Aktive Liegenschaften

Click here to load reader

  • date post

    08-Apr-2016
  • Category

    Documents

  • view

    218
  • download

    1

Embed Size (px)

description

Die ABB Active-Site-Technologie optimiert die Konnektivität zwischen Mikronetzen und dem Makronetz

Transcript of Aktive Liegenschaften

  • Energietechnik Newsletter 2/15 Aktive Liegenschaften

  • 34 ABB review 4|14

    Aktive LiegenschaftenDie ABB Active-Site-Technologie optimiert die Kon-nektivitt zwischen Mikronetzen und dem Makronetz

    PHILIP JUNEAU, DIRK JOHN Die rasche Verbreitung dezentraler Erzeu-gungsanlagen (z. B. Photovoltaikanlagen) fhrt zu einer grundlegenden Vernderung der elektrischen Energieverteilung. Viele Liegenschaften angefangen von Hochschulen bis hin zu Industrie- oder Militrkomplexen verfgen mittlerweile ber eigene Erzeugungs- und Speicherkapazitten und entwickeln sich zu lokalen Netzen, die einer Miniversion des ffentli-chen Stromnetzes hneln. Diese Liegenschaften decken ihren Energiebe-darf (zum Teil) selbst und nutzen ihre Anbindung an das ffentliche Netz, um die restliche Energie zu beziehen (oder um berschssige Energie abzugeben). Hier kommt die Active-Site-Technologie von ABB ins Spiel. Sie sorgt fr eine optimale Konnektivitt zwischen dem Mikronetz und dem Makronetz mit bestmglicher Energienutzung und Reduzierung der Kosten. Gleichzeitig ermglicht sie die Teilnahme des Mikronetzes am sogenannten Smart Grid.

  • 35

    Mikronetze stellen im Grunde kleinere Versionen des traditionellen Stromnetzes dar.

    Aktive Liegenschaften

    TitelbildEin bedeutendes Ziel ist die Optimierung von Energieerzeugung, -umwandlung, -speicherung und -verbrauch fr mehrere Gebude/Objekte.

    Steuerungs- und Automatisierungssys-teme betrieben werden 1.

    Mikronetze stellen im Grunde kleinere Versionen des traditionellen Stromnetzes dar. Man unterscheidet verschiedene Arten von Mikronetzen: Isolierte autonome Mikronetze, wie sie

    z. B. auf Inseln ohne Anbindung an ein Hauptnetz zu finden sind

    Schwach angebundene Mikronetze, wie sie an den Stichleitungen grerer traditioneller Stromnetze oder in Anla-gen zu finden sind, die bei Bedarf vom Netz gehen knnen

    Halbautonome Mikronetze an entlege-nen Standorten auf dem Festland wie entlegene Kommunen, Forschungs-stationen, Militrbasen und industrielle Liegenschaften

    Die typische Nennleistung von Mikronet-zen liegt zwischen 100 kW und 50 MW.

    das als autonomes Netz parallel zum bestehenden ffentlichen Stromversor-gungsnetz oder unabhngig davon als Inselnetz betrieben wird.

    Ein typisches Mikronetz umfasst Erzeu-gungsanlagen, ein Verteilungssystem, Verbraucher und Energiespeicher, die mithilfe innovativer berwachungs-,

    Die dezentrale Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien er-ffnet industriellen Liegen-schaften vllig neue Mglich-

    keiten zur lokalen Steuerung ihrer elektri-schen Anlagen. Zu den Vorteilen gehren Energieeffizienz, die Sicherung der Netz-stabilitt und -qualitt sowie eine nutz-bringende Kopplung an das externe Stromnetz. Dieses mehr oder weniger unabhngige Energiemodell wird allge-mein als Mikronetz bezeichnet. Wh-rend es in der Industrie und der Wissen-schaft mehrere Definitionen fr diesen Begriff gibt, ist ein Mikronetz fr ABB ein aus dezentralen Energieressourcen und mehreren elektrischen Verbrauchern be-stehendes, integriertes Energiesystem,

    Funote1 Siehe auch den Artikel ber Mikronetze auf den

    Seiten 5460 dieses Hefts.

