2015 epcon stadt_als_energiequelle_v11

CSC Proprietary and Confidential

Smart City – Die Stadt als EnergiequelleIhr Weg zum optimalen Energiekonzept

Dr. Wilson Maluenda

Epcon 29. – 30.04.2015

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2 CSC Proprietary and Confidential April 15, 2023

I. Aktive Energiequellen in der Stadt

II. Energieeffizienzpotential

III. Methode und IT Unterstützung zur Nutzung der Potentiale!

IV. Konkrete Anwendungen

Agenda


Arbeitshypothese: Durch Methode und IT Einsatz können Energiepotentiale in der Stadt besser ausgeschöpft werden.

Ziel:

Erstellung eines nachhaltigen städtischen Energiekonzeptes durch Einsatz einer erprobten Methode und Nutzung von IT-gestützten Instrumenten.

Methode:- 3 Phasen Plan als Best Practice aus bereits realisierten Smart City Projekten- IT-Unterstützung zur einfachen Integration und Nutzung von Energiequellen

Ergebnis:- Auf die spezifischen Bedürfnisse der Stadt angepasstes und nachhaltiges

Energiekonzept- Kostenreduktion

CSC Proprietary and Confidential 4 April 15, 2023

Aktive Energiequellen in der Stadt

Energieerzeugung dort wo es gebraucht wird.


PV Einsatz in der Stadt– 80 – 90 % der Dachflächen nutzbar

• Verwaltungsgebäude• Wohngebäude• Häuser• Parkhäuser

– 40 – 55% der Fassadenflächen (abhängig vom Verdichtungsgrad)

PV Einsatz in der Stadt ist noch zu gering. Viele Potentiale bleiben ungenutzt.

Bildquelle 1: Gebäude in Berlin-Hellersdorf; http://www.erneuerbareenergien.de/solarstrom-fuer-mieter/150/3882/78586 Bildquelle 2: http://exterus.lt/naujienos/pastatai-pritaikyti-saulei/; Bildquelle 3: http://exterus.lt/naujienos/pastatai-pritaikyti-saulei/

http://www.erneuerbareenergien.de/solarstrom-fuer-mieter/150/3882/78586

http://exterus.lt/naujienos/pastatai-pritaikyti-saulei/

http://exterus.lt/naujienos/pastatai-pritaikyti-saulei/


Solarthermie: Konkurriert zwar mit PV, wird aber trotz höherer Effizienz in der Stadt noch viel zu wenig genutzt.

• Solarthermie hat höhere Effizienz als PV• Solarthermisches Potentiale

– Wien: 19.134 GWh/Jahr

– Graz Stadt: 4.291 GWh/Jahr

– Graz Umgebung: 3.925 GWh/Jahr

Österreich gesamt: 184.888 GWh/Jahr

• Innovation durch Energiekonzentration– Rawlemon Energiekugel: 4 Fach effizienter!

– Auch bei diffusem Licht Energieerzeugung möglich

Quelle: http://www.districtenergy.com/technologies/solar-thermal/ Quelle 2+3: http://www.energiezukunft.eu/solar/forschung/sonnenstrom-aus-der-glaskugel-gn101923/

http://www.districtenergy.com/technologies/solar-thermal/

http://www.districtenergy.com/technologies/solar-thermal/

http://www.energiezukunft.eu/solar/forschung/sonnenstrom-aus-der-glaskugel-gn101923/




Biomasse in der Stadt? Wird vielfach als Düngermittel genutzt. Energetische Nutzung wird nur fallweise betrachtet

• Biogas für die Einspeisung als Gas ins Gasnetz oder

• Hack- und Sägereste sind saisonal in größeren Mengen vorhanden

– Als wärme über Kraft-Wärme Kopplung• Speisereste, Gartenabfälle, Großküchen und

Bäckereien oder Lebensmittelindustrie

– Dauerhaft vorhanden, in großen Mengen

Quelle 1: http://infographics.pbl.nl/biomass/img/pbl-biomassa-wensen-en-grenzen.jpg; Quelle 2: http://cdn.agrarverlag.at/to/mmedia/image//2013.04.24/13668010598128_1.jpg?1366801061; Quelle 3; http://www.alba.info/uploads/pics/Entsorgung-von-Speiseresten.png

