INFRASTRUKTUR, PARTIZIPATION, C/SELLS - DEMONSTRATIONS-ZELLEN IM REALBETRIEB - FFE MÜNCHEN
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INHALT 1 01 GRUSWORTE 2 05 C/SELLS STELLT SICH VOR 3 11 15 DEMO-ZELLEN IN C/SELLS Angebot und Abruf von Flexibilität unter Berücksichtigung des lokalen Status im Verteilnetz 18 Flexibilisierung von Speicherheizungen mittels Smart-Meter-Infrastruktur 21 Netz und Markt verbünden sich in Altdorf – dezentrale Flexibilität für das Verteilnetz der Zukunft 24 Rollout intelligenter Messsysteme als Grundlage des Energienetzes der Zukunft 27 Flexibilität durch Microgrids – vorausschauend optimiert 30 Regionaler Grünstrom und Flexibilität – Was denken die Bürger in Nordhessen darüber? 32 Nachhaltige und erneuerbare Wärmeversorgung in Stausebach 35 Genial dezentral – Wie tausende private Erzeuger das Energienetz der Zukunft bauen 4 39 40 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT Technische Demonstrationen 42 Wärmekonzepte 42 Erprobung intelligenter Messsysteme 44 Quartierslösungen 44 Erprobung von Flexibilitätseinsätzen 45 Partizipation, Kommunikation und Probandengewinnung 5 51 53 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN Meinung der Bürger: Erwerb regionalen Grünstroms und anbieten von Flexibilität 53 Befragung: „Regionale Strommarke Nordhessen“ 55 Befragung: „Flexibilitätserbringung durch Haushalte“ 58 Ökologischer Fußabdruck der iMSys Infrastruktur – Show-Stopper der Digitalisierung der Energiewende? 63 Stadt-Land-Ausgleich 6 67 FAZIT 7 69 70 ANHANG Literatur 76 Impressum
1 GRUSSWORTE 2 C/SELLS STELLT SICH VOR 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG 1 GRUSSWORTE
1 GRUSSWORTE Liebe Interessentinnen und Interessenten an der Energiezukunft, 2 C/SELLS STELLT SICH VOR 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS das SINTEG-Projekt C/sells startete mit dem Ziel, mit zellulären Strukturen 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT zukunftsfähige Lösungskonzepte für eine dezentrale, digitale und erneuerbare 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK Energiezukunft zu demonstrieren. Um dieses ehrgeizige Ziel zu realisieren, AUF DIE ZELLEN schlossen sich eine Vielzahl von Unternehmen und Instituten aus Bayern, 6 FAZIT Baden-Württemberg und Hessen als „Solarbogen Süddeutschlands“ zusammen 7 ANHANG und schafften ein großflächiges Reallabor mit grenzüberschreitenden System- lösungen. Für die FfE als Forschungsinstitut ist vor allem der generierte wissenschaftliche Mehrwert ein großer Gewinn. In knapp vier Jahren Projektlaufzeit hat die FfE entlang der energiewirtschaftlichen Wertschöpfungskette sowohl methodisch als auch konzeptionell Antworten auf relevante Forschungsfragen zur Gestaltung einer dekarbonisierten Energieversorgung gefunden. Was das Projekt C/sells von anderen Forschungsvorhaben unterscheidet, sind vor allem die Erkenntnisse PROF. DR.-ING. WOLFGANG MAUCH aus der praktischen Umsetzung in den vielfältigen Demonstrationsprojekten – den Geschäftsführer Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. C/sells-Demozellen. Gemeinsam mit dem Verteilnetzbetreiber Bayernwerk konzipierte die FfE mit dem Altdorfer Flexmarkt ALF eines der Erfolgskonzepte zum Einsatz intelligen- ter Infrastruktur im zukünftigen Energiesystem. Es wurde offensichtlich, dass die zunehmende Dezentralisierung des Energiesystems eine große technische, aber auch gesellschaftliche Veränderung mit sich zieht. Durch die Verzahnung aus Forschung und Industrie können wichtige technische Weichenstellungen für den Realbetrieb aufgezeigt und zugleich partizipative Möglichkeiten zur Teilnahme neuer Akteure geschaffen werden. In diesem Leitfaden zeigen wir die Vielfalt der Musterlösungen auf und verdeut- lichen somit: Nur die Kombination individueller Lösungskonzepte ermöglicht in Summe ein funktionierendes Gesamtsystem. Wir wünschen Ihnen viel Freude beim Lesen. 02
1 GRUSSWORTE Liebe Leserinnen und Leser, 2 C/SELLS STELLT SICH VOR 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS Die Stadtwerke München (SWM) stehen seit vielen Jahren für die aktive Gestaltung 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT der Energiewende. Im Rahmen unserer Ausbauoffensive Erneuerbare Energien 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK forcieren wir bereits seit 2008 die erneuerbare Energieerzeugung im Strom- wie AUF DIE ZELLEN auch im Wärmebereich. Bis 2025 wollen die SWM so viel Ökostrom in eigenen 6 FAZIT Anlagen produzieren, wie ganz München benötigt. Denn nur wenn Strom und Wärme 7 ANHANG regenerativ erzeugt werden, kann die Energiewende gelingen. Um die Dekarboni- sierung auch im Wärmemarkt voran zu treiben, haben die SWM im Jahr 2012 eine Fernwärme-Vision entwickelt: wir wollen den Münchner Bedarf an Fernwärme CO2-neutral decken. Überwiegend wird Ökowärme aus Geothermie gewonnen. Mit der fortschreitenden Elektrifizierung des Wärmesektors und der Mobilität kommen neue Aufgaben auf unsere Stromnetze zu. Wir müssen auch künftig sicherstellen, dass alle Münchnerinnen und Münchner zuverlässig versorgt werden. Mit der Vielzahl an neuen, volatilen und flexiblen Verbrauchern erhöht sich der Koordinationsaufwand. PROF. DR. FLORIAN BIEBERBACH Vorsitzender der Geschäftsführung der Stadtwerke München GmbH Die SINTEG-Projekte setzen genau hier an. Im „Schaufenster der Energiezukunft“ können wir im Austausch mit unseren Partnern an Lösungen für Morgen arbeiten. Im Forschungsprojekt C/sells konnten wir uns intensiv mit Power-To-Heat-Anlagen und deren Platz im zukünftigen Energiesystem befassen. Die Erfahrungen flossen in ein gemeinsames Konzept zur Regelung von Niederspannungsnetzen. Die Spiegelung von Ideen, Diskussion im Gesamtprojekt, die Arbeit im Feld und die Ministerdialoge machten C/sells zu einem extrem breit angelegten Projekt. Die Ergebnisse und Erkenntnisse liefern nun den Anstoß für Konsultationen und Branchendiskussionen – aus meiner Sicht eine ideale Verbindung von Forschung und Praxis! Der vorliegende Leitfaden stellt eine Auswahl an Demonstrationsprojekten im Solar- bogen Süddeutschland dar. Jedes Projekt steht für sich, dennoch eint sie der Gedanke, die dezentrale Energiewende voranzubringen. Ich wünsche Ihnen viel Freude bei der Lektüre! 03
