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Smart Solutions – für Energiewende, Digitalisierung und Smart Cities

Eine erfolgreiche Energiewende ist mehr als die Erzeugung von Strom durch Wind, Sonne und Biomasse. Aus diesem Erzeugungsmix muss eine verlässliche Versorgung zu jedem Zeitpunkt und an jedem Ort entstehen. Millionen erneuerbarer Erzeugungsanlagen werden einen Großteil der konventionellen Kraftwerke ersetzen. Diese enorme Anzahl und deren Verteilung über ganz Deutschland rückt das Management und die Steuerung der Energien in den Fokus. Entsprechend ihrer Natur sind die Leistungen der meisten erneuerbaren Energieerzeugungen nicht steuerbar. Das Energieangebot jeder einzelnen Anlage muss deshalb durch Steuereingriffe, zielgerichtete Verteilung und effiziente Zwischenspeicherung für eine verlässliche Versorgung aufbereitet werden.

Die neue Energieversorgung findet zu einem großen Teil, auf der Ebene der Verteilnetze, dezentral vor Ort statt. Alliander bietet mit verschiedenen Smart Solutions deshalb die Möglichkeit, diese Versorgung direkt vor Ort zu gestalten. Hierbei steuern und balancieren unsere Lösungen ressourcen- und kosteneffizient, zum Wohl der Verbraucher und der lokalen Netzbetreiber.

Optimale Steuerung der neuen Energieversorgung

Die optimale Steuerung dieser neuen Energieversorgung ist ohne eine umfassende Digitalisierung aller beteiligten Prozesse nicht denkbar. Alliander hat eine Reihe von Digitalisierungstools entwickelt, die den Kommunen und Stadtwerken vor Ort helfen, jederzeit angemessen auf Energieangebot und -nachfrage zu reagieren. Das sind sogenannte Smart Tools, mit denen die Energienetze der Zukunft optimal gesteuert und betrieben werden können.

Die Digitalisierung weiter Teile unserer Gesellschaft gestattet auch die bisher nicht gekannte Möglichkeit, unsere Umwelt in nahezu jedem einzelnen Detail zu steuern – Smart Cities. Alliander sieht in diesem Trend die große Chance, allen Teilnehmern an der kommunalen Gemeinschaft – Verwaltung, Bürger, Vereine, Handel und Gewerbe – eine hörbare und mitgestaltende Stimme zu geben. Basierend auf Allianders Bottom-Up-Prinzip wird diese soziale Vernetzung unser Leben in den vielfältigsten Details positiv verändern. Diese Vernetzung bringt für die zugrundeliegende technische Infrastruktur neue Herausforderungen, ihre Umsetzung aber auch zukunftsfähige, bürgernahe Lösungen.

Andes – Sichere Kapazitätsprognose für die Planung des Netzausbaus

Auslastung und Bedarf von Energienetzen waren lange Jahrzehnte relativ genau kalkulierbar. Mit der Energiewende, deren Ausbau sowie neuen Verbrauchern in einem zunehmend auf Elektrizität basierenden Energieangebot geht diese Sicherheit verloren.
Bereits technische und legislative Entwicklungen sind bei dem Tempo heutiger Innovationszyklen nur schwer prognostizierbar. Viel unübersichtlicher gestaltet sich die Lage jedoch hinsichtlich des tatsächlichen Installationsgrads und des Tempos bei den Endkunden: Wer installiert wann eine PV-Anlage? Wie gestaltet sich die Zukunft der Elektromobilität in jedem einzelnen Straßenzug? Wer installiert wann eine Wärmepumpe? Diese Fragen sind mit klassischen Entscheidungstools nicht mehr zu beantworten.
Die Veränderungen in der Anforderung an die Netzkapazität durch jede dieser Technologien liegen in der Regel nicht im niedrigen Prozentbereich, sie können durchaus zu einem Netzausbau in einem mehrfachen Umfang des bisherigen Netzes führen.

Andes geht hier einen einzigartigen Weg: Basierend auf der Wohn- und Gebäudestruktur, aber auch weiteren sozioökonomischen Daten werden Investitionsbereitschaft und Vorlieben der Bewohner und die damit verbundenen wahrscheinlichen Ausbauszenarien modelliert und mit den erwarteten technischen und legislativen Rahmenbedingungen abgeglichen.

Zusammen mit der vorhandenen Netztopologie (GIS-Datensatz) liefert Andes verlässliche Anforderungen an die Netzkapazität zu jedem beliebigen Zeitpunkt in der mittleren Zukunft für jeden Straßenzug. Andes bringt damit nicht nur die Grundlagen für verlässliche Investitionsentscheidungen zurück, Andes hilft auch zu entscheiden, zu welchem Zeitpunkt in der Zukunft dieser Ausbau erforderlich wird.

Smart Society Services –It’s all about data

Die Digitalisierung von Prozessen basiert auf einer verlässlichen Datenstruktur. Smart Society Services basiert auf der Open Smart Grid Platform (OSGP), einer Open-Source-basierten IoT-Plattform für Monitoring, Management und Steuerung vorhandener wie neu zu installierender Infrastruktur-Komponenten, die sich dynamisch der jeweiligen Umgebung anpasst. Gerade im Bereich unserer technischen – und in hohem Maße auch in dem Bereich der kritischen – Infrastruktur finden sich oft proprietäre Datenstrukturen, die nicht in die zukünftige Welt der Smart Grids passen. OSGP ist technologieoffen und beliebig skalierbar. Dies gibt Städten und Gemeinden die Möglichkeit, flexibel auf künftige Entwicklungen zu reagieren. Unsere Kunden binden sich nicht an eine proprietäre Technologie, ganz im Gegenteil: Kern unserer Philosophie ist die Nutzung offener Standardprotokolle. Lock-in-Effekte werden damit vermieden.

Mit OSGP bauen unsere Kunden die auf ihre Bedürfnisse zugeschnittene Datenplattform auf, auf deren Grundlage beliebige Prozesse beobachtet und gesteuert werden können. OSGP macht einmal erfasste Datensätze für andere Anwendungen und Geschäftsmodelle zugänglich und dient als Grundlage für die integrierte Steuerung und Entwicklung kompletter technischer Infrastrukturen.

Sie bildet mit diesem beliