
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 13Demand Response beschreibt die zentrale vollautomatische Steuerung
dezentraler Flexibilitäten – Lasten, Speicher und Erzeuger.
Definition
Demand Response
Dezentral
Virtual Power System
© 2012 Entelios • All Rights Reserved • 14Verbraucher müssen weder geplant, genehmigt noch
gebaut, sondern „nur“ intelligent vernetzt werden
Das ist ein Speicher mit 590 MWh.
Das ist ein Speicher mit 200 MWh.
Das ist ein Speicher mit 84 MWh.
Das ist ein Speicher mit 5.000 MWh.
RWE Pumpspeicherkraftwerk Koepchenwerk Herdecke
Entrindungsplatz (Energiebedarf Holzaufbereitung 1 Tag)
Preforms-Zwischenlager Mineralwasserabfüller
Bilder:: RWE, Entelios Zwischenlager Aluminiumbarren
© 2012 Entelios • All Rights Reserved • 15Agenda
1 Ausgangssituation & Lösungsansatz
2 Entelios Demand Response
3 Paradigmenwechsel & Potentiale
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 16Entelios ist Wegbereiter von Demand Response in Europa.
Entelios AG Übersicht
Gegründet 2010
Venture-Capital finanziert
Services:
− Demand Response Aggregation
− Demand Response as-a-Service
für Stadtwerke und Netzbetreiber
− Intelligente Energieeffizienz
Fokus:
Industrie & Gewerbe
Niederlassungen:
Deutschland, Österreich
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 17Entelios bietet seine Lösung zum Management verteilter Flexibilität den
Energieversorgern, Netzbetreibern, ESCOs als “DR-as-a-Service” an.
Entelios Kunden
Strom-
Kunden ÜNB VNB Utility ESCO
vertrieb
Dezentrale Erzeugung, Speicher &
Elektrische
Lasten bei Eigener Betrieb
Anlagen
Industrie, Handel und Institutionen (ICI)
Entelios Technologie & Service Lösung // Convergence Stack
Energy
(Energy Relationship Management)
Platform
© 2012 Entelios • All Rights Reserved • 18Entelios erschließt Energieeffizienzpotentiale durch Lastgang-
optimierung mittels Demand Reponse.
Lastgangoptimierung
+ 3 Lastgang Erzeuger Nachher
Lastspitze
Reduzierung
Zusammenarbeit
2 Lastgang Kunden
Verlauf mit Glättung
1 Lastgang Erzeuger Vorher
Lastspitze
Ʃ vieler Kunden /
Einzelverbraucher
Verlauf ohne Glättung
- Schritte +
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 19Im Grunde gibt es drei Möglichkeiten der kundenseitigen
Lastanpassung 1) Reduzieren, 2) Puffern, 3) Verschieben.
Szenarien der Lastanpassung
1. Reduzieren 2. Puffern 3. Verschieben
Kurzzeitiges Reduzieren Geringer Mehrverbrauch (ca. 2%) Neutral: gleicher Verbrauch
(Minuten, Sekunden)
Beispiele: Beispiele: Beispiele:
Gebäudemanagement Kälte Aggregate mit hohem
Verbrauch
− Beleuchtung Wärme
− Pumpen
− Klimatisierung Druckluft − Mühlen
− Maschinen
Wasser
− Schichten
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 20Entelios — die intelligente Verbindung zwischen der Verbrauchsseite und
der Netzseite in der Energiegleichung.
Network Operations Center (NOC)
Verbrauchsseite Netzseite
Anlagen &
Regulator
Prozesse
Dezentrale
Erzeugung ÜNB
Gebäude-
management Versorger
eMobilität Energiemärkte
Energy Relationship
Management ®
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 21Was sind die Aufgaben, die Entelios als Demand Response
Aggregator und neuer Marktteilnehmer wahrnimmt?
Geschäftsmodell
MW, MWh*
Functions Demand Response Aggregator
Utilities / DSO
Industrial ISO / TSO / RTO
Commercial Aggregate NOC Trade OTC
Institutional Energy Exchange
Energy Relationship Management ®
Capacity Market**
Consumers / Participants:
−Factories Recruiting Forecasting Sales
−Buildings Sign-up Packaging Trading
−E-Cars Provisioning Monitoring Reporting
Maintenance Controlling Balancing Mechanism
* Alternative Term: NW, NWh (NW = NegaWatts, NWh = NegaWatthours)
€
Notes: TSO: Transmission System Operator
NOC: Network Operations Center RTO: Regional Transmission Organization
ISO: Independent System Operator OTC: Over the counter
** Je nach europäischem Land unterschiedlich gesehen - Frankreich (EPEX-Spot) macht sich dahingehend Gedanken.
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 22Entelios steuert ein komplexes, jedoch sicheres Kommunikationsnetz,
basierend auf offenen Standards und Datenformaten.
