PERFEKTE HOHE ZEITREIHENANALYSE - … · ZEITREIHENMANAGEMENT ZRM REVISIONSSICHER - Historisierung,...

ZEITREIHEN-MANAGEMENT

PROGNOSE OPTIMIERUNG BILANZKREIS-MANAGEMENT

NETZNUTZUNGS-MANAGEMENT

NETZMANAGE-MENTSYSTEM

PROZESS

KASKADIERUNG

E-MAILBENACHRICHTIGUNG

ONLINEMONITORING

HOHERAUTOMATISIERUNGSGRAD

ZEIT- UNDEREIGNISGESTEUERT

EMS-EDM PROPHETEnergie- und Energiedatenmanagement

AUTO-MATISIERUNG

SCHEDULER - AUTOMATISIERUNG SDL

HOHER AUTOMATISIERUNGSGRAD

- Zeitgesteuert- Ereignisgesteuert- Kalenderabhngig- Online-Monitoring- E-Mail-Benachrichtigung- Prozess-Kaskadierung

ANWENDUNGSFELDER

- Import und Export von Mess-, Fahrplan- und Prognosewerten- bermittlung von Lastprofilen, Netz- und Summenzeitreihen, Prf- und Datenstatus- Durchfhrung von Plausibilittstests und Ersatzwertbildung- Komplexe Berechnungen, z.B. Allokationen, freie Aggregationen, Optimierung und Prognose- Prognosetraining- Ausgabe von Datenbankreports


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Fraunhofer-Institutsteil Angewandte Systemtechnik ASTAm Vogelherd 5098693 Ilmenau, Germany

Telefon: 0180 30246810*

Mail: [email protected] Internet: www.edm-prophet.de

(*9 Cent / Min. aus dem dt. Festnetz, Mobilfunk max. 42 Cent / Min)

EMS-EDM-PROPHET-Bilanzkreismanagement-BKM.pdf


PROGNOSE OPTIMIERUNG NETZNUTZUNGS-MANAGEMENT


AUTO-MATISIERUNG

MABIS, GABI, KOV

BILANZIERUNG

PROGNOSE& BILANZIERUNG

FREIEAGGREGATION

MEDIENBERGREIFEND STROM, ERDGAS, BIOGAS

MULTI-ZEITREIHENMATHEMATIK


BILANZKREIS-MANAGEMENT

BILANZKREISMANAGEMENT BKM

FLEXIBLE MEDIENVERWALTUNG

- Strom, Erdgas, Biogas- Weitere Medien

EINFACHES MASSENDATENHANDLING

- Multi-Zeitreihenmathematik- Prognose- Bilanzierung- Freie Aggregation

BNETZA-KONFORM

- EnWG- MaBiS- Fahrplanmanagement- GaBi, GaBi Gas- KOV

METHODEN

- Stammdatenverwaltung fr:- Marktteilnehmer- Lastprofile- Energieliefervertrge- Energiebezugsvertrge- Kontrolle der abgerechneten Energiemengen


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EMS-EDM-PROPHET-Netzmanagementsystem-LEM.pdf




AUTO-MATISIERUNG

RECHTLICHER RAHMEN

ENWG, EEG, BDEW-KASKADE

EEGREFERENZMESSUNG

FLEXIBLEVERWALTUNG

UNTERSTTZUNG ALLERMELDEPROZESSE

DISKRIMINIERUNGSFREIELEISTUNGSREDUKTION



NETZMANAGEMENTSYSTEM NMS

RECHTLICHER RAHMEN

- EnWG ( 13, 14)- EEG ( 6, 11, 12, 66)- BDEW-Kaskade

FLEXIBLE VERWALTUNG

- EEG-Anlagen- EEG-Anlagenbetreiber- Netzbetreiber- Netzabschnitte- Netzkunden

MARKTGERECHT

- Diskriminierungsfreie Leistungsreduktion- Ermittlung entgangener EEG-Vergtung- Untersttzung aller Meldeprozesse

ERFASSUNG UND ABFRAGE

- Ist-Einspeisung- Ist-Lasten- EEG-Referenzmessung



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AUTO-MATISIERUNG

MABIS, GABI, KOV

FAHRPLANMANAGEMENT

PROGNOSE& BILANZIERUNG

FREIEAGGREGATION

MEDIENBERGREIFEND STROM, ERDGAS, BIOGAS

MULTI-ZEITREIHENMATHEMATIK


NETZNUTZUNGSMANAGEMENT NNM

FLEXIBLE MEDIENVERWALTUNG

- Strom, Erdgas, Biogas- Frischdampf, Ammoniak- Weitere Medien

EINFACHES MASSENDATENHANDLING

- Multi-Zeitreihenmathematik- Prognose- Bilanzierung- Freie Aggregation

BNETZA-KONFORM

- MaBiS- Fahrplanmanagement- GaBi- GaBi Gas- KOV

METHODEN

- Synthetische Methoden (z.B. Typtage)- Analytische Methoden (z.B. Z-Faktoren)- Bereitstellung der Daten fr Mehr- und Mindermengenabrechnung


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PROGNOSE BILANZKREIS-MANAGEMENT



AUTO-MATISIERUNG

KRAFTWERKSEINSATZ-

OPTIMIERUNG

VIRTUELLEKRAFTWERKE

SZENARIENRECHNUNG

GRAFISCHER MODELLEDITOR

QUERVERBUND


OPTIMIERUNG

OPTIMIERUNG RPS

OPTIMIERUNG

- Kraftwerkseinsatz- Querverbund- Virtuelle Kraftwerke- Beschaffung- Handel- Regelenergie- Speicher

MODELLTYPEN & SOLVER

- LP- MIP- QMIP etc.- NLP- MINLP etc.

- CPLEX- CONOPT- LINDO etc.

KOMFORTABLE BEDIENUNG

- Grafischer Modelleditor- DragnDrop- Szenarienrechnung- Umfangreiche Modellbibliotheken



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AUTO-MATISIERUNG

DASH-BOARD

FR MOBILE ENDGERTE& BROWSER

REPORTING: EMS-EDM PROPHET GOES CLOUD

STATUSBERWACHUNGUND START VON PROZESSEN


LAST & EINSPEISE-MANAGEMENT

REPORTING

FEATURES

- Untersttzung aller Unternehmensebenen - Dashboard-Funktion - Abruf von Kennzahlen - Soll-Ist-Vergleiche - Statusberwachung der automatisierten Prozesse - Starten von Jobs - Individuelle Gestaltung - Hohe Performance - Browserbasiert - Fr mobile Endgerten (Smartphone/Tablet)- Verschlsselter Zugriff- Interner Cloud-Server



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ZEITREIHEN-MANAGEMENT PROGNOSE OPTIMIERUNG BILANZKREIS-

MANAGEMENTNETZNUTZUNGS-MANAGEMENT


AUTO-MATISIERUNG

REVISIONSSICHERES

DATENMANAGEMENT

PERFEKTEDATENQUALITT

HOHEFLEXIBILITT

UMFASSENDE KONNEKTIVITT

ZEITREIHENANALYSE


ZEITREIHENMANAGEMENT ZRM

REVISIONSSICHER

- Historisierung, Versionierung- Archivierung, Protokollierung- Datensperrung

FLEXIBEL

- Mehrmandantenfhigkeit- Beliebige Zyklen ab 1 min- Maeinheitenumrechnung- Sommer-/Winterzeitregeln- Beliebige Zeitzonen- Umfangreiche Zeitreihenmathematik - Massendatentauglich

ZEITREIHENANALYSE

- Hauptkomponentenanalyse- Autokorrelation, Kreuzkorrelation- Visuelle Analyse, X-Y-Kennlinie- Histogramm

KONNEKTIV

- CSV, Excel, XML, TXT- DWD- EDIFACT- SQL, SOA- FTP/SFTP, E-Mail


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EMS-EDM-PROPHET-Zeitreihenprognosesystem-ZPS.pdf


OPTIMIERUNG BILANZKREIS-MANAGEMENT



AUTO-MATISIERUNG

AUTOMATISCHES

TRAINING

VIRTUELLEKRAFTWERKE

INTEGRIERTEDATENANALYSE

MEDIENBERGREIFEND STROM, GAS, FERNWRME

AR, ARX, ARMAX, KNN


PROGNOSE

ZEITREIHENPROGNOSESYSTEM ZPS

PARAMETER

- Messwerte- Wetter- Kalender- Produktionsplne- Events- Ferien

BESTER NUTZERKOMFORT

- Integrierte Datenanalyse- Umfangreiche Methodenbibliothek- Automatisches Training- Intelligentes Tuning- Fehleranalyse- Reporting

MEDIENBERGREIFEND

- Strom, Gas, Fernwrme

METHODIK

- Kurz,- Mittel- und Langfristprognosen- Lineare & nichtlineare Zeitreihenmodelle- Musterbasierte Vorhersagen- Ein- und Ausgangsmodelle- Ergebnisabhngige Modelle- Bis zu 30 exogene Einflussfaktoren


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Telefon: 0180 30246810*



Energiesysteme-DynaGridControlCenter-Die_dynamische_Leitwarte_der_Zukunft.pdf

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T S T E I L A N G E W A N D T E S Y S T E M T E C H N I K A S T

DYNAGRIDCENTER: DIE DYNAMISCHE LEITWARTE DER ZUKUNFT

Herausforderung

Die bertragungsnetzbetreiber (NB) sind

eine der zentralen Akteure fr das Gelingen

der Energiewende in Deutschland. Inzwi-

schen stammt jede dritte Kilowattstunde

der Bruttostromerzeugung in Deutschland

aus Erneuerbaren Energien, grtenteils

aus fluktuierenden, wetterabhngigen

Quellen. Das fhrt auch zu deutlich gestie-

genen Aufwendungen fr den Netzbetrieb.

Neben dem klassischen Netzausbau steigt

auch die Bedeutung von Energiedaten,

Prognosen und Sensorik fr die NBs.

Auerplanmige Eingriffe der NBs in

die Fahrplne von Kraftwerksbetreibern

(ReDispatch) und das Abregeln von

Windkraftanlagen (Eisman) sind von der

Aunahme zur Regel geworden. Umso-

wichtiger ist es, kritische Netzsituationen in

den Leitwarten automatisiert zu erkennen

und entsprechende Gegenmanahmen ein-

zuleiten. Hier setzt das Forschungsprojekt

DynaGridCenter an.

Funktionen der Leitwarte

1. Dynamische Systembeobachtbarkeit inkl.

Identifikation und przise Auswertung der

dynamischen Reserven im Netz

2. Prozessgerechte und kontinuierliche

Errechnung sowie Durchfhrung von

prventiven und korrektiven Steuerungs-

manahmen zur Systemstabilisierung unter

Einsatz hochprziser synchroner Messgerte

wie z.B. PMU, RTU unter Bercksichtigung

moderner Kommunikationsschnittstellen

zur Sicherstellung der Prozessablufe.

