Lastmanagement als Beitrag zur Deckung des Spitzenlastbedarfs in

We l c h e R o l l e s p i e l t I K T i m z u k ü n f t i g e n
E n e r g i e s y s t e m f ü r d i e E n e r g i e e ff i z i e n z ?
D r. M a r i a n K l o b a s a
Fraunhofer Institut für
System und Innovationsforschung ISI
Karlsruhe 23.09.2015 – Energie & Informatik Kongress
E n t w i c k l u n g E n e r g i e v e r b r a u c h I K TTe c h n o l o g i e n
IKT Strombedarf
Deutschland:
50 – 60 TWh
18 % im HH
16 % im GHD
(Status 2012)
Oeko 2014
Seite 3
S t e i g e r u n g d e r E n e r g i e e ff i z i e n z
IEA 2014
Seite 4
S t e i g e r u n g d e r E n e r g i e e ff i z i e n z
EU Com 2014
Seite 5
N e u e M ö g l i c h k e i t e n d u rc h D i g i t a l i s i e r u n g i n
der Energiewirtschaft
 Transformation des Energiesystems mit zunehmender Vernetzung in der
Energiewirtschaft
 Netzbetreiber
 Energieerzeuger, Direktvermarkter, Vertriebe, Speicher,
 Kunden, Gewerbe- und Industriebetriebe
 Vernetzung durch Daten – Informationen – Technologien, Basis für die Digitalisierung
 Schnittstellen für Vernetzungen zwischen den Branchen, Digitalisierung als Basis für
 neue Arten der Netzsteuerung,
 der Kundeninteraktion,
 der Integration Erneuerbarer Energien,
=> dies schafft neue intelligente Netze
Quelle: BDEW 2015
Seite 7
Einsatzmöglichkeiten der Digitalisierung
Haushaltskunde
 Datenmeldung und Lieferantenwechsel per Smartphone, Tablet etc.
 Verknüpfung von Smart-Metering und Smart-Home-Systemen
 Energiesteuerung, -einspeisung und -verbrauch über Cloud-Anwendungen
Industrie und Gewerbe
 Big-Data in der Analyse von Echtzeit-Energieverbrauchsdaten und
Produktionsdaten (Energienachfrage)
 Identifikation von Beschaffungspotentialen über Datenanalysen
E-Mobility
 Aufbau von E-Mobility-Plattformen, um Kundenprozesse verschiedener
Anbieter
 zu vereinfachen
 Zugangsmöglichkeiten per Smartphone für den Kunden an Ladesäulen
Quelle: BDEW 2015
Seite 8
Einsatzmöglichkeiten der Digitalisierung
Energievertrieb
 Bereitstellung von virtuellen Kundenportalen (Dashboards)
 Interaktion mit Netzbetreibern und Flexibilitätsanbietern (Ampelkonzept)
 Big Data-Analysen zur Prognose und Gestaltung von last- und zeitvariablen
Tarifen
 Gründung eines virtuellen Speicherbetreibers für dezentrale
Kundenspeicheranlagen
 Ablösung von Standardlastprofilen
Digitale Leitstelle
 Kommunikation mit Netzbetreibern, Erzeugern (Kraftwerke und Erneuerbare
 Energien), Speicherbetreibern und Vertrieben
 Erfassung von Daten der Verbraucher (Haushalte, Gewerbe, Industrie)
 Nutzung von Big-Data Anwendungen & Cloud-Diensten zur Datenanalyse
Quelle: BDEW 2015
Seite 9
Anwendungsfelder/Einsatzmöglichkeiten für
I K T- Te c h n o l o g i e n
 IKT zur Bewertung/Benchmarking
 Life Cycle Assessments (LCA), Energiekostenkalkulator, etc.
