Smart Energy made in Germany - Erkenntnisse zum Aufbau und zur Nutzung intelligenter Energiesysteme im Rahmen der Energiewende
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Smart Energy made in Germany Erkenntnisse zum Aufbau und zur Nutzung intelligenter Energiesysteme im Rahmen der Energiewende
Impressum
Herausgeber Das Bundesministerium für Wirtschaft und
Bundesministerium für Energie ist mit dem audit berufundfamilie®
Wirtschaft und Energie für seine familienfreundliche Personalpolitik
10115 Berlin ausgezeichnet worden. Das Zertifikat wird von
www.bmwi.de der berufundfamilie gGmbH, einer Initiative der
Gemeinnützigen Hertie-Stiftung, verliehen.
Stand
Mai 2014
Gestaltung und Produktion
LoeschHundLiepold Kommunikation GmbH, Berlin
Bildnachweis
BMWi (S.3), Fotolia (S.1, 5, 9, 23, 71, 73), E-Energy Begleitfor-
schung/B.A.U.M. Consult (S.7, 9, 11, 12, 15, 19, 23, 27, 31, 36, 37, 38,
39, 40, 42, 43, 44, 46, 47, 48, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 61, 62, 67,
75), RWE AG (S.10, 11, 12), EWE AG (S.14), eTelligence (S.16, 42),
ABB AG (S.19), EnBW AG (S.21), MVV AG (S.22, 24), moma (S.24,
42, 48, 51),RegModHarz (S.28, 42, 45), Smart Watts (S.30, 32, 42),
MeRegio (S.20, 42), Smart Grid Mandat M/490 (S.55), EEBus e. V.
(S.63), acatech (S.65)
Text, Redaktion
B.A.U.M. Consult GmbH, München Diese und weitere Broschüren erhalten Sie bei:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Referat Öffentlichkeitsarbeit
Diese Broschüre ist Teil der Öffentlichkeitsarbeit des Bundes E-Mail: publikationen@bundesregierung.de
ministeriums für Wirtschaft und Energie. Sie wird kostenlos www.bmwi.de
abgegeben und ist nicht zum Verkauf bestimmt. Nicht zulässig
ist die Verteilung auf Wahlveranstaltungen und an Informations Zentraler Bestellservice:
ständen der Parteien sowie das Einlegen, Aufdrucken oder Auf Telefon: 030 182 722 72
kleben von Informationen oder Werbemitteln. Bestellfax: 030 181 027 227 21
3
Vorwort
Im Rahmen des Technologieprogramms E-Energy – Smart Energy made in Germany
wurden in sechs Modellregionen während der letzten fünf Jahre Schlüsseltechnologien
sowie Geschäftsmodelle für ein „Internet der Energie“ entwickelt und erprobt.
E-Energy hat die Diskussion um Smart Energy in Deutschland wie international
mit geprägt. Schon während der Projektlaufzeit konnten wichtige Erkenntnisse
gewonnen werden für die Anpassung technischer, rechtlicher und wettbewerblicher
Rahmenbedingungen.
Der Umbau der Energieversorgung hin zu dezentralen und erneuerbaren Erzeugungs-
strukturen ist eine der zentralen Herausforderungen in Deutschland. E-Energy hat
hier ebenfalls wichtige Erkenntnisse geliefert: Intelligente Netze – sogenannte Smart
Grids – können die Kosten für den Netzausbau abfedern. Darüber hinaus können
neue Märkte und Geschäftsmodelle für Unternehmen der Energiewirtschaft ent-
stehen. Ein Beispiel ist die Direktvermarktung der erzeugten Energie vieler kleiner
Anlagen oder etwa die Vermarktung von Flexibilitäten im Energieverbrauch. Für die
Verbraucher können auch anwenderfreundliche Smart Home-Technologien eine
bedeutende Rolle spielen.
Auf dem Weg zur Energiewende − mit dem Ziel einer sicheren, umweltverträglichen
und bezahlbaren Energieversorgung − hat das Projekt E-Energy einen wichtigen
Beitrag geleistet.
Die vorliegende Broschüre gibt einen Überblick über die Ergebnisse der sechs
E-Energy-Modellregionen und der E-Energy-Begleitforschung. Ich wünsche den
Teilnehmerinnen und Teilnehmern in den Modellregionen weiterhin viel Erfolg
und uns allen ein gutes Gelingen auf dem Weg zur Energiewende.
Ihr
Sigmar Gabriel
Bundesminister für Wirtschaft und Energie
4 Smart Energy made in Germany
13 Erkenntnisse aus E-Energy
Energieübertragung bzw. Energienetze zehn Prozent motiviert werden, wenn variable Tarife
oder andere vertragliche Vereinbarungen ausreichende
1. Auf Informations- und Kommunikationstechnologien ökonomische Anreize schaffen. In Einzelfällen, bei
(IKT) basierende Energiesysteme können die wach- besonders hohen Anreizen, sind sogar noch stärkere
senden Anforderungen an eine stabile Netzführung Verlagerungen möglich. Das derzeitige Kosteneinspar-
und an einen subsidiären Ausgleich von Erzeugung potenzial bewegt sich zwischen wenigen Euro bis etwa
und Verbrauch zunehmend dezentraler Erzeugungs- 100 Euro im Jahr und liegt im Mittel bei etwa 60 Euro.
strukturen insbesondere im Verteilnetz erfüllen.
7. Vor allem automatisierte Abläufe können dazu
2. Durch den Einsatz moderner Smart Grid-Technologie beitragen, dass Komforteinbußen beim Verbraucher
wie aktiven und teilautomatisierten Verteilnetzen verhindert werden und die Akzeptanz steigt (z. B.
können die bestehenden Netzkapazitäten wirksam der Energiebutler im Smart Home). Die Technologie
ausgeschöpft werden. Entlang eines Ampelmodells zur Anbindung der Liegenschaften (outhouse) und
(grün: ausreichende Kapazitäten, gelb: knappe Trans- Heimvernetzung (inhouse) muss fallgruppenspezi-
portkapazitäten, rot: kritisch) können hierbei Netz- fisch kombiniert werden. In E-Energy hat sich jedoch
zustände räumlich und zeitlich differenziert werden vor allem die IP-basierte Anbindung der Haushalte
und das Zusammenspiel von Marktmechanismen und als zielführend erwiesen und mit dem EEBus ist quasi
regulierenden Eingriffen des Netzbetreibers besser ein Übersetzungs-Protokoll für unterschiedliche in-
koordiniert werden. house Kommunikationsprotokolle geschaffen worden.
3. Mit Hilfe von IKT können der Netzentwicklungs 8. Durch die Visualisierung des Verbrauchsverhaltens
bedarf und mögliche Netzengpässe besser lokalisiert (auf Basis von z.B. Smart Meter-Daten) können
und abgeschätzt werden. Spezifische Lösungen der Energieeinsparpotenziale von bis zu zehn Prozent
Netztechnik, Sensorik, Automatisierung, Regelungs- aufgedeckt und der Verbrauch entsprechend redu
technik sowie der systemgeführten Ein- und Aus- ziert werden. Bei Gewerbebetrieben sind sogar
speisung können auf die lokalen Herausforderungen Einsparpotenziale von bis zu 20 Prozent möglich.
angepasst werden und die Kosten für den Netzaus-
bau merklich abfedern. 9. Die Lastverlagerungspotenziale bei Gewerbebetrie-
ben und Großhaushalten mit hohem Verbrauch liegen
4. Intelligente Sekundärtechnik wie regelbare Orts- weit höher als in durchschnittlichen Privathaushalten
netztrafos oder Sensorik in Umspannwerken und (ca. 20 Prozent, teils höher). Vor allem Betriebe mit
an anderen Netzpunkten ermöglichen den Zubau thermischen Speichern (z.B. Kühlhäuser, Supermärkte
zusätzlicher Erneuerbare Energien-Anlagen ohne etc.) haben sich als „tief hängende Früchte“ für
Netzausbau. Lastmanagement erwiesen und können bereits heute
ökonomisch sinnvoll erschlossen werden.