„In Wien wird täglich jene Menge an Brot als Retourware

vernichtet, mit der die zweitgrößte Stadt Österreichs, das ist Graz, versorgt werden

kann.“Quelle: https://www.wien.gv.at/umweltschutz/abfall/lebensmittel/fakten.html

http://infographics.pbl.nl/biomass/img/pbl-biomassa-wensen-en-grenzen.jpg



http://cdn.agrarverlag.at/to/mmedia/image/2013.04.24/13668010598128_1.jpg?1366801061

http://cdn.agrarverlag.at/to/mmedia/image/2013.04.24/13668010598128_1.jpg?1366801061

http://www.alba.info/uploads/pics/Entsorgung-von-Speiseresten.png

http://www.alba.info/uploads/pics/Entsorgung-von-Speiseresten.png

https://www.wien.gv.at/umweltschutz/abfall/lebensmittel/fakten.html

https://www.wien.gv.at/umweltschutz/abfall/lebensmittel/fakten.html


Windenergie in der Stadt: Städte haben auch Potential dass sie nutzen können. Neue Technologien sind ästhetisch und Geräuscharm

• Wien: ca. 50 GWh/a praktisch nutzbares Potential• Alternative Technologien könnten helfen dieses

Potential tatsächlich zu erfassen und zu nutzen• Vorteil: Versorgungsquelle für Smart Buildings

mittels intelligente EMS

Quelle: http://kurier.at/chronik/wien/erstes-windrad-auf-einem-wiener-hausdach-installiert/766.958Quelle2: http://www.ruhrnachrichten.de/staedte/dortmund/Windkraft-Strom-vom-Stadthaus-Dach;art930,1929220Quelle3: http://wanderland-austria.blogspot.com/2014/03/vom-treppelweg-wien-zum-donaukanal.html

http://kurier.at/chronik/wien/erstes-windrad-auf-einem-wiener-hausdach-installiert/766.958



http://www.ruhrnachrichten.de/staedte/dortmund/Windkraft-Strom-vom-Stadthaus-Dach;art930,1929220

http://www.ruhrnachrichten.de/staedte/dortmund/Windkraft-Strom-vom-Stadthaus-Dach;art930,1929220

http://wanderland-austria.blogspot.com/2014/03/vom-treppelweg-wien-zum-donaukanal.html

http://wanderland-austria.blogspot.com/2014/03/vom-treppelweg-wien-zum-donaukanal.html


Effizienzpotential

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Effizienzpotentiale in einer Stadt: Alle Energiesenken müssen neu überdacht und effizienter werden!

• Baubereich– Niedrigenergiehaus

– Passivhaus (2009: 4600 Wohneinheiten, potential liegt viel höher)

– Energie+ Haus

• Straßenbeleuchtung• Verkehr

– Sharing-Modelle

– E-Cars

Quelle 1: http://www2.bauemotion.de/architektenhaeuser/detail/1,11529425/ Quelle 2: http://www.klima-wandel.com/2010/02/17/alternative-zu-solarlampen-strassenbeleuchtung-mit-windkraft / Quelle 3: http://www.blogdolcevita.com/post/3858/e-vai-electric-car-sharing-in-milan-driving-in-italian-trafficQuelle Studie: http://www.hausderzukunft.at/hdz_pdf/1011_marktpotenzial_passivhaus.pdf

http://www2.bauemotion.de/architektenhaeuser/detail/1,11529425/



http://www.klima-wandel.com/2010/02/17/alternative-zu-solarlampen-strassenbeleuchtung-mit-windkraft/

http://www.klima-wandel.com/2010/02/17/alternative-zu-solarlampen-strassenbeleuchtung-mit-windkraft/

http://www.blogdolcevita.com/post/3858/e-vai-electric-car-sharing-in-milan-driving-in-italian-traffic

http://www.blogdolcevita.com/post/3858/e-vai-electric-car-sharing-in-milan-driving-in-italian-traffic

http://www.hausderzukunft.at/hdz_pdf/1011_marktpotenzial_passivhaus.pdf

http://www.hausderzukunft.at/hdz_pdf/1011_marktpotenzial_passivhaus.pdf


Methode und IT Unterstützung zur Nutzung der Potentiale!

Durch smarte Technologien Potentiale nutzbar machen!

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Die EE-Integration hat einige Herausforderung zu nehmen. Im Kontext der Stadt und der Versorger strukturieren wir sie wie folgt:

• Genehmigungen, UVP‘s

• Bauliche Beschränkungen

• Beste Lokation nicht zugänglich

• Fallweise Engpässe bei zu viel Einspeisung

• Netzausbau nicht einfach zu planen

• Kosten für Netzausbau

• Volatilität in der Erzeugung

• Volatilität im Verbrauch

• Speicher-integration notwendig

• Kein Netz-Monitoring• Keine Vorhersagen• Geringe Kenntnisse

im Lastgang

• ROI nicht gesichert• Schlechte Produkte• Markt muss neue

Lösungen akzeptieren

• Services, Services, Services….

