Virtuelles Kraftwerk Neckar-Alb: Eine Demonstrations- und … · 2019-11-21 · 2 B. Nold et. al....

1Dr. Bernhard Nold, Reutlinger Energiezentrum (REZ), Hochschule Reutlingen, Alteburgstraße 150, 72762 ReutlingenT. +49 (0)7121 271-7135, F. +49 (0)7121 271-7004, bernhard.nold@reutlingen-university.de, www.reutlingen-university.de

Virtuelles Kraftwerk Neckar-Alb: Eine Demonstrations- und Versuchsanlage

F. Heimgärtner1, B. Nold2, F. Truckenmüller2, M. Menth1

1 Universität Tübingen, Lehrstuhl Kommunikationsnetze2 Hochschule Reutlingen, Reutlinger Energiezentrum

2B. Nold et. al. Virtuelles Kraftwerk Neckar-Alb: Eine Demonstrations- und Versuchsanlage, Smart Energy and Systems, Dortmund 4.11.2019

Inhalt

1. Reutlinger Energiezentrum

2. Strommarkt und Virtuelle Kraftwerke

3. Demonstratorprojekt

4. Aufbau, Kommunikation und Steuerung

5. Anlagen, Teilnehmer und Digitale Zwillinge

6. Lastmanagement mit Elektrofahrzeugen

Finanzierung durch:

& Projektmittel

Reutlinger Energiezentrum (REZ) - ein Lehr- und Forschungszentrum1. Ausbildung:

Masterstudiengang: „Dezentrale Energiesysteme und Energieeffizienz“

2. Angewandte Forschung:12 forschende Professoren Fakultäten Technik, Angewandte Chemie und ESB Business SchoolPraxislabore:

- Demonstrator Virtuelles Kraftwerk- Prüfstand Kraft-Wärme Kopplung- Distributed Ledger Technology- Stromnetzsimulator

3. Gesellschaftliche Entwicklung:Beratung, Austausch, Veranstaltungen

Stromerzeugung letzte Woche in DeutschlandSt

Erzeugung und Verbrauch

Preisunterschied:100 €/MWh

Unflexible Kraftwerke!

chStrom

preis je MW

Netto Export

Strompreis (day ahead)

chStrom

preis je MW

Fehlende Flexibilität

Strompreis (day ahead)

chStrom

preis je MW

Fehlende Flexibilität

Virtuelle Kraftwerke

Strom-händler

Virtuelles Kraftwerk 1

Micro Grid 1

Techn. Einheit 1

Techn. Einheit 2 …

Micro Grid 2

Techn. Einheit 1

Virtuelles Kraftwerk 2 …

Bündeln die Leistung dezentraler Energieanlagen.

Vermarkten ihre Flexibilität an der Strombörse.

Ebenen in Virtuellen Kraftwerken

Strom-händler

Micro Grid 1

Techn. Einheit 1

Micro Grid

Techn. Einheit 1

Techn. Einheit …

Virtuelles Kraftwerk …

Strommarkt

Kraftwerke

Industriebetriebe

Einzelne Anlagen

Steuerebenen in Virtuellen Kraftwerken

Strom-händler

Micro Grid 1

Techn. Einheit 1

Micro Grid

Techn. Einheit 1

Techn. Einheit …

Strommarkt

Kraftwerke

Industriebetriebe

Einzelne Anlagen

Strompreise & Netzbetreiber

Standortübergreifendes Leitsystem

Micro Grid Steuerung

Anlagensteuerung

Verantwortung im Virtuellen Kraftwerk

Strom-händler

Micro Grid 1

Techn. Einheit 1

Micro Grid

Techn. Einheit 1

Techn. Einheit …

Strommarkt

Kraftwerke

Industriebetriebe

Einzelne Anlagen

Strompreise & Netzbetreiber

Standort-übergreifendes

Leitsystem

Micro Grid Steuerung

Anlagensteuerung

Handelsgewinne

Flexibilitäts-angebote

Sicherung der Betriebsabläufe

Funktion & Anlagensicherheit

Demonstrator Virtuelles Kraftwerk Neckar-Alb

Eröffnung im Februar 2018

Aufbau und Betrieb eines Virtuellen Kraftwerks am REZ

Demonstrations- und Versuchsanlage für:• Technische Umsetzung und Anwendungen in der Industrie• IT-Sicherheit• Sektor Kopplung, Fahrplanabstimmung und Optimierung• Aus- und Weiterbildung