    Viele Liegenschaf-ten von Hochschu-len bis zu Indust-rie- oder Militr- komplexen ver-fgen mittlerweile ber eigene Erzeu-gungs- und Spei-cherkapazitten.

  • 36 ABB review 4|14

    Die ABB Active-Site-Technologie richtet sich an Mikronetze wie sie z. B. an Indus-triestandorten, auf Hochschulgelnden und in Militrkomplexen zu finden sind. Diese Mikronetze sind mit dem Makro-netz verbunden, knnen aber unab-hngig davon betrieben werden. Mikro-netze zur Energieverteilung, die zum ver-maschten Netz des Energieversorgers (EVU) gehren, knnen ggf. anders be-handelt werden und sind in diesem Arti-kel nicht bercksichtigt. Die Anwendbar-keit der Technologie verdient jedoch eine genauere Untersuchung.

    Eine Active Site bietet Eigentmern bzw. Betreibern von Liegenschaften die Mg-

    lichkeit, durch effi-ziente Nutzung modernster Tech-nik von einer pas-siven Rolle in eine aktive Rolle zu wechseln. Das Er-gebnis ist eine Be-

    ziehung zum Smart Grid mit Vorteilen fr beide Seiten, insbesondere: Steigerung der Gesamtenergieeffizi-

    enz der Liegenschaft und Reduzie-rung der Netzleitungsverluste durch sinnvolle Dimensionierung und Plat-zierung der Erzeugung in die Nhe des Bedarfs

    Bereitstellung lokaler Erzeugungs- und Speicherkapazitt fr einen naht-

    Active SiteDie von ABB verwendete Bezeichnung Active Site hat ihren Ursprung in der Biologie. Dort wird der kleine Bereich eines Enzyms, an den sich Substrat-molekle anlagern und eine chemische Reaktion hervorrufen, als Active Site bezeichnet. Die Reaktion kann nur statt-finden, wenn sich das Substrat mit einer einzigartigen, passend geformten Active Site verbindet 1.

    Im Zusammenhang mit der Konnektivitt von Mikronetz-Liegenschaften verwen-det ABB den Begriff Active Site zur Be-schreibung des Technologiesubstrats, das eine Liegenschaft (d. h. das Subst-

    rat) an das Makronetz (d. h. das Enzym) anbindet und dadurch den Betrieb der Liegenschaft als halbautonomes Mikro-netz ermglicht. Eine Active Site opti-miert also den Einsatz von (regenerati-ven) Erzeugungsanlagen und Energie-speichern, die standortweite berwa-chung und Steuerung sowie die Kommu-nikation mit dem Stromnetz.

    Die Realisierung einer Active Site ist ein Prozess, der einen schrittweisen Ansatz erfordert.

    Eine Active Site bietet Eigentmern bzw. Betreibern von Liegenschaften die Mglichkeit, von einer passi-ven Rolle in eine aktive Rolle zu wechseln.

    1 Eine Active Site ist die mageschneiderte Verbindung zwischen Enzym und Substrat.

    Substrat

    Enzym-Substrat-Komplex

    Enzym

  • 37

    losen autonomen Betrieb mit geregel-ter Spannung und Frequenz sowie priorisierter Versorgung kritischer Verbraucher

    Sicherung der Netzstabilitt durch Regelungsverfahren auf Basis von Frequenz- und Spannungsmessungen am Anschluss jedes Gerts (d. h. Reduzierung von Engpssen)

    Zusammenfassung vieler kleiner Erzeugungsanlagen, Speicher und Verbraucher zur flexibleren Steuerung von Erzeugung und Verbrauch

    Frderung von Energieautarkie und Verantwortlichkeit zur Schaffung eines nachhaltigen Nutzens fr lokale Gemeinden (d. h. reduzierter CO2-Fuabdruck, grner Strom usw.)

    Identifizierung vorhersagbarer und niedrigerer Energiekosten zur Implemen-tierung einer konomischen Entschei-dungsfindung in den Betriebsablauf

    Reduzierung der notwendigen Investi-tionen fr neue zentrale Kraftwerke und Verbesserung der Gesamteffizi-enz des Netzes (d. h. vermiedene/gesparte Energie bzw. Negawatt)

    Frderung innovativer Lsungen fr neue Geschftsmodelle auf einem dynamischen Strommarkt

    Rollout einer Active SiteEine Active Site lsst sich nicht ber Nacht realisieren. Vielmehr ist es ein Pro-zess, der einen schrittweisen Ansatz

    Aktive Liegenschaften

    erfordert. ABB verwendet ein Prozess-Framework 2. fr die systematische Zusammenarbeit mit Kunden und Chan-nel-Partnern.