3. Intelligente Messdatenauswertung /

Priorisierung bereits auf Stationslevel unter

Einhaltung von Performance und unter

Beachtung von Herausforderungen zum

Thema IT-Sicherheit (Cybersecurity)

4. Vorhersage des dynamischen Netzverhal-

tens im Havarie- / Fehlerfall

5. Kontinuierliche, hierarchische Validierung

der aktuellen oder zu ndernden Schutz-

und Reglereinstellungen in Bezug auf den

aktuellen Netzzustand

Fraunhofer-Institutsteil

Angewandte Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Abteilung Energie

Dipl.-Ing. Steffen Nicolai

Telefon +49 3677 461-112

[email protected]

Andr Kummerow M.Sc.

Telefon +49 3677 461-1505

[email protected]

Projektbeirat

50Hertz Transmission GmbH

Amprion GmbH

TenneT TSO GmbH

TransnetBW GmbH

1

1 Dynamische Leitwarte von

DynaGridControlCenter

Bild: SIEMENS AG

1

Schwerpunkte Fraunhofer IOSB-AST

Algorithmen zur dynamischen System-beobachtbarkeit inkl. Identifikation und przise Auswertung dynamischer Vorgnge im Netz, AC/DC und Ultranet

Intelligente DynaGridCenter-Messdatenauswertungsapplikation unter Einhaltung von Performance und IT-Sicherheitsaspekten

Datenkompression

Hierarchisches Verfahren zur Elimination redundanter Informationen (rumlich-zeitliche Datenkompression)

Kompressionsraten: 3 bis 18 verlustfreie Kompression: vollstndige

Wiederherstellung der Originaldaten

Extraktion potentieller Fehlermuster

aus historischen Datenstzen

Einsatz maschineller Lernverfahren zur Ausreierdetektion

Automatisierte Auswertung von Massendaten

Analyse Signalverhalten im Zeit- und Frequenzbereich (z.B. Wavelet-Transformation)

Automatisierte Bewertung kritischer Netzsituationen sowie dynamisches Verhalten des Netzes

Online-Detektion von Netzfehlern (z.B.

Generatorausflle)

Detektion typischer Fehlerarten durch Mustererkennung im Online-Betrieb

Einsatz maschineller Lernverfahren (z.B. knstliche neuronale Netze, Support Vektor Maschinen)

Dynamische Netzsimulationen und Bewertung von Ausfallszenarien

Projektkonsortium

Fraunhofer-Institutsteil Angewandte Systemtechnik AST

Fraunhofer IFF TU Ilmenau Otto-von-Guericke-Universitt

Magdeburg

Ruhr-Universitt Bochum Siemens AG

2

1 Auf Basis von PMU-Daten

entwickelte Auswerteverfahren

1

2 Analysewerkzeug zur Bewertung

dynamischer Netzsituationen

1

2

Energiesysteme_Hybrider-Stadtspeicher.pdf

I N S T I T U T S T E I L A N G E W A N D T E S Y S T E M T E C H N I K A S T

DER HYBRIDE STADTSPEICHER:REGIONALES GRID BALANCING MIT VIRTUELLEN ENERGIESPEICHERN

Keine einzelne Speichertechnologie

lst das Problem

Zwar gelten Energiespeicher als Schlssel

fr die zuknftige Systemintegration der

erneuerbaren Energien. Doch die nach wie

vor hohen Speicherkosten lassen auch in

Zukunft eher einen Energiespeicher-Mix

erwarten, der fr den spezifischen Einsatz-

zweck (Kurz- und Langfristspeicherung,

Leistungsabgabe, Skalierbarkeit) viel besser

als eine Einzeltechnologie geeignet ist.

Neben der Speicherung von elektrischem

Strom werden zuknftig aber auch thermi-

sche Speicher sowie ein geschicktes Last-

und Erzeugungsmanagement notwendig

sein, um den fluktuierenden Charakter

der erneuerbaren Energien zu begegnen.

Fr eine effiziente Netzintegration dieser

dezentralen Komponenten knnte ein

virtueller Speicher dienen.

Der virtuelle Energiespeicher

als Lsung fr das Verteilernetz

Im Forschungsprojekt Hybrider

Stadtspeicher arbeitet das Fraunhofer

AST gemeinsam mit anderen Fraunhofer-

Instituten an einer kombinierten Hard- und

Softwareplattform, mit der Energiespeicher,

-erzeuger und -lasten zu einer virtuellen,

regelbaren Speichereinheit verknpft

werden knnen. Mit diesem Ansatz knnen

die Vorteile der einzelnen Komponenten

optimal genutzt werden. Ziel ist es, eine

nachhaltige und kosteneffiziente Lsung

fr das Verteilernetz zu entwickeln und

damit das Grid-Balancing schon inner-

halb regionaler Strukturen zu ermglichen.

Neben den einzelnen Komponenten

addressiert das virtuelle Speicherkonzept

auch eine 24-Stunden-Prognose von

Energieerzeugung und -verbrauch, um die

Potentiale des virtuellen Speichers optimal

auszuschpfen.

Institutsteil Angewandte

Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Ansprechpartner

Abteilung Energie

Prof. Dr.-Ing. Peter Bretschneider

Telefon +49 3677 461-102 [email protected]

Dipl.-Wirtsch.-Inf. Oliver Warweg


www.iosb-ast.fraunhofer.de

1

1 Der hybride Stadtspeicher vereint

die Vorteile von realen Energiespei-

chern, Lastverschiebepotentialen und

regelbarer Strom- und Wrmeerzeu-

gung in einer planbaren Einheit

1 2

Vorteile

Kombination von dezentralen, realenEnergiespeichersystemen (z.B. Redox-Flow-Batterie, Lithium-Ionen-Akku), flexibler Energieerzeugung (z.B. BHKW, Notstromdiesel im Krankenhaus) und verschiebbaren Lasten (z.B. Wrme-pumpe, Warmwassererzeugung) zu einer regelbaren Gesamteinheit fr den Netzbetreiber

Hybridkonzept: Kombination vonWrme- und Stromerzeugung

Sehr gute Skalierbarkeit desGesamtsystems

Ein hybrider Stadtspeicher in jedemzehnten Ortsnetz knnte fast 6 GWEnergiespeicherleistung in Deutschland zur Verfgung stellen

Projektleitung

Fraunhofer-Institut fr Umwelt-, Sicher-heits- und Energietechnik UMSICHT

Projektpartner

Fraunhofer IOSB, InstitutsteilAngewandte Systemtechnik AST

Fraunhofer-Institut fr Solare Energie-systeme ISE

Fraunhofer-Institut fr Silizium-technologie ISIT

2 Typisches Stadtquartier. Quelle:

Kai Krner from Dresden Seevorstadt/

Groer Garten, CC BY 2.5

2

Energiesysteme_IuK-Energie-Labor.pdf


IUK-ENERGIE-LABOR:FR DIE ENERGIESYSTEME DER NCHSTEN GENERATION

Die Herausforderung

Die europischen Energiesysteme haben

sich ber Jahrzehnte hinweg entwickelt

und wurden in Abhngigkeit ihrer

technischen und wirtschaftlichen Randbe-

dingungen optimiert. Seit einigen Jahren

unterliegen sie einem tiefgreifenden Wan-

del, hervorgerufen durch die Liberalisierung

der Energiemrkte und durch Manahmen

fr die kostengnstige, umweltgerechte

und nachhaltige Bereitstellung und

Nutzung von Energie.

Hieraus resultieren neue Geschftsmodelle

mit umfangreichen elektronischen Ge-

schfts- und Kommunikationsprozessen

und damit ein verstrkter Wettbewerb

um wirtschaftliche, effiziente und sichere

Prozesse. Diese neuen Herausforderungen

mssen beherrscht werden und erfordern

geeignete Strategien und Werkzeuge.

Hierbei werden Informations- und Kommu-

nikationstechnologien (IuKTechnologie)

zur Erschlieung weiterer Effizienzpoten-

tiale eine zentrale Rolle spielen. Das Ziel

sind intelligente Energiesysteme, welche

durch Verknpfung mit IuK-Technologien

mglichst im Rahmen einer durchgngigen

Applikationsstruktur entstehen.

Dazu sind neue IuK-Technologien sowie

Methoden und Verfahren fr das nahtlose

Zusammenspiel aller Betriebsmittel zu

entwickeln, um auch zuknftig eine durch-

gngig konomisch und kologisch opti-

male Energieversorgung zu gewhrleisten.

Hierzu gehren insbesondere die Erhhung

der Netzstabilitt, die optimale Einbindung

bestehender elektrischer Anlagen

und neuer, dezentraler Kleinsterzeuger,

die Vermeidung von Netzengpssen, die

Minimierung der Energiekosten oder auch

die automatische Netzrekonfiguration im

Strfall.

Institutsteil Angewandte Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Ansprechpartner


Telefon +49 3677 [email protected]


1 2

Aufgabe

Im IuK-Energie-Labor des Fraunhofer AST

und des Fachgebietes Elektrische Energie-

versorgung der TU Ilmenau sollen die im

vorangegangenen Abschnitt dargestellten

Forschungsthemen fr die zuknftige

Ausgestaltung der Energieversorgung unter

Nutzung modernster Labor- und Testfeldbe-

dingungen untersucht werden. Die

Schwerpunkte der Forschungs- und

Entwicklungsarbeiten sind:

innovative IuK-Technologien und Kon-zepte zur Fhrung, berwachung undzum Monitoring von Energiesystemen fr liberalisierte Energiemrkte,

Algorithmen und Technologien frganzheitliches Energiemanagement frStrom, Gas und Wrme/Klte,

virtuelle Kraftwerke durch koordinierteBetriebsfhrung dezentral verteilterEinspeisungen wie z.B. Windkraft- oder Photovoltaikanlagen,

echtzeitfhige Erfassung, bertragungund Verwaltung von Massendaten zuroptimalen Einbindung fluktuierender dezentraler Einspeisungen,

Untersuchung und Entwicklung vonIuK-Technologien fr das Demand-Side-Management und fr die energiebrsli-che Anbindung von Privathaushalten,

Home-Portal-Interface zur Abrechnungund Visualisierung des Verbrauchs vonPrivathaushalten,

volldigitale Schutz- und Leittechnikinsbesondere fr dezentrale Energieer-zeugeranlagen,

Antihavarietraining fr elektrischeEnergiesysteme und

Testplattform fr leittechnische Kompo-nenten industrieller Anbieter.

die Untersuchung verschiedenster FuE-

Themen wie z.B. virtuelle Kraftwerke,

Betriebsfhrung von Insel-/Arealnetzen,

Demand-Response und Demand-Side-

Management. Im Fachgebiet Elektrische

Energieversorgung liegt der Fokus des

IuK-Energie-Labor auf energietechnischen

Themen, insbesondere zu Fragen der

Netzbetriebsfhrung und Systeminteg-

ration. Hierzu wurde ein Trainings- und

Simulationssystem fr elektrische

bertragungs- und Verteilnetze, bestehend

aus Prozessleitsystem, Echzeitnetzsimulator

(RTDS), physikalischem Netzmodell und

digitalen Schutzeinrichtungen, aufgebaut.