Energieverbrauch
Energieerzeugung
5. Durch Anreiz-, Tarif- und Steuerungssignale für
Energieproduzenten, -konsumenten und „Prosumer“ 10. Durch intelligente Netze, Lastprognosen und die
können Verbrauch und Einspeisung besser aufeinan- Ausschöpfung von Flexibilitäten können erneuer
der abgestimmt werden. Durch intelligente Steuerung bare Energien reibungsloser und umfänglicher in das
und ökonomische Anreize kann der Eigenverbrauch Energiesystem integriert werden. Einspeisespitzen
dezentraler Erzeuger netzfreundlich gestaltet werden. dezentraler Erneuerbarer und damit schwankender
Der Aufbau einer IKT-Basisinfrastruktur für das Ener- Erzeugung (z.B. aus Wind- oder Sonnenenergie)
giesystem ist eine gesamtgesellschaftliche Aufgabe. könnten merklich reduziert werden und die Netz
anschlusskapazität für zusätzliche erneuerbare
6. Verbraucher können – abhängig vom jeweiligen Erzeugungsanlagen ohne Netzausbau teils sogar
Kundensegment – zu Lastverlagerungen von bis zu verdoppelt werden.
Smart Energy made in Germany 5
11. Für Unternehmen der Energiewirtschaft sowie für gatoren) bei. Sie vereinfachen und beschleunigen
Kleinerzeuger, Gewerbebetriebe und große Privat Geschäftsprozesse merklich. Ansprechende und
verbraucher ergeben sich durch Smart Grids-Techno- handhabbare Smart Home-Technologien sind
logien gänzlich neue Marktchancen und Geschäfts entscheidend für die Akzeptanz und die Verbreitung
modelle z.B. in der Zusammenfassung und Ver- von Smart Grid-Lösungen.
marktung dezentraler Erzeuger (Pooling) oder von
Verbrauchsflexibilitäten (Aggregation). Wichtige 13. Virtuelle Kraftwerke können im ländlichen Raum
Voraussetzung sind jedoch standardisierte Schnitt- eine Deckung des Energiebedarfs weitestgehend aus
stellen (IEC 61850). erneuerbaren Energien unterstützen. Je genauer die
Erzeugungsprognosen erneuerbarer Energien und
12. Virtuelle Marktplätze tragen als Informations- und je zuverlässiger die Kraftwerksfahrpläne sind, umso
Diensteplattformen erheblich zur Transparenz und besser planbar ist der Bedarf an Speichern und Regel-
Zugänglichkeit für neue Marktakteure (z.B. Aggre- kraftwerken.
6 Smart Energy made in Germany Inhalt Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 13 Erkenntnisse aus E-Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Das Technologieförderprogramm „E-Energy – IKT-basiertes Energiesystem der Zukunft“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Die E-Energy-Modellregionen E-DeMa – Entwicklung dezentral vernetzter Energiesysteme hin zum E-Energy-Marktplatz der Zukunft . . . . . . . . . . 10 eTelligence – Intelligente Vernetzung von Stromproduzenten und -verbrauchern zur besseren Integration von erneuerbaren Energien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 MeRegio – Minimum Emission Regions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Modellstadt Mannheim (moma) – Ein Energieorganismus zur intelligenten Verteilung dezentral erzeugter Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 RegModHarz – Regenerative Energie aus dem Harz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Smart Watts – Die intelligente Kilowattstunde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Die E-Energy-Begleitforschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Die Vernetzung von E-Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Das Energiesystem im Wandel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Herausforderungen und Lösungsansätze für die Netze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Effizienzsteigerung durch Partizipation und Kooperation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Integration erneuerbarer Energien durch Flexibilisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Großes Potenzial bei Erzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Eigenverbrauch nutzerfreundlich gestalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Speicher sind entscheidend . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46 Systemstabilität durch Dezentralität und Subsidiarität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49 Versorgungssicherheit verbessern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Das Internet der Energien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Trends in der IKT für die Energie-Domäne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Von Smart Grid zu Smart Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Zentrale und verteilte Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Smart Grid und Smart Home . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Ansteuerung von Erzeugungs- und Verbrauchsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Der Mensch im Mittelpunkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Akzeptanz gezielt steigern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Automatisiert und manuell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Geschäftsszenarien für ein Internet der Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Funktionen im neuen Energiesystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Voraussetzungen für den Wandel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Rechts- und Regulierungsrahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Prinzipien für ein neues Marktdesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Gesellschaftliche Akzeptanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Ansprechpartner von E-Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Smart Energy made in Germany 7
Das Technologieförderprogramm
„E-Energy – IKT-basiertes Energiesystem der Zukunft“
Mit dem Förderprogramm „E-Energy – IKT-basiertes
Energiesystem der Zukunft“ hat das Bundesministe
rium für Wirtschaft und Energie (BMWi) in ressort
übergreifender Partnerschaft mit dem Bundes-
ministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und
Reaktorsicherheit (BMUB) neue Wege aufgezeigt,
wie der Stromverbrauch gesenkt, Energie effizienter
eingesetzt und eine regenerative Energieversorgung
umgesetzt werden kann.
Das Hauptaugenmerk lag dabei auf der Einbeziehung
der erneuerbaren Energien in die Energienetze der
Zukunft mit Hilfe neu entwickelter Systeme aus dem
Bereich der Informations- und Kommunikations
technologien (IKT). Als Leuchtturmprojekt der
Bundesregierung ist E-Energy Teil des Aktionsplans
„Green IT-Pionier Deutschland“ sowie zentraler Be- Start der Feldversuchsphase anlässlich des E-Energy-Jahreskongres-
standteil der Hightech-Strategie und der IKT-Strate- ses 2010. V. l. n. r.: Michael Zinke (BMWi), Ludwig Karg (B.A.U.M.), Dr.
gie „Deutschland Digital 2015“ der Bundesregierung. Andreas Goerdeler (BMWi), Christian Spanik (Moderator)
Leuchtturmprojekte in sechs E-Energy-Modellregionen
Von 2008 bis 2013 erforschten und erprobten Industrie-
und Wissenschaftskonsortien in sechs Smart-Energy-
Regionen den Einsatz von IKT im Energiebereich. Zu-
dem wurden Querschnittsthemen wie z. B. zielführende
Gesamtarchitekturen, Geschäftsmodelle, rechtliche
Rahmenbedingungen, Datenschutz und Datensicher-
heit oder die Standardisierung projektübergreifend mit
Unterstützung durch eine speziell dafür beauftragte
Begleitforschung bearbeitet. Das Gesamtvolumen dieser
Projekte betrug über 140 Mio. Euro. Dazu steuerten
das BMWi 40 Mio. Euro und das BMU 20 Mio. Euro an
Fördermitteln bei, den Rest trugen die Modellkonsortien.
