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Innovative technologies and concepts will emerge as we move towards a more dynamic, service-based, market-driven infrastructure, where energy efficiency and savings can be facilitated by interactive distribution networks. A new generation of fully interactive Information and Communication Technologies (ICT) infrastructure has to be developed to support the optimal exploitation of the changing, complex business processes and to enable the efficient functioning of the deregulated energy market for the benefit of citizens and businesses. The architecture of such distributed system landscapes must be designed and validated, standards need to be created and widely supported, and comprehensive, reliable IT applications will need to be implemented. The collaboration between a smart house and a smart grid is a promising approach which, with the help of ICT can fully unleash the capabilities of the smart electricity network.
Ziel und Tempo der Energiewende sind gesetzt. Der Ausstieg aus der Stromproduktion in Kernkraftwerken soll bis 2022 geschafft sein. Eine Elektrizitätserzeugung, die auf erneuerbaren Energien beruht, soll die bisherige Erzeugung auf der Grundlage von Kohle, Kernbrennstoffen und Erdgas bis 2050 stufenweise weitgehend ablösen und damit maßgeblich zu den Klimaschutzzielen der Bundesregierung beitragen. Der Weg zu diesen Zielen ist für die Beteiligten hingegen noch nicht deutlich einsehbar. Viele offene Fragestellungen technischer, ökonomischer, legislativer und gesellschaftlicher Natur verstellen den Blick auf eine klare Strategie zur Erreichung der energiepolitischen Ziele. Vielschichtige Aufgaben und immense Herausforderungen kommen mit der Mammutaufgabe „Energiewende“ auf Politik, Wirtschaft, Wissenschaft und Bevölkerung zu. Ein wichtiger Enabler für die erfolgreiche Integration von Wind- und Sonnenenergie sowie für neue Prozesse, Marktrollen und Technologien ist die Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT). An diesem Punkt setzt die hier vorliegende Studie an.
Power systems are increasingly built from distributed generation units and smart consumers that are able to react to grid conditions. Managing this large number of decentralized electricity sources and flexible loads represent a very huge optimization problem. Both from the regulatory and the computational perspective, no one central coordinator can optimize this overall system. Decentralized control mechanisms can, however, distribute the optimization task through price signals or market-based mechanisms. This chapter presents the concepts that enable a decentralized control of demand and supply while enhancing overall efficiency of the electricity system. It highlights both technological and business challenges that result from the realization of these concepts, and presents the state-of-the-art in the respective domains.
Die Veränderungen in der Energieversorgung führen zu einer neuen Systemarchitektur der Stromversorgung, die nur durch einen massiven Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) bewältigt werden kann und meist als „Smart Grid“ bezeichnet wird. Während es bereits umfangreiche Forschungsarbeiten und Demonstrationsprojekte zu einzelnen technologischen Komponenten gibt, existieren noch wenige Überlegungen, in welchen technologischen Schritten eine Migration hin zu Smart Grids durchgeführt werden sollte, die sowohl betriebstechnisch zukunftssicher ist, als auch marktgetriebene Innovationen begünstigt. Der Beitrag veranschaulicht die Herleitung solcher Migrationspfade im Rahmen eines schrittweisen Vorgehens. Zunächst werden Zukunftsszenarien für das Jahr 2030 konstruiert, um die maßgeblichen, oft auch nichttechnischen Einflussfaktoren auf das Smart Grid zu identifizieren. Darauf aufbauend werden die wesentlichen IKT-bezogenen Technologiefelder und ihre Zuordnung zu den Domänen der Energiewirtschaft beschrieben. Für jedes Technologiefeld werden die in den nächsten zwei Jahrzehnten denkbaren Entwicklungsstufen ermittelt und deren Abhängigkeit untereinander analysiert. Die gemeinsame Betrachtung von Szenarien, der Entwicklungsstufen der Technologiefelder und deren Interdependenzen führen schließlich zu einer Roadmap, welche die Migrationspfade in das Smart Grid beschreiben. Es lassen sich drei Entwicklungsphasen erkennen: Die Konzeptionsphase, die Integrationsphase und die Fusionsphase. Die präsentierten Ergebnisse entstammen dem Projekt „Future Energy Grid – Migrationspfade ins Internet“, welches vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie im Rahmen des E-Energy-Programms (Förderkennzeichen 01ME10012A und 01ME10013) gefördert wurde.
Der Endkundenvertrieb ist für die Bewahrung und Weiterentwicklung des Kundenstamms eines Energieversorgers essenziell. Doch um knappe Mittel im Vertrieb möglichst wirkungsvoll einsetzen zu können, wird Wissen darüber benötigt, wie sich die durchschnittlich erzielbaren Strompreise und die zu erwartende Kundenbindungsdauer zwischen verschiedenen Vertriebskanälen unterscheiden. Leitet man anhand dieser Informationen den Wert eines Kunden je Vertriebskanal ab, lässt sich treffsicherer über einzusetzende Marketing-Budgets entscheiden.