Weitere beteiligte Partner sind das Fraun-

hofer Institut UMSICHT Oberhausen,die

SWE Energie GmbH und das Solardorf Kett-

mannshausen. Ihre Untersttzung besteht

in der Bereitstellung von ausgewhlten

Messwerten zur aktuellen Erzeugungs- und

Bedarfssituation fr die rechnergesttzte

Simulation eines mglichst realen Versuchs-

und Testfeldes.

Aufbau

Das IuK-Energie-Labor fr intelligente Ener-

giesysteme ist am Fraunhofer AST und am

Fachgebiet Elektrische Energieversorgung

der Technischen Universitt Ilmenau

aufgebaut. Am Fraunhofer AST werden vor

allem die energiewirtschaftlichen Aufgaben

und Marktprozesse, insbesondere Fragen

zum Energiemanagement, Energiedaten-

management, Lieferantenwechselprozess

und Automated-Metering untersucht. Zu

diesem Zweck verfgt das IuK-Energie-

Labor des AST ber modernste IT-Systeme,

wie sie in kommunalen und regionalen

Energieversorgungsunternehmen in den

Bereichen Zhl- und Messwesen, Vertrieb,

Beschaffung und Netz zu finden sind.

Sie stellen Funktionen zur automatischen

Datenerfassung, zum Fernwirken und

Fernsteuern sowie zur Vorhersage und

Optimierung bereit und ermglichen

Energiesysteme_Machbarkeitsstudie-Intelligentes-Netz-Ritten.pdf


SAISONALE ENERGIEAUTARKIE MIT ERNEUERBAREN ENERGIEN: MACHBARKEITSSTUDIE RITTEN

Herausforderung

In Regionen mit einem besonders hohen

Anteil an erneuerbaren Energien stoen die

Verteilnetze bereits heute teilweise an die

Grenzen ihrer Belastbarkeit. Gerade die Ein-

speisung aus einer Vielzahl von dezentralen

Photovoltaikanlagen kann ohne intelligente

Fhrung des Verteilnetzes schon heute zu

starken Netzbelastungen und Teilabschal-

tungen fhren. Auf der anderen Seite kann

eine Vielzahl von dezentraler Erzeugung

auch die Mglichkeit erffnen, Inselnetze

zu betreiben. Intelligente Automatisierungs-

und Regelungstechnologien in Verbindung

mit der Netzleit-, Schutz- und Fernwirktech-

nik kann diese beiden Probleme praktisch

gemeinsam lsen. Im Netzparallelbetrieb

knnen kritische Netzzustnde behoben

werden, bei einem Black Out kann das Netz

als Inselnetz betrieben werden. Allerdings

sind Inselnetze komplexe Systeme, die eine

exakte Analyse von Erzeugung, Verbrauch

sowie der Netzinfrastruktur einschlielich

der Sekundrtechnik erfordern.

Beispielhaft fr diese Herausforderungen

ist die Netzregion Ritten in der Nhe von

Bozen in Sdtirol mit Ihren ca. 2.500

Einwohnern und einer stattlichen Anzahl an

Gewerbe und Industrieunternehmen.

Die Machbarkeitsstudie

Im Auftrag der Etschwerke Netz AG - dem

grten Regionalversorger in Sdtirol,

erstellte das Fraunhofer AST gemeinsam

mit der Sprecher Automation Deutschland

GmbH die Machbarkeitsstudie fr das

Inselnetz Ritten. Inhalt dieser Machbarkeits-

studie war die Prfung der Mglichkeit,

das bestehende Mittel- und Niederspan-

nungsnetz im Netzgebiet Ritten mit 20

Ortsnetzstationen im Fall eines Black- Outs

als autarke Insel betreiben zu knnen.

Institutsteil Angewandte System-

technik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Abteilung Energie


Telefon +49 3677 461-102

[email protected]


1

1

Wissenschaftliche Analyse

Fraunhofer AST

Modellierung und Simulation der Inselnetzstruktur mit PowerFactory

Analyse und Bilanzierung der Energie- daten mit EMS-EDM PROPHET

Stationre Leistungsfluss- und Kurzschlusssimulation

Stationre Leistungsuntersuchungen Untersuchung Spannungsband im

Mittelspannungsnetz

Datenaufbereitung und Plausibilittsun-tersuchungen

Planung der Messreihen fr die hochauf-lsenden Messungen

Blindleistungsbetrachtung

Technische Untersuchungen

SPRECHER AUTOMATION GmbH

Fernwirkkonzept (incl. Wiederaufbau nach Black Out)

Erstellung des Reglerkonzeptes incl. Bercksichtigung der Photovoltaik

Erstellung des Schutzkonzeptes (Netz- und Maschinenschutz)

Erstellung eines Automatisierungskon-zeptes

Schaltkonzept bei Schwarzstart des Netzes

Konzept zur Synchronisation aus Insel zu Netzparallelbetrieb

Kommunikationskonzept zur Regelung und Stabilittssicherung im Inselbetrieb

Kommunikationskonzept als Rckgrad des Inselnetzbetriebes

Integration in die Netzleitstelle der Etschwerke Netz AG

Ergebnisse der

Machbarkeitsstudie

In den Sommermonaten und der bergangszeit ist ein Inselnetzbetrieb der gesamten Region Ritten technisch realisierbar

Tragende Sule fr die Stabilitt und Frequenz des Inselnetzes sind Biomasse-Kraftwerke sowie ein stationres Notstromaggregat

In Verknpfung mit Energiespeichern kann Photovoltaik zustzlich einen Beitrag zur Netzstabilitt leisten

Die Realisierung des Inselnetzes mit optionalem Netzparallelbetrieb hat berregionalen Leuchtturmcharakter fr die Netzintegration von Erneuerbaren Energien in einer lndlichen Region

In Ritten knnen zahlreiche Technolo-gien eines intelligenten Stromnetzes (Smart Grid) praktisch erprobt und umgesetzt werden

Projektkonsortium

Fraunhofer-Anwendungszentrum Systemtechnik AST

Sprecher Automation Deutschland GmbH

Auftraggeber

Etschwerke Netz AG, Azienda Energetica Reti S.p.A.

2

1 Lastgang einer PV-Anlage

im Sommer

Energiesysteme_OROP.pdf


SMARTE SOFTWARELSUNGEN FR VERTEILERNETZE UND SMART GRID: OPEN RESEARCH AND OPERATION PROTOTYPE (OROP)

Herausforderung

Der Groteil des insgesamt 1,78 Millionen

Kilometer langen Stromnetzes in Deutsch-

land besteht aus Nieder- und Mittelspan-

nungsnetzen. Diesen klassischen Verteiler-

netzen kommt im Zuge der Energiewende

eine besondere Bedeutung zu: An Ihnen

sind nicht nur der grte Teil der Wind- und

Photovoltaikkraftanlagen und damit weit

ber 1 Millionen Stromerzeugungsanlagen

angeschlossen, sondern auch neue Anstze

und Entwicklungen wie Elektromobilitt,

erweiterte Betriebsfhrungsaufgaben,

Smart Metering, Wrmepumpen, BHKWs

und Demand-Side-Management werden

grtenteils in den Verteilernetzen umge-

setzt. Fr die Anforderungen sind neuartige

Planungs- und Betriebsfhrungs- sowie

Trainingslsungen notwendig.

Lsung

Mit der Forschungsplattform OROP (Open

Research and Operation Prototype) wird ein

Funktionsmuster gezeigt, das innovative

Anstze der Planung und des Netzbetriebs

fr Verteilernetzbetreiber ermglicht. In

einer GIS-hnlichen Umgebung knnen

Erzeuger und Lasten eines zuknftigen

Smart Grids modelliert und analysiert

werden. Darber hinaus sind auch Zeitrei-

hensimulationen mglich, mit denen Be-

triebsfhrungsstrategien berprft werden

knnen. OROP wird in Forschungsprojekten

im Bereich E-Mobility eingesetzt und

erprobt lokales und ffentliches Last- und

Lademanagement.


Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Ansprechpartner






1

1 Screenshot OROP

1 2

Features

GIS-basierter Entwurf von Verteilernetzen

Symmetrische und asymmetrische Netzberechnungen

Kapazittsabschtzungen fr Verteilernetze

Netzbelastungsanalyse GUI fr OpenDSS

Anwendungsfelder

FuE-Plattform fr Smart-Grid-Anwendungen

FuE-Plattform fr GIS-basierte Infrastrukturanalysen

Kapazittsanalysen fr dezentrale Anlagen (PV, Wind, BHKW, Energiespeicher)

Analyse des Einsatzes von regelbaren Ortsnetztransformatoren (RONT)

Analyse von lokalen und ffentlichen Last- und Lademanagementtechnologien

Monte-Carlo-Simulation sich verndern-der Versorgungsaufgaben

Ausblick

Ankopplung an EMS-EDM PROPHET Statistische Analysen dynamischer

und statischer Daten

Untersttzung von CIM (Common Information Model)

Ankopplung an SCADA-Systeme Parallelisierung der Netzberechnungen Trainingsplattform zur Aus- und Weiter-

bildung fr Verteilernetzbetreiber

2 GUI OROP

2

Energiesysteme_OROP_MCS.pdf


METHODIK ZUR EVALUIERUNG ASYMMETRISCHER LASTEN UND EINSPEISER ZUR ANWENDUNG IN DER NETZPLANUNG

Lsungsansatz

Monte-Carlo-Simulation mit OROP

Lasten und Einspeiser knnen nach den

technischen Anschlussbedingungen der

Verteilernetzbetreiber bis zu 4,6kVA/230V,20A

einphasig angeschlossen werden. Nach den

gngigen Normen und Vorgehensmodellen

der Netzbetreiber ist ein Anschlussbegehren

zulssig, wenn am Anschlusspunkt die

Asymmetrie (Gegensystem /Mitsystem)

nicht 2% berschreitet und gesichert

ist, dass die am Anschlusspunkt rea-

lisierten Spannungen das Niveau von

90% der Nennspannung weder unter-

schreiten noch 110% berschreiten.

Die Beurteilung der Anschlussmglichkeiten

von Elektrofahrzeugen, Wrmepumpen

und Klimaanlagen sowie dezentralen

Einspeisern, wie z.B. BHKW, Photovoltaik-

anlagen, etc. in Verteilernetzen wird nach

Stand der Technik durch Anwendung der

symmetrischen Leistungsflussberechnung

durchgefhrt. Gerade in Niederspannungs-

netzen wird die verfgbare Netzkapazitt

durch diese Vereinfachung falsch beur-

teilt und es mssen Reservekapazitten

eingeplant werden. Ein Abschtzen der

Netzkapazitt wird zustzlich durch

Unsicherheiten erschwert, welche die

Lokalitt des Anschlusses solcher Anlagen

im Netz sowie die Phasenwahl betreffen.