Hintergrund des Forschungsprogramms waren die
großen Optimierungspotenziale der IKT für das
Aufgrund seiner herausragenden innovations- und Erreichen der Ziele im energiepolitischen Zieldrei-
wirtschaftspolitischen Bedeutung wurde das E-Energy- eck in der Stromversorgung – Wirtschaftlichkeit,
Programm auf dem IT-Gipfel 2008 durch die Bundes- Versorgungssicherheit und Umweltverträglichkeit.
kanzlerin zum nationalen Leuchtturmprojekt erklärt. Des Weiteren wurde die Möglichkeit der Entstehung
Der Kurzbegriff „E-Energy“ steht – analog den Bezeich- neuer Beschäftigungsfelder und Märkte gesehen,
nungen „E-Commerce“ oder „E-Government“ – für die die es zu erschließen galt. Analysen und Experten
umfassende digitale Vernetzung sowie computerbasierte einschätzungen, z. B. die von Wik-Consult im Auftrag
Kontrolle und Steuerung des Gesamtsystems der Ener- des BMWi durchgeführte Studie „Potenziale der
gieversorgung. Die Elektrizitätssparte wurde in diesem Informations- und Kommunikationstechnologien zur
Forschungsprogramm als Einstieg gewählt, weil hier die Optimierung der Energieversorgung und des Energie-
Herausforderungen bezüglich Echtzeitinteraktionen verbrauchs (E-Energy)“ vom Dezember 2006, hatten
und Computerintelligenz wegen der begrenzten Spei- zuvor zunehmend deutlich gemacht, dass der weitere
cherfähigkeit von Strom besonders groß sind. Fortschritt der Energiewirtschaft ohne die umfassende
8 Smart Energy made in Germany
Ausschöpfung der Potenziale von digitaler Intelligenz ressortübergreifenden Partnerschaft mit dem BMU.
und Vernetzung nicht möglich sein wird. Überein- Durch die Kooperation beider Ministerien konnte eine
stimmend wird festgestellt, dass demgegenüber die größere Anzahl von Projekten unterstützt werden (sechs
IKT-Nutzung in der Energieversorgung bislang noch statt wie ursprünglich geplant vier), was die Ausstrah-
keine große Rolle spielt. Sowohl von der IKT- als lung und Wirkung von E-Energy weiter verstärkte.
auch von der Energiewirtschaft wurde erheblicher
technologiepolitischer Handlungsbedarf gesehen, Mit der Umsetzung von E-Energy und der Arbeit in
damit die hohen Optimierungspotenziale der IKT für den sechs Modellregionen wurden so in den folgen
den Energiebereich erschlossen werden können. den Jahren die Bausteine für mehr Transparenz und
Wettbewerb entlang der gesamten Wertschöpfungs-
So erfolgte im April 2007 die Ausschreibung des kette vom Kraftwerks- über den Netzbetrieb bis zum
E-Energy-Technologiewettbewerbs durch das BMWi Endverbraucher erarbeitet. Dadurch konnten Inno-
unter Fokussierung auf drei Themenschwerpunkte: vationen im technischen wie im wirtschaftlichen
1. Schaffung eines E-Energy-Marktplatzes, der den Bereich angestoßen werden. Das wird unter anderem
elektronischen Geschäfts- und Rechtsverkehr auch den weiteren Fortschritt bezüglich der Liberali-
zwischen allen Marktteilnehmern ermöglicht. sierung des Energiemarkts und der Dezentralisierung
2. Digitale Vernetzung und Computerisierung der tech- der Stromnetze beschleunigen.
nischen Systeme und Komponenten sowie der darauf
beruhenden Prozessführungs- und Wartungsaktivi Insgesamt gelang es durch die im Rahmen von E-Energy
täten, so dass eine weitgehende Selbstautomation durchgeführten Forschungs- und Entwicklungsaktivi
der Kontrolle, Analyse, Steuerung und Regelung des täten (FuE), gemäß den Zielen der ursprünglichen
technischen Gesamtsystems gewährleistet ist. Ausschreibung dabei zu helfen, einen neuen Markt
3. Online-Kopplung von elektronischem Energie- für automatisierte Steuerungs- und Regelsysteme bei
marktplatz und technischem Gesamtsystem, so dass Erzeugungsanlagen und Endgeräten, für IKT-Gateways
eine zeitnahe digitale Interaktion von Geschäfts- und Smart Meter, für intelligente Speichermodule, für
und Technikbetrieb sichergestellt wird. Prognose- und Abrechnungssysteme, für benutzer
freundliche Online-Ratgeber sowie Anzeige- und
Mit diesen drei Themenschwerpunkten wurde erst- Bediensysteme und vieles mehr zu entwickeln. Das
mals dazu aufgerufen, integrierte Ideen und System- wird zukunftsfähige Arbeitsplätze schaffen und neue
konzepte für ein „Internet der Energie“ zu entwickeln. Wachstumseffekte hervorrufen. In Verbindung damit
Informations-, Kommunikations- und Transaktions- werden neue Dienstleistungen mit unterschiedlichsten
prozesse auf den Strommärkten sollten vereinfacht Tarifangeboten auf den Markt kommen. Es werden
und die technische Energieinfrastruktur auf Basis aber auch ganz neue Geschäftsmodelle entstehen, so
durchgehender digitaler Vernetzung intelligent zum Beispiel das Bündeln von Erzeugern und Ver-
kontrolliert, gesteuert und geregelt sowie mit elektro- brauchern, das Optimieren des privaten oder gewerb-
nischen Marktplätzen gekoppelt werden, so dass z. B. lichen Lastprofils oder eine weitgehend automatisierte
eine effiziente, zeitnahe und transparente Koordinati- Strom(spar)steuerung von Hausgeräten unter Nutzung
on von Energieangebot, (End-)Energienachfrage und bidirektionaler IKT-Gateways.
komplementären Dienstleistungen in allen Bereichen
des Versorgungssystems möglich wird. In der E-Ener- E-Energy ist ein Schlüssel für den Ausbau und die
gy-Ausschreibung wurde deutlich gemacht, dass Netzintegration der erneuerbaren Energien. Durch
hierfür nicht nur Technologie-Fortschritte, sondern die Netzintegration dezentraler erneuerbarer Energie
auch Anpassungen von Organisationsstrukturen und erzeugungsanlagen mit Hilfe intelligenter Steuerung
Rahmenbedingungen notwendig sind. wird nicht nur die Energiewende profitieren, sondern
es wird auch der Bereich des Maschinen- und
Mit Blick auf die große Bedeutung von E-Energy für das Anlagenbaus starke Wachstumsimpulse erhalten.