Entelios Netz Grid / DSO
Silicium
Maker Utility
Entelios NOC
SSL Client
Cloud Services
EBox IEC 60870-5-104
LAN
Participant
IPSEC
Web Services
Dairy
Entelios NOC
Farm BERLIN
EBox
GSM
Public Data
Paper Redundancy TSO
Modbus/TCP/XML Internet
Mill VPN-Tunnel
(encrypted)
EBox
GSM
Entelios NOC
MÜNCHEN
Aluminium IEC
Maker
MSCONS
EBox EDIFACT
LAN Foods & DVG-KISS
CSV
Beverage SSL
Municipal Utility
Client
EBox Utility Web
GSM
Services Balancing Area, Trader
© 2012 Entelios • All Rights Reserved • 23Verschiedenste Industrien haben hohes Potential für Demand
Response: ein vertikaler Ansatz ist notwendig.
Industrien mit DR Potential
Chemical Industry Breweries Cold Stores Hotels
Public Buildings / Facilities Food Processing Industries Foundry / Furnace Lumber Mills
Shopping Centers Printing Plants Water- / Air Treatment Concrete Factories
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 24Entelios hat über die letzten 1½ Jahre zahlreiche Lastpotentiale
identifiziert und für Demand Response nutzbar gemacht.
Speicher und verschiebbare Lasten
Kälte
Lüftung Lagerung
Pumpen
Druckluft
Klima BHKW / KWK
Beleuchtung
Wärme
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 25Entelios entwickelt zuverlässige Hardware und Software, um die
Flexibilität von Industrieanlagen zu erschließen
Hardware
Teilnehmerstation (UMTS-basiert)
Pilot Server
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 26Das Entelios NOC baut aus den einzelnen Verbrauchern ein
„Angebot“ für den Energiemarkt.
Das Entelios Prinzip
Verbrauchsseite Netzseite
Strommarkt
Regelenergiemarkt
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 271 MW Testabruf bei drei DR-Teilnehmern
Quelle: Entelios
© 2012 Entelios • All Rights 28
Reserved •Beispiel-Report: Abruf und Schaltung für Minutenreserve (31.10.2012)
© 2012 Entelios • All Rights Reserved • 29Entelios erstellt eine “Network Operations Center” Architektur
für “Demand Response 2.0 / 3.0”.
CRM, PRM Billing & Invoicing
Customer Analytics Revenue Assurance Businesses &
Industry
Entelios Network Operations Center (NOC) Core
Echtzeit Regel-
basiertes System
Interfaces
Lastmanagement- Interfaces Residential
Intelligenz (E-Mobility only)
Prognose &
Modellierungssystem
Asset Management E-Trading
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 30Agenda
1 Ausgangssituation & Lösungsansatz
2 Entelios Demand Response
3 Paradigmenwechsel & Potentiale
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 31Der Paradigmenwechsel (1/2)
Vorher:
„Erzeugung folgt Verbrauch“
Mit Demand Response:
„Verbrauch folgt Erzeugung“
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 32Der Paradigmenwechsel (2/2)
Vorher:
Megawatt
Mit Demand Response:
Negawatt
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 33„Intelligente“ Haushaltsgeräte werden auf absehbare Zeit keine
bedeutende Rolle bei der Integration Erneuerbarer Energien spielen.
Potentiale (1/2)
kW
vs.
MW
Es gilt, erst die Potentiale in Gewerbe und Industrie zu heben!
* Scott Hublou of EcoFactor © 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 34Die Potentiale in Industrie & Gewerbe summieren sich auf ~9 GW. Potentiale (2/2) Quelle: FfE, München © 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 35
Signifikantes Potenzial, die Spitzenlast zu senken
Spitzenlast
1 GW
in GW
< 5 Std
Dauer in Stunden
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 36Demand Response, Erneuerbare Energien und Energieeffizienz sind die
Hebel, die Spitzenlast zu senken
Spitzenlast
in GW Demand
Response
Erneuerbare
Energien
Energieeffizienz
Dauer in Stunden
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 37TABELLE
SEDC membership includes 44 utilities and energy related companies
across Europe; Entelios being one of the three founding members.