    Der erste und wichtigste Schritt besteht in der Messung aller Energiemedien wie Strom, Erdgas, Dampf, Wasser, Kraft-stoff usw. fr einen bestimmten Zeitraum auf der Makroebene (Hauptzhler) und Mikroebene (System/Asset). Dies liefert das Energieprofil des Gebudes und hilft dabei, die betrieblichen Aspekte des Gebudes und die Gesamtenergieanfor-derungen der Liegenschaft zu verstehen.

    Sobald diese Daten erfasst und analy-siert sind, knnen Verbesserungsma-nahmen auf der Grundlage des Energie-plans fr das Gebude bzw. die Liegen-schaft evaluiert, gewhlt, konzipiert und implementiert werden, um den erwarte-ten wirtschaftlichen Nutzen zu realisie-ren. Diese Manahmen knnen Gebu-deautomatisierung (HLK 2, Beleuchtung usw.), Industrieautomatisierung, dezent-rale Energieressourcen (DER) wie Sonne, Wind und Kraft-Wrme-Kopplung sowie Energiespeicher und Elektrofahrzeuge umfassen. Typischerweise erfordert der Prozess einige Iterationen auf der Grund-

    Funote2 HLK = Heizung, Lftung, Klima

    In der ber-wachungs- und Steuerungsphase werden die Er-gebnisse mit den Zielen verglichen und weitere Ver-besserungen und/oder betriebliche Probleme identifi-ziert.

    2 Prozess-Framework von ABB zur Implementierung von Active Sites

    Manahmen

    - Bestimmung d. Energieprofile (Hauptzhler)

    - Messung u. Analyse entsprechender Teilsysteme

    - Bestimmung d. Ausgangsbasis

    - Bestimmung d. optimalen und konformen Gebudebetriebs

    - berprfung d. Energieein-sparungspotenzials

    - Festlegung v. Verbesserungs-manahmen f. Gebudesys-teme (z. B. HLK, Beleuch-tung, erneuerbare Energien, Energiespeicherung usw.)

    - Berechnung d. konom. Nutzens (energet. u. betriebl. Einsparungen)

    - Wahl u. Implementierung v. Verbesserungen

    - Konzeption u. Installation e.:- Energieberwachungssys-

    tems (Zhler) u. Integration v.:- HLK, Beleuchtung u. anderen

    Steuerungs-/Informationssys-temen in e. zentrales Gebude-Energiemanage-mentsystem (BEMS)

    - berwachung u. Steuerung

    - Integration aller DER und BEMS in e. Active-Site- Energiemanagementsystem

    - Einfhrung d. Betriebsfh-rung u. Lastpriorisierung (d. h. Abstimmung v. lokalem Angebot u. Bedarf)

    - Betrieb d. Liegenschaft (Netzschnittstelle bereit)

    - berprfung vorhandener Energieversorgungsvertrge auf Kosteneinsparungen

    - Besprechung u. Optimierung d. Vertrge mit Energie- versorger(n) (Win-Win -Ansatz)

    Ergebnisse

    - Energietransparenz- Bestimmung e. energetischen

    Ausgangsbasis- Status/Zustand v. Assets- Status d. bereinstimmung

    mit Standards/Vorschriften (Compliance)

    - Anlagenoptimierungs- potenzial

    - Wertsteigerung v. Assets u. Gebuden

    - Reduzierte Energie- u. Betriebskosten

    - Verlngerte Lebensdauer v. Assets

    - Zuverlssiger Anlagenbetrieb

    - Ganzheitliche Sicht f. e. proaktives Gebude- management

    - Transparenz v. Energie u. Betrieb zur Bestimmung zustzlicher Potenziale u. Beteiligung v. Nutzern

    - Mglichkeit z. Lastbeeinflus-sung (Demand Response)