1 GRUSSWORTE Liebe Bürgerinnen und Bürger, 2 C/SELLS STELLT SICH VOR 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS den Klimawandel auf ein verträgliches Maß zu reduzieren erfordert ein welt 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT weites Umdenken und Handeln. Eine dekarbonisierte Energieversorgung ist 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK dabei unverzichtbarer Bestandteil. Die konkrete Umsetzung beginnt vor AUF DIE ZELLEN Ort – dezentral und in Bürgerhand. Die Digitalisierung des Energiesystems kann 6 FAZIT hierzu einen wertvollen Beitrag leisten: Nicht nur Erzeugung und Verbrauch 7 ANHANG können optimal gesteuert werden – es entstehen auch neue Möglichkeiten zur Teilnahme und Mitgestaltung für jede und jeden Einzelnen. Als Bürgermeister der Marktgemeinde Altdorf freue ich mich daher, dass unsere Gemeinde mit dem Demonstrationsprojekt „Altdorfer Flexmarkt“ Teil von C/sells ist. Nicht nur wir als Kommune sind mit PV-Anlagen auf öffentlichen Gebäuden aktiv dabei, auch zahlreiche private Haushalte und Gewerbebetreibende können im Feld- versuch mit ihrer Anlage an der Gestaltung des Energiesystems mitwirken. Als Kommune können wir durch die Teilnahme an innovativen Forschungspro- SEBASTIAN STANGLMAIER jekten wie C/sells einen Beitrag zur Erprobung zukunftsfähiger Energiekonzepte Erster Bürgermeister Markt Altdorf leisten. Damit nimmt Altdorf als Vorreiter der Energiewende eine Vorbildrolle für andere Regionen ein. Durch das Projekt können wichtige Erkenntnisse für die Umgestaltung unseres Stromnetzes vor Ort gewonnen werden, zudem wird die Gemeinde durch Informationsveranstaltungen und Bürgerdialoge mit Themen der Energiewende vertrauter gemacht. Danke an die Bürgerinnen und Bürger Altdorfs, die sich bereiterklärt haben, als Pioniere der Energiewende aktiv mitzuwirken! 04
1 GRUSSWORTE 2 C/SELLS STELLT SICH VOR 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG 2 C/SELLS STELLT SICH VOR
1 GRUSSWORTE Das Projekt C/sells hat sich zum Ziel gesetzt, die dezentrale Energiewende mit 2 C/SELLS STELLT SICH VOR einem intelligenten Energiesystem zu erproben. Drei Eigenschaften zukünftiger 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS Energienetze bilden die Leitidee von C/sells: Zellularität, Partizipation und Viel- Regelzonen 4 ERKENNTNISSE NACH VIER fältigkeit. Als zentrale Prinzipien sind sie die Basis für verschiedene Maßnahmen, Als Regelzone wird ein geographisch fest- JAHREN PROJEKTARBEIT gelegter Verbund von Hoch- bzw. Höchst- 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK mit denen C/sells die Energiewende voranbringt. spannungsnetzen bezeichnet. Seit 2012 ist AUF DIE ZELLEN Deutschland in vier Regelzonen unterteilt, 6 FAZIT in denen jeweils der Übertragungsnetzbe- treiber für die Netzstabilität in der jewei- ABBILDUNG 2 - 1 DIE DREI LEITPLANKEN VON C/SELLS 7 ANHANG ligen Zone verantwortlich ist. [1] ZELLULÄR PARTIZIPATIV VIELFÄLTIG Zellulär: Um alle Potenziale bestmöglich zu nutzen, wird in C/sells ein z ellulärer Ansatz verfolgt. Zellen können sowohl bekannte Organisationseinheiten wie z. B. Regelzonen aber auch neuartige Einheiten wie Quartiere oder andere Zusam- menschlüsse von Akteuren sein. Die Zellen sind untereinander vernetzt und integrieren ihre dezentralen Anlagen und Prozesse in das bestehende Ener- giesystem. Partizipativ: Die gesellschaftliche Partizipation wird in C/sells als eine zentrale Voraussetzung für eine erfolgreiche Energiewende gesehen. Erzeuger*innen, Bürger*innen, Unternehmen, staatliche Institutionen und sämtliche weitere Stakeholder können sich daher einbringen und kooperativ Entscheidungen 06 treffen. Innerhalb einer Zelle wird über deren Funktionsmodus und die Interaktion
1 GRUSSWORTE mit anderen Zellen entschieden, womit die Verantwortung für die Organisation 2 C/SELLS STELLT SICH VOR des Energiesystems breit verteilt ist. 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS Microgrid 4 ERKENNTNISSE NACH VIER Vielfältig: Durch die große Anzahl unterschiedlicher Akteure am Markt sowie Microgrids sind kleine, räumlich JAHREN PROJEKTARBEIT begrenzte, autarke, intelligente Strom- 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK die Vielzahl technischer Komponenten, Lösungen und Schnittstellen ist das netze. Sie sind in der Regel an überregio- AUF DIE ZELLEN Energiesystem der Zukunft vielfältig. In C/sells zeigt sich dies zum Beispiel nale Netze bzw. Smart Grids gekoppelt, 6 FAZIT können die Verbindung zu diesen jedoch durch die Vielfalt der Demonstrationszellen, die als Quartiere, Liegenschaften 7 ANHANG jederzeit unterbrechen. [2] oder auch Microgrids organisiert sind. Durch die Vielfalt wird das System komplexer, jedoch auch innovativer. Stimmen über C/sells Der „Hausmeister“ der Zelle kennt seine Zelle am besten und hat die dortigen Akti- „Energie kommunal gedacht muss auch vitäten von Projektbeginn an begleitet. kleinste Anlagen mit ins Boot holen — das versuchen wir.“ — Hausmeister, Demozelle Arzberg „Die in C/sells und dem spezifischen Projekt adressierten Fragestellungen und Erkenntnisse fließen direkt in die Lehre ein und erreichen so die Ingenieure von morgen.“ — Hausmeister, Demozelle Offenburg „Einzelne Ergebnisse spielen eine untergeordnete Rolle. Jedoch bilden viele kleine Einzelergebnisse das Gesamtbild, welches wir für die Energiewende brauchen.“ — Hausmeister, Demozelle Dillenburg 07
1 GRUSSWORTE „Wir haben die technische Machbarkeit 2 C/SELLS STELLT SICH VOR einer dezentralen Stromversorgung 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS gezeigt. Nun ist es an der Politik, den 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT rechtlich-regulatorischen Rahmen zu 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK schaffen für die massenfähige AUF DIE ZELLEN Umsetzung.“ 6 FAZIT — Hausmeister, Demozelle München 7 ANHANG C/sells in Zahlen 3 Bundesländer: Bayern, Baden-Württemberg und Hessen bieten als „Solar- • bogen Deutschlands“ die idealen Voraussetzungen, um das Energiesystem der Zukunft zu erproben. 35 Demonstrationszellen: In Demonstrationszellen unterschiedlicher Größe • werden in regionalen Einheiten individuelle Ansätze erprobt und in Pilot projekten demonstriert. Die Zellen können autonom oder in Interaktion mit dem Stromnetz sowie anderen Zellen agieren. 9 Partizipationszellen: In den Partizipationszellen liegt der Fokus auf der • Beteiligung verschiedener Akteure an der Energiewende, wie beispielsweise Bürger*innen, Unternehmen und Institutionen. Die Akteure sollen gestalten und Verantwortung übernehmen. Dies soll auch zur gesellschaftlichen Akzeptanz des Transformationsprozesses der Energiewende beitragen. 42 Partner: Das Konsortium setzt sich aus Forschung, Industrie, Wirtschaft, • dem kommunalen Umfeld sowie 15 weiteren assoziierten Partnern zusammen. 4 Jahre: C/sells startete im Jahr 2017. 2020 geht das Projekt zu Ende, die • Erkenntnisse und Ideen werden weit über die Projektlaufzeit hinaus Früchte tragen. 08