• Förderungen sind notwendig speziell bei neuen Technologien

• Förderungen der interdisziplinären Forschung

• Ohne Förderung keine Produkte?

• Risikokapital wird notwendig sein

• Risiko bedeutet auch Chancen und Vorsprung

• Ja, teilweise, stimmt nicht?

• Vorteile nicht klar erkennbar

• Lebenswerte aber auch leistbare Stadt

Die größten Herausforderungen auf dem Weg zur Nutzung von Energiequellen sind:

• Verunstaltung der Landschaft

• Historischer Stadtkern darf nicht verändert werden

• „Seele“ der Stadt darf nicht verändert werden

• Kein Interesse• Keine Information• Es werden andere

„Frustrationen“ kanalisiert

• „Gemeinsam statt einsam“

• Regulatorische Veränderungen

• Zick-Zack Kurs• Eierlegende….

• Generationen berücksichtigen

• Öffentliche Sicherheit• IT Sicherheit

Technische Herausforderungen

ÖkonomischeHerausforderungen

SozialeHerausforderungen

Integration ErneuerbarerIn der Stadt schwierig.

Auslastung der Verteilnetze

Volatilität der Erzeugung und des Verbrauchs

Zu wenig IT auf der

Verteilebene

Nicht alle Lösungen

haben einen Markt

Förderungen zu gering

Zu wenig Risikokapitalfür Innovation

Super Grün und super teuer?

Akzeptanz nicht immer

vorhanden

Bürger-beteiligung oft

mangelhaft

Politische Vorgaben

unklar

andere


Mit der Methode der CSC gibt es ein klares Ziel, ein strukturiertes Vorgehen und nachweisbare Ergebnisse. IT-gestützt!

2. Frühe Integration der

Bürger-beteiligung

1. Klare Ziele definieren und

politisches Commitment

einholen

3. Inter-disziplinäres

Denken, holistische

Lösung

4. Roadmap und Monitoring

Effiziente Umsetzung des

Vorhabens

Erhöhte die Akzeptanz durch

Information

Reduzierte Kosten durch IT gestützte

Prozesse

Reduzierte Risiken

Lösung ist auf die Realität der Stadt

zugeschnitten

Offene, zukunfts-orientierte DL Plattformen

• Klare nachhaltige Ziele definieren• Ziele sollten überparteilich für alle tragbar sein

• Wichtige aber auch realistische Milestones platzieren• Prioritäten setzen (CO2, Energieeffizienz, EE Integration..)

IT-Bürgerbeteiligungsplattform, Sozial Networks

• Bürgerinitiativen oder Energievereine einbinden• Umfragen und Bürgerbefragungen für genau definierte punktuelle

Themen einplanen• Ideen der Bürger aufnehmen, evaluieren und definieren

• Wirtschaftssegmente: Handel & Gewerbe & Industrie einplanen

IT gestütztes Projektmanagement, Simulationstools, Riskanalysen

• Energy: Energieerzeugung, Übertragung, Verbrauch, Effizienz.. • Security: Sicherheit, Personen & Datenschutz…

• Verkehr: Verkehr und Mobilität berücksichtigen & aufnehmen• Soziales: Soziale Aspekte frühzeitig einplanen (Bildung, Gesundheit..)

• Verwaltung: Verwaltungsprozesse berücksichtigen

IT-Geschäftsprozessmodellierung, Reporting, Informations-PF

• Roadmap beinhaltet: Ziele, Prozesse, Milestones, Instrumente, Akteure, Kosten und zeitlicher Aufwand der geplanten Maßnahmen• Monitoring bedeutet: Kenntnis über den Fortgang und der

möglichen Abweichung zu haben, Interessierte regelmäßig Informieren

Aktion Ergebnis


Nachhaltige EDL‘s und Produkte müssen marktkonform erstellt werden. Auch diese entstehen mit Methode.

5. Definition der Use Case

(Technisch)

6. Produkt-management

(Ökonomisch)

7. Produkt „Go Live“

8. PDCA Prinzip für nachhaltige Produkte & DL

IT: Architektur, Protokolle, Security, Identity, Integration, VPP, SAP

• Bürgerkraftwerke als Regelenergie• Steuerbare Lasten zur Netzstabilität

• E-Cars für die CO2 freie Mobilität• Speicher als Lastverschiebung

• Blindleistungskompensation, etc.