    - Ganzheitliche Sicht f. e. proaktives Standortmanage-ment u. nahtlosen Betrieb

    - Kombiniertes Energieprofil f. standortweite Energie- optimierung/-einsparung

    - Demand-Response-Mglich-keit f. Netzschnittstelle

    Fr Active-Site-Eigentmer:- Energieunabhngigkeit- Vorhersagbare Energiekosten

    Fr Energieversorger:- Skalierbarkeit ber e.

    virtuelles Kraftwerk- Netzstabilitt- Reduziert Erzeugungsbedarf

    (Negawatt)

    Profil und Anforderungen definiert

    Assets optimiert

    Gebude optimiert

    Liegenschaft optimiert

    Energieplan fr Gebude/Liegenschaft

    Implementierung der Verbesserungsma-nahmen

    berwachung und Steuerung der Gebude

    berwachung und Steuerung der Liegenschaft

    Intelligente Verbindung zum Netz

    Bestimmung vonEnergieprofil und Anforderungen

  • 38 ABB review 4|14

    das System nichtkritische Verbraucher in der Beleuchtung, HLK-Systemen und Nebeneinrichtungen (z. B. Pumpen und Lfter) abschalten und die kostengns-tigsten lokalen Erzeugungs- und Spei-cherkapazitten nutzen.

    Nachdem die Liegenschaft zu einer Ac-tive Site entwickelt wurde, kann eine in-telligente Anbindung an das Stromnetz erfolgen, durch die die Liegenschaft zu einem aktiven Bestandteil des Makro-netzes wird. Die Einzelheiten der Kopp-lung und Kommunikation zwischen der Liegenschaft und dem EVU fr alle Be-triebsarten (d. h. bergang in den Insel-betrieb, Wiederanschluss an das EVU-Netz, Wiederaufladen der Energiespei-cher und Reduktion der standorteigenen Erzeugung bis zum Wiederanschluss an das Netz) mssen mit dem EVU verein-bart werden. Dies ist eine Frage der Re-gulierung, Standardisierung und vertrag-lichen Vereinbarung. Insgesamt besteht der Nutzen fr den Liegenschaftseigner in den vorhersagbaren und optimierten Energiekosten. Der Nutzen fr das EVU liegt in der Skalierbarkeit fr die betref-fende Region, denn eine Active Site kann in ein virtuelles Kraftwerkskonzept einge-bunden werden, was sowohl zur Stabili-sierung des Netzes beitrgt als auch den Bedarf an zentraler Erzeugung reduziert (d. h. Negawatt).

    lage des Budgets und des zeitlichen Ab-laufs des Energieplans.

    Nach der Implementierung der Verbes-serungsmanahmen beginnt die ber-wachungs- und Steuerungsphase. In dieser werden nicht nur die Ergebnisse mit den Zielen vergleichen, sondern auch weitere Verbesserungen und/oder be-triebliche Probleme identifiziert. Fr eine ganzheitliche Sicht kann zudem eine In-tegration der verschiedenen Gebude- und Prozessleitsysteme sowie der ent-sprechenden Informationssysteme (z. B. Instandhaltungsmanagement) erforder-lich sein.

    Sobald smtliche Gebude optimiert und an die Erzeugungs- und Speicherkapazi-tt der Liegenschaft angepasst sind, werden alle Systeme in ein Active- Site-Energiemanagementsystem integ-riert, um eine bessere berwachung und Steuerung der Liegenschaft zu ermgli-chen. Alle betrieblichen Parameter der Liegenschaft (d. h. System-/Lastpriori-sierung und Anforderungen) knnen zu-sammen mit den (elektrischen und ther-mischen) Energiespeicher- und Erzeu-gungsparametern berwacht und ge-steuert werden. Dies ermglicht den Ausgleich von Schwankungen in Ange-bot und Nachfrage ber die gesamte Liegenschaft hinweg, ganz gleich, ob es sich um geplante, angeforderte oder un-erwartete Schwankungen handelt. Ist der Energiebedarf z. B. zu hoch, kann

    Die Einzelheiten der Kopplung und Kommunikation zwischen der Lie-genschaft und dem EVU mssen ver-einbart werden.