In OROP wird eine asymmetrische Leis-

tungsflussberechnung verwendet, welche

ein exakteres Modell der tatschlichen

Vorgnge eines elektrischen Netzes liefert.

Die Monte Carlo Simulation verwendet

zudem einen probabilistischen Ansatz,

welcher diese Unsicherheiten kompensiert

und es ermglicht eine statistische Repr-

sentation der Anschlusskapazitt eines

Verteilernetzes unter Verwendung eines

vertretbaren Rechenaufwands zu erstellen.


Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Ansprechpartner






1

1 2

Features

GIS-basierter Entwurf von Verteiler-netzen im Kernsystem OROP

Symmetrische und asymmetrischeNetzberechnungen mit OpenDSS

Kapazittsabschtzungen frVerteilernetze fr symmetrische undunsymmetrische Lasten/Einspeiser

Ermittlung von Fingerprintsunterschiedlicher Netze

Anwendungsfelder

FuE-Plattform fr Smart-Grid Planung FuE-Plattform fr GIS-basierte

Infrastrukturanalysen

Kapazittsanalysen fr dezent-rale Anlagen (PV, Wind, BHKW,Energie- und Leistungsspeicher)

Analyse des Einsatzes von Netzrege-lungen (z.B. lokales Lastmanagement,RONT, U-Q-Regelung etc. pp.)

Ausblick

Bercksichtigung U-Q-Regelungdezentraler Anlagen

Bercksichtigung cosphi(P) Regelungdezentraler Anlagen

Integration RegelbarerOrtsnetztransformatoren

Integration phasen- und strangselektiverRegler

Nachbildung von Vorgehensmodellenzum Netzausbau

2 Modellierungs-, Konfigurations- und

Auswertungsoberflche in OROP

2

Energiesysteme_SuperGrid.pdf


ZUKUNFTSPROJEKT SuperGridDIE STROMAUTOBAHN DER ZUKUNFT

Herausforderung

Mit ber 80 GW installierter Wind-

kraftleistung und fast 30 GWp installierter

Photovoltaik-Kapazitt ist Europa weltweit

fhrend beim Ausbau der erneuerbaren

Energien. Die damit verbundene,

zunehmend volatile Stromerzeugung stellt

nicht zuletzt das herkmmliche 380kV-

bertragungsnetz vor erhebliche Heraus-

forderungen. Als technologische Ergnzung

bietet sich hier die Entwicklung eines eu-

ropischen Overlay-Netzes auf Basis von

Hochspannungs-Gleichstrom-bertragung

(HG) an, mit dem der erneuerbare Strom

wesentlich effizienter ber groe Distanzen

verteilt und Schwankungen besser

ausgeglichen werden knnen. Gleichzeitig

ist eine solche Netzstruktur auch Grundlage

zur Umsetzung visionrer Ideen wie z.B. des

DESERTEC-Konzepts, mit der in Zukunft

Solarstrom aus Nordafrika nach Europa

geliefert werden knnte.

Fraunhofer-Zukunftsprojekt SuperGrid

HG ist besonders fr lange Transportwege

und groe Energiemengen geeignet. Mit

einer einzigen Leitung knnen bis zu 5000

MW bertragen werden - das entspricht

der Leistung von drei bis fnf Atomkraft-

werken. Bisher existieren weltweit jedoch

nur wenige Leitungen, die in der Regel als

Punkt-zu-Punkt-Verbindung umgesetzt

sind. Im Zukunftsprojekt SuperGrid un-

tersuchen Wissenschaftler des Fraunhofer

AST nun Anstze fr die Betriebsfhrung

und den Netzschutz eines vermaschten

HG-Transportnetzes. Dabei sollen unter-

schiedliche Kraftwerkstechnologien wie z.B.

auch Solarkraftwerke (CSP) bercksichtigt

werden, wie sie etwa im Rahmen des

DESERTEC-Konzepts zur langfristigen

Stromversorgung auf Basis erneuerbarer

Energien angedacht sind.


Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau, Germany

Ansprechpartner:




1

1 Mit integriertem Salzspeicher er-

reichen CSP-Kraftwerke deutlich mehr

Volllaststunden als Photovoltaik

Quelle: World Bank Photo Collection

(CC BY-NC-ND 2.0)

1 2

Technische Umsetzung & Lsung

Analyse der IST-Situation des europischen und nordafrikanischen bertragungsnetzes (ENTSO-E)

Untersuchung des Ausbaupotentials auf Basis vermaschter DC-Netze

Untersuchung mglicher Strategien zur Betriebsfhrung, Netzschutz und Netzstabilitt

Prototypische Umsetzung fr Netzschutz und Betriebsfhrung

Konzeption von Simulationsmodellen der bertragungsnetze MENA/ENTSO-E

Analyse von Wechselwirkungen zwi-schen HVAC- und HVDC-Netzen

Betriebsfhrung und Netzschutz von vermaschten HVDC-Anlagen

Prototypische Softwarekomponenten fr sptere kommerzielle Nutzung

Projektleitung

Fraunhofer-Institut fr Solare Energiesys-teme ISE

Projektpartner


Fraunhofer-Institut fr Integrierte Syste-me und Bauelementetechnologie IISB

Fraunhofer-Institut fr Werkstoff-mechanik IWM

3 Europisches AC-Verbundnetz

2

2 Nordafrika bietet ein riesiges Potential

fr CSP-Kraftwerke. Bildquelle:

Guilherme Jfili, CC BY 2.0

3

Energiesysteme_eTelligence.pdf


ETELLIGENCE: LEUCHTTURM- PROJEKT IM RAHMEN VONE-ENERGY

Die Herausforderung

Die sichere und ausreichende Versorgung

mit elektrischer Energie, basierend auf

deren umweltvertrglicher Erzeugung, ist

eines der wichtigsten globalen Themen der

Gegenwart und Zukunft. Vor dem Hinter-

grund einer notwendigen Reduktion der

CO2-Emissionen und der begrenzten fossi-

len Energieressourcen wird der Energiemix

der nheren Zukunft zu einem beachtlichen

Teil aus erneuerbaren Energien

bestehen. Der wachsende Anteil der Strom-

erzeugung aus erneuerbaren Energien stellt

das heutige Versorgungssystem jedoch vor

neue Herausforderungen. Die bestehenden

Versorgungsstrukturen gehen typischerwei-

se von einer zentralen Energieerzeugung in

groen Kraftwerksblcken und von

Lastflssen in Richtung der Endkunden

und deren bekanntem Verbrauchsverhalten

aus. Demgegenber sind die erneuerbaren

Energien dezentral und im Fall der

Windenergie und Photovoltaik nur fluktuie-

rend verfgbar. Neben der beeintrchtigten

Planbarkeit der Erzeugung fhrt dies in

der Regel auch zu einem zustzlichen

temporren Ungleichgewicht

zwischen Erzeugung und Verbrauch. Die

Kompensation erfordert die Bereitstellung

von zustzlicher Regelenergie in Form von

vorzuhaltender Kraftwerksleistung. Des

Weiteren erfolgt die Einspeisung der

erneuerbaren Energie zu einem erheblichen

Teil in der Verteilernetzebene, so dass es

hierdurch zu einer Umkehr der Leistungs-

flsse von der Verteiler- in die bertra-

gungsnetzebene kommen kann. Die derzeit

verfgbaren elektrischen Netze haben i. d.

R. diesen Sachverhalt bei der Auslegung

ihrer Betriebsmittel nicht bercksichtigt

und stoen heutzutage an ihre Grenzen.


Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Ansprechpartner


Telefon +49 3677 461-102

[email protected]


Telefon +49 3677 461-112

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gefrdert vom:

1 2

Aufgaben und Ergebnisse

Im eTelligence-Projekt wird gezeigt, dass die

Informations- und Kommunikationstechno-

logien in Kombination mit den vorhande-

nen Strukturen der Energiewirtschaft eine

Optimierung der Versorgungssituation er-

mglichen. Dabei spielen umweltpolitische,

Versorgungssicherheits- und Effizienzziele

fr das Projekt eine groe Rolle. Das Projekt

eTelligence schafft die Grundlagen und

die Komponenten fr ein zukunftsfhiges

regionales Energieversorgungssystem.

Hierzu werden ein regionaler Marktplatz,

neue Tarif- und Anreizprogramme,

Steuerungsalgorithmen fr dezentrale

Erzeugeranlagen und virtuelle Kraftwerke

sowie innovative Betriebsfhrungskonzepte

fr das Verteilnetz entwickelt. Notwendig

hierfr ist eine standardisierte Infrastruktur

fr Geschfts- und Betriebsfhrungs-

prozesse. Das Projekt demonstriert die

Funktionsfhigkeit und die Effektivitt

des Lsungsansatzes in der Modellregion

Cuxhaven, die ber eine gut geeignete

Netztopologie verfgt sowie ber eine

Vielzahl von dezentralen Erzeugern und

Groverbrauchern. Darber hinaus bietet

sie als berregional

bedeutendes touristisches Ziel mit ber

drei Mio. bernachtungen pro Jahr

eine hervorragende Plattform fr die

breitenwirksame Prsentation der EEnergy-

Wettbewerbsideen, des Projekts eTelligence

und seiner Ergebnisse.

Dem Fraunhofer AST fllt die Leitung des

Teilprojekts Intelligente Verteilnetze,

welches unter anderem die Erfassung und

Weitere Ergebnisse im Bereich der Netzbe-

triebsfhrung sind:

Konzepte zur Optimierung und Betriebs-fhrung von Verteilernetzen auf Basis von vermarktbaren Netzsystemdienstleis-tungsprodukten,

Technische Lsung fr die Spannungs-Blindleistungsoptimierung mit virtuellen

und konventionellen Kraftwerken,

Technische Lsung fr die Wirkleistungs- Blindleistungsoptimierung mit virtuellen

und konventionellen Kraftwerken,

Technische Algorithmen sowie ggf. Lsungen fr adaptive Netzschutzpara-metrierung und

Neue Verfahren zur Berechnung der Netznutzungsgebhr.

Modellierung des Verteilernetzes der Stadt

Cuxhaven umfasst, zu. Die Herausforde-

rung fr die Netzbetriebsfhrung besteht in

der optimalen Einbindung von dezentralen

Erzeugern und der Generierung von

vermarktbaren Netzsystemdienstleistungs-

produkten wie z.B. der Bereitstellung

von Blindleistungsprodukten, um trotz

Liberalisierung und den damit verbundenen

diskriminierungsfreien Marktstrukturen eine

optimale konomische und kologische

Systemfhrung des Energiegesamtsystems

zu realisieren. Hierzu werden die beste-

henden Freiheitsgrade in der Steuerung

dezentraler Einspeisungen mittels eines

durchgngigen Lastmanagements fr eine

aktive Betriebsfhrung unter Bercksichti-

gung einer optimalen Verteilnetznutzung

verwendet.