1 GRUSSWORTE ABBILDUNG 2 - 2 – DIE VERORTUNG DER ZELLEN IM SOLARBOGEN SÜDDEUTSCHLAND 2 C/SELLS STELLT SICH VOR 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS 4 ERKENNTNISSE NACH VIER PARTIZIPATIONSZELLE JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK DEMONSTRATIONSZELLE AUF DIE ZELLEN PARTIZIPATIONS- UND 6 FAZIT DEMONSTRATIONSZELLE 7 ANHANG ANZAHL DER DEMONS TRATOREN (BEI MEHREREN JE ZELLE) IN SÜDDEUTSCHLAND NIMMT DIE ENERGIEWENDE FORM AN. Kassel Dillenburg 2 Stausebach Arzberg Fürth (Odenwald) Mannheim 4 Leimen Waghäusel Schwäbisch Hall Cham 3 Heilbronn Karlsruhe 2 Fellbach Stuttgart Altdorf Offenburg Ulm 3 LK Ortenau Senden München Hohentengen LK Ebersberg Allensbach Murg Konstanz Bildquelle: Smart Grids-Plattform Baden-Württemberg e.V. 09
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1 GRUSSWORTE 2 C/SELLS STELLT SICH VOR 3 DEMO-ZELLEN IN C/SELLS 3.1 A NGEBOT UND ABRUF VON FLE- XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICHTI- GUNG DES LOKALEN STATUS IM VERTEILNETZ 3.2 F LEXIBILISIERUNG VON SPEI- CHERHEIZUNGEN MITTELS SMART-METER-INFRASTRUKTUR 3.3 N ETZ UND MARKT VERBÜNDEN SICH IN ALTDORF – DEZENTRALE FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEIL- NETZ DER ZUKUNFT 3.4 R OLLOUT INTELLIGENTER MESS- SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES ENERGIENETZES DER ZUKUNFT 3.5 F LEXIBILITÄT DURCH MICROG- RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTI- MIERT 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- BER? 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- BARE WÄRMEVERSORGUNG IN STAUSEBACH 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- 3 SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS ENERGIENETZ DER ZUKUNFT BAUEN 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG DEMO-ZELLEN IN C/SELLS
1 GRUSSWORTE Aus der Vielzahl an Demonstrations- und Partizipationszellen in C/sells wird im 2 C/SELLS STELLT SICH VOR Folgenden eine Auswahl vorgestellt. Die jeweiligen „Hausmeister“ der Zellen 3 DEMO-ZELLEN IN C/SELLS haben dafür Steckbriefe befüllt und dabei die charakterisierenden Merkmale iMSys (Intelligente Messsysteme) 3.1 A NGEBOT UND ABRUF VON FLE- der Zellen, das Vorgehen im Projekt sowie wesentliche Hürden und Erkenntnisse iMSys setzen sich aus einer modernen XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICHTI- GUNG DES LOKALEN STATUS IM Messeinrichtung (digitaler Zähler) und der Projektarbeit aufgezeigt. VERTEILNETZ einem Smart Meter Gateway (Kommuni- 3.2 F LEXIBILISIERUNG VON SPEI- kationseinheit) zusammen. Oft werden sie CHERHEIZUNGEN MITTELS In den Demonstrationszellen werden verschiedene neue Technologien und auch Smart Meter genannt. Mehr zum SMART-METER-INFRASTRUKTUR Thema iMSys ist in „Smart Meter - Konzepte entwickelt und erprobt. Diese machen ersichtlich, wie vielfältig die 3.3 N ETZ UND MARKT VERBÜNDEN Umfeld, Technik, Mehrwert“ [3] zu lesen. SICH IN ALTDORF – DEZENTRALE Energiewende gedacht werden muss: Im Rahmen von Quartiersprojekten werden FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEIL- NETZ DER ZUKUNFT Ansätze zur Abstimmung von der (EE-) Erzeugung und dem Verbrauch in lokal 3.4 R OLLOUT INTELLIGENTER MESS- begrenzten Netzgebieten untersucht und erprobt. Zellen, in welchen die SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES ENERGIENETZES DER ZUKUNFT iMSys-Infrastruktur eingesetzt wird, testeten das Messen und Schalten über 3.5 F LEXIBILITÄT DURCH MICROG- die standardisierte Infrastruktur, wobei wichtige Erkenntnisse für die Digitali- RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTI- sierung des Energiesystems gewonnen werden. Der Einsatz von Flexibilität wird MIERT 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R in einigen Demo-Zellen hinsichtlich ihres netzdienlichen Zweckes getestet. Im FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE Bereich der Wärmekonzepte spielt dabei insbesondere die elektrische Wärme- BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- BER? bereitstellung als flexibler Stromverbraucher eine große Rolle. 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- BARE WÄRMEVERSORGUNG IN STAUSEBACH Die in Abbildung 3-1 verorteten Zellen werden im Folgenden vorgestellt. 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS ENERGIENETZ DER ZUKUNFT BAUEN 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG 12
1 GRUSSWORTE ABBILDUNG 3- 1 – VERORTUNG DER IM LEITFADEN VORGESTELLTEN ZELLEN AUS C/SELLS 2 C/SELLS STELLT SICH VOR 3 DEMO-ZELLEN IN C/SELLS 3.1 A NGEBOT UND ABRUF VON FLE- PARTIZIPATIONSZELLE XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICHTI- GUNG DES LOKALEN STATUS IM DEMONSTRATIONSZELLE VERTEILNETZ Kassel PARTIZIPATIONS- UND 3.2 F LEXIBILISIERUNG VON SPEI- DEMONSTRATIONSZELLE CHERHEIZUNGEN MITTELS SMART-METER-INFRASTRUKTUR Dillenburg 2 2 ANZAHL DER DEMONS TRATOREN 3.3 N ETZ UND MARKT VERBÜNDEN Stausebach PRO ZELLE SICH IN ALTDORF – DEZENTRALE FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEIL- NETZ DER ZUKUNFT 3.4 R OLLOUT INTELLIGENTER MESS- SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES ENERGIENETZES DER ZUKUNFT Arzberg 3.5 F LEXIBILITÄT DURCH MICROG- RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTI- MIERT 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- BER? 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- BARE WÄRMEVERSORGUNG IN STAUSEBACH 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS ENERGIENETZ DER ZUKUNFT Altdorf BAUEN Offenburg 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT LK Ortenau München 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG Bildquelle: Smart Grids-Plattform Baden-Württemberg e.V. 13
1 GRUSSWORTE Die Charakteristiken der Zellen haben folgende 2 C/SELLS STELLT SICH VOR Bedeutungen 3 DEMO-ZELLEN IN C/SELLS ELEKTROSPEICHERHEIZUNG 3.1 A NGEBOT UND ABRUF VON FLE- ZELLKATEGORIEN In einer Elektrospeicherheizung, auch XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICHTI- GUNG DES LOKALEN STATUS IM Nachtspeicherheizung, wird nachts oder VERTEILNETZ zu anderen Schwachlast-Zeiten ein Wär- 3.2 F LEXIBILISIERUNG VON SPEI- WÄRMEKONZEPT QUARTIERSLÖSUNG mespeicher elektrisch aufgeheizt, sodass CHERHEIZUNGEN MITTELS die Wärme zu anderen Zeiten genutzt SMART-METER-INFRASTRUKTUR werden kann. [4] 3.3 N ETZ UND MARKT VERBÜNDEN SICH IN ALTDORF – DEZENTRALE iMSys-ERPROBUNG FLEXIBILITÄTSKONZEPTE SPANNUNGSPROBLEME FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEIL- Durch die zunehmende Einspeisung von NETZ DER ZUKUNFT dezentral erzeugter Energie ins Verteil- 3.4 R OLLOUT INTELLIGENTER MESS- netz, z. B. durch PV-Anlagen, kommt es SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES ENERGIENETZES DER ZUKUNFT zu einer Anhebung der Spannung. Je ZELLTYPEN nach Einspeiseleistung kann diese Anhe- 3.5 F LEXIBILITÄT DURCH MICROG- RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTI- bung problematisch sein und zu einer MIERT Verletzung der zulässigen Spannungs- 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R DEMONSTRATIONSZELLE PARTIZIPATIONSZELLE werte führen. [5] FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- BER? 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- BARE WÄRMEVERSORGUNG IN STAUSEBACH ANLAGEN UND GERÄTE DIE EINGESETZT WURDEN 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS ENERGIENETZ DER ZUKUNFT ELEKTROSPEICHERHEI- INTELLIGENTES MESSSYSTEM BAUEN ZUNG 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK BATTERIESPEICHER WARMWASSERTANK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG PHOTOVOLTAIKANLAGE WINDENERGIEANLAGE (PV) STEUERBARER VERBRAU- BLOCKHEIZKRAFTWERK CHER, WIE Z. B. WÄRME- PUMPEN, ELEKTROAUTOS 14