energiepolitische Zieldreieck, den Ausbau der erneuer- E-Energy konnte Türen öffnen für eine Vielzahl von
baren Energien und die Erhöhung der Energieeffizienz neuen technischen Produkten. Viele kleine und mitt
erfolgte die Förderung der Preisträgerprojekte in einer lere Unternehmen – nicht zuletzt das Elektrohandwerk –
Smart Energy made in Germany 9
Ludwig Karg, Leiter der Begleit-
forschung
„E-Energy ist ein wichtiger Bau-
stein der Energiewende. Und
ich freue mich persönlich sehr,
werden davon ebenso profitieren wie Ingenieurunter dass ich dabei sein durfte. Die
nehmen, Hard- und Softwareproduzenten und die am Modellregionen und die Begleitforschung konn-
Weltmarkt operierenden Unternehmen für Energie- ten gemeinsam aufzeigen, wie man ein Internet
anlagen und Energieinformationssysteme. der Energien bauen kann – wenn man will. Nun
ist es vor allem an den vielen großen und kleinen
Die Ergebnisse der Modellregionen sind in deren Versorgern und Netzbetreibern, die Ergebnisse
Schlussberichten sowie zahlreichen veröffentlichten auf-zunehmen und in ihre tägliche Praxis zu
Studien dem Fachpublikum und der breiten Öffent- integrieren. Sicher müssen dafür auch weiterhin
lichkeit zugänglich gemacht worden. Einen Überblick entsprechende Rahmenbedingung für die Tech-
über die Erkenntnisse aus dem Förderprogramm gibt nik und das neue Marktdesign geschaffen werden.
ein umfangreicher Abschlussbericht der Begleitfor- Die konstruktive Zusammenarbeit von Ministe
schung. Er stellt die Ergebnisse und Erkenntnisse rien, Verbänden, Regulierungsbehörde, Stan-
im Zusammenhang dar und enthält weitreichende dardisierungsorganisationen, Wissenschaftlern
Empfehlungen, die sich aus der Arbeit der Modellpro- und Praktikern bei E-Energy lässt mich hoffen,
jekte und der Begleitforschung ergeben haben. Der dass alle gemeinsam auf dem eingeschlagenen
Abschlussbericht kann von der Website des E-Energy- Weg weitergehen. Wir Begleitforscher würden
Programms bezogen werden: www.e-energy.de uns freuen, wenn sie dabei unsere umfassenden
Ergebnisberichte stets als Wegweiser nutzen.“
Die Verantwortlichen aus den Modellregionen, von beteiligten Ministerien und Projektträgern sowie der Begleitforschung beim Abschlusskongress
im Januar 2013 im BMWi
10 Smart Energy made in Germany
Entwicklung dezentral vernetzter Energiesysteme
hin zum E-Energy-Marktplatz der Zukunft
Ziel des Projekts E-DeMa in der Modellregion Rhein- Im Rahmen von E-DeMa wurden für den Feldtest
Ruhr war die Konzeption von IKT-basierten Lösungen, 13 Mikro-Blockheizkraftwerke (Mikro-BHKW) instal-
die die intelligente Nutzung aller zur Verfügung stehen- liert, die bei Bedarf als dezentrale Kleinerzeuger zuge-
den Ressourcen sowie die Optimierung und Integra- schaltet werden und über den Marktplatz zu handel-
tion des Gesamtsystems der Elektrizitätsversorgung baren Erzeugungsmengen aggregiert werden können.
von der Gewinnung des Stroms über die Speicherung, Außerdem wurden fast 700 Haushalte mit IKT-Gate-
den Transport, die Verteilung bis hin zur effizienten ways (I und II) ausgestattet, die es den Verbrauchern
Verwendung ermöglichen. erlaubten, aktiv am E-DeMa-Marktplatz teilzunehmen.
Am E-DeMa-Marktplatz wurden die Verbraucher dazu
E-DeMa verstand sich dabei als eine Gesamtkonzep- ermächtigt, jeden Monat neu darüber zu entscheiden,
tion, die nicht nur technische Lösungen präsentiert, in welchem der neuen unterschiedlichen E-DeMa-
sondern sich auch mit den Möglichkeiten befasst, diese Tarifmodelle sie abgerechnet werden. Neben Erzeu-
Lösungen in der heutigen Marktsituation umzusetzen. gungsmengen können am Marktplatz auch verschieb-
Dreh- und Angelpunkt der neuen Lösungen war der im bare Lasten als Flexibilitäten aggregiert und vermarktet
Projekt konzipierte und implementierte E-DeMa- werden. Die Flexibilitäten können am Marktplatz
Marktplatz, der den vormals passiven Konsumenten auch einem Aggregator, der diese zusammenfasst und
zu einer aktiveren Teilnahme am Marktgeschehen vermarktet, zur Verfügung gestellt werden. Damit
verhelfen kann. verschmelzen die klassischen Rollen von Energiever-
Johannes Funck,
E-DeMa-Projektleiter bei der
SWK Stadtwerke Krefeld AG
„In der Testregion Krefeld haben
125 Bürgerinnen und Bürger im
Stadtteil Kliedbruch an unse-
rem Feldtest teilgenommen. Kliedbruch zeichnet
sich durch eine passende Ein- und Zweifamili-
enhausstruktur aus. Auch die technologischen
Voraussetzungen sind in diesem Stadtteil gege-
ben. Einige Haushalte erhielten neben digitalen
Stromzählern auch „intelligente“ Gas- und
Wasserzähler. Zehn Kunden bekamen zudem
Haushaltsgeräte wie Spülmaschine, Waschma-
schine und Trockner, um zu testen, wie sich diese
Geräte über die „intelligenten“ Messsysteme
steuern lassen. Die Lernkurve für uns war enorm.
Natürlich lief nicht alles reibungslos und ganz
so einfach, wie man sich das in der Theorie am
Anfang vorstellt, ist es in der Praxis nicht immer.
Aber auch dafür ist ein solches Pilotprojekt ja da.“Smart Energy made in Germany 11
Charakteristik von E-DeMa
Energieeffizienz
90
Markt Integration
liberalisierung 80 erneuerbarer Energien
70
60
50
IKT-
40 e-Mobility
Architektur
30
20
10
Versorgungs-
IT-Sicherheit sicherheit/
& Datenschutz Netzengpässe,
Netzausbau
Dezentrale
Intelligente
Energie
Messung
erzeugung
Speicher Last-Flexibilisierung12 Smart Energy made in Germany
Der E-DeMa-Marktplatz und seine Produkte
OTC
Business to Business
PRODUKTPALETTE
Strom-Großhandel Business to Customer
Technische Datenbereitstellung DES MARKTPLATZES
Innovative Stromprodukte
Lieferanten Aggregatoren Verteilnetzbetreiber mit/ohne Automatisierung
Angebote von und für Aggregatoren
E-DeMa-
Angebote von Einspeisern
Energiedienstleister Marktplatz Service-Dienstleister
z. B. Wetterdienst, Tarifberater
Wartungsfunktion
Produkte zur Netzdienlichkeit
Messwerte, Tarife (informativ), Tarife, Messwerte, für Hersteller
für VNB und Dritte
Fern-Schalthandlungen, Betriebswerte,
Services, Handelsgeschäfte Fern-Schalthandlungen Service-Produkte,
z. B. von Geräteherstellern
Messstellenbetreiber
Prosumer
(IKT-Gateway-Betreiber)
Messwerte, Betriebswerte, Tarife, Energienetzdienstleistungsprodukte
Transparente Abrechnung Fern-Schalthandlungen
Lokale Schalthandlungen
Administrative Produkte
Aktueller Verbrauch E-DeMa-Gateway
wie Bilanzierung, Datenhandling, ...