 IKT zum Design bzw. Auslegung von Anlagen/Produkten
 Produktionsnetzwerke, regionale Produktionsplanung, Industrie 4.0
 IKT zum Monitoring und Steuern, Entscheidungsunterstützung
 Smart Metering, Energiemanagementsysteme, Prosumer-Interfaces
 Lastmanagementtools, Gebäudeautomation, Lichtsteuerungssysteme
 Wartungssysteme, Performance Monitoring
 IKT für Marktprozesse
 Interoberabilität, Standards und Protokolle für Datenaustausch,
 Lastprognosetools
 Intelligente Energiehandelssysteme
 Gateways und Schnittstellen
Quelle: REVISITE 2011
Seite 10
We l c h e A n w e n d u n g s f e l d e r e t a b l i e re n s i c h ?
 Energiemanagementsysteme verbreiten sich
 Voraussetzung für besondere Ausgleichsregeleung (BSAR), Spitzenausgleich
 Verpflichtung zu Energie-Audits
 Lastflexibilisierung als Dienstleistung
 Vermarkter etablieren sich (Enernoc, Next Kraftwerke, …)
 Vertriebe nutzen Dienstleister um Lastflexibilisierung ihren Kunden anzubieten
 Effizienznetzwerke als erfolgreiches Instrument zur Senkung der Energieintensität
 Verbändevereinbarung über 500 Netzwerke bis 2020
 Einbindung von Lastflexibilisierung
Seite 11
Ve r b re i t u n g v o n
Energiemanagementsystemen
 Energiemanagementsysteme sind mittlerweile bei vielen Unternehmen eingeführt
 Energiemanagementsysteme können als Basis zur Steuerung genutzt werden
 Externe Steuerung z.B. durch Netzbetreiber bisher kaum verbreitet
Anzahl Unternehmen
120
100
Wird ein Energiemanagementsystem verwendet
bzw. zur automatisierten Steuerung genutzt?
N=98
80
anderes
Energiemanagementsystem
60
nach ISO 50001 zertifiziert
40
nach EMAS zertifiziert
20
0
Insgesamt
Steuerungstechnik Fernwirktechnik
vorhanden
zulassen
Quelle: Online-Befragung 2013, Fraunhofer ISI
Seite 12
kein
Energiemanagementsystem
nach EMAS und ISO 50001
zertifiziert
Ve r k n ü p f u n g I n d u s t r i e 4 . 0 u n d S m a r t E n e r g y
 Industry 4.0
 Industrial Smart Energy
 Internet der Dinge
 Internet der Dinge
 Kommunikationstechnologie
 Kommunikationstechnologie
 Eingebettete, vernetzte Systeme
 Eingebettete, vernetzte
 Vertikale und horizontale
Integration und Vernetzung
Systeme
 Vertikale und horizontale
Integration und Vernetzung
Industry 4.0 liefert Bausteine für Smart Energy
Seite 13
Use Cases Industry 4.0 - Übersicht
 Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS)
 Horizontal und vertikal vernetzte Produktion
 Selbstorganisierte Produktion
 Dezentrale und intelligente Steuerungsmöglichkeiten
 Selbstorganisierende adaptive Logistik (transparente Material- und
Teilebewegungen)
 Smart Factory Architecture (Produktlebenszyklus, Fabriklebenszyklus)
 Intelligentes Instandhaltungsmanagement
Seite 14
Ve r n e t z t e We r t s c h ö p f u n g s k e t t e n
 Cyber-Physical Production System:
 Vollständige Modellierung und Simulation der Produktionsprozesse erlaubt
einfachere Bewertung strommarktgetriebener Nachfrageflexibilität
 Prozessabhängigkeiten vor- und nachgelagerte Produktionsschritte sind
bekannt, abbildbar und steuerbar
 Optimierungsalgorithmen sind verfügbar, um Produktionsplanung
anzupassen
 Logistikketten werden abgebildet und sind bekannt, Rückwirkungen bei
flexiblerer Produktion können bewertet werden.