Auftraggeber und Partner

BMWi und BMU EWE AG Fraunhofer-Allianz Energie BTC AG OFFIS e.V. ko-Institut energy & meteo systems GmbH

Energiesysteme_gesteuertes Laden 3.0.pdf


GESTEUERTES LADEN V3.0: NETZINTEGRATION VON ELEKTRO-MOBILITT

Ausgangslage

2020 sollen eine Million Elektrofahrzeuge auf

Deutschlands Straen unterwegs sein, so das

Ziel der Bundesregierung. Um dieses Vorhaben

zu realisieren ist es von entscheidender Be-

deutung, nicht nur die Technologie, sondern

auch die Infrastruktur inklusive Ladestationen

weiter voran zu treiben.

Hierzu mssen vor allem die Voraussetzungen

fr eine positive Kaufentscheidung geschaffen

werden, z.B. ein marktgerechter Preis, Attrak-

tivitt der Fahrzeuge und Spass am Fahren,

problemloses und unkompliziertes Laden und

es drfen dem zuknftigen Kunden auch keine

Nachteile durch die Nutzung der Fahrzeuge

entstehen. Hierfr mssen unter anderem er-

folgskritische Faktoren, wie z.B. umstndliche

Ladevorgnge und Reichweitenbegrenzung

technisch gelst werden.

Ziele

Ziel des Forschungsprojekts Gesteuertes

Laden V3.0 ist es, im Bereich der Dienst-

leistungen eine neuartige Energie-Lsung

fr Elektro-Fahrzeugbetreiber zu entwickeln,

welches ein intelligentes Energiemanagement,

das zeitliche Schwankungen der Verfgbarkeit

von regenerativen Energien und die struktu-

rellen Randbedingungen mit einbezieht.

Das Forschungsziel des Fraunhofer AST in die-

sem Projekt ist es, anhand einzelner Szenarien

die anfallenden Kosten unter dem Gesichts-

punkt des konomischen und kologischen

Nutzens fr Partner und Kunden zu bewerten

und zu evaluieren. Aus den gewonnenen

Ergebnissen sollen betriebswirtschaftliche

und politische Handlungsempfehlungen und

Manahmen formuliert werden.

1 Niederspannungsnetz


Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50


Abteilung Energie:



Dipl.-Ing. Falk Schaller



1

gefrdert durch:

Umsetzung

Das Ladekonzept welches im Rahmen des

Projektes MINI E Berlin powered by Vattenfall

V1.0 und Gesteuertes Laden V2.0 entwi-

ckelt wurde, dient dem Forschungsprojekt

Gesteuertes Laden V3.0 als Grundlage und

wird in diesem Vorhaben weiterentwickelt.

Gleichzeitig wird es durch die Erfahrungen,

die das Fraunhofer AST in Forschungsprojekten

wie eTelligence und Systemforschung Elektro-

Mobilitt (FSEM) gesammelt hat, ergnzt.

Bisher ist der Ladevorgang nur ber eine

Planungsfunktion vorgesehen. In der Theorie

wird bei der Berechnung der max. Ladeleistung

eine Schtzung ber die Lastentwicklung

am Hausanschluss abgegeben. Hierbei wird

ermittelt, wie die zulssige Ladeleistung

eines Fahrzeugs unter Bercksichtigung der

zuknftigen Netzbelastung ausfallen kann.

Ein kritischer Punkt ist die Prognostizierbarkeit

der Last und Einspeisung. Dieser Aspekt

wurde bisher nur ungengend bercksichtigt.

Daraus leitet sich die Notwendigkeit eines

Regelungsansatzes ab, der den Planungsansatz

untersttzt.

Projektpartner

VDI/VDE Innovation und Technik GmbH (Projekttrger)

Bayrische Motoren Werke AG (Verbundkoordination)

Fraunhofer-Institutsteil Agewandte Systemtechnik IOSB-AST

EWE AG Technische Universitt Ilmenau Technische Universitt Chemnitz Clean Energy Sourcing GmbH Vattenfall Europe Innovation GmbH

2 bergabe der Fahrzeuge in Berlin

Energietechnik_FP-Intelligente-Energiesysteme-QR.pdf


FORSCHUNGSPLATTFORMINTELLIGENTE ENERGIESYSTEME

Die Herausforderung

Der immer grer werdende Anteil

fluktuierender Einspeisung aus Wind- oder

Sonnenenergie stellt insbesondere die

Stromnetzbetreiber vor groe Herausforde-

rungen und fhrt zum Teil schon heute zu

regionalen Netzengpssen. Um langfristig

eine ausreichende Versorgungssicherheit

trotz des weiter steigenden Anteils der

erneuerbaren Energien gewhrleisten zu

knnen, sind intelligente Energiesysteme,

so genannte Smart Grids, notwendig.

Sie verknpfen die einzelnen Elemente wie

Erzeugung, Verbrauch und in Zukunft

auch Energiespeicher ber leittechnische

Systeme und ermglichen somit ein

optimales, ganzheitliches Zusammenspiel.

Mit der Forschungsplattform Intelligente

Energiesysteme verfgt das Fraunhofer

AST ber ein reales Smart Grid, mit

dem unterschiedliche Szenarien, wie

beispielsweise aktive Lastverschiebungen

ber Energiespeicher und der autonome

Inselbetrieb, aber auch die Auswirkungen

von E-Mobilitt auf die Versorgungsnetze,

untersucht werden knnen.


Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Ansprechpartner






1

1 Elektromobilitt

2 Wetterstation

3 Redox-Flow-Batterie

4 Nachgefhrte PV-Anlagen

2 3 4

1 2

Forschungsschwerpunkte

Die Forschungsplattform Intelligente Ener-

giesysteme stellt die Infrastruktur fr eine

Vielzahl an FuE-Vorhaben bereit. Sie setzt

sich aus dem IuK-Energie-Labor und dem

2009 errichteten Energiepark zusammen

und ist Grundlage fr die Entwicklung

zuknftiger IT-Lsungen fr bertragungs-

und Verteilnetzbetreiber, insbesondere

von Energiemanagementsystemen sowie

Vorhersage- und Optimierungswerk-

zeugen. Auch fr zahlreiche Forschungs-

projekte wie z.B. eTelligence, RESIDENS

oder der Fraunhofer Systemforschung Elek-

tromobilitt kann die Forschungsplattform

Intelligente Energiesysteme Anwendung

finden. Sie besteht erzeugerseitig aus

mehreren dezentralen Komponenten. Dazu

gehren eine Kleinwindkraftanlage (20

kW) sowie nachgefhrte und stationre

PV-Systeme (18 kWp). Zustzlich verfgt

die Forschungsplattform ber zwei

verschiedene Energiespeichersysteme, eine

Redox-Flow-Batterie mit einer

Ausstattung und Leistungsmerkmale

Kleinwindkraftanlage 20 kW Photovoltaik, nachgefhrt: 10 kWp Photovoltaik, stationr: 8 kWp Erdwrmepumpe: 10 kWth Vanadium-Redox-Flow-Batterie mit

100 kWh Speicherkapazitt

Zwei Schwungmassespeicher mit jeweils 10 bzw. 15 kW Nennleistung

Zwei Elektrofahrzeuge (Batterie mit einer Kapazitt von jeweils 8,2 kWh)

Flexible, programmierbare AC-Last Volldigitalisiertes Leitsystem Wetterstation Steuerbare Verbraucher: Waschma-

schine, Geschirrspler, Gefrierschrank, Trockner

Wahlweise netzgekoppelter Betrieb und Inselbetrieb mglich

Leittechnische Anbindung an das IuK-Energie-Labor

Kapazitt von 100 kWh zur mittelfristigen

Speicherung elektrischer Energie und zur

Kurzfristspeicherung zwei Schwungmas-

sespeicher mit insgesamt 25 kW Nennleis-

tung. Ergnzt wird die Forschungsplatt-

form Intelligente Energiesysteme durch

zwei Elektrofahrzeuge, intelligente Weie

Ware und eine Erdwrmepumpe mit 10

kW thermischer Leistung. Alle Kompo-

nenten sind auf Ieittechnischer Ebene mit

dem IuK-Energie-Labor vernetzt, welches

wiederrum Funktionen zur automatischen

Datenerfassung bereitstellt. Damit kann

an zuknftigen energiewirtschaftlichen

Aufgaben und Marktprozessen wie z.B.

Vorhersage und Optimierung, Bilanz-

kreismanagement, virtuelle Kraftwerke,

Automated Metering und Demand

Side Management geforscht werden. Des

Weiteren kommen Phasenmessgerte

(PMUs) zum Einsatz, die eine berwachung

des Netzzustandes ermglichen und mit

ihren hochauflsenden Messungen Rck-

schlsse auf die Lastflsse im Verteilnetz

zulassen.

1 Herzstck der Anlage ist die

100 kWh-Redox-Flow-Batterie

2 Je nach aktueller Stromerzeu-

gung lassen sich in der Forschungs-

plattform Verbraucher intelligent

zu- bzw. abschalten

3 Erzeuger, Verbraucher und

Speicher sind ber ein volldigita-

lisiertes Leitsystem miteinander

vernetzt

1

2 3

Energietechnik_Innovationsstudie-Pellworm.pdf


ENERGIESYSTEME DER ZUKUNFT: INNOVATIONSSTUDIEPELLWORM

Ausgangslage

Schon heute steht die Nordseeinsel

Pellworm fr den mglichen Energiemix

der Zukunft: Whrend die vor Ort vorhan-

denen dezentralen Anlagen jhrlich ber

22 Millionen kWh Strom erzeugen, werden

von den knapp 1200 Inselbewohnern

nur 7 Millionen kWh verbraucht. Auf

der Nordseeinsel engagiert man sich

bereits seit Jahrzehnten fr Erneuerbare

Energien: Schon 1983 entstand hier das

Hybridkraftwerk Pellworm, damals eines

der grten seiner Art in Europa. Trotz der

Vielzahl an dezentralen Energieerzeugern

ist weiterhin eine Stromverbindung zum

Festland notwendig, um zum einen lokale

berschsse abzufhren, aber auch um

in bestimmten Zeiten Energie vom

Festland zu importieren.

Die Innovationsstudie

Ziel der Innovationsstudie Pellworm war es,

das Potential zur Umsetzung eines Smart

Grid auf Pellworm zu identifizieren.

Dafr wurde nicht nur die technische

Ausgangssituation (Strombedarf und

-erzeugung, Randbedingungen, Ener-

giespeicheroptionen) analysiert, sondern

auch die Akzeptanz der Brger und die am

Markt verfgbaren Technologiekomponen-

ten hinterfragt. Ergebnis: Zusammen mit

einem zentralen Energiespeicher und einem

flexibleren Lastmanagement kann der

Energiebezug vom Festland um bis zu 90

Prozent reduziert werden. Die Innovations-

studie wurde zusammen mit der

E.ON Hanse AG, der Schleswig-Holstein

Netz AG, der Fachhochschule Westkste,

dem Kompetenzzentrum Windenergie

(CEwind) und dem Fraunhofer AST ange-

fertigt und durch die Innovationsstiftung

Schleswig-Holstein gefrdert.


Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Ansprechpartner






1 Hybridkraftwerk Pellworm

1

1 2

Ergebnisse

Pellworm erzeugt mit einer installierten Leistung von rund 9 MW (Wind, Photovoltaik, Biomasse) pro Jahr fast die dreifache Menge an Strom, die im selben Zeitraum von den lokalen Verbrauchern bentigt wird.

Der hohe Anteil an Elektroheizungen, der rund 10 Prozent des Jahresstrom-bedarfs von Pellworm entspricht, ist fr den Einsatz als flexible Last (DSM, Demand Side Management) geeignet.

ber 75 Prozent der Bevlkerung steht Erneuerbaren Energien und dem Ausbau des Stromnetzes aufgeschlossen gegenber.

Durch die Kombination von flexiblen Lasten und einem Energiespeicher kann der Energiebezug vom Festland um bis zu 90 Prozent reduziert werden.

Fr die Realisierung eines Smart Grid ist ein Ausbau der Infrastrukur (IuK-Technologie in Haushalten, Automatisierungstechnologie fr ber 50 Ortsnetzstationen) notwendig.

Durch die Realisierung eines Smart Grid knnen die Netzstruktur auf Pellworm sowie die vorgelagerten Netze entlastet werden.

Empfehlungen

In einem ersten Schritt wird die Errichtung eines Kern-Smart-Grid empfohlen, der die IuK-Technologie, einen Energiespeicher moderater Gre, das Hybridkraftwerk und die Integration der Elektrospeicherheizungen fr ein Lastmanagement umfasst.

Die Spezifikation und Umsetzung des Kern-Smart-Grid sollte in enger Absprache mit System- und Komponen-tenlieferanten durchgefhrt werden, da Standardisierungen, Normungen und letzlich auch die praktischen Erfahrungen fr ein reales Smart Grid nur begrenzt vorliegen.

Die schrittweise Umsetzung erhht auch die Investitionssicherheit, da gewonnene Erfahrungen und zuknftige Entwicklungen (z.B. Standardisierungen) bercksichtigt werden knnen.

Spter kann das Kern-Smart-Grid um weitere steuerbare Erzeuger, Speicher und Lasten zu einem Voll-Smart-Grid erweitert werden.

Pellworm bietet mit seiner Erzeugungs-struktur und den in der Studie gewon-nenen Erkenntnissen eine geeignete Plattform, zentrale Fragestellungen fr die zuknftige Energieversorgung zu beantworten.

Projektfrderung

Projektpartner

2 Ablaufdiagramm zur Umsetzung

eines Voll-Smart-Grid auf Pellworm

2

Energietechnik_Smart_Region_Pellworm.pdf


INTELLIGENTES VERTEILNETZ & ENERGIESPEICHER: SMART REGION PELLWORM

Ausgangslage

In den Voruntersuchungen der Innovations-

studie Pellworm wurden die Potentiale und

Mglichkeiten zum Aufbau eines Smart Grid

auf der Nordseeinsel ermittelt. Pellworm ist

auf Grund des sehr hohen Anteils an Erneu-

erbaren Energien fr ein derartiges Projekt

prdestiniert.

Betrachtet wurden sowohl die aktuellen

Erzeugungs- und Bedarfsmengen an

elektrischer Energie, die technische Aus-

gangsituation bezglich der Komponenten

eines zuknftigen Smart Grids als auch die

Technologieakzeptanz der Bevlkerung.

In verschiedenen Modellierungen des Ener-

giesystems wurden mgliche Einsatzszena-

rien stationrer Energiespeicher in Kombi-

nation mit flexiblen Lasten voruntersucht.

Zielfunktion der Einsatzszenarien war u.a.

die Minimierung des Bezuges von Energie

vom Festland.

Ziele

Das Projekt Smart Region Pellworm bein-

haltet den Aufbau und Betrieb eines hybri-

den Speichersystems als zentrales Element

eines Smart Grids. Neben zwei stationren

Speichern unterschiedlicher Technologien

(Li-Ionen-Batterie, Redox-Flow-Batterie),

wird der hybride Ansatz ergnzt durch

unidirektionale Speichersysteme wie z.B.

Elektro-Speicherheizungen, Wrmpumpen

oder einer auf der Insel vorhandenen Bio-

gasanlage.

Im Rahmen des Projektes werden umfas-

sende Analysen derzeitiger und zuknftiger

Geschftsmodelle hybrider Speichersysteme

durchgefhrt.

Die Erfahrungen bei der Umsetzung und dem

Betrieb sollen, ebenso wie die Untersuchun-

gen der Geschftsmodelle, in die Analyse

der bertragbarkeit des Pellworm-Ansatzes

auf andere Netzregionen einflieen.

1 Hybridkraftwerk Pellworm


Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Abteilung Energie


Telefon +49 3677 461-112

[email protected]


1

Umsetzung

Die Aufgaben des Fraunhofer AST umfassen

Entwurf und Umsetzung der Betriebsfh-

rung des hybriden Speichersystems fr

verschiedene Anwendungsflle. Basierend

auf einer umfangreichen Analyse der

Messdaten des Energiesystems erfolgt die

Modellierung aller relevanten elektrischen

und thermischen Komponenten und die

Einbindung in die Optimierungsmodelle

der Betriebsfhrungsstrategien. Auf

Basis der untersuchten Geschftsmodelle

werden die Zielfunktionen der Betriebsfh-

rungsanstze erstellt. Dabei sind sowohl

bilanzielle als auch technische Restriktionen

des Energiesystems zu bercksichtigen.

Dies umfasst u.a. die einzubeziehenden

Daten der Kunden und der Einspeisung, des

aktuellen Netzzustandes sowie exogener

Einflussgren, wie z.B. Wetterdaten oder

Sondersituationen wie u.a. Netzengpsse

oder Einspeisemanagement. Eine besondere

Herausforderung stellt hierbei die Kombi-

nation mehrerer unterschiedlicher, teilweise

gegenlufiger Zielfunktionen fr eine opti-

male Betriebsfhrung dar. Die Abbildung

der verschiedenen zeitlichen Ebenen der

Betriebsfhrung wird durch einen mehrstu-

figen Optimierungsansatz ermglicht.

Den operativen Kern der Betriebsfhrungs-

lsung bildet das Energiemanagementsys-

tem EMS-EDM PROPHET. ber die vor-

handenen Schnittstellen zu allen beteiligten

Systemen werden die relevanten Mess- und

Prognosewerte bertragen. Auf deren Basis

werden in den Optimierungsmodellen der

Betriebsfhrung die Fahrplne der aktiven

Elemente des Energiesystems ermittelt.

Auswertung

Eine grundstzliche Aussage der Funkti-

onsweise der Betriebsfhrungsstrategien

erfolgt durch Auswertung der relevanten

Kenngren des Energiesystems mit und

ohne aktiver Beeinflussung durch die

Betriebsfhrung. Besondere Beachtung bei

der Auswertung findet die Darstellung der

anteiligen Einflsse der Vorgaben durch die

Geschftsmodelle und die Anforderungen

aus der Netzbetriebsfhrung. Ein weiterer

Schwerpunkt der Auswertung wird die

detaillierte Betrachtung des Verhaltens

des Gesamtsystems in Sondersituationen,

bezglich des Netzzustandes, sein.

Projektpartner

E.ON Hanse AG (Konsortialfhrer)

Gustav Klein GmbH Fraunhofer AST und UMSICHT Fachhochschule Westkste RWTH Aachen IFHT Saft Batterien GmbH Schleswig-Holstein Netz AG

1

2 Integriertes

Energiemanagementsystem im

realen Marktumfeld

Energiewirtschaft_FENIA.pdf


FENIA - DAS KRAFTWERKS-MODELL FR DEUTSCHLAND

Herausforderung

Der rasante Ausbau der erneuerbaren

Energien - allein 2013 waren in Deutschland

Wind- und Photovoltaikanlagen mit einer

kummulierten Leistung von rund 67.000

MW installiert - sorgt im Bereich der kon-

ventionellen Stromerzeugung zu erhhten

Investitionsunsicherheiten. Ob zuknftige

Volllaststundenzeiten, Merit-Order-Preise

oder KWK-Bedarfe: Fr den Bau und Betrieb

regelbarer, nicht-fluktuierender Leistung

werden belastbare Kennzahlen bentigt, auf

deren Basis langfristige Investitionsentschei-

dungen getroffen werden knnen. Diese

Daten betreffen dabei nicht nur die konven-

tionelle Stromerzeugung, sondern durch die

Direktvermarktung auch verstrkt die Strom-

erzeugung aus erneuerbaren Energien.

FENIA

Mit dem Fundamentalmodell FENIA (Funda-

mentalmodell der Energiewirtschaft des Insti-

tutsteils Angewandte Systemtechnik) wurde

ein leistungsfhiges Tool zur Simulation der

zuknftigen Merit-Order-Preise geschaffen.

Grundlage dafr ist die Energiemanage-

mentlsung EMS-EDM PROPHET mit ihrem

State-of-the-Art Optimierungsmodul RPS.

In FENIA sind der gesamte deutsche

Kraftwerkspark blockscharf sowie die

Erzeugungskapazitten aus erneuerbaren

Energien und Pumpspeicherkraftwerken

hinterlegt. Sowohl fr die Vergangenheit

als auch fr die Zukunft knnen damit

die stundenscharfe Einsatzfolge und

Auslastung von Kraftwerkstechnologien,

Energiespeichern oder neuen Technologien

anhand der Merit-Order bestimmt werden.


Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Ansprechpartner


Telefon +49 3677 461-111

[email protected]

Dipl.-Math. Steffi Naumann

Telefon +49 3677 461-104

[email protected]


1

1 Mit FENIA kann die zuknftige

Auslastung konventioneller Strom-

erzeugung bestimmt werden. Foto:

Creative Commons Attribution-Share

Alike 2.5 Generic

1 2

Features

Blockscharfe Abbildung des gesamten deutschen Kraftwerksparks inklusive erneuerbarer Energien und Pump-speicherkraftwerke u.a. auf Basis der BNetzA-Kraftwerksliste mit einer Gesamtkapazitt von mehr als 180.000 MW

Abbildung der zuknftigen Stromerzeu-gung aus erneuerbaren Energien auf Basis des Netzentwicklungsplans Strom (NEP) 2013 fr die Jahre 2023 und 2033

Hohe Korrelation des Merit-Order-Preises aus dem Modell zum EEX Day-Ahead-Preis fr das Vergleichsjahr 2011

Stundenscharfe Auflsung Betrachtung je Bundesland mglich Bercksichtigung der Grenzkuppelkapa-

zitten und der Handelssalden mit den europischen Nachbarstaaten

Anwendungsfelder

Simulation zuknftiger Merit-Order-Preise

Erhhte Sicherheit bei Investitions-entscheidungen und zuknftigen Instandsetzungmanahmen

Bestimmung zuknftiger Volllaststunden fr konventionelle Stromerzeugung und Energiespeicher

Volkswirtschaftliche Betrachtungen des preisoptimalen Abfahrens heutiger und zuknftiger Residuallasten

2 MERIT-Order-Modell

Modelleigenschaften

Gemischt-ganzzahlige lineare Programmierung (GGLP)

Zielfunktion: Minimierung der Gesamt-systemkosten

Zeitbasis: Stunde Einfache Modellierung mittels grafischen

Topologieeditior

Anlegen und verwenden von Szenarien zur Modellvariation

Umfangreicher Mathematikfunktionen zur Berechnung individueller Aufgaben

Offenheit fr kundenspezifische Verfahren

Automation

Systemvoraussetzungen

Optimierungssystem: EMS-EDM PROPHET

Modellierungssprache: GAMS Solver: CPLEX / GUROBI

Energiewirtschaft_Fraunhofer-Systemforschung-Elektromobilitaet.pdf


SYSTEMFORSCHUNG ELEKTROMOBILITT:

NETZINTEGRATION UND ENERGIE-

WIRTSCHAFTLICHE PERSPEKTIVEN

Die Herausforderung

Ob elektrische Verteilnetze - insbesondere

innerhalb von Stdten und Gemeinden

- derzeit fr eine simultane Abnahme

von Einzelverbrauchern und zustzlicher

Elektromobilitt ausgelegt sind, ist bisher

noch nicht hinreichend erforscht. Die Leis-

tungsgrenzen dieser Netze knnten durch

die oftmals parallelen Ladevorgnge der

Elektrofahrzeuge (z.B. zur Feierabendzeit)

berschritten werden. Demzufolge mssen

die Netzbetreiber dieser Regionen zuknftig

zwischen dem Ausbau der eigenen Netze

oder einem intelligenten Lademanagement

whlen. Fr ein regelbares, lastabhngiges

Be- und Entladen der Batterie knnen dafr

zustzliche Informationen zwischen den

beteiligten Akteuren (Netzbetreiber, Hnd-

ler, Ladestationsbetreiber, Endverbraucher)

ausgetauscht werden.

Im Rahmen der Fraunhofer Systemfor-

schung Elektromobilitt FSEM werden

durch das Fraunhofer AST die Anforderun-

gen fr die Netzintegration der E-Mobilitt

analysiert, die beteiligten Marktakteure

identifiziert und relevante energiewirt-

schaftliche Aspekte der Kommunikation

untersucht. Unter dem Gesichtspunkt

der Wirtschaftlichkeit werden mgliche

Mehrwertdienste durch die Nutzung

der Fahrzeugspeicher unter Beachtung

der Anforderungen an die Infrastruktur

(Ladestationen, Abrechnungseinrichtung,

Netzausbau) bewertet.

Fraunhofer-Anwendungszentrum

Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Ansprechpartner






www.forum-elektromobilitaet.de

gefrdert vom:

1 2

Forschungsschwerpunkte

Netzintegration von E-MobilittZielstellung in diesem ersten Forschungs-

schritt ist es, eine umfassende Anforde-

rungsanalyse von Elektromobilitt an die

elektrischen Versorgungsnetze zu generie-

ren. Auf Basis modellbasierter Netzsimula-

tionen werden dabei Regelungskonzepte

fr eine intelligente Netzbetriebsfhrung

entworfen. Bercksichtigt werden dabei

auch elektrische Speicherpotentiale der

Elektrofahrzeuge und der damit mgliche

Ausgleich von Spitzenlasten im

Verteilernetz.

Energiewirtschaftliche und regulatorische Perspektiven

Auf Basis der derzeit geltenden ener-

giewirtschaftlichen Richtlinien und den

Ergebnissen der Netzanforderungen an

die E-Mobilitt werden in einem zweiten

Schritt Konzepte zur Realisierung von

Be- und Entladeszenarien aufgestellt, wie

sie beispielsweise in Abbildung 1 skizziert

sind. Dabei werden die wesentlichen

Marktakteure identifiziert und mit dem Ziel

einer optimalen Betriebsfhrung des Netzes

(z.B. die Vermeidung eines kosten- und

zeitintensiven Netzausbaus) intelligent ver-

knpft. Weitere Untersuchungen umfassen

die hierfr notwendigen Technologien

wie Smart-Metering oder Demand-Side-

Management.

Mobil mit StromIm Verbundprojekt Fraunhofer Systemfor-

schung Elektromobilitt FSEM beteiligen

sich mehr als 30 Fraunhofer-Institute.

Ziel ist die Entwicklung von Prototypen

fr Hybrid- und Elektrofahrzeuge, um den

Einstieg der deutschen Automobilindustrie

in die Elektromobilitt zu untersttzen.

Das Bundesministerium fr Bildung und

Forschung BMBF frdert dieses Vorhaben

mit insgesamt 44 Mio Euro aus den

Konjunkturprogrammen I und II.

GeschftsmodelleIn Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer

ISI und dem Fraunhofer UMSICHT wird in

einem letzten Schritt ein Referenzmodell

fr die Bewertung von Geschftsmodellen

fr verschiedene E-Mobilitts-Szenarien

entwickelt. Dieses Modell bercksichtigt

unter anderem die Anschaffungskosten,

Wartung, Ladestationen, Infrastruktur

sowie die entsprechenden Amortisations-

zeitrume und dient als Grundlage fr die

Generierung innovativer Geschftsmodelle,

beispielsweise fr Verteilnetzbetreiber, im

Rahmen der zu erwartenden Wachstums-

prognosen des E-Mobilitts-Marktes.

Mgliche IuK-Vernetzung und Rollenverteilung von Lieferanten,

Netzbetreiber und Ladestationsbetreiber

Energiewirtschaft_REGEES.pdf


REGENERATIVES ELEKTRISCHES ENERGIE-SYSTEM MIT OPTIMALER NETZINTEGRATION VON ERNEUERBAREN ENERGIEN

Herausforderung

Die ambitionierte Zielstellung der deutschen

Bundesregierung, erneuerbaren und damit

grtenteils fluktuierenden Stromerzeugern

einen Anteil von 50 Prozent an der

Stromerzeugung bis zum Jahr 2030 (2050:

80 Prozent) zu ermglichen, stellt die Netz-

betreiber vor eine groe Herausforderung.

Mit einer Bruttostromerzeugung von rund

190 TWh in 2015 wird bereits jede dritte

Kilowattstunde in Deutschland aus Wind,

Sonne, Biomasse oder Wasserkraft gewon-

nen. Allerdings: Allein fr die Abschaltung

Erneuerbarer Energien aufgrund zu stark

ausgelasteter Verteiler- und bertragungs-

netze fielen 2014 Kosten in Hhe von rund

150 Millionen EUR an. Hinzu kommen

so genannte Redispatch-Manahmen

an 8116 Stunden im Jahr - das sind

Eingriffe der bertragungsnetzbetreiber

in die Fahrplne von Kraftwerken, um

Leitungsberlastungen zu vermeiden. Die

Energiewende tritt damit schon heute in

die Phase der Systemintegration ein, in der

Netzertchtigung und -erweiterung sowie

die Hebung von Flexibilittsmanahmen

immer wichtiger werden.

Lsung

Im Forschungsprojekt REGEES (Optimale

Betriebs- und Regelungsstrategien fr das

zuverlssige elektrische Energieversor-

gungssystem Deutschlands bei vollstndiger

Integration der Einspeisung aus erneu-

erbaren Energien im Zeithorizont 2030)

unter Leitung des Fraunhofer AST soll ein

mglichst hoher Anteil an erneuerbaren

Energien optimal in das Stromversorgungs-

system eingebunden werden. Dazu werden

Lsungen fr die gekoppelte Betriebsfh-

rung zwischen Verteilernetzbetreiber und

bertragungsnetzbetreiber entwickelt

sowie eine koordinierte Markt- und Netz-

Betriebsfhrung untersucht.


Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Ansprechpartner


Telefon +49 3677 461-102

[email protected]

Sindy Schmidt B.A.

Referentin Abteilung Energie

Telefon +49 3677 461-162

[email protected]


www.regees.de

1 2

Gesamtziele des Projektes

Erschlieung der Flexibilittspotentiale von Kraftwerken fr Regelungsprozesse

Innovative Netzbetriebsfhrung unter Einbindung aller Netzebenen (horizontal-vertikale Leistungsflussoptimierung inklusive eines zuknftig mglichen Overlay-Netzes)

Netzbergreifende Nutzung aller verfgbaren Speicher-, Regel- und Flexibilittspotentiale

Beitrag erneuerbarer Energien zur Bereit-stellung von Systemdienstleistungen

Schwerpunkte

Anforderungen an den Stand-by-Kraftwerkspark

Katalog der notwendigen Vernderun-gen der regulatorischen Rahmens zur Erreichung der 100 Prozent-Integration der EE bei 50 Prozent Anteil an der Bruttostromerzeugung 2030

Optimierungs- und Simulationsmodelle fr die Markt-Netzbetriebsfhrung unter Bercksichtigung der Marktrollen und deren Verantwortlichkeiten

Katalog fr die zeitliche Bereitstellung und Verteilung der erforderlichen In-formationen zwischen den Akteuren des Marktes und des Netzes fr die Umset-zung der Markt-Netzbetriebsfhrung

Projektpartner

Fraunhofer IOSB, Institutsteil Angewand-te Systemtechnik AST (Koordination)

Fraunhofer-Institut fr Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF

Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg

Technische Universitt Ilmenau Siemens AG

REGEES ist Teil der

2

2 bersicht zu den geplanten Be-

triebsfhrungsanstzen

Energiewirtschaft_RESIDENS.pdf

I n s t I t u t s t e I l a n g e w a n d t e s y s t e m t e c h n I k a s t

RESIDENS: SmaRt-mEtERINg IN DER PRaxIS

die herausforderung

Elektronische Zhler, auch als so genannte

Smart Meter bezeichnet, werden als

technisch geeignete Lsung angesehen,

um im groen Mastab Energieeffizienz-

potenziale im Bereich von Privathaushalten

zu erschlieen. Smart Metering erlaubt

dem Endkunden dabei wesentlich

genauer als bisher, sich ber sein eigenes

Energieverbrauchsverhalten zu informieren

und ermglicht damit einen bewuteren

Umgang mit Energie. Des Weiteren knnen

mit Smart Metering flexible Tarife, beispiels-

weise lastabhngig bei monatlicher oder

vierteljhrlicher Abrechnung, eingefhrt

werden. Die mglichen Auswirkungen

auf Energieerzeuger, Dienstleister, Netzbe-

treiber und nicht zuletzt den Endkunden

sind Gegenstand des vom Thringer

Ministerium fr Bildung, Wissenschaft

und Kultur gefrderten RESIDENS-Projekts

(effizienteRe energienutzung durch

systemtechnische Integration des privaten

endabnehmers). Dabei wird ein inter-

disziplinrer Ansatz verfolgt, der sowohl

die Netzsicht als technisches System, die

energiewirtschaftlichen Beschaffungs- und

Abrechnungsprozesse als auch den

Endabnehmer als elektrischen Verbraucher

und dessen individuelle Einstellungen und

Verhaltensweisen bercksichtigt. Zentrales

Element zur Verbraucherkommunikation

ist eine interaktive Weboberflche, die

den Endabnehmer ausfhrlich ber den

aktuellen Tarif, den Gesamtverbrauch und

Verbrauchscharakteristika, etwa Vergleiche,

zum Vortag, Vormonat oder auch Vorjahr,

informiert. Angedacht ist ein Versuchsfeld

von bis zu 200 Probanden, die im Rahmen

der Projekts mit entsprechender Zhlertech-

nologie und flexiblen Tarifen im Netz der

Stadtwerke Ilmenau GmbH ausgestattet

werden.

