E-Energy-Projekt Modellstadt Mannheim
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E-Energy-Projekt Modellstadt Mannheim Erfahrungen mit regionalen Marktplätzen im E- Energy-Projekt Modellstadt Mannheim Andreas Kießling Stabsabteilung Technologie & Innovation MVV Energie AG Abschlussworkshop Marktdesign für nachhaltige regionale elektrische Energiemärkte 07. Mai 2013, Essen
moma in E-Energy
Smart Energy made in Germany
Von den Leuchttürmen in die Fläche
2
moma-Szenario Die Energiewende stellt neue Anforderungen und bietet Chancen Sie muss alle Bereiche der Gesellschaft erreichen Transparenz ist erforderlich und Wissen über Beteiligung Interaktion zwischen lokalen und übergeordneten Strukturen ist notwendig Vielfältige Flexibilitäten zur Lösung aller Anforderungen sind notwendig Dafür werden Smart Grids als Basisinfrastruktur benötigt moma hat Maßstäbe für diese Lösungen durch einen zellularen Ansatz geliefert Erste Geschäftsmodelle wurden identifiziert, sind aber nur erste Schritte für zukünftige Funktionen auf der Basis von Smart Grids
Neue Anforderungen führen zur Vernetzung
Stärkung nachhaltiger und regionaler Konzepte
Aufgabenbewältigung mit Engagement der Bürger, der Kommunen und der
Wirtschaft, Energie bewusster einsetzen sowie Energiedienste auf Grundlage
neuer Chancen anbieten und nutzen
• Fossile und nukleare • Vielfalt von Energieträgern und
Energieträger verbundenen Energieflüssen
• Zentrale Energiegewinnung und • Zentralität und Dezentralität in Energie-
zentrale Steuerung gewinnung mit bidirektionale Flüssen
• Planbare Erzeugung • Volatilität der Erzeugung
• Passive Rolle des Kunden und • Aktive Rolle von Kunden und Stärkung
wenig regionaler Wertschöpfung Wertschöpfung in Regionen führt zur
Komplexität der Steuerung
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Neue Anforderungen erhöhen Komplexität
Zellularer Ansatz im Verbundsystem und Flexibilität
Paradigmenwechsel und
Komplexitätsbeherrschung
Wachsende Komplexität: Zunehmende Vielfalt,
Konnektivität und Organisiertheit des
Energiesystems aufgrund von dezentraler und
fluktuierende Erzeugung
Komplexitätsreduktion: Gesamtsystem als ein
Regelkreis zerlegen in ein System aus Systemen
mit verbundenen Regelkreisen mittels Zellen mit
verteilter Automatisierung (moma-Ansatz im Bild
rechts)
Schnelle Lösung lokaler Probleme
Datenreduktion
Optimierungskaskade: Energetische und
monetäre Optimierung bidirektional unter
Berücksichtigung der Anforderung über- und
untergeordneter Ebenen
Berücksichtigung regionaler Marktaspekte
Systemdienstleistungen auf allen Ebenen
EMG: Energy Management Gateway
Neue Geschäftsmodelle aus Flexibilitäten
moma-Anwendungsfälle
Erneuerbare Energien und
Zellulare Energieeffizienz
Steuerungs-
topologie
Erschließung von 5 Kategorien für Flexibilisierungsoptionen
Variable Liefer- Flexible Speicher Nachfrage- Import-/ Sparten-
und Netzpreise Erzeugung steuerung Export verbund
Zentral Langzeit- Anreiz- Zellulare Power to gas
Kälteanlagen Regelbare speicher steuerung Netze Kombikraft-
Gaskraftwerke (Tage bis Variable Tarife Europaverbund werke,Gas-
saisonal) bis Microgrids netze
Dezentral Kurzzeit- Direkt- Regional- Wärme-
Flexibilitäts- Eigennutzungs- speicher steuerung märkte steuerung
potentiale steuerung (Sekunden bis Virt. Kraftwerk, lokaler KWK,
Gebäude Stunden) Netzsteuerung Ausgleich, Wärmenetze
Nur mittels IKT können alle notwendigen Flexibilitätsoptionen erschlossen werden,
die für eine stabile Energieversorgung
und eine optimale Nutzung der Marktfunktionen notwendig sind.