 Weitere Anknüpfungspunkte sind u.a. zustandsorientierte Instandhaltungs- und
Wartungsstrategien
Neue Produktionsverfahren mit gesteigerter Energieeffizienz und
größerer Flexibilität
Seite 16
ICT für Energiehandel
Anwendungsfälle für flexible Nachfrage
Börsenvermarktung:
 Future, Day-ahead und Intra-day
 Bilanzausgleich
Regelleistung:
 Abschaltbare Lasten (SNL, SOL)
 Sekundärreserve (SRL), Minutenreserve (MRL)
Netzbetrieb (ÜNB/VNB)
 Leistungsbezug, Netzdienliches Verhalten (§19 StromNEV)
 Redispatch, Reservekraftwerke
 Einspeisemangement
Gasbezug/Wärmebezug
 Leistungsbezug
 Speicherbewirtschaftung
 Substitution Gas vs. Strom
Seite 17
H e u t i g e B e s c h a ff u n g s s t r a t e g i e n
Möglicher
Beitrag zur
Versorgungssich
erheit
60%
 Reduktion
50%
der
Spitzenlast
 Teilnahme
Regelenergie
 Redispatch
Wie ist Ihre Strombeschaffung organisiert?
in % der Antworten, N=112
N.B.: Summe der Prozentsätze >100% weil mehrere Antworten möglich waren
40%
30%
20%
10%
0%
Strukturierte
Beschaffung
Beschaffungspool Vollversorgung
Quelle: Online-Befragung 2013, Fraunhofer ISI
Seite 18
Vollversorgung
mit Zeittarifen
Sonstige
Geschäftsmodelle Industrial Smart Energy
Strom – Gas – Wärme - Kommunikation
Betrieblich
Industrielle Flexibilitätsoptionen
Energiespeicher
(Gas/Wärme)
Elektromobilität
Smart
Energy
Lastverlagerungen
Leistungsbezug
Netzausbau und
-management
Optimierung
Energiemanagement
Erzeugungsmanagement
System
Zentrale Erzeugung und Infrastrukturen
Seite 19
ICT für Energiehandel
D e m a n d R e s p o n s e i n E u ro p e 2 0 1 4
Source: SEDC
Seite 20
E i n s c h ä t z u n g z u re a l i s i e r b a re n P o t e n z i a l e n
Weitere Ergebnisse der Befragung
Realisierbares Potenzial für Abschaltung
(in % bei normaler Auslastung) über Durchschnittslast
In % der Antworten je Lastkategorie
 Aktivierungsdauer:
meist 0,5 – 2 Stunden, bei
20 % der Befragten über 2 h
100%
 Vorankündigung:
90%
 Häufigkeit:
bis zu 50 Aktivierungen pro
Jahr, bei 10 % der Befragten
mehr als 100 Aktivierung
 Finanzielle Anreize:
15 % der Unternehmen bei
3 - 5% Stromkosteneinsparung bereit, zusätzlich
absolute Höhe relevant
Anteil Antworten
1. Gruppe: < 1 Stunde
2. Gruppe: > 8 h bis 1 Tag
80%
> 15%
70%
11% - 15%
60%
7% - 10%
4% - 6%
50%
2% - 3%
40%
<2%
30%
20%
10%
0%
> 100 kW - 1
MW (N=24)
> 1 MW - 10
MW (N=44)
> 10 MW - 100
MW (N=13)
Durchschnittslast
Quelle: Online-Befragung 2013, Fraunhofer ISI
Seite 21
Erfahrungen mit Lastmanagement
13%
4%
Quelle: Online-Befragung 2013, Fraunhofer ISI
Seite 22
Keine Erfahrungen
2%
Bilaterale Vereinbarungen
m. Netzbetreibern
 Redispatch
16%
Sonstige
Regelenergie
26%
21%
Geprüft, nicht umgesetzt
 Teilnahme
47%
Reduktion betrieblicher
Spitzenlast
Spitzenlast
50%
45%
40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
Genutzt zu einem
optimierten Stromeinkauf
 Reduktion der
N.B.: Summe der Prozentsätze >100% weil mehrere Antworten möglich waren
Beteiligung am
Regelenergiemarkt
Möglicher Beitrag zur
Versorgungssicherheit
Bitte geben Sie an, über welche Erfahrungen Ihr
Einzelbetrieb/Standort mit dem Thema Lastmanagement
verfügt?
in % der Antworten, N=97
Hemmnisse ?
Welche Gründe hindern Ihren Betrieb überhaupt oder in größerem Umfang als bisher
Lastmanagement zu betreiben? In % der Antworten
5 Sehr relevantes Hemmniss
Technisches Risiko einer Produktionsstörung (N=78)
4
3
2
1 Überhaupt kein Hemmniss
Zukünftige Anforderungen:
Einfluss auf Arbeitsabläufe und
Produktqualität minimieren
Mögliche Beeinträchtigung der Produktqualität (N=78)
Störung der Arbeitsabläufe (N=83)
Zukünftige Regelungen sind noch nicht bekannt (N=74)
Regelungen sind zu restriktiv (N=65)
Geringe Stromkostenersparnis (N=75)
Höhe der notwendigen Investitionen (N=74)
Ungewisse Stromkostenersparnis (N=74)
Andere Investitionen haben Vorrang (N=80)
Zusätzliche Betriebskosten (N=76)
Regelungen sind zu kompliziert (N=69)
0%
Quelle: Online-Befragung 2013, Fraunhofer ISI
Seite 23
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
ICT für Endkundenanwendungen/E-Mobility
Quelle: Süddeutsche Zeitung, 14.1.2014
Quelle: www.tado.com
 Verbindung von Technologieanbietern und Energieversorgern
Seite 24
Erwartungen von Endkunden zu
Ve r b r a u c h s f e e d b a c k z u m S t ro m v e r b r a u c h
Quelle: ISOE 2008, 76 explorative Interviews
Seite 25
We l c h e D a t e n s i n d i n t e re s s a n t ?
Quelle: Philips 2015
 Wetterdaten
 Daten von Mobiltelefonen
 Thermostatdaten von Heizungen und
Klimaanlagen
 Einspeisedaten Erneuerbarer Energien
 Daten von Elektrofahrzeugen zum
Ladevorgang
 Daten zum Netzzustand im Verteilund Übertragungsnetz
 Gebäudedaten und Gebäudenutzung
 Strompreisdaten
 Allgemeine Kundendaten zur
Vernetzte Beleuchtung – The Edge
Bürobeleuchtungssystem
„Power-over-Ethernet“
Abschätzung des
Verbrauchsverhaltens
Quelle: Osram 2015
Seite 26
Politikmaßnahmen
 EU Com
 Energy Efficiency Directive
 Communication Demand Response, Deployment Smart Grids
 Horizon 2020 Calls „ICT based innovations for energy efficiency“
 Deutschland
 Digitale Agenda Deutschland
 Energiemanagementsysteme für BSAR, Spitzenausgleich Stromsteuer
 „Nationaler Aktionsplan Energie Effizienz“
 Verordnungspaket Intelligente Netze
 Schaufenster Intelligente Energie
 Energieeffizienznetzwerke/Energieaudits für Unternehmen
Seite 27
Schlussfolgerungen
 Digitalisierung eröffnet neue Anwendungsfelder/Einsatzmöglichkeiten für
Energieeffizienz
 Verfügbarkeit von Informationen, Möglichkeiten zur Steuerung
 Vernetzung von Akteuren innerhalb der Energiewirtschaft bzw. mit neuen
Branchen
 Definition von Marktprozessen, Schnittstellen und Standards notwendig
 Effizienzpotenziale durch IKT vor allem im
 Bereich Marktprozesse (Handel, Kundenwechsel, Vertrieb)
 Steuerung/Monitoring im Bereich Industrie/Gebäudemanagement,
Energiemanagementsysteme
 Erschließung von Effizienzpotenzialen im Gewerbe/Haushaltsbereich durch neue
Anwendungen/Vernetzung
 Passfähige Produkte mit hohem Kundennutzen
 Einfache Umsetzung durch Schnittstellen/Standards
Seite 28
V i e l e n D a n k f ü r I h re A u f m e r k s a m k e i t
Kontakt:
Dr. Marian Klobasa
Tel: +49(0)721-6809-287
Mail: [email protected]
Fraunhofer-Institut für System- und
Innovationsforschung ISI
Breslauer Straße 48, 76139 Karlsruhe
www.isi.fraunhofer.de
Seite 29

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