IT: Services, IaaS, SaaS, Integration, Operation Management

• Definition des Produkts• Marktstrategie

• Investitionskosten, ROI• Preisstrategien

• Betrieb und Service, etc.

IT: Marktkommunikation, Trading-Plattformen, Kommerzielle VPPs

• Zielmarkt: Neuer oder bestehender Markt• Virtueller markt, realer Markt

• Marktakteure. Wer darf mitmachen?• Regulatoren & Marktregeln: wie wird gehandelt?

IT: Security ISO 27001, Quality 9001, EMS 50001

• Plan• Do

• Check• Act

IT gestützteEntwicklung nachhaltiger Produkte im Smart City

Kontext

Belebung & Sicherung des

Wirtschaftsstandorts

Chance für neue Marktplätze entstehen

Bedürfnisse werden gedeckt

Plattform für neue Produkte

Innovative Produkte

entstehen

Aktion Ergebnis


Phasenmodell zum leichten Verständnis wie Smart City Projekte von CSC entwickelt werden

Strategieentwicklung

Produkt & EDL-Entwicklung

Phase 1Konzeption

Phase 2Entwicklung

Phase 3Implementierung

Zeit

Businessplan(kommerzielle

Ziele)

Nachhaltigkeitsplan (gesellschaftliche Ziele)

Aufwand

5. Definition der Use

Case

6. Produkt-management

7. Produkt „Go Live“

8. PDCA Prinzip für

nachhaltige Produkte &

DL

1. Klare Ziele und

politisches Commitment

2. Frühe Integration der Bürger-beteiligung

3. Inter-disziplinäres

Denken, Instrumente

nutzen

4. Roadmap und

Monitoring

Kontinuierliche Verbesserung


Instrumente sind dafür da die Ziele zu erreichen und technische, sowie organisatorische Unterstützung zu leisten.

Welche Instrumente nutzt CSC um die Ziele zu erreichen?

BigData, Telekommunikation

Architektur & App Design

Abstraktion SG Komponenten

Cloudlösungen für DataManag.

Technische Instrumente (IT Unterstützung)

ISO 14000 Umweltstandard

ISO 50001 Energie Management

Eco Design

Normen, Standards, Best-Practice

Organisationenund Experten

eGovernance, elektron. Akte

Onlineportale, Security, Identity

SAP, DB, Integration

Smart Grids

Smart Cities

Personen- und Datenschutz

Studien, Forschung, Andere

Stadt: Verwaltung, Politik

Allg.. Forschungseinrichtungen

Gremien und Vereine

Bürgerinitiativen

Europäische Institutionen

Anerkannte Experten

Hochschulen und Universitäten


Konkrete Anwendungen

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Beispiel 1: Smart City Klagenfurt – Definition einer Roadmap

Ziel:Klagenfurt bis 2050 CO2 Neutral zu gestalten (-90%)

Methode:• Stufe 1: Erfassen aktueller Energieverbräuche und Emissionen• Stufe 2: Energie- und Effizienzpotentiale in der Stadt ausmachen• Auswerten der Maßnahmen auf CO2 Reduktion

Ergebnis:• Liste von Maßnahmen• Konzept für eine nachhaltige Stadtentwicklung• Roadmap für die Implementierung von Effizienz und Energiemaßnahmen• Kenntnisse über die Potentiale der Stadt


Methodisches Vorgehen: Zusammenfassung in drei Phasen erleichtert das Verständnis

• Aufbau eines Referenzenergiesystems

• Beantwortung der Frage: Wo stehen wir jetzt?

• Zieldefinition: Was wollen wir wann und mit wem erreichen?

1.Klares Ziel

2.Stakeholder Integration

Phase 1: Konzeption

• Welche Mitteln stehen uns zur Verfügung. (Maßnahmen)

• Welche technologische Lösungen unterstützen uns bei der Zielerreichung (Kosten?)