The SEDC focus is to promote Demand Side programs such as, demand
response - peak clipping and shifting, energy usage feedback and
information, smart home, in-home and in-building automation, electric
vehicle charging management, and other programs related to making
www.sedc-coalition.eu demand a smart, interactive part of the energy value.
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 38TABELLE
dena Arbeitskreis zur Nutzbarmachung von Lastmanagementpotenzialen im
Bereich Industrie und Gewerbe sowie öffentlichen Unternehmen.
dena Arbeitskreis Ziele:
Information und Vernetzung von
Fachakteuren und Entscheidungsträgern
Bereitstellung von Tools und Informa-
tionen, damit Unternehmen
Lastmanagementpotenziale identifizieren
können
Unterstützung und Förderung des
Dialogs für die Umgestaltung des
Energiesystems
Anregung des Prozesses, um Lösungen
zu diskutieren und zu finden
Aufklärung und Motivation durch
zielgruppengerechte
Informationsaufbereitung und Darlegung
der Kosteneinsparpotenziale
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 39Ziele der europäischen Energiepolitik im Rahmen des EU Energie-
und Klimapakets - ergänzt um ein 20 % Demand Response Ziel.
2020 Perspektiven
1 - 20% +20% 2
Treibhausgas- Erneuer-
emissionen1) bare2)
4 x 20%
bis
2020
+20% +20%
3 Steigerung
der Energie-
Industrie &
Gewerbe
Neu
Effizienz3) DR-Teil-
nahme
1) Minus 30% im Falle eines intern. Abkommens
2) 20% Erneuerbare Energien vom Gesamtenergieverbrauch (ca. 34 % vom Stromverbr.)
3) Erhöhung der Endenergieeffizienz ggü. „Business as usual“ um 20 % bis 2020 (Basis 2005) © 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 40“Ohne einen regulatorischen Rahmen werden Demand Response Programme weder effektiv noch finanziell nachhaltig sein”. Allgemeine Anforderung * Siehe auch FERC: National Action Plan on Demand Response. © 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 41
Zuviele notwendige bilaterale Beziehungen sind komplex und
behindern den Markteintritt von Demand Response
Demand Response in der heutigen Struktur der Energiewirtschaft
BIKO/ÜNB BKV
Vereinbarung
Präqualifikation zur Abrechnung
Lieferung von RL des BK
DR-
Aggregator
Vereinbarung, Nicht- Vereinbarung
Vermarktungs- über Strommengen-
verfügbarkeitsmeldung
abkommen zu DR- ausgleich
und § 19 (2) StromNEV
Potential
Stromkunde &
VNB Lieferant
Flexibilitätslieferant
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 42Orientierung für eine langfristige Lösung
•• Energiekosten
Energiekosten begrenzen
begrenzen
•• Geringe
Geringe Komplexität
Komplexität
»» Standardisierungen
Standardisierungen
•• Geringe
Geringe Transaktionskosten
Transaktionskosten
»» Neue
Neue Abrechnungsmethodik
Abrechnungsmethodik
•• Wettbewerb
Wettbewerb fördern
fördern
»» Definition
Definition neuer
neuer Marktrolle
Marktrolle
•• Innovationen
Innovationen fördern
fördern
•• Marktzutritt
Marktzutritt erleichtern
erleichtern
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 43Die Nutzbarmachung von Demand Side Potenzialen braucht einen
geeigneten regulatorischen Rahmen.
Vorgehensweise
Potential-
erschließung Umsetzung des
Aktionsplans &
Schaffung eines
Entwicklung Flexibilitätsmarktes
Nationaler Demand
Anpassung Response Aktionsplan*
aktueller Rahmen-
bedingungen
2020 Ziel
Schnell umsetzbare Definition regulatorischer Umsetzung der
Anpassungen u.a. in Rahmen für ein volkswirt- vereinbarten
EnWG und StromNZV. schaftlich sinnvolles und Flexibilitäts-
leistungsfähiges Markt- mechanismen.
Definition eines 2020- modell nebst Anreizsystem**
Zieles. zu Demand Response.
* Unter Berücksichtigung europäischer Bestrebungen, u.a. European Commission, SEDC (www.sedc-coalition.eu)
** Analyse Best Practices aus USA, Kanada, Australien, Südkorea
© 2012 Entelios • All Rights Reserved • 44Demand Response ist:
Grüner
Schneller
Günstiger
als viele Alternativen (inkl. Pumpspeicher).
Entelios ist Demand Response!