1 GRUSSWORTE 3.1 ANGEBOT UND ABRUF VON 2 C/SELLS STELLT SICH VOR FLEXIB ILITÄT UNTER BERÜCKSICHTIGUNG 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS 3.1 ANGEBOT UND ABRUF VON FLE- DES LOKALEN STATUS IM VERTEILNETZ VERTEILNETZ Das Elektrizitätsversorgungssystem in XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICH- TIGUNG DES LOKALEN STATUS Deutschland ist in vier Spannungsstufen Im Testzentrum Arzberg, einer Demonstrationszelle im Projekt C/sells, wird IM VERTEILNETZ unterteilt, die untereinander durch Trans- untersucht, inwiefern ein verteiltes Speichersystem Spannungsprobleme, die formatoren gekoppelt sind. Die Hoch-, 3.2 F LEXIBILISIERUNG VON SPEI- CHERHEIZUNGEN MITTELS durch den Zubau von PV-Anlagen entstehen, korrigieren kann. Dabei soll Mittel- und Niederspannungsebenen wer- SMART-METER-INFRASTRUKTUR den zusammengefasst als Verteilnetz analysiert werden, ob der weitere Zubau von PV-Anlagen möglich ist, ohne dass 3.3 N ETZ UND MARKT VERBÜNDEN bezeichnet, die Höchstspannungsebene SICH IN ALTDORF – DEZENTRALE die Notwendigkeit für den Ausbau des Netzes entsteht. Der Betrieb der verteilten bildet das Übertragungsnetz. [6] FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEIL- NETZ DER ZUKUNFT Speicher ermöglicht darüber hinaus dem Netzbetreiber freie Kapazitäten als 3.4 R OLLOUT INTELLIGENTER MESS- Flexibilität zu nutzen oder diese am Markt anzubieten. SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES ENERGIENETZES DER ZUKUNFT 3.5 F LEXIBILITÄT DURCH MICROG- RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTI- PROJEKTORT ZELLKATEGORIE ZELLTYP MIERT 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R ARZBERG FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- BER? 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- BARE WÄRMEVERSORGUNG IN STAUSEBACH 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS ENERGIENETZ DER ZUKUNFT ANLAGEN UND GERÄTE DIE EINGEBUNDEN WURDEN BAUEN 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG CHRISTOPH STEGNER DES BAYERISCHEN ZENTRUMS FÜR ANGEWANDTE E NERGIEFORSCHUNG E.V. Christoph.Stegner@zae-bayern.de 15
1 GRUSSWORTE Was wird hier erprobt? 2 C/SELLS STELLT SICH VOR • Die Bereitstellung von Flexibilität durch einen Redox-Flow-Quartierspeicher 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS • Die Nutzung des Infrastruktur-Informationssystems (IIS) QUARTIERSPEICHER 3.1 ANGEBOT UND ABRUF VON FLE- Die Koordination von Quartierspeichern und PV-Anlagen im Niederspan- • Ein Quartierspeicher ist ein großer dezen- XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICH- TIGUNG DES LOKALEN STATUS traler Batteriespeicher, der Teil eines nungsnetz IM VERTEILNETZ regional abgegrenzten Netzgebietes 3.2 F LEXIBILISIERUNG VON SPEI- (Quartiers) ist. Er ist auf der Niederspan- CHERHEIZUNGEN MITTELS nungsebene direkt ans Stromnetz ange- SMART-METER-INFRASTRUKTUR schlossen und wird — im Gegensatz zu DER PROJEKTVERLAUF 3.3 N ETZ UND MARKT VERBÜNDEN einem Hausspeicher, der lediglich einem SICH IN ALTDORF – DEZENTRALE einzelnen Haushalt zur Verfügung steht — FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEIL- vom gesamten Netzgebiet genutzt. [7] NETZ DER ZUKUNFT Entwicklung 3.4 R OLLOUT INTELLIGENTER MESS- Aufbereitung SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES Erweiterung von Algorith- und Auswertung Durchführung INFRASTRUKTUR-INFORMATIONSSYSTEM ENERGIENETZES DER ZUKUNFT der Speicher men & Imple- vorhandener von Testreihen (IIS) steuerung mentierung 3.5 F LEXIBILITÄT DURCH MICROG- Daten RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTI- des IIS Beim IIS handelt es sich um eine Platt- MIERT form, über die der Zugang zu Daten und 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R die Echtzeitsteuerung von Flexibilität FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE über iMSys möglich ist. Es dient als intel- BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- ligente Datenbank und Datendrehscheibe BER? 2016 2020 und nimmt damit eine zentrale Vermitt- 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- lerrolle ein. Das IIS wurde im Rahmen BARE WÄRMEVERSORGUNG IN von C/sells entwickelt. [8] STAUSEBACH Bürgerinforma- 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- tionsabend am SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS Testzentrum ENERGIENETZ DER ZUKUNFT BAUEN 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG 16
1 GRUSSWORTE Ein Blick in die Zukunft 2 C/SELLS STELLT SICH VOR „Wir waren dann unter den ersten, die sich die Vorgänge im Kontext der Ener- 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS giewende auf der untersten Netzebene in dieser Detailschärfe angesehen REDOX-FLOW-BATTERIE 3.1 ANGEBOT UND ABRUF VON FLE- haben – zahlreiche anschließende Projekte folgten.“ Redox-Flow-Batterien eignen sich gut als XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICH- TIGUNG DES LOKALEN STATUS stationäre Speichersysteme zur Zwischen- IM VERTEILNETZ speicherung von fluktuierenden erneuer- 3.2 F LEXIBILISIERUNG VON SPEI- Die größte Baustelle im Projekt baren Stromquellen. Das Speichermedium CHERHEIZUNGEN MITTELS Während des Projektes kam es zu Leckagen in einzelnen Stacks des Redox- ist im Gegensatz zu anderen Batteriesyste- SMART-METER-INFRASTRUKTUR men in Tanks gelagert. In der verbreitets- Flow-Speichers. Diese konnten teilweise leider nur in einen Bypass geschaltet 3.3 N ETZ UND MARKT VERBÜNDEN ten Variante, der Vanadium-Flow-Batterie, SICH IN ALTDORF – DEZENTRALE werden, was den Leistungsumfang der Speicher einschränkte. handelt es sich beim Speichermedium um FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEIL- Vanadium-Ionen. [9] NETZ DER ZUKUNFT 3.4 R OLLOUT INTELLIGENTER MESS- Zentrale Erkenntnisse SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES ENERGIENETZES DER ZUKUNFT • Datenaufbereitung ist zeitintensiv. Hier konnten aber wertvolle Werkzeuge für 3.5 F LEXIBILITÄT DURCH MICROG- die zeitliche Synchronisierung verschiedener Zeitreihen entwickelt werden. RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTI- • Die für Niederspannungsnetze typische Dynamik ist durch elektrochemische MIERT 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R Speicher gut einfangbar. FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- BER? 