Smart Grids sind notwendig
Regionalität und zellulares moma-Modell
Komponenten und Funktionen
Zentr. Über- Verteilung Dezentrale Kunden
Erzeu- tra- Erzeugung Rolle
gung gung
System,
Markt Geräte
Markets
Enterprises Services Quelle:
EU Mandat
Marktpartner 490;
Aggregator
TSO DSO mit Abb.
Betrieb (Marktautomat /
moma-
Pool-BEMI) Kompo-
nenten
Station
(Lokale Substation Auto-
Automation) mation (Netzautomat)
Kunden Energie-
Smart
Feld managementsystem
Meter
(Energiebutler / BEMI)
Gerät Gerät
EM DEA Speicher
Prozess A B
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Smart Grid Ziele und Architekturen
EU Commission Task Force for Smart Grids
Quelle: EU TF Smart Grid – EG 1 Functionalities 8
Verbindung Smart Grid / Smart Building
Liegenschaft und Verteilnetzbereich als Basiszellen
OGEMA: Allianz für
Schnittstelle Smart Grid /
Smart Building
Kommunikations-
Gateway: Standards aus
Markt und Netz und zu
Geräten
Diensteplattform:
offene, standardisierte
Basisdienste für Energie-
management Gebäude
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Ergebnisse Praxistest Mannheim
Interaktion:
• Praxistest wurde überwiegend positiv von den Teilnehmenden
wahrgenommen, nicht zuletzt auf Grund intensiver Betreuung
• Haushalte reagierten überwiegend manuell auf das Preissignal
Preiselastizitäten:
• Durchschnittlich reagieren Haushalte auf eine 100%ige
Preisänderung mit einer 11%igen Verbrauchsreaktion
• Engagierte Haushalte zu bestimmten Zeiten mit einer 35%igen
Lastverschiebung:
• Nutzung von Großverbrauchern in preisgünstigen Zeiten
• Automatische Steuerung: teilweise Verlagerung in
Nachtstunden
Produktattraktivität:
• Nur 10% der Haushalte möchten keinen variablen Stromtarif.
• 30% sind bereit für eine automatische Steuerung und
Stromvisualisierung Geld auszugeben.
• Ein Preis von 1-2 € im Monat scheint akzeptabel.Ergebnisse Praxistest Mannheim Bestimmte Gruppen erreichen bis zu 35 % Preiselastizität Stündlich aufgelöste Preiselastizitäten basierend auf Verbrauchsdaten von Juni bis einschließlich Oktober 2012. Unterteilung in 3 unterschiedliche Nutzungsgruppen auf Basis von selbstberichteten Angaben in der Abschlussbefragung im Oktober 2012.
Regionalität und zellulares moma-Modell
Modellierung und Simulation
Softwareautomaten (Moderatoren und Energiebutler)
in Verteilnetzzellen und Objektnetzzellen zur Ausbildung einer
Schwarmintelligenz im Energieorganismus
Energiebutler (Gateway und Energiemanagement)
12Ergebnisse Technische Simulation
Struktur der Simulationsumgebung
DigSilent Local Grid DigSilent Global Grid
Text Files LFC results Text Files
SVC setpoints .csv
Local DigSilent I/F Module Global DigSilent I/F Module
planned P/Q setpoints P/Q (stationary val.)
U, U, (LFC results)
Grid Agent Module Java PCCSim C/C++
GUI .csv
Grid Cell Control Sim Master .log
Client/Server
Client/Server
Sim.-datanet
Sim.-datanet
Agent
Interaction
.csv
Grid Agent .log DER units at PCCs
Data Acquisition Bids, P/Q
Optimization P/Q setpoints 1) BEMI – var. tariff
Grid Agent Interaction
controlled DER
2) Local Agent –
metering data controlled DER
P schedules for DER 1)-4) 3) Flexible DER,
var. Tariffs
var. grid fees direct control
4) DER with local
Market Agent Module Java
U/Q control
GUI control 5) non-controlled
Data (optional)
Client/Server
display during
Sim.-datanet
Agent during
simulation DER
simulation
Interaction
.csv
MA & Pool-BEMI .log
Procurement /
Plant Scheduling
Tariff Generation
PC 2
PC 1 (VNZ Server) (Distribution Grid Cell)
13Zentrale Ergebnisse Technische Simulationen Technische Simulation mehrerer interagierender Verteilnetzzellen Struktur interagierender Netzautomaten: Die Automaten, die lokales Energiemanagement (EM) beim Kunden durchführen, interagieren direkt mit dem übergeordneten Niederspannungs (NS)-Automaten. Diese interagieren wiederum untereinander und mit dem übergeordneten Mittelspannungs (MS) – Automaten. Die Kette setzt sich bis in die Hochspannungs (HS)-Ebene fort, auf der die weitere Interaktion im Bereich der Übertragungsnetze / Bilanzkreisverantwortlichen (BKK) angesiedelt ist. Ziel der Interaktion ist sowohl Energie als auch Systemsystemdienstleistungen zwischen den einzelnen Zellen zu teilen.
Ergebnisse Technische Simulationen
Spannungsregelung mehrerer interagierender Verteilnetzzellen
Ohne Regelung
Spannung [p.u.]
Max. Spannung
Min Spannung
Mit Regelung
Toleranzband
Spannung [p.u.]
Jahresverlauf des Spannungsminimums und –maximums im Mittelspannungs-Benchmarknetz ohne und mit
Regelung durch interagierende Netzautomaten. Die Interaktion sieht die Durchführung einer Verhandlung in
Echtzeit vor, wobei die Netzautomaten Angebote zur Änderung von Verbrauch oder Erzeugung von Wirk-
oder Blindleistung von Automaten in der Netzzelle und anderen Netzautomaten in Anspruch nehmen, um
Spannungshaltung zu betreiben. Die Algorithmen können so angepasst werden, dass die maximale
Spannungsüberhöhung im Netz durchgehend unter 2% bleibt.Ökonomische und Ökologische Auswertung
Kostenbetrachtung für Infrastruktur und Betrieb
Deutschland 2030
Jährliche ohne Preisanpassung
Kosten in Mannheim mit Preisanpassung der Infrastrukturkosten
Mio.€/a 2030 der Infrastrukturkosten (Sensitivitätsanalyse)
Operative
1,69 1013,3 1013,3
Kosten
Kosten 1,47 313,4 642,5
Infrastruktur
Summe 3,16 1326,7 1655,8
Kosten sind hier – wie auch in folgenden ökon. Folien – wie folgt bestimmt: Investitionskosten werden über
Lebensdauer und Realzins in Annuitäten umgerechnet. Diese werden zu den laufenden Kosten addiert.
Entsprechend sind die ausgewiesenen jährlichen Kosten zu verstehen. Für zusätzliche Business Cases würden
nur mehr zusätzliche operative Kosten relevant, da die gleiche Infrastruktur genutzt werden könnte.
Die Infrastrukturkosten wurden im moma für 2020 erhoben. Diese Werte gehen in „ohne Preisanpassung“ ein.
„Mit Preisanpassung“ berücksichtigt die zu erwartenden Kostensenkung von IT-Geräten von 2020 bis 2030.
Die relativ hohen operativen Kosten weisen insbesondere auf eine große ökonomische Bedeutung der
Robustheit der Technik und der „Usability“ hin.Ökonomische und Ökologische Auswertung
Volkswirtschaftlicher Vorteil hier als „Beschaffungsvorteil“,
besonders die Wirkung über Rückwirkung auf Börsenpreise:
in Mio. €/a DE2030
Gesamte ökonomische Vorteile aus variablen Tarifen 1.103,1
davon: Geringerer Zubau von Gasturbinen-Kraftwerken 31,2
davon: Beschaffungsvorteil 1.071,9
davon: Haushalte 454,7
davon: betriebswirtschaftlich für
Beschaffungsvorteil nutzbar 196,4
davon: durch Veränderungen des
Börsenpreisvektors 258,2
davon: andere Endverbraucher (durch
Veränderungen des Börsenpreisvektors) 617,2
davon: durch Reduktion des
durchschnittlichen Börsenpreises 482,6
• Nutzung von Flexibilitäten wirken hier stark über Veränderungen (Änderung des Mittelwerts und Änderungen der Verteilung) des
Börsenpreises. Diese Änderungen entsprechen Änderungen der (kurzfristigen) Grenzkosten.