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 45Vielen Dank!
www.entelios.com
Thomas Schulz, COO
Entelios AG
Tel. +49 89 5529968-0
Email schulz@entelios.com
© 2013 Entelios AG | All Rights Reserved | 46Zwei verschiedene Geschäftsmodelle für Demand Response
Anbieter
Demand Response Aggregator (DRA) Demand Response-as-a-Service (DRaaS)
• Aggregiert Lasten von unter-schiedlichen • Aggregiert Lasten von einem Stromlieferanten
Stromlieferanten
• Schaltbare Lasten ausschließlich im Bilanzkreis
• Schaltbare Lasten sind mehreren eines Stromlieferanten
Bilanzkreisen zugeordnet
• Vermarktung erfolgt durch Lieferant
• Vermarktung erfolgt durch DRA
• DR-Teilnahme an den Lieferanten geknüpft
• Verbraucher können unabhängig von ihrem
• DR integrativer Bestandteil der
Lieferanten an DR teilnehmen
Bilanzkreisoptimierung (zusätzlicher DR-
• Komplexes Bilanzkreis- und Fahr- Benefit)
planmanagement zwischen DRA und
Stromlieferanten
DRaaS ist besser mit heutigem Markt- und Regulierungsrahmen
in Deutschland vereinbar
© 2012 Entelios • All Rights
47
Reserved •Erfahrungen & Herausforderungen
- Anbindung der schaltbaren Lasten durch EBox an NOC über Energiemanagementsystem der
Teilnehmer meist einfach umsetzbar
- Produktionstechnische Anforderungen der schaltbaren Lasten erfordert enge Abstimmung von DR-
Anbieter und verantwortlichen MitarbeiterInnen vor Ort
- Bisher sehr gute Zusammenarbeit mit Großteil der Marktakteure
- Jedoch zeitintensive Diskussion mit Lieferanten und Bilanzkreisverantwort-lichen der am DR-
Programm teilnehmenden Verbraucher durch fehlende regulatorische Anreize, die Teilnahme an DR-
Programmen zu ermöglichen
- Generell führt fehlende eindeutige Definition der Marktrolle eines DR-Anbieters zu Verzögerungen
beim Aufbau des Geschäftsmodells
- Operative Herausforderung u.a. Ermittlung der sog. Baseline (d.h. hypothetischer Lastverlauf ohne
Schaltmaßnahme)
© 2012 Entelios • All Rights
48
Reserved •Erfolgreiche Etablierung von Demand Response ist eine Frage
des Wann, nicht des Ob
Forderungen
- Eindeutige Definition der Marktrolle von DR-Anbietern
- Zeitnahe Umsetzung der neuen EU-Energieeffizienzrichtlinie in Deutschland mit frühzeitiger
Einbeziehung der betroffenen Marktakteure und Interessensgruppen
- Entwicklung von transparenten und offenen Märkten für die Integration von DR in das
energiewirtschaftliche Gesamtsystem
- Einfaches DR-Marktdesign zur Förderung der Teilnahme einer möglichst großen Zahl an Verbrauchern
- Berücksichtigung der von Erzeugungsanlagen abweichenden Charakteristiken von DR-Ressourcen
- Standardisierte Prozesse, Verträge und Datenformate
© 2012 Entelios • All Rights
49
Reserved •Das gegenwärtige Energy-only Marktmodell erschwert die umfängliche
Nutzbarmachung von Demand Side Potenzialen.
Erkenntnissse aus operativer Erfahrung
Fehlende Anerkennung / Wahrnehmung verbrauchsseitiger Maßnahmen als
gleichwertige Alternative zu Erzeugern und Speichern.
Demand Response als Flexibilitätsmechanismus hat noch keine Marktrolle, noch
wird es, im Gegensatz zu Netzen & Speichern, in die aktive Forschung einbezogen.
Es fehlen standardisierte Rahmenbedingungen (Regelungen und Prozesse) für
die Umsetzung von Demand Response zwischen den beteiligten Marktakteuren.
Flexibilitäten gehören den Endverbrauchern - diese ermöglichen erst Demand
Response. Aktuelle Rahmenbedingungen begünstigen nicht deren Teilnahme.
Es fehlt ein leistungsorientiertes Marktmodell (z.B. ein Flexibilitätsmarkt), damit
Anreize bestehen, in Demand Response zu investieren.
© 2012 Entelios • All Rights
50
Reserved •Aspekte eines Nationalen Aktionsplan zu Demand Response*
Nationaler DR Aktionsplans (indikativ)
* National Demand Response Action Plans already exist e.g. in U.S.A.., South Korea
© 2012 Entelios • All Rights Reserved • 51Sie können auch lesen