Förderung durch das Land Baden-Württemberg:„Demonstrationsprojekte Smart Grids und Speicher“

Projektlaufzeit: 2015 bis 2019

Kommunikation im Demonstrator

Kommunikation und Sicherheit

Strom-händler

Virtuelles Kraftwerk

Micro Grids

Techn. Einheiten

JSON/HTTP Kommunikation

Gerätespezifische Schnittstellen &

Protokolle

[F. Heimgärtner et. al. ETG-Kongress 2017]

OpenVPNTunnel

Beschränkter Zutritt / Hersteller Verschlüsselung

Steuerung im Demonstrator

Leitsystem – standortübergreifende Kontrolle• Kommunikation mit Stromhandel und Micro Grids• Erstellung KI-basierter Prognosen und Fahrpläne• Optimierung der Gesamtkosten mit Vorgaben• Flexibilitätsband-Fahrplan mit Standortrückkopplung

Micro Grid Steuerung• Kommunikation mit Leitsystem und Anlagen• Fahrplan Ausführung, autonomer Betrieb oder manuelle Anlagensteuerung• Sicherung der Betriebsabläufe • Lokale Visualisierung und Archivierung der Energiedaten

Anlagen im Demonstrator

Micro Grid „Gewerbebetrieb“ am Campus

Lokale Anlagen zur Sektorkopplung von Stromversorgung, Heizung, Kühlung und Mobilität

• Photovoltaikanlage 200kWp• Blockheizkraftwerk 20kW el.• Ladeinfrastruktur 4 x 22kW• Warmwasserpufferspeicher• Adsorptionskältemaschine• Gebläsekonvektoren

Micro Grid „Wohngebäude“ am Campus

Anlagen zur Sektorkopplung von Strom- und Wärmeversorgung:

• Wärmepumpe

• PVT-Kollektor:• Photovoltaik• Solarthermie• Umgebungswärmetauscher

• Warmwasserpufferspeicher• Eisspeicher• Niedertemperaturheizkörper

Externe Teilnehmer am Demonstrator1. Wohn- und Geschäftsgebäude (Wärme: 8 MWh/a, Strom: 3 MWh/a)2. Wohnheim (Wärme: 50 MWh/a, Strom: 10 MWh/a)3. Büroräume mit Werkstatt (Wärme: 100 MWh/a, Strom: 5 MWh/a)4. Maschinenbau 1 (Wärme: 240 MWh/a, Strom: 1 GWh/a)5. Maschinenbau 2 (Wärme: 500 MWh/a, Strom: 225 MWh/a)6. Lebensmittelproduktion (Wärme: 600 MWh/a, Strom: 1.5 GWh/a)7. Maschinenbau 3 (Wärme: 1.2 GWh/a, Strom: 2.8 GWh/a)

Alle Teilnehmer haben einer anonymen Veröffentlichung ihrer Energiedaten zugestimmt.

Digitale Zwillinge• Matlab/Simulink Modelle realer Anlagen• Echtzeit Interaktion mit dem Leitsystem• Berücksichtigung realer Wetter und Anlagendaten• Vorgabe von Lasten• Test von Optimierungsalgorithmen

Lastmanagement mit Elektrofahrzeugen

Steuerung

Backend KI Fahrplan-Optimierung& Prognose

VirtuellesKraftwerk

Last PVLast

Netzbetreiber

Freigabe

TarifID

Börsen Strompreis

24Dr. Bernhard Nold, Reutlinger Energiezentrum (REZ), Hochschule Reutlingen, Alteburgstraße 150, 72762 ReutlingenT. +49 (0)7121 271-7135, F. +49 (0)7121 271-7004, bernhard.nold@reutlingen-university.de, www.reutlingen-university.de

für Ihre Aufmerksamkeit,

die Unterstützung der Konsortialpartner:

und die Förderung der Projekte durch das Land Baden-Württemberg

Vielen Dank

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