    3 Durch Verlagerung des netzseitigen Bedarfs und Nutzung von Energiespeichern knnen Bedarfsspitzen reduziert werden.

    Mar

    ktb

    edar

    f (G

    W)

    Uhrzeit

    Strombedarf

    Reduzierter Bedarf (z. B. durch DR)

    Verlagerter Bedarf

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    00:00 02:00 14:0004:00 16:0006:00 18:0008:00 20:0010:00 22:0012:00 24:00

  • 39

    Insgesamt trgt eine Active Site zum Management des Makronetzes bei, da sie als vorhersagbarer und dynamischer Teilnehmer des Netzes agiert. Da die Ka-pazitten der Liegenschaft durch Ana-lyse, Simulation und Planung vorherge-sagt werden knnen, bernimmt sie eine aktive Rolle bei der Untersttzung der sich stets verndernden Bedrfnisse des Makronetzes.

    Eine weitere fr das Makronetz ntzliche Eigenschaft einer Active Site ist, dass sie den Gesamtbedarf der Liegenschaft durch Reduzierung bzw. zeitliche Verla-gerung des Bedarfs und den Einsatz von Energiespeichern steuern kann. Ein Bei-spiel hierfr ist in 3. dargestellt. Erreicht der Spitzenwert der Gesamtlast 35 GW, wird der Bedarf gesenkt (bzw. auf einen spteren Zeitraum verschoben) und so-mit die Spitzenenergie (und die damit verbundenen Kosten) reduziert.

    Ist der Zeitpunkt gnstig, knnen die Verbraucher, deren Betrieb verschoben wurde, eingeschaltet werden (bzw. Ener-gie gespeichert werden, um sie zu Spit-zenlastzeiten zu nutzen).

    Fr welche Art von Anwendungen wrde eine Active Site nun die grten Vorteile bieten? Einfach gesagt sind es Liegen-schaften, deren Eigentmer groen Wert legen auf: Zugang zu zuverlssigem, sicherem

    Strom (Energiesicherheit)

    Aktive Liegenschaften

    Philip Juneau

    ABB Low Voltage Products, Building Automation

    Zrich, Schweiz

    [email protected]

    Dirk John

    ABB Corporate Research, Building Automation

    Ladenburg, Deutschland

    [email protected]

    Kontrolle ber das eigene Energie-angebot und den Bedarf (Energie-unabhngigkeit)

    Kosteneinsparungen, sowohl bei den Energie- als auch den Betriebskosten (Energieeffizienz)

    Kostenvorteile durch aktive Teilnahme am Energiemarkt

    Aus Marktsicht gibt es industrielle Lie-genschaften mit einem erheblichen Ener-giebedarf (z. B. Chemieanlagen), bei denen entsprechende Systeme bereits genutzt werden oder in ein Leitsystem integriert sind. Doch Industrien wie Nahrungsmittel und Getrnke, Papier und Druck, Elektro-/Elektronikhersteller, Fahrzeugbau usw., deren Liegenschaf-ten verschiedenste Funktionsgebude (Prozess, Bro, Lager, Logistik usw.) um-fassen, sind ideale Kandidaten.

    In Deutschland gibt es z. B. eine erheb-liche Zahl von Liegenschaften mit einem fr eine Active Site sinnvollen Energie-verbrauch von 2 bis 20 GWh im Jahr und einem Stromanteil am Energieverbrauch von ber 50 %. Schtzungen zufolge gibt es etwa 24.000 Liegenschaften, die in diese Kategorie fallen 4.

    Angesichts der hier beschriebenen Tech-nologie, den Marktanforderungen und den Vorteilen steht den Eigentmern sol-cher Liegenschaften nichts im Wege, entweder eigenstndig oder in Zusam-menarbeit mit ihren EVUs einen Active-

    4 Mikronetze hneln kleineren Versionen des traditionellen Stromnetzes mit eigener Erzeugung, Verteilung, Speicherung und Verbrauchern. In Deutschland gibt

    eine erhebliche Zahl von Liegen-schaften mit einem fr eine Active Site sinnvollen Energie-verbrauch.

    Site-Prozess zu beginnen. ABB ist bereit und in der Lage, diesen Prozess zu be-gleiten, und nimmt gern entsprechende Anfragen und Rckmeldungen entgegen.