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- „Quartierspeicher und elektrische BARE WÄRMEVERSORGUNG IN STAUSEBACH Speicher generell benötigen zur 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- Verbesserung ihrer Wirtschaftlichkeit die SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS ENERGIENETZ DER ZUKUNFT Möglichkeit, mehrere Strategien und Abbildung 3-2 – Das Testzentrum Arz- BAUEN business cases gleichzeitig zu bedienen.“ berg aus der Vogelperspektive 4 ERKENNTNISSE NACH VIER — Hausmeister, Demozelle Arzberg JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG 17
1 GRUSSWORTE 3.2 FLEXIBILISIERUNG VON POWER- 2 C/SELLS STELLT SICH VOR TO-HEAT-ANLAGEN UND KONZEPT FÜR 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS 3.1 ANGEBOT UND ABRUF VON FLE- EINE OPTIMIERUNG AUF GEBÄUDEEBENE XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICHTI- GUNG DES LOKALEN STATUS IM In dem Projekt „Intelligente Wärme München“ erforschen die Stadtwerke M ünchen VERTEILNETZ zusammen mit der Forschungsstelle für Energiewirtschaft e. V. die Lastver- 3.2 FLEXIBILISIERUNG VON SPEI- CHERHEIZUNGEN MITTELS schiebung elektrischer Heiz- und Kühlsysteme. Darüber hinaus wird im Projekt SMART-METER-INFRASTRUK- TUR ein Ansatz zur vollumfänglichen und integrativen Regelung von flexiblen Ver- 3.3 N ETZ UND MARKT VERBÜNDEN brauchern, Elektrofahrzeugen und regenerativen Erzeugern entwickelt. SICH IN ALTDORF – DEZENTRALE FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEIL- NETZ DER ZUKUNFT 3.4 R OLLOUT INTELLIGENTER MESS- SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES ENERGIENETZES DER ZUKUNFT 3.5 F LEXIBILITÄT DURCH MICROG- PROJEKTORT ZELLKATEGORIE ZELLTYP RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTI- MIERT 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- BER? MÜNCHEN 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- BARE WÄRMEVERSORGUNG IN STAUSEBACH 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS ANLAGEN UND GERÄTE DIE EINGEBUNDEN WURDEN ENERGIENETZ DER ZUKUNFT BAUEN 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG ANDREAS WEIGAND DER STADTWERKE MÜNCHEN Weigand.Andreas@swm.de 18
1 GRUSSWORTE Was wird hier erprobt? 2 C/SELLS STELLT SICH VOR • Dynamische Anpassung der Beladung thermischer Speicher an das Angebot 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS von EE Strom, um deren Integration aktiv zu fördern 3.1 ANGEBOT UND ABRUF VON FLE- XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICHTI- Steuerung über die iMSys-Infrastruktur: entlang der kompletten Prozesskette • GUNG DES LOKALEN STATUS IM von der Optimierung bis zur Anlage VERTEILNETZ Konzept „Digitaler Netzanschluss“: Lastregelung eines Gebäudes und Unter- • 3.2 FLEXIBILISIERUNG VON SPEI- CHERHEIZUNGEN MITTELS suchung nachgelagerter Prognose- und Bilanzierungsprozesse SMART-METER-INFRASTRUK- TUR 3.3 N ETZ UND MARKT VERBÜNDEN SICH IN ALTDORF – DEZENTRALE FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEIL- DER PROJEKTVERLAUF NETZ DER ZUKUNFT 3.4 R OLLOUT INTELLIGENTER MESS- SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES Entwicklung einer Steuerung für Realisierung von Schalthandlungen Proof-of-Concept ENERGIENETZES DER ZUKUNFT Speicherheizungen und Wärmepumpen mittels Smart-Meter-Infrastruktur „Digitaler Netzschluss“ 3.5 F LEXIBILITÄT DURCH MICROG- RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTI- MIERT 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- BER? 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- 2016 2020 BARE WÄRMEVERSORGUNG IN STAUSEBACH 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- Infos in Print- und Social-Media-Beiträ- Informationsveranstaltungen für Servicetelefon für den Störungsfall zur SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS gen sowie bei zielgruppenspezifischen Bewohner über Projektumfang, nutzen gezielten Entstörung von Anlagen ENERGIENETZ DER ZUKUNFT Veranstaltungen und Kosten durch ein mehrstufiges Konzept BAUEN 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT Ein Blick in die Zukunf 7 ANHANG „Zur Umsetzung des dezentralen Energiesystems haben wir in C/sells die Grund- lage gelegt, weil technische Machbarkeit und Entwicklungsfelder identifiziert und Lösungsmodelle entwickelt wurden.“ Die größte Baustelle im Projekt • Technische Anbindung via iMSys wegen der Grundlagenentwicklung — gelöst 19 durch gute Konzeption, Teamarbeit und Beharrlichkeit
1 GRUSSWORTE • Akquiseprozess und Partizipation – gelöst durch zielgruppenspezifische 2 C/SELLS STELLT SICH VOR Ansprache, offene Kommunikation und Präsenz „Vor Ort“ 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS • Thematischer Umfang des Projekts „Vom Keller zum Minister“. Das Projekt WÄRMEPUMPE 3.1 ANGEBOT UND ABRUF VON FLE- war sowohl technisch als auch vom Projektmanagement her sehr anspruchs- Bei einer Wärmepumpe bzw. Wärmepum- XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICHTI- GUNG DES LOKALEN STATUS IM penheizung wird Kältemittel durch voll, weil interdisziplinär — gelöst durch gezielte Einbindung der Stakeholder VERTEILNETZ Umweltwärme verdampft. Mithilfe eines 3.2 FLEXIBILISIERUNG VON SPEI- Kompressors und eines sogenannten Ver- CHERHEIZUNGEN MITTELS Zentrale Erkenntnisse flüssigers kondensiert das erhitzte Kälte- SMART-METER-INFRASTRUK- mittel und gibt seine Wärme an das Heiz- TUR • Das Potenzial zum Verschieben der Lasten von Elektrospeicherheizungen medium Wasser ab, welches wiederum 3.3 N ETZ UND MARKT VERBÜNDEN ist vorhanden und kann den Wärmekomfort von Kunden verbessern. Allerdings die Heizkörper erhitzt. [10] SICH IN ALTDORF – DEZENTRALE FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEIL- sind die Kosten zur Erschließung des Potenzials hoch, da umfangreiche NETZ DER ZUKUNFT Anpassungen erforderlich werden. 3.4 R OLLOUT INTELLIGENTER MESS- SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES • Über eine relaisbasierte Ansteuerung von Wärmepumpen wird kaum Flexi- ENERGIENETZES DER ZUKUNFT bilitätspotenzial zu heben sein, weshalb die Anbindung komplett neu gedacht 3.5 F LEXIBILITÄT DURCH MICROG- werden muss. RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTI- MIERT Das Gebäude des Anschlussnehmers — mit seinen Erzeugungsanlagen, • 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R flexiblen Verbrauchern, E-Fahrzeugen und Speichern — rückt im dezentralen FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- Energiesystem weiter in den Fokus. Das bedingt neue Denkmodelle und BER? weitere Anpassung als die bloße Gerätedefinition. 