Der Einbau von Smart Metern und deren intelligente Vernetzung in Richtung eines Smart Grid wird Stromverbrauchsmuster bis in die Haushalte hinein verändern. Über die technisch geprägte Diskussion um die Komponenten dafür darf deshalb keinesfalls die Einbeziehung der Gesellschaft in den anstehenden Wandel vergessen werden. Transparenz bei den Kosten, die Förderung von Vertrauen insbesondere in die Datenschutzstandards und eine verständliche Aufklärungsarbeit sind Schlüssel für den notwendigen Dialog zwischen Energieversorgern, Politik und Bürgern.
Die von der Bundesregierung beschlossene Energiewende stellt Politik und Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor große Herausforderungen. Entscheidend für den Erfolg der Energiewende wird es sein, die Wettbewerbsfähigkeit des Industriestandortes Deutschland zu erhalten. Dafür muss weiterhin eine hohe Stromversorgungsqualität bei zugleich international wettbewerbsfähigen Strompreisen sichergestellt sein. Der BDI stellt fünf Prinzipien auf dem Weg zu einem neuen Strommarktdesign auf und zeigt, dass eine informations- und kommunikationstechnische Vernetzung relevanter Komponenten des Energiesystems für das künftige System essenziell ist.
Optimal microgrid scheduling with peak load reduction involving an electrolyzer and flexible loads
(2016)
This work consists of a multi-objective mixed-integer linear programming model for defining optimized schedules of components in a grid-connected microgrid. The microgrid includes a hydrogen energy system consisting of an alkaline electrolyzer, hydrogen cylinder bundles and a fuel cell for energy storage. Local generation is provided from photovoltaic panels, and the load is given by a fixed load profile combined with a flexible electrical load, which is a battery electric vehicle. The electrolyzer has ramp-up constraints which are modeled explicitly. The objective function includes, besides operational costs and an environmental indicator, a representation of peak power costs, thus leading to an overall peak load reduction under optimized operation. The model is used both for controlling a microgrid in a field trial set-up deployed in South-West Germany and for simulating the microgrid operation for defined period, thus allowing for economic system evaluation. Results from defined sample runs show that the energy storage is primarily used for trimming the peak of electricity drawn from the public grid and is not solely operated with excess power. The flexible demand operation also helps keeping the peak at its possible minimum.
In diesem Beitrag werden die Bereitstellungskosten flexibler Systemkomponenten im deutschen Stromsystem analysiert, zu deren Quantifizierung eine einheitliche Methodik entwickelt wird. Dabei ist das Ziel des Beitrags, zeitlich differenzierte Kostenpotenzialkurven für die Jahre 2015 und 2030 zu erarbeiten, anhand derer die energiespezifischen Kosten der markt- und systemdienlichen Flexibilitätsbereitstellung verglichen und die einzelnen Flexibilitätsoptionen in einen Gesamtkontext eingeordnet werden können.
Der Einsatz flexibler Systemkomponenten wird hierzu in die drei Hauptphasen (1) Vorhaltung, (2) Abruf und (3) Einsatzfolgen unterteilt, woraus sich drei kongruente Kostengruppen ableiten lassen, nach denen die einzelnen Kostenbestandteile identifiziert und als Ergebnis die Bereitstellungskosten quantifiziert werden. Neben fossil-thermischen Kraftwerken werden dabei bspw. die Kraft-Wärme-Kopplung, Biogasanlagen, Pumpspeicher- und Laufwasserkraftwerke sowie steuerbare Lasten untersucht.
Zur anschließenden Abbildung der teils negativen Bereitstellungskosten wird die herkömmliche Darstellungsform der Merit Order entlang der Ordinate um die Abbildung negative Werte erweitert und die Abszisse für die Abbildung negativer Flexibilität in umgekehrter Reihenfolge angeordnet. Das Ergebnis sind zwei zusammenhängende Graphen, mittels derer sich die Bereitstellungskosten verschiedener Flexibilitätsoptionen gegenüberstellen und anschaulich vergleichen lassen.
Durch die Festlegung eines Rahmenszenarios zur Entwicklung des deutschen Stromsystems bis zum Jahr 2030 wird anschließend auch die zukünftige Perspektive der Flexibilitätsbereitstellung in Deutschland analysiert. Aus den Ergebnissen lässt sich ableiten, dass der deutsche Kraftwerkspark mit einem fortschreitenden Rückbau der Kohlekraftwerke nur dann zunehmend flexibler wird und auf höhere Schwankungen im Stromnetz reagieren kann, wenn von einem gleichzeitigen Zubau moderner erdgasbetriebener Kraftwerke ausgegangen wird. In diesem Fall steigen die Bereitstellungskosten positiver Flexibilität, was sich beispielsweise durch zukünftig steigende Brennstoffpreise bergründen lässt. Jedoch kann bspw. durch die Transformation der Kraft-Wärme-Kopplung hin zu einer grundsätzlich stromgeführten Fahrweise zukünftig eine vergleichsweise kostengünstige Flexibilitätsbereitstellung erschlossen und somit auch ein gleichbleibendes oder oftmals sogar höheres Flexibilitätsniveau am Markt erreicht werden.