3.Interdisziplinärer

Ansatz

4.Roadmap entwickeln

Phase 2: Entwicklung


Beispiel 2: Smart City Rheintal - Implementierung eine VPPs

Ziele:

1. Eigenverbrauchsabdeckung für E-Cars, Smart Home

2. Integration von PV Anlagen

3. Ansteuerung von WP, Absetzen von Steuer- und Preissignale

4. Integration von Wärmepumpen und eines Batterieblocks

Methode:

Implementieren eines Virtuellen Kraftwerks (VPP) mit den geforderten Funktionalitäten

Ergebnis:

• VPP mit Applikationen für Smart City

• Interfaces für die Kommunikation diverser Anlagen mit dem VPP

• Implementierung diverser Betriebsmodalitäten; Forecast für E-Cars Flotte


Technisch-Funktionales Konzept der Smart City Rheintal

Verträge

Börse

Wetter-

Daten

RE MON

VKW - Data Capture

ERZ VER

SM

BATISHIEVCI

EV Charging Station Interface

Smart Home Box Storag

e Interfac

e

VPP Solution

EAI VPP Cor

e

GUI GUI

AM TS FC OP

CM MC

VKW- Monitoring

Verbrauchs-

Daten

Energie

Erzeugungs-

Daten

Realtime

Daten

• Aufbau eines Referenzenergiesystems

• Beantwortung der Frage: Wo stehen wir jetzt?

• Zieldefinition: Was wollen wir wann und mit wem erreichen?

1.Klares Ziel

2.Stakeholder Integration

Phase 1: Konzeption

• Welche Mitteln stehen uns zur Verfügung. (Maßnahmen)

• Welche technologische Lösungen unterstützen uns bei der Zielerreichung (Kosten?)

3.Interdisziplinärer

Ansatz

4.Roadmap entwickeln

Phase 2: Entwicklung

• Suburbane Energieautonomie • PV-Energie für Ladeinfrastruktur• Integration Erneuerbarer

5.Use Case Definition

6.Produkt-

Management

Phase 3: Entw./Implement.

Bildquelle: http://www.smartcityrheintal.at Bildquelle: http://www.cn-architekten.at/projekte/e-stationen-vlotte-vorarlberg-p

http://www.smartcityrheintal.at/

http://www.smartcityrheintal.at/

http://www.cn-architekten.at/projekte/e-stationen-vlotte-vorarlberg-p




Virtuelle Kraftwerke ermöglichen es Dienstleistungen in den Vordergrund zu stellen.

Energie Infrastruktur

Kommunikationsinfrastruktur

Abstraktion, Steuerbarkeit

Application Design

Dienstleistungen- Wärme/Kühlung

- Strom- Mobilität

- Information- Handlungsoptionen

Service Design

Technische Plattformen:• Virtuelle Kraftwerke

• Smart Metering• Car Sharing Systeme..

Kommerzielle Plattformen:• Handelsplattformen

• Energiebörsen• Brokering/Payment…

steuern bieten


Die Vorteile eines VPP überwiegen, da solch eine Lösung viele Segmente avisieren!

Integration verschiedener Erzeugungstechnologien

Teilnahme an Märkten oder Eigenverbrauchsoptimierung Autonomie

Jede(r) könnte sich beteiligen (Privat, Gewerbe, Verwaltung)

Optimierte Steuerung von Verbrauch und Erzeugung je nach Nachfrage

Integration von Speichern reduzieren die Volatilität

Mehrere Energieflüssen können kombiniert werden (Strom, Gas, etc.)

Plattform für zukünftige Energielösungen einer Stadt

Echtzeit-Monitoring über aller Bereiche, u.v.a.

Es braucht vom Initiator bis zum Betreiber Treibende Kraft!

Es bedarf eines breiten Spektrums an technischen und ökonomischen Kenntnissen

Experten

Je größer das System, des komplizierter wird die Steuerung Skaleneffekte noch nicht

bekannt.

Vor

teile

Nac

htei

le


Zusammenfassung: Erfahrung und IT-Kompetenz erleichtern die Integration von Erneuerbaren Energien im Urbanen Bereich

NÄCHSTE SCHRITTE

CSC unterstützt, berät und entwickelt über alle Projektphasen hinweg!

Konzeption

Nachhaltiges Ziel

Beteiligung

Ressourcenverbrauch

Energieverbrauch

Entwicklung

Potentiale ausmachen

Instrumente finden

Roadmap/Monitoring

Use cases definieren

Produktmanagement

Implementierung

Zielmarkt avisieren

PDCA Prinzip für nachhaltige Produkte und DL

Smart CityNachhaltig

EffizientWirtschaftlich


Vielen Dank für die Aufmerksamkeit

Fragen?Dr. Wilson Maluenda

Email: [email protected]

mailto:[email protected]

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Environment

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