InhouseSmart Energy made in Germany 13
braucher und -erzeuger im Rhein-Ruhr-Gebiet zum Tarifzeiten verlagert. Im Durchschnitt erreichten
„Prosumer“, der nicht nur Energie verbraucht, sondern die aktiven Kunden mit Automatisierung ähnliche
auch als Erzeuger und Bereitsteller von Flexibilitäten Verbrauchsverlagerungen wie die Kunden ohne Auto-
am Markt teilnimmt. matisierung. Die Verbrauchsverlagerung der passiven
Kunden bzw. aller Kunden aus den Tarifzeiten, die
Funktionell betrachtet stellt der E-DeMa-Marktplatz besonders teuer abgerechnet wurden, ist jedoch höher
einen kontraktbasierten marktunterstützenden als bei den Kunden ohne Automatisierung.
Koordinationsmechanismus dar, der alle Phasen der
Vertragsabschlüsse zwischen Anbietern und Verbrau-
chern sowie auch B2B-Prozesse unterstützen und Modelle
abwickeln kann. So entstand innerhalb von E-DeMa • E-DeMa-IKT-Architekturmodell – TU Dortmund
ein für alle Teilnehmer einheitlicher Marktraum. • IT-Security-Konzept – RWE, TU Dortmund, Prosyst,
Während im Feldtest selbst nur private Haushalte in Siemens
die Infrastruktur integriert wurden, sind sämtliche
Lösungen auch für Gewerbe- und Industriekunden Simulationen
nutzbar. Mit Hilfe der im Feldtest erhobenen Zähler- • Simulationsmodelle zur Analyse von Einzel- und
werte konnte der Verbrauch der integrierten Haus- Gruppenlastgängen von Haushalten, Gewerbe- und
halte zu jeder Viertelstunde erfasst und abgebildet Industriekunden; Skalierung der Ergebnisse auf
werden. Im Feldversuch wurden sowohl automati unterschiedliche Szenarien – TU Dortmund, Univer-
sierte Lösungen als auch Anreize getestet, die nur sität Duisburg-Essen, Ruhr-Universität Bochum
manuell verarbeitet werden konnten. Bereits in einem • Simulation und Bewertung von Kommunikations
einfachen zeitvariablen Tarif haben besonders aktive technologien für Smart Metering und Demand-Side-
Kunden 8,7 Prozent ihres Verbrauchs in die günstigen Management – RWE und Stadtwerke Krefeld
Pilotprodukte
• Marktplatzsystem – Siemens
Prof. Dr. Michael Laskowski, • IKT-Gateway 2 als Kommunikations- und
Gesamtprojektleiter von E-DeMa Steuerungssystem inkl. MPRM-System als Betriebs
bei der RWE Deutschland AG umgebung – Siemens, Prosyst
• Innovative Tarifprodukte – RWE, Stadtwerke
„In Mülheim haben wir knapp Krefeld, TU Dortmund
600 Haushalte mit ‚intelligenter‘ • Android-basierte App als Energy Display zur Dar-
Kommunikationstechnologie stellung und Verarbeitung der neuen Tarifprodukte
ausgestattet, die sowohl dafür – FH Dortmund, Stadtwerke Krefeld
sorgte, dass die Teilnehmer stets über ihr Ver- • Netzleitsystem zur Erfassung und Prognose –
brauchsverhalten Siemens
informiert wurden, als auch dafür, dass aus- • Aggregatorleitsystem für das Management von
gewählte Geräte der weißen Ware gesteuert Verbrauchs- und Erzeugungsanlagen – Siemens
wurden. Damit konnten die Teilnehmer ihren • Zählerdatenmanagementsysteme – Siemens und
Energieeinsatz an das Angebot erneuerbarer RWE
Energien anpassen. Im Fokus standen dabei die • Multimeteringsysteme im Gas- und Wasserbereich
Flexibilisierung des Energieverbrauches und zur Anbindung der Spartenzähler über MBus (Funk)
somit die Anpassung an die Energieangebote aus – Stadtwerke Krefeld
Wind und Sonne. Unsere Projektteilnehmer
haben die neuen Möglichkeiten zur Verbrauchs- Zentrale Veröffentlichungen
flexibilisierung genutzt. Dabei konnten wir un- • IT-Security-Lösungen aus E-DeMa wurden
sere zunächst theoretisch erarbeiteten Lösungen veröffentlicht und gingen ins BSI-Schutzprofil
im Feldversuch intensiv testen und verbessern.“ ein – RWE, TU Dortmund, Prosyst, Siemens14 Smart Energy made in Germany
Intelligente Vernetzung von Stromproduzenten
und -verbrauchern zur besseren Integration von
erneuerbaren Energien
In der Region Cuxhaven testete das Projekt eTelligence Im Rahmen der Integration der dezentralen Erzeu-
ein komplexes IKT-basiertes System zur Ausbalancie- gungsanlagen und größeren Verbrauchsanlagen
rung der Fluktuation von Windenergie, PV-, Biogas- und wurden Anlagentypen weiterentwickelt, so dass
KWK-Anlagen, das den Strom intelligent in die Netze eine standardisierte Plug-and-play- Anbindung von
und in einen regionalen Markt integriert und gleich- Verbrauchs- und Erzeugungsflexibilitäten möglich
zeitig die aktive Einbindung von Haushaltskunden wurde. eTelligence konnte nachweisen, dass gerade
ermöglicht. Kern von eTelligence war die tatsächliche thermisch-elektrische Energiesysteme wie Kühlhäuser
Erprobung eines Strom-Marktplatzsystems mit regiona- und Schwimmbäder sehr gut als Energiespeicher
len Produkten, auf dem Erzeuger, gewerbliche Verbrau- genutzt werden können: In Zeiten, in denen viel Wind
cher mit verschiebbaren Lasten und Energiedienstleister zur Verfügung stand, kühlte das Cuxhavener Kühlhaus
zusammengeführt wurden. In Simulationen hat auch seine Temperatur herunter und schaffte sich einen
der Netzbetreiber am Marktplatz teilgenommen. So Kältepuffer. In Zeiten hoher Strompreise wurden die
konnten neue Lösungen zur Erhöhung der Versorgungs- Kühlaggregate abgeschaltet. Unter Ausnutzung des
sicherheit aus erneuerbaren Energien und zur Erhöhung zuvor aufgebauten Kältepuffers konnte das Kühlhaus
der Wirtschaftlichkeit erfolgreich erprobt werden. dann für einige Tage mit erheblich geringerer Strom-
Eine besondere Herausforderung stellte dabei die im
Zuge eines einjährigen Praxistests getestete Integration Dr. Tanja Schmedes, Projekt
des Marktplatzes in die bestehenden Geschäftsprozesse leiterin eTelligence bei EWE AG
des übergeordneten Energieversorgungssystems dar. Für