• Nutzung von Flexibilitäten könnten stark über Senkung (Veränderungen) durchschnittlicher
Börsenpreise (i.e. Grenzkosten) wirken
• Vorteile für nicht an variablen Tarifen teilnehmenden Verbrauchern können beträchtlich seinErgebnisse des Praxistest Dresden
moma-System
• Hohe Verfügbarkeit der Moma-Architektur: 97% im
Gesamtsystem bei Einsatz von Prototypen
• Übertragbarkeit der in Modellstadt Mannheim entwickelten IT-
Architektur wurde nachgewiesen.
• Strom Wärme
• Mannheim Dresden
• MVV DREWAG
Spezifische Aussagen zum Feldversuch Dresden
• Thermisches Verschiebepotential innerhalb von 4 Stunden
von KWK-Anlagen von bis zu 20% möglich ohne Behaglichkeits-
einbußen beim Endnutzer
• Potentialbegrenzend wirkt die Warmwasseraufbereitung.
18Ergebnisse des Praxistest Dresden
Pel. Pel.
t t
Einsatzplanung Versorger
Starkwind
Windkraftbetreiber
KWK
Stromnetz Netzbetreiber
Marktplatz
übergelagertes Regelung ohne
Netz Behaglichkeits-
einbuße
Wärmeüber-
gabestation
Pth.
Puffer- Hausan-
speicher schluß-
Hausan- Gaskessel station Fernwärme-
schluß-
station BHKW netz
Regelung ohne
Behaglichkeits-
einbuße7 moma Thesen
EE, Flexibilität, Regionalität, VNB als SG-Enabler
Subsidarität & Transformation: Erschließung zentraler und dezentraler Chancen auf Grundlage
Erneuerbarer Energien unter Beteiligung von Unternehmen, Kommunen und Bürgern
Gesellschaftliches Engagement: Erfolg der Energiewende durch Engagement aller gesellschaft-
lichen Kräfte beim Umbau des Energiesystems sowie interdisziplinäre Zusammenarbeit
Transparenz: Veränderungsprozesse erfordern Wissen über Zusammenhänge und wirtschaftliche
Chancen für alle Beteiligten
Verbundenheit: Regionale Interessen (dezentrale Angebote, regionale Produkte und Verteilungs-
netz) im zellularen Denken fördern bei Integration in übergeordnete zentrale Erzeugungsangebote
(zentrale Erzeugung und Großhandel) und Steuerungsmechanismen (Übertragungsnetze)
Flexibilität: EBIT aus Flexibilitäten und Speicherlösungen zur Beherrschung eines
Energiesystems mit hohem Anteil dezentraler und fluktuierender Erzeugung zum intelligenten
Zusammenspiel von Markt und Netz
Modernisierung: erweiterte Vernetzung der Energieinfrastruktur in Niederspannungsbereiche und
hin zum Endkunden mit IKT (Smart Grid) sowie Sicherstellung von Netzzuverlässigkeit sowie
Informationssicherheit (Cyber Security), verbunden mit Maßnahmen zu Netz- und Speicherausbau
Regelwerk: Gestaltung neuer energiewirtschaftlicher und regulatorischer Rahmenbedingungen für
neues Markt- und Systemdesign mit dem Staat als notwendigen Änderungskoordinator und
RegelwerkgestalterVielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
MVV Energie AG
Dipl.-Phys.
Luisenring 49
Andreas Kießling 68159 Mannheim
Systemarchitekt
wiss.-techn. Projektleitung Telefon: +49 (621) 290-3351
Mobil: +49 (172) 9794884
Telefax: +49 (621) 290-3230
andreas.kiessling@mvv.de
www.mvv-energie.de
www.modellstadt-mannheim.de
www.e-energy.deSie können auch lesen