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- BARE WÄRMEVERSORGUNG IN STAUSEBACH 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS „Der Strom fließt jetzt auch tagsüber, ENERGIENETZ DER ZUKUNFT wenn zum Beispiel viele Photovoltaik- BAUEN 4 ERKENNTNISSE NACH VIER Anlagen laufen. Die Energie wird nicht JAHREN PROJEKTARBEIT mehr nur in der Nacht gepuffert und wir 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK können die Wärme länger abrufen. Wir AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT haben jetzt die gleiche Wärme wie bei 7 ANHANG einer Zentralheizung. Das Wohnklima hat sich für uns verbessert, wir sind sehr zufrieden.“ — Uwe Kerscher, Projektteilnehmer 20
1 GRUSSWORTE 3.3 NETZ UND MARKT VERBÜNDEN SICH 2 C/SELLS STELLT SICH VOR IN ALTDORF – DEZENTRALE FLEXIBILITÄT 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS 3.1 ANGEBOT UND ABRUF VON FLE- FÜR DAS VERTEILNETZ DER ZUKUNFT XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICHTI- GUNG DES LOKALEN STATUS IM Im Markt Altdorf in Niederbayern wird die Zukunft des Energiesystems erprobt: VERTEILNETZ die Forschungsstelle für Energiewirtschaft aus München setzt hier gemeinsam 3.2 FLEXIBILISIERUNG VON SPEI- CHERHEIZUNGEN MITTELS mit dem Verteilnetzbetreiber Bayernwerk einen lokalen Flexibilitätsmarkt SMART-METER-INFRASTRUKTUR um — mit der aktiven Mitwirkung der Bürgerinnen und Bürger! 3.3 NETZ UND MARKT VERBÜNDEN SICH IN ALTDORF – DEZENT- RALE FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEILNETZ DER ZUKUNFT 3.4 R OLLOUT INTELLIGENTER MESS- SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES ENERGIENETZES DER ZUKUNFT 3.5 F LEXIBILITÄT DURCH MICROG- RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTI- PROJEKTORT ZELLKATEGORIE ZELLTYP MIERT 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- BER? ALTDORF 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- BARE WÄRMEVERSORGUNG IN STAUSEBACH 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS ENERGIENETZ DER ZUKUNFT ANLAGEN UND GERÄTE DIE EINGEBUNDEN WURDEN BAUEN 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG SIMON KÖPPL DER FORSCHUNGSSTELLE FÜR ENERGIEWIRTSCHAFT IN MÜNCHEN SKoeppl@ffe.de 21
1 GRUSSWORTE Was wird hier erprobt? 2 C/SELLS STELLT SICH VOR • Ansteuerbare Verbraucher und Erzeuger, sogenannte Flex-Optionen, werden 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS mit iMSys ausgestattet. ENGPASSMANAGEMENT 3.1 ANGEBOT UND ABRUF VON FLE- Die Flex-Optionen werden an eine Plattform angebunden: den Altdorfer • Unter Engpassmanagement versteht XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICHTI- GUNG DES LOKALEN STATUS IM man die Gesamtheit von Maßnahmen, die Flexmarkt. VERTEILNETZ einem Netzbetreiber zur Verfügung stehen, Netzbetreiber können über den Altdorfer Flex-Markt eine Nachfrage an • um Leitungsüberlastungen durch Netzeng 3.2 FLEXIBILISIERUNG VON SPEI- CHERHEIZUNGEN MITTELS Flexibilität einstellen und diese für das Engpassmanagement im Verteilnetz pässe in seinem Netz zu vermeiden. [11] SMART-METER-INFRASTRUKTUR einsetzen. 3.3 NETZ UND MARKT VERBÜNDEN SICH IN ALTDORF – DEZENT- RALE FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEILNETZ DER ZUKUNFT 3.4 R OLLOUT INTELLIGENTER MESS- DER PROJEKTVERLAUF SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES ENERGIENETZES DER ZUKUNFT 3.5 F LEXIBILITÄT DURCH MICROG- RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTI- Erarbeitung eines Konzepts zum Einsatz Einbau der iMSys und Steuerboxen bei Evaluation der iMSys-Infrastruktur und MIERT dezentraler Flexibilität für das Engpass- Feldversuchteilnehmern FlexPlattform ALF 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R management der Netzbetrieber FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- BER? 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- BARE WÄRMEVERSORGUNG IN STAUSEBACH 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- 2016 2020 SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS ENERGIENETZ DER ZUKUNFT BAUEN 4 ERKENNTNISSE NACH VIER Teilnehmergewinnung durch JAHREN PROJEKTARBEIT Erweiterte Teilnehmergewinnung durch Informationsbereitstellung u.a. beim Kick-Off des Feldversuchs im Rathaus Anschreiben teschnich geeigneter 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK Marktfest, Plakate, Zeitschriften Altdorf inkl. Ministerbesuch AUF DIE ZELLEN Haushalte beiträge, Bürgerdialog 6 FAZIT 7 ANHANG Ein Blick in die Zukunft „FlexPlattformen wie ALF werden ein Werkzeug der Netzbetreiber sein, um die vorhandene Netzinfrastruktur bestmöglich zu nutzen. Flexumer jeglicher Größe 22 werden ein integraler Bestandteil eines dezentralen Energiesystems sein.“
1 GRUSSWORTE Die größte Baustelle im Projekt 2 C/SELLS STELLT SICH VOR • Die Identifikation technisch geeigneter Proband*innen: technische Anfor- 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS derungen zur Teilnahme am Feldversuch können beim Großteil der durch FLEXUMER 3.1 ANGEBOT UND ABRUF VON FLE- Öffentlichkeitsarbeit gewonnenen Interessenten nicht erfüllen werden. Um In der Rolle des Flexumers können Ver- XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICHTI- GUNG DES LOKALEN STATUS IM braucher, Erzeuger oder „Prosumer“ die gewünschte Anzahl der Feldversuchsteilnehmer*innen zu erreichen, VERTEILNETZ (siehe S. 28) – sowohl auf Erzeugungs- erfolgte mithilfe des Netzbetreibers und Projektpartners Bayernwerk ein als auch auf Nachfrageseite – Flexibilität 3.2 FLEXIBILISIERUNG VON SPEI- CHERHEIZUNGEN MITTELS großflächiges Anschreiben technisch geeigneter Anlagen, u.a. mit vorhan- bereitstellen und so aktiv am Energiesys- SMART-METER-INFRASTRUKTUR tem teilnehmen. Die Flexibilität kann dener Rundfunksteuerung. 3.3 NETZ UND MARKT VERBÜNDEN dann z. B. von Netzbetreibern für netz- SICH IN ALTDORF – DEZENT- Der Einbau der Mess- und Steuerungsgeräte: der offizielle Rollout von iMSys • und systemdienliche Zwecke eingesetzt RALE FLEXIBILITÄT FÜR DAS werden. Mehr zum Flexumer ist in [12] VERTEILNETZ DER ZUKUNFT ist erst im letzten Projektjahr angelaufen. Daher gibt es noch wenig Erfahrung zu lesen. 