die Dauer des Praxistests waren die teilnehmenden Ak- „Unser Ziel war es, Verbrauchern
teure dabei sowohl dem Vermarktungs- und Preisrisiko den bewussten Umgang mit
als auch dem Prognoserisiko ausgesetzt. Am Markt- Strom zu ermöglichen. Das ist
platz agierten zwei Kühlhäuser, ein Windpark und eine gelungen. Über einen zeitvaria
Photovoltaikanlage, die in einem virtuellen Kraftwerk blen Event-Tarif konnten wir eine Verlagerung
zusammen vermarktet wurden, sowie das ahoi!-Bad des Stromverbrauchs erreichen. Das heißt, dass
Cuxhaven, eine Kläranlage und ein Blockheizkraftwerk. Strom vor allem dann genutzt wurde, wenn
Die Anlagen des virtuellen Kraftwerks konnten entweder ausreichend Energie aus erneuerbaren Quellen
individuell oder gemeinsam flexibel angeschlossen wer- zur Verfügung stand. Im Schnitt konnte jeder
den und wurden damit insgesamt ähnlich steuerbar und Teilnehmer im zurückliegenden Testjahr rund
vorhersehbar wie ein konventionelles Kraftwerk. 100 Euro Stromkosten sparen – zum einen durch
das Auffinden von Energiefressern im Haushalt,
zum anderen durch die Nutzung günstigen
Stroms bei entsprechendem Überangebot. Die
Cuxhavener Teilnehmer haben gezeigt, dass jeder
Einzelne nicht nur in der Lage, sondern auch
willens ist, zum Gelingen der Energiewende bei-
zutragen. Von den während des Tests befragten
Teilnehmern gaben 70 Prozent an, dass sie ihren
Stromverbrauch regelmäßig überwachen,
20 Prozent sogar mehrmals pro Woche. Ihr Um-
weltbewusstsein sei dadurch gestärkt worden.“Smart Energy made in Germany 15
Charakteristik von eTelligence
Energieeffizienz
aufnahme betrieben werden. Über das Jahr gesehen Markt
90
Integration
80
konnten die Stromkosten um bis zu sechs Prozent liberalisierung
70
erneuerbarer Energien
reduziert werden. Dabei ist das volle Potenzial für 60
50
IKT-
Einsparungen noch nicht erreicht. Die Anbindung von Architektur
40 e-Mobility
30
Gewerbekunden mit thermischen Speichern an das eTel- 20
ligence-System war so erfolgreich, dass sie großes Inter- 10
Versorgungs-
esse erzeugte und mittlerweile mit Hilfe des EWE Strom IT-Sicherheit sicherheit/
& Datenschutz Netzengpässe,
Intelligenten Lastmanagers weitere Gewerbebetriebe Netzausbau
an die Strukturen angeschlossen wurden. Aber auch für
BHKWs bietet das in eTelligence erprobte Marktplatzsys- Intelligente
Dezentrale
Energie
Messung
tem nachhaltige Chancen: Es ermöglicht beispielsweise erzeugung
einen wirtschaftlichen Weiterbetrieb der dezentralen
Speicher Last-Flexibilisierung
Anlagen vor allem nach Auslaufen der Förderungen.16 Smart Energy made in Germany
Dr. Werner Brinker,
Vorstandsvorsitzender EWE AG
„In vier Jahren Projektlaufzeit
haben wir Antworten auf viele
Fragen gefunden: In Kühlhäu- Zusätzlich haben über 650 Haushalte Smart Meter auf
sern z. B. ist Strom aus volatilen Alltagstauglichkeit getestet. Anhand verschiedener
erneuerbaren Quellen in Form von thermischer Feedbacksysteme konnten die Teilnehmer den eigenen
Energie „speicherbar“. Privathaushalte sind bereit, Stromverbrauch und damit die Stromkosten sowie die
Strom genau dann zu nutzen, wenn der Wind CO2-Emission im Blick behalten und ihr Verbrauchs-
weht oder die Sonne scheint – sprich wenn viel verhalten analysieren. Zwei unterschiedliche innovative
Strom aus erneuerbaren Energien im Netz ist. Der Tarife, der Mengentarif und der Event-Tarif konnten
regionale Marktplatz ermöglicht die Vermark- vielversprechende Ergebnisse erzielen. Der Mengentarif,
tung von Strommengen auch kleiner Anlagen der einen Anreiz für die Reduzierung des Verbrauchs
und weist den Weg zu einer späteren wirtschaft- bietet, hat in den Praxistesthaushalten zu einer monat-
lichen Nutzung. Viele Schritte waren notwendig, lichen Verbrauchsreduktion von 13 Prozent geführt. Der
um das eTelligence-Szenario fertig zu entwickeln. Event-Tarif, der durch Bonus- und Malus-Events hohe
Messtechnik wurde an rund 100 Ortsnetzstatio- bzw. geringe Verfügbarkeiten von erneuerbaren Energien
nen in Cuxhaven installiert. 650 Privathaushalte im Energiemix abbilden kann, führte zu starken zeit-
erhielten elektronische Stromzähler, die den lichen Verschiebungen des Verbrauchs. Malus-Events
individuellen Stromverbrauch ermittelten. Strom führten beispielsweise dazu, dass während der Wirksam-
erzeuger und -verbraucher wurden zu einem keit 20 Prozent weniger Strom verbraucht wurde. Wäh-
virtuellen Kraftwerk zusammengeschlossen.“ rend der Bonus-Events konnte der Energieverbrauch
sogar um bis zu 30 Prozent gesteigert werden.
Das IKT-Lösungsportfolio aus eTelligence
PROBLEM LÖSUNG/PRODUKT
EWE trio smartbox
Feedbacksystem für Kunden
(EWE-Produkt seit 2011/2012)
Anbindung, Auslesung und Erstellung von Advanced Metering Management System
Zeitreihen für Smart Meter und Netzsensoren (BTC-Produkt aus eTelligence seit 2011)
EWE Strom Intelligenter Lastmanager
Nutzung vorhandener Flexibilitäten
(EWE-Produkt aus eTelligence seit 2012)
Standardisierte Gateways für die Integration openIEC61850
(Open-Source-Implementierung des Standards 61850
dezentraler Anlagen von ISE, emsys, OFFIS)
IT-Architekturen im Smart Grid
IKT-Architektur für das Smart Grid
(OFFIS-Buch im Springer-Verlag)
Power-Flex-Modell
Übertragbarkeit auf Deutschland
(vom ÖKO-Institut e. V.)Smart Energy made in Germany 17
Modelle
• IKT-Architekturen für das Smart Grid – OFFIS
• Kraftwerksmodell PowerFlex vom Öko-Institut
(Pilot-)Produkte
• eTelligence-App als Feedbacksystem für Kunden
– EWE
• EWE trio smartbox
• Advanced Metering Management System – BTC
• EWE Strom Intelligenter Lastmanager für Gewerbe-
Dr. Christoph Mayer, Bereichs kunden – EWE
leiter OFFIS • Innovative Tarife orientiert nach Verbrauch und Zeit