Institutsteil angewandte systemtechnik ast

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

ansprechpartner





www.iosb-ast.fraunhofer.de www.residens-projekt.de

1 2

Zielstellungen

Entwurf und Umsetzung eines IT-Konzepts zur Einbindung von Smart-Metering in reale energiewirtschaftliche Verarbeitungs- und Datenaustauschpro-zesse

Optimale Einbindung der Smart-Meter-Daten in das Energiedatenmanagement und Bercksichtigung im Rahmen des Energiemanagements des Energiehan-dels

Systemtechnische Optimierung des Rckkopplungssystems unter Einbe-ziehung aller relevanten Akteure des liberalisierten Strommarkts insbesondere von Lieferanten und Endabnehmern

Konzeption und praktische Umsetzung von Optimierungsmodellen zur Bedarfssteuerung unter Bercksich-tigung fluktuierender Einspeisung mittels Endabnehmerbeeinflussung zur Minimierung der Regelenergie und Mehrmindermengen

Projektpartner


Fraunhofer-Institut fr Digitale Medien-technologie IDMT

Friedrich-Schiller-Universitt Jena, Institut fr Energiewirtschaftsrecht

Stadtwerke Ilmenau GmbH Technische Universitt Ilmenau

Entwicklung und praktische Erprobung eines Betriebsmanagements zur geziel-ten Motivation der Endabnehmer unter Bercksichtigung des Energiemarkts

Entwurf und Implementierung eines Regelungskonzepts zur zeitgleichen Einbindung von Windenergie zur Strom-versorgung der Endabnehmer unter Bercksichtigung des Energiemarkts

Analyse von Zuverlssigkeit und Band-breitenanforderung beim Einsatz von Smart-Metering fr die endabnehmerori-entierte Regelenergieminimierung

Weboberflche des Smart-Meter-Clienten

Energiewirtschaft_sMobiliTy.pdf


sMobiliTy: INTELLIGENTES LAST- UND LADEMANAGEMENT FR ELEKTROFAHRZEUGEAufgabenstellung

Die Grundidee hinter dem Projekt Smart

Mobility in Thringen und dessen

Teilprojekt iLLMAN,geleitet durch das

AST, ist die Entwicklung einer Cloud-

basierten System- und Serviceplattform fr

Elektromobilitt.

Die neuartige Realisierung einer IKT-

Plattformkonzeption, welche existierende

Systeme ber die Verwendung einer Cloud

miteinander verbindet, wird im Rahmen

des Vorhabens durch die beispielhafte

Entwicklung moderner Applikationen fr

den Bereich Smart Car und Smart Traffic

aufgebaut und in den Feldversuchen

sMobiliTy City Erfurt und sMobiliTy

Power Management erprobt.

Ziel

Das Ziel des Teilprojektes iLLMAN

ist die Konzeption und Umsetzung

einer Softwarelsung zur Realisierung

verschiedener Anstze der Beeinflussung

von Ladevorgngen fr Elektrofahrzeuge

und Nutzung der sMobiliTy-Cloud.

Ausgehend von dem Aspekt einer

kostengnstigen Lsung erfolgt die

Erprobung unter Verwendung der

Funkrundsteuertechnik. Die Anstze

werden mittels deterministischer

sowie probabilistischer Simulationen

untersucht und im Feldtest praktisch

erprobt. Die Basis hierfr ist die Analyse,

Bewertung und Weiterentwicklung

bestehender Marktkonzepte, Methoden

der lokalen Last- und Einspeiseprognose

sowie Techniken der Optimierung zur

Netzbetriebs- und der Bilanzkreisfhrung.


Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50


Abteilung Energie:


Telefon +49 3677 461-111

[email protected]

Dipl.-Ing. Alexander Arnoldt

Telefon +49 3677 461-183

[email protected]


martSMobili yThringen1

http://vimeo.com/75005003

Umsetzung

In Abgrenzung zum aktuellen Stand der

Wissenschaft und der bereits realisierten

Lsungen werden bei Smart Mobility

Thringen drei wesentliche neuartige

Anstze verfolgt:

Die Entwicklung einer interoperablen, herstellerunabhngigen und lsungs-offenen System- und Serviceplattform als IKT-infrastruktur zur Vernetzung und optimalen Nutzung aller fr die Elektromobilitt relevanten technischen Systeme.

Die Nutzung lokaler Verkehrsdaten zur Realisierung einer Fahrerassistenz ber ein reisezeiten- und reichweitenoptimie-rendes Navigationssystem.

Die Verwendung der verfgbaren und bereits etablierten Funkrund-steuertechnik zur Umsetzung eines EnWG-konformen gesteuerten Ladens von E-Fahrzeugen und die Ermittlung der Nutzerakzeptanz sowie der netzkriti-schen Faktoren in einem Feldversuch.

F&E-Schwerpunkte

Lokale Prognosen fr Last & Einspeisung Optimierungsmodelle zur Umsetzung

geeigneter Ladestrategien

Prototypische Umsetzung eines Last- und Lademanagements

Marktkonformer Feldversuch Simulation neue lokale Mrkte zur

Untersttzung der Netze

Untersuchungen zur Informations-redundanz fr kosteneffiziente Infrastruktur

Einfluss des Cloud-Ansatzes auf Energiewirtschaftlicher Prozess

Ausarbeitung eines Betreiberkonzeptes fr diskriminierungsfreie, zugngliche Infrastrukturen

Projektpartner

INNOMAN GmbH (Konsortialfhrer)

Bauhaus Universitt Weimar Institutsteil Angewandte Systemtechnik AST

envia Mitteldeutsche Energie AG EPSa - Elektronik & Przisionsbau

Saalfeld GmbH

HKW Elektronik GmbH IMMS GmbH Landeshauptstadt Erfurt TAf mobile GmbH ACX GmbH

2

2 Betreiberkonzept mit seinen

unterschiedlichen Akteuren

und Infrastrukturen. Diese

interagieren durch die Smart

Mobility Cloud miteinander.

1 Copyright: Ingo Daute/

Fraunhofer

Energiewirtschaft_sMobilityCOM_Wirtschaftlich_Elektromobil.pdf


sMobilityCOM - WIRTSCHAFTLICH ELEKTROMOBIL

Herausforderung

Die Branche der ambulanten Pflegedienste

eignet sich durch die hohe Zahl an

Fahrzeugen und die typischen Touren-

verlufe besonders als early adopter

fr Elektroautos. Die Unternehmen

arbeiten uerst kostensensibel, was

Herausforderung und Chance zugleich ist.

Durch den Einsatz innovativer Fahrzeuge

mit geringeren Energiekosten und einer

hheren Jahresfahrleistung wird die

Wirtschaftlichkeitsschwelle eher erreicht.

Den wirtschaftlichen und komfortablen

Einsatz von Elektrofahrzeugen hat sich das

Konsortium von sMobilityCOM zum Ziel

gesetzt.

Ziele

Im Rahmen des Projektes wird fr

elektro-mobilittsbasierte Dienstleister

ein integriertes Informations- und

Kommunikationssystem fr den Einsatz

der Fahrzeuge entwickelt. Es verknpft ein

prdiktives Flottenmanagement mit einem

prdiktiven Last- und Lademanagement.

Die Entwicklung richtet sich dabei an den

Bedrfnissen und Anforderungen von

ambulanten Pflegediensten aus, um den

Einsatz der Elektrofahrzeuge wirtschaftlich

zu gestalten. Fokus des Fraunhofer IOSB-

AST ist es, wie eine Flotte an E-Fahrzeugen

sowohl netzfreundlich als auch wirtschaft-

lich in die Niederspannungsnetze integriert

werden kann.

Fraunhofer-Institutsteil

Angewandte Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Abteilung Energie:


Telefon +49 3677 461-111

[email protected]

Dipl.-Ing. Alexander Arnoldt

Telefon +49 3677 461-183

[email protected]


www.smobility.net

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1

Optimierung fr ein prdiktives, netz-

und marktdienliches Last- und Ladema-

nagement

Der Forschungsfokus des Fraunhofer

IOSB-AST liegt auf der netz- und markt-

dienlichen Integration von E-Fahrzeugen

bzw. E-Flotten und bercksichtigt dabei

eine Vielzahl an Lsungsanstzen: Zum

einen die Ladeplanung mit Hilfe innovativer

neuer Modelle unter Bercksichtigung der

Einsatzplanung von Elektrofahrzeugen

(Mobility Ready on Demand). Zum anderen

die Reduktion der Netzanschlusskosten

innerhalb des bestehenden rechtlichen

Rahmens, welche auch eine einsatzop-

timierte Leistungssteuerung (Intelligente

Quartiere) von E-Fahrzeugen oder E-Flotten

ermglichen sollen. Weitere Aspekte sind

lokal erzeugte Erneuerbare Energien sowie

Eigenverbrauchsoptimierung. Im Rahmen

dieser Anstze werden insbesondere:

vorhandenen Verfahren zur Netzanalyse bzw. Netzkapazittsabschtzung fr die Niederspannung weiterentwickelt,

Methoden zur optimalen Betriebsfh-rung fr ein prdiktives netz- und markt-dienliches Last- und Lademanagement ausgearbeitet

sowie Flexibilitten von steuerbaren Verbrauchern ermittelt.

Ergebnisse / Feldtest

Prdiktive Restriktionsplanung Netzanalysen zur Integration heteroge-

ner EV-Flotten

Optimierung fr Last- und Objektma-nagement

Bercksichtigung von Flexibilitten Verteilte Optimierung Modellierung dezentraler Erzeu-

gungs- und Verbrauchseinrichtungen

Lokale direkte und prohabilistische Prognose

Lokale Lasten Lokale EV Lokale Einspeisung Deep Learning

Projektkonsortium

DAKO EDV-Ingenieur- und Systemhaus GmbH

envia Mitteldeutsche Energie AG Fraunhofer IOSB-AST HKW Elektronik GmbH INNOMAN GmbH (Konsortialfhrer)

Anwendungspartner

AWO AJS gGmbH Volkssolidaritt Thringen gemein-

ntzige GmbH

Lebenshilfe Erfurt Service gGmbH

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1 Technisches Konzept des Last- und

Lademanagements

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PERFEKTE HOHE ZEITREIHENANALYSE - … · ZEITREIHENMANAGEMENT ZRM REVISIONSSICHER - Historisierung,...

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