3.4 R OLLOUT INTELLIGENTER MESS- mit der Funktionalität der Geräte sowie den notwendigen Prozessen für die SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES ENERGIENETZES DER ZUKUNFT Messdatenerhebung und Übermittlung von Schaltsignalen. STEUERBOX 3.5 F LEXIBILITÄT DURCH MICROG- Sollten die Anlagen nicht direkt mit dem SMGW kommunizieren können, ist ein RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTI- MIERT Zentrale Erkenntnisse zusätzliches Bauteil, die Steuerbox, not- 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R ALF im Realbetrieb hat uns gezeigt, dass dezentrale Flexibilität netzdienlich wendig. Sie gewährleistet die Kompatibi- FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE genutzt werden kann, die Umsetzung nicht nur eine technischprozessuale lität der digitalen Infrastruktur mit BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- Bestandsanlagen. In [13] wird die Steuer- BER? Herausforderung ist, sondern einen ganzheitlichen Ansatz (z. B. Regulatorik & box genau beschrieben. 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- Partizipation) erfordert. BARE WÄRMEVERSORGUNG IN STAUSEBACH 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- Zentrale Erkenntnisse SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS ENERGIENETZ DER ZUKUNFT ALF im Realbetrieb hat uns gezeigt, dass dezentrale Flexibilität netzdienlich BAUEN genutzt werden kann, die Umsetzung nicht nur eine technisch-prozessuale 4 ERKENNTNISSE NACH VIER Herausforderung ist, sondern einen ganzheitlichen Ansatz (z. B. Regulatorik & JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK Partizipation) erfordert. AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG „Der absolute Großteil der erneuerbaren Abbildung 3–3 — Es funktioniert — das Energien wird im Verteilnetz Schalten über die iMSys-Infrastruktur, angeschlossen. Daher ist es notwendig, hier beim Ministerbesuch von Hubert die Infrastruktur und die Prozesse fit Aiwanger in Altdorf zu machen für die Energiewende – z. B. mit ALF!“ 23 — Hausmeister, Demozelle Altdorf
1 GRUSSWORTE 3.4 ROLLOUT INTELLIGENTER MESS 2 C/SELLS STELLT SICH VOR SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES ENERGIE- 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS 3.1 ANGEBOT UND ABRUF VON FLE- NETZES DER ZUKUNFT XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICHTI- GUNG DES LOKALEN STATUS IM In Lahr, einer Demonstrationszelle im Süd-Westen Baden-Württembergs, werden VERTEILNETZ durch die Elektrizitätswerke Mittelbaden intelligente Messsysteme (iMSys) auf 3.2 FLEXIBILISIERUNG VON SPEI- CHERHEIZUNGEN MITTELS Herz und Nieren erprobt. Dabei steht die Etablierung und die Stabilisierung von SMART-METER-INFRASTRUKTUR Prozessen im Vordergrund, mit dem Ziel, die Mess- und Steuerungsinfrastruktur 3.3 NETZ UND MARKT VERBÜNDEN SICH IN ALTDORF – DEZENTRALE in ein massentaugliches System zu überführen. FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEIL- NETZ DER ZUKUNFT 3.4 ROLLOUT INTELLIGENTER MESSSYSTEME ALS GRUND- LAGE DES ENERGIENETZES DER ZUKUNFT 3.5 F LEXIBILITÄT DURCH MICROG- PROJEKTORT ZELLKATEGORIE ZELLTYP RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTI- MIERT 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- BER? LAHR 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- BARE WÄRMEVERSORGUNG IN STAUSEBACH 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS ANLAGEN UND GERÄTE DIE EINGEBUNDEN WURDEN ENERGIENETZ DER ZUKUNFT BAUEN 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG CHRISTIAN STANGE DER E-WERKE MITTELBADEN IN LAHR stange.christian@e-werk-mittelbaden.de 24
1 GRUSSWORTE Was wird hier erprobt? 2 C/SELLS STELLT SICH VOR • Testen des Betriebs von iMSys, deren Evaluation sowie der relevanten Prozesse 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS • Test und Analyse unterschiedlicher Datenkommunikationsmedien: Neben DATENKOMMUNIKATIONSMEDIEN 3.1 ANGEBOT UND ABRUF VON FLE- der Kommunikation über LTE wird im Rahmen eines Powerline-Pilots eine Zur Kommunikation relevanter Daten XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICHTI- GUNG DES LOKALEN STATUS IM existieren verschiedene Medien bzw. alternative Kommunikation in einem Neu- und Altbaugebiet getestet. VERTEILNETZ Technologien. Das sind zum einen draht- Empfang und Verarbeitung von Netzzustandsdaten, um den Einsatz für eine • gebundene Technologien wie z. B. DSL 3.2 FLEXIBILISIERUNG VON SPEI- CHERHEIZUNGEN MITTELS Verteilnetzoptimierung zu evaluieren oder Glasfaser und zum anderen draht- SMART-METER-INFRASTRUKTUR lose Technologien wie beispielsweise LTE. Einbau von Steuerboxen, um die Steuerung von steuerbaren Verbrauchsein- • 3.3 NETZ UND MARKT VERBÜNDEN Darüber hinaus gibt es die Powerline SICH IN ALTDORF – DEZENTRALE richtungen und Erzeugungsanlagen zu testen Communication Technologie, kurz Power- FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEIL- line, die die vorhandenen Energieverteil- NETZ DER ZUKUNFT • Umsetzung hochvariabler Tarifmodelle netze zur Datenübertragung nutzt. [14], [15] 3.4 ROLLOUT INTELLIGENTER MESSSYSTEME ALS GRUND- NETZZUSTANDSDATEN LAGE DES ENERGIENETZES DER ZUKUNFT Anhand von Daten wie z. B. Spannungs- 3.5 F LEXIBILITÄT DURCH MICROG- und Stromwerten sowie Phasenwinkel DER PROJEKTVERLAUF RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTI- werden Aussagen über den Zustand der MIERT Netze getroffen. [16] 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- Einbau zerti- Einbau BER? Einbau nicht fierter sowie Einbau Test der zertifierter zertifierter nicht zerti- zertifierter Steuerbox 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- iMSys bei BARE WÄRMEVERSORGUNG IN iMSys im fierter iMSys iMSys bei und von vari- freiwiligen STAUSEBACH Labor in einigen Mitarbeitern ablen Tarifen Kunden 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- Stationen SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS ENERGIENETZ DER ZUKUNFT BAUEN 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT 2016 2020 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG 25
1 GRUSSWORTE Ein Blick in die Zukunft 2 C/SELLS STELLT SICH VOR „Wir schaffen mit dem Rollout intelligenter Messsysteme eine Plattform für die 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS Gestaltung des Energienetzes der Zukunft. Auf Basis dieser Infrastruktur können 3.1 ANGEBOT UND ABRUF VON FLE- XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICHTI- Mehrwerte für den Messstellen- und Netzbetrieb sowie für die Kunden geschaffen GUNG DES LOKALEN STATUS IM werden.“ VERTEILNETZ 3.2 FLEXIBILISIERUNG VON SPEI- CHERHEIZUNGEN MITTELS Die größte Baustelle im Projekt SMART-METER-INFRASTRUKTUR Das Thema „iMSys“ ist komplett neu: neue Zähler, neue Zusatzkomponenten, 3.3 NETZ UND MARKT VERBÜNDEN SICH IN ALTDORF – DEZENTRALE neue Softwaresysteme, neue Dienstleister, neue Prozesse. Alle Komponenten FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEIL- NETZ DER ZUKUNFT miteinander kombiniert zum Laufen zu bringen, war eine Herausforderung. 3.4 ROLLOUT INTELLIGENTER MESSSYSTEME ALS GRUND- LAGE DES ENERGIENETZES DER ZUKUNFT "Aus den Projektschritten konnten 3.5 F LEXIBILITÄT DURCH MICROG- RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTI- wichtige Erkenntnisse über Technik und MIERT Prozesse erlangt werden, die für den 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R anstehenden Rollout intelligenter FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- Messsysteme sehr hilfreich sein werden." BER? — Hausmeister, Demozelle Lahr 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- BARE WÄRMEVERSORGUNG IN STAUSEBACH 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS ENERGIENETZ DER ZUKUNFT BAUEN 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG 26