(Bonus- und Malus-Events) – EWE
„Im Projekt eTelligence wurden • Prognose-Software – energy and meteo systems
zu zwei wichtigen Herausforde
rungen für das IKT-basierte Zentrale Veröffentlichungen
Energiesystem der Zukunft • Schmedes, T.; Stadler, M.; Klose, T.; Hollinger, R.;
wesentliche Beiträge geleistet: Erstens, bei der Rüttinger, H.; Koch, M.; Rosinger, C. (2012): Integra-
effizienten und automatisierten Systemintegration tives Smart-Market-Konzept zur Systemintegration
von kleinen Erzeugungseinheiten und zweitens dezentraler Erzeuger und als Handelsplattform für
bei der Gewährleistung von IT-Sicherheit. Netzbetreiber, VDE-Kongress 2012, Stuttgart
Um die reibungslose Kommunikation mit kleinen • Appelrath, Beenken, Bischofs, Uslar (Hrsg.): IT-Ar-
Erzeugungsanlagen sicher zu ermöglichen, sind chitekturentwicklung im Smart Grid: Perspektiven
eine Referenzarchitektur und dazugehörende für eine sichere markt- und standardbasierte Integ-
Softwarewerkzeuge entwickelt worden. Zu der ration erneuerbarer Energien, Springer 2012
Referenzarchitektur wurden außerdem verschie- • Bauknecht, D.; Koch, M.; Illing, B.; Ritter, S.;
dene Sicherheitsaspekte und Bedrohungsszena Rüttinger, H. (2011): Nutzen von Smart Grids –
rien ausgiebig untersucht. Basis bei allen Arbeiten Untersuchungen im E-Energy-Projekt „eTelligence“,
waren internationale Standards, so dass ein wich- Energiewirtschaftliche Tagesfragen 12/2011, etv
tiger Beitrag zur Interoperabilität geleistet wurde. Energieverlag GmbH, Essen
Der Vorteil des in eTelligence gewählten Ansatzes • Raabe, T.; Sonnenschein, M.; Beenken, P.; Hüwel, A.;
liegt dabei in der herstellerübergreifenden Kom- Meinecke, C. (2012): Energieberatung in Haushalten
munikation zwischen Einzelkomponenten des auf Basis des Smart Meterings. In: Ökologisches
Systems und ihrer herstellerunabhängigen Aus- Wirtschaften 1/2012, S. 46–50
tauschbarkeit. Durch den Technologievorsprung, • Koch, M.; Bauknecht, D.; Heinemann, C. (2012):
der durch die E-Energy-Projekte erreicht wurde, Der zukünftige Wert von Smart Grids im deutschen
konnten viele Ergebnisse direkt in die internatio- Stromsystem – eine modellgestützte Szenarienana-
nale Normung einfließen. lyse von 2010 bis 2030, VDE Kongress Smart Grid,
Stuttgart, 5.–6.11.2012
Die Gewährleistung von Informationssicherheit • Beer, Sebastian; Rüttinger, Hannes; Bischofs,
im Smart Grid und dabei besonders auch des Ludger; Appelrath, Hans-Jürgen (2010): Towards
Datenschutzes beim Smart Metering ist eine a Reference Architecture for Regional Electricity
weitere wichtige Grundlage der eTelligence-Kon- Markets. In: it – Information Technology, Vol. 52,
zepte. Für den Datenschutz wurde ein Verfahrens- No. 2, S. 58–64
verzeichnis erarbeitet, das technisch-organisa-
torischen Maßnahmen zur Gewährleistung von Standards und Patente
Datenschutz im Feldtest unterliegt. Dieses wurde • Open-Source-Implementierung des Standards
mit dem niedersächsischen Landesdatenschutz- 61850 – energy and meteo systems, Fraunhofer ISE,
beauftragten abgestimmt.“ OFFIS18 Smart Energy made in Germany
Minimum Emission Regions
Das Ziel des Forschungsvorhabens MeRegio (Minimum oder günstige Energie aus dem Netz speichert und dann
Emission Region) in Göppingen und Freiamt/Etten bei Bedarf in einer Hochpreisphase wieder abgibt.
heim bei Freiburg war es, den Forderungen nach
effizienteren dezentralen Energiesystemen durch Dr. Britta Buchholz, ABB AG
die Integration fortschrittlichster Informations- und
Kommunikationstechnologien in allen Teile der Ener- „Bevor ein Smart Grid geplant
gie-Wertschöpfungskette zu begegnen. Dabei sollte werden kann, muss eine ziel-
eine Verknüpfung zwischen der physikalischen Ebene gerichtete Analyse auf Basis
mit der Handelsebene erfolgen. Im Projekt MeRegio der vorhandenen Betriebs
wurde eine Steigerung der Energieeffizienz durch die mitteldaten erfolgen. Im Projekt
Integration von Energieverbrauchern und dezentralen MeRegio haben wir auf diese
Erzeugern in den Markt erprobt. Weise die neuralgischen Punkte im Netz identi-
fiziert. Weiterhin haben wir im Projekt die Mess-
Die gemeinsam entwickelten Konzepte wurden vier und Regelungstechnik weiter entwickelt, um an
Jahre lang praxisnah getestet, weiterentwickelt und kritischen Punkten künftig gezielt messen und
ausgewertet. Als Modellregionen boten sich der Raum regeln zu können.
Göppingen und Freiamt/Ettenheim bei Freiburg an.
In den beiden Gemeinden wurden insgesamt rund Um das beim konventionellen Einspeisemanage-
1.000 gewerbliche und private Kunden zu einem ment gängige Abschalten erneuerbarer Energien
„Netz der Zukunft“ verknüpft: Sie erhielten spezielle zu vermeiden, wurden zwei Lösungsmöglichkeiten
Netzwerkverbindungen sowie den von der EnBW entwickelt: Zum einen lassen sich mit einer Span-
entwickelten intelligenten Stromzähler, das MeRe- nungsregelung in der Ortsnetzstation Mittel- und
gio-Cockpit und eine Stromampel. Der intelligente Niederspannungsebene entkoppeln und so die
Stromzähler spielte laufend Verbrauchsdaten der Pilot verfügbaren Spannungsbänder besser ausnutzen.
kunden direkt an das zentrale Abrechnungssystem der Zum zweiten ermöglicht eine vorausschauende
EnBW. Dieses wiederum schickte per Internetverbin- Betriebsführung dem Netzbetreiber, anhand
dung die Auswertungen über den Energieverbrauch an von Erzeugungs- und Lastprognosen Engpässe
das MeRegio-Cockpit auf den PC jedes Teilnehmers. frühzeitig zu erkennen und so gezielt manuelle
Schaltungen vorzunehmen oder sein Einspeise
Mit der Stromampel, die es auch als App für den iPod management anzupassen.
gibt, wurde der Kunde zusätzlich über die aktuellen
Tarife und die Strompreisentwicklung innerhalb der Engpässe lassen sich auch über einen Marktplatz
nächsten 24 Stunden informiert: Rot signalisiert einen regeln. Hier werden in einem Angebots- und Aus-
hohen Strompreis, gelb einen mittleren Tarif und grün wahlprozess bei den angeschlossenen Demand-
steht für günstig. Side-Managern zuvor abgefragte Lastverschiebe
potenziale eingekauft. Kann der Engpass durch
Stück für Stück bekamen die Testpersonen zusätzlich diesen Verhandlungsprozess nicht rechtzeitig
clevere neue Haushaltsgeräte gestellt: Etwa einen Ge- gelöst werden, muss der vertraglich gebundene
frierschrank von Liebherr und eine Geschirrspülmaschi- Demand-Side-Manager über die automatische
ne von Bosch, die über eine spezielle Steuerbox kontrol- Steuerung der angeschlossenen Kunden geeignete
liert werden und den jeweils günstigsten Strom nutzen. Schaltmaßnahmen durchführen. Dies ist geeignet
Während einer späteren Projektstufe wurde zusätzlich für das Ampelmodell der Bundesnetzagentur.““
ein Batteriesystem installiert, das selbsterzeugten StromSmart Energy made in Germany 19
Diese Koordination von dezentralem Energieange-
bot, Energienachfrage und neuen Dienstleistungen
hat viele Vorteile:
Stromkunden wie auch dezentrale Erzeuger werden
zu eigenständigen Energiemanagern. Sie steuern ihre
Verbräuche und damit die Stromkosten ebenso wie
etwa den Einsatz eines Blockheizkraftwerks. Auch die
Energieunternehmen profitieren von dem permanen- Charakteristik von MeRegio
ten Datenaustausch, denn sie können die Netze besser Energieeffizienz
führen und ihre Kraftwerke effizienter betreiben. Da- Markt
90
Integration
80
mit schont das MeRegio-Modell auch die Umwelt: Es liberalisierung
70
erneuerbarer Energien
bindet die erneuerbaren Energien besser ins Stromnetz 60
50
ein, steigert die Energieeffizienz und reduziert den IKT-
Architektur
40 e-Mobility
30
Ausstoß von CO2 erheblich. 20
10
Versorgungs-
Das „MeRegio Hybrid Modell“ IT-Sicherheit sicherheit/
& Datenschutz Netzengpässe,
Im Feldversuch von MeRegio wurden in einer Region Netzausbau
mit sehr hohem Anteil dezentraler Erzeugung Ansätze
der gezielten Beeinflussung des Verbrauchs bei Haus- Intelligente
Dezentrale
Energie
Messung
halts-, Gewerbe- und Industriekunden getestet. Dazu erzeugung
wurde ein Day-Ahead-Preissignal als dynamisches
Speicher Last-Flexibilisierung
Tarifmodell sowie ein Intraday-Regelsignalprozess20 Smart Energy made in Germany
Dr. Hellmuth Frey, Projektleiter MeRegio bei der EnBW Energie Baden-Württemberg AG
„In der ‚Minimum Emission Region‘ MeRegio ging es darum, mit verbraucherorientierten und
anwenderfreundlichen Lösungen die Chancen der neuen Energiewelt zu nutzen. Gemeinsam
mit den Projektteilnehmern – rund 1.000 Haushalts-, Gewerbe- und Industriekunden – konn-
ten wir im ‚Smart Home‘ erleben, wie das Zusammenspiel von intelligentem Stromzähler,
PV-Anlage und Wärmepumpe funktionieren und unseren Alltag positiv verändern kann.
Intelligente Haushaltsgeräte, Elektrofahrzeuge und spezielle Services waren ebenfalls in das Projekt eingebun-
den. Die Steuerung sämtlicher Geräte und ihrer Aktivitäten erfolgte über die EnBW-Steuerbox.
Das Feedback der Teilnehmer war überaus positiv. Die Stromampel, die die aktuellen Strompreise anzeigt, ebenso
wie die Informationen in der Auswerte-Software respektive auf dem iPod wurden regelmäßig genutzt. Mit
diesen Tools erhielten die Kunden deutlich mehr Informationen über ihren Energieverbrauch als bisher. Durch
die Verlagerung ihres Verbrauchs in Zeiten mit großem Energieangebot profitierten sie von günstigen Energie-
preisen und entlasteten gleichzeitig das Netz.
Auch Flexibilitäten im Verbrauch sind durch die eingesetzten Mechanismen und Technologien nachhaltig
aktiviert worden. In einzelnen Stunden wurden Lastverlagerungen von bis zu 20 Prozent, im Durchschnitt von
7 bis 15 Prozent gemessen. Bei einer nur um 1 Prozent gesteigerten Energieeffizienz können die Testpersonen
der Umwelt etwa 20 Tonnen Kohlendioxid pro Jahr ersparen.
Die Bereitschaft zur aktiven Mitarbeit des Verbrauchers ist vorhanden, muss aber immer wieder neu motiviert
werden. Im Projekt MeRegio haben wir Erfahrungen gesammelt, Probleme gelöst und viel gelernt. Vor allem
eines: MeRegio ist machbar. Die weitere Entwicklung ist von den Rahmenbedingungen des regulatorischen
Umfelds und des Markts abhängig.“
Verarbeitung des Prioritätssignals in der MeRegio-Architektur
3
1 2 DSM leitet aktuelle Fahrpläne pro An-
Netzleitsystem (NLS) schlusspunkt über IBM-„aCORE“ an NLS
3 VNB bzw. NLS ermittelt Engpass
2 4 situationen
8 4 5 6 Prozess-Abfrage
Lastverlagerungspotenzial über Markt-
„aCORE“ Marktplatz
platz, DSM bis zum Haushalt
7 8 9 Verhandlungsprozess zur marktkon
1 5 7 9 formen Auswahl der DSM-Angebote
10 DSM Umsetzung der Zuschläge
Demand-Side-Management auf HH-Ebene
10 6Smart Energy made in Germany 21
realisiert. Das Preissignal zielt – gemäß dem „BNetzA- heutiger Lastverlagerungspotenziale zeigten im Feld-
Ampelmodell“ in „grünen“ Zeiten – vor allem auf Liefe- versuch aber auch die Herausforderungen auf, wie das
ranten oder Aggregatoren ab, um die Möglichkeit einer grundsätzlich fehlende Potenzial in Haushalten und
stetigen Vermarktung von Lastverlagerungskapazitäten Gewerbe und das noch gering ausgeprägte Bewusstsein
auch abseits von Netzengpässen zu schaffen. Für die der Bevölkerung für solche Lösungen. In Gewerbe und
Netzbewirtschaftung hingegen sind Mechanismen not- Industrie zeigten die Erfahrungen, dass die Bereitschaft
wendig, die gemäß dem Ampelmodell in „gelben“ (oder zur Teilnahme zwar sehr hoch, aber sowohl der (ge-
gar „roten“) Zeiten eine – eher kurzfristige – Beeinflus- ringe) technische Reifegrad der Anlagen oder die hohe
sung der Lasten oder deren Verlagerungskapazitäten Taktung der Produktion („just-in-time“) oftmals gegen
durch den Netzbetreiber ermöglichen. Dieses „MeRegio eine Verlagerung von Lasten sprachen.
Hybrid Modell“ genannte Prinzip lässt den Verteilnetz-
betreiber auf Basis von Last- und Erzeugungsprogno- MeRegio hat auch gezeigt, dass dezentrale elektrische
sen aller im betrachteten Netzgebiet angeschlossener und thermische Speichersysteme bei Haushalts- und
Netzknoten eine permanente Prognose der Engpässe Gewerbekunden bereits heute erhebliche Beiträge zur
berechnen und über einen Marktplatz die entspre- Erhöhung der Aufnahmefähigkeit dezentral erzeugter
chende Beseitigung marktkonform ausschreiben. Die Energie liefern können. Geeignete Anreizsysteme
Erfahrungen haben gezeigt, dass über solche Mechanis- können eine Marktdurchdringung beschleunigen.
men grundsätzlich der „klassische“ Weg des Netzaus-
baus über Betriebsmittel (Kabel, Trafo etc.) in bestimm-
ten Szenarien sinnvoll vermieden bzw. reduziert oder
zumindest verzögert werden kann. Pilotprodukte
• MeRegio-Steuerbox – EnBW
Neben der Wirksamkeit der Engpassvermeidung haben • MeRegio-App – EnBW
die Ergebnisse bei MeRegio weiterhin gezeigt, dass • Power Submeter – systemplan GmbH
durch die Nutzung der vielfältigen Daten die Transpa- • Stromampel – EnBW
renz für den Netzbetreiber im Niederspannungsnetz • Network Manager – ABB
deutlich steigen kann und somit viel frühzeitiger • CORE-Plattform – IBM
mögliche Handlungsfelder erkannt werden können. • Marktplatz – SAP
Die Erfahrungen insbesondere der realen NutzbarkeitSie können auch lesen