1 GRUSSWORTE 3.5 FLEXIBILITÄT DURCH MICROGRIDS — 2 C/SELLS STELLT SICH VOR VORAUSSCHAUEND OPTIMIERT 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS REGELLEISTUNG 3.1 ANGEBOT UND ABRUF VON FLE- In der Demonstrationszelle in Offenburg wird am dortigen Campus der Hochschule Mithilfe von Regelleistung werden kurz- XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICHTI- GUNG DES LOKALEN STATUS IM fristige Schwankungen in der Stromnetz- untersucht, wie ein Microgrid Regelleistung für übergeordnete Zellebenen VERTEILNETZ frequenz ausgeglichen. Dies kann sowohl bereitstellen kann und gleichzeitig den eigenen Betrieb optimiert. durch die Einspeisung (positive Regelleis- 3.2 FLEXIBILISIERUNG VON SPEI- CHERHEIZUNGEN MITTELS tung) sowie die Entnahme von Strom SMART-METER-INFRASTRUKTUR (negative Regelleistung) erfolgen. Die 3.3 NETZ UND MARKT VERBÜNDEN Regelleistung dient also als Reserve um SICH IN ALTDORF – DEZENTRALE einen Zusammenbruch des Netzes zu FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEIL- vermeiden. [17] NETZ DER ZUKUNFT 3.4 ROLLOUT INTELLIGENTER MESS- SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES ENERGIENETZES DER ZUKUNFT 3.5 FLEXIBILITÄT DURCH MICROG- RIDS – VORAUSSCHAUEND PROJEKTORT ZELLKATEGORIE ZELLTYP OPTIMIERT 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- BER? OFFENBURG 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- BARE WÄRMEVERSORGUNG IN STAUSEBACH 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS ENERGIENETZ DER ZUKUNFT ANLAGEN UND GERÄTE DIE EINGEBUNDEN WURDEN BAUEN 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG PROF. DR. MICHAEL SCHMIDT VON DER HOCHSCHULE OFFENBURG schmidt@hs-offenburg.de 27
1 GRUSSWORTE Was wird hier erprobt? 2 C/SELLS STELLT SICH VOR • Bereitstellung von Flexibilität in Form von Regelleistung durch Microgrids 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS bzw. Prosumer auf unterster Zellebene für höhere Zellebenen PROSUMER 3.1 ANGEBOT UND ABRUF VON FLE- • Angebot, Abruf und Vermarktung der Flexibilität in Kooperation mit einem Der Begriff Prosumer setzt sich aus Pro- XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICHTI- GUNG DES LOKALEN STATUS IM ducer und Consumer zusammen. Er Aggregator VERTEILNETZ bezeichnet Letztverbraucher, wie private Bereitstellung durch einen Mix von internen Anlagen – optimiert durch • Haushalte oder Gewerbetreibende, die 3.2 FLEXIBILISIERUNG VON SPEI- CHERHEIZUNGEN MITTELS vorausschauende Algorithmen, die lokal oder bei einem externen Dienstleister nicht nur Energie verbrauchen (Consu- SMART-METER-INFRASTRUKTUR mer), sondern durch installierte dezent- laufen 3.3 NETZ UND MARKT VERBÜNDEN rale Anlagen auch selbständig elektrische SICH IN ALTDORF – DEZENTRALE Energie erzeugen (Producer). Die erzeugte FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEIL- Energie können sie selbst verbrauchen NETZ DER ZUKUNFT DER PROJEKTVERLAUF oder ins Stromnetz einspeisen. [18] 3.4 ROLLOUT INTELLIGENTER MESS- SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES Entwicklung von AGGREGATOR ENERGIENETZES DER ZUKUNFT Algorithmen für Kopplung von 3.5 FLEXIBILITÄT DURCH MICROG- benachbarten Zellen Aggregatoren bündeln (kleinteilige) optimierte Fahrpläne und RIDS – VORAUSSCHAUEND über den Austausch dezentrale Erzeugungs- und Verbrauchs- die Bereitstellung von OPTIMIERT fiktiver Preissignale anlagen und vermarkten ihre erzeugungs- Regelleistung 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R oder verbrauchsseitige Flexibilität auf FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE dem Spot- oder Regelleistungsmarkt. [19] BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- BER? 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- BARE WÄRMEVERSORGUNG IN STAUSEBACH 2016 2020 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS ENERGIENETZ DER ZUKUNFT BAUEN 4 ERKENNTNISSE NACH VIER Führungen von Besu- Einbindung der Erkent- JAHREN PROJEKTARBEIT chern und Studierenden nisse in die Lehre 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG 28
1 GRUSSWORTE Ein Blick in die Zukunft 2 C/SELLS STELLT SICH VOR „Energiemanagementsysteme bei Prosumenten und ihre Vernetzung werden 3 D EMO-ZELLEN IN C/SELLS Standard sein!“ MODELL-PRÄDIKTIVE REGELUNG 3.1 ANGEBOT UND ABRUF VON FLE- Bei der Modellprädikativen Regelung XIBILITÄT UNTER BERÜCKSICHTI- handelt es sich um eine Methode zur prä- GUNG DES LOKALEN STATUS IM Zentrale Erkenntnisse diktiven Regelung von Prozessen. Dabei VERTEILNETZ • Modell-prädiktive Regelung eignet sich für den praktischen optimierten wird ein mathematisches Modell dazu 3.2 FLEXIBILISIERUNG VON SPEI- CHERHEIZUNGEN MITTELS Betrieb von Microgrids verwendet Verhalten vorherzusagen, SMART-METER-INFRASTRUKTUR sodass die Regelung entsprechend des Der Abruf von Regelleistung kann weitgehend wie eine Prognoseabweichung • 3.3 NETZ UND MARKT VERBÜNDEN prognostizierten Verhaltens erfolgen SICH IN ALTDORF – DEZENTRALE gehandhabt werden. kann. [20] FLEXIBILITÄT FÜR DAS VERTEIL- NETZ DER ZUKUNFT • Microgrids brauchen lokale und kurzfristige Erzeugungsprognosen. 3.4 ROLLOUT INTELLIGENTER MESS- SYSTEME ALS GRUNDLAGE DES ENERGIENETZES DER ZUKUNFT 3.5 FLEXIBILITÄT DURCH MICROG- „Prosumenten bieten bei intelligentem RIDS – VORAUSSCHAUEND OPTIMIERT Zusammenspiel ein enormes Potential für 3.6 EGIONALER GRÜNSTROM UND R die Realisierung eines modernen, FLEXIBILITÄT – WAS DENKEN DIE klimaneutralen Energiesystems. Die BÜRGER IN NORDHESSEN DARÜ- BER? Technik dazu ist weitgehend da, die 3.7 N ACHHALTIGE UND ERNEUER- Märkte noch nicht.“ BARE WÄRMEVERSORGUNG IN — Hausmeister, Demozelle Offenburg STAUSEBACH 3.8 G ENIAL DEZENTRAL – WIE TAU- SENDE PRIVATE ERZEUGER DAS ENERGIENETZ DER ZUKUNFT BAUEN 4 ERKENNTNISSE NACH VIER JAHREN PROJEKTARBEIT 5 WISSENSCHAFTLICHER BLICK AUF DIE ZELLEN 6 FAZIT 7 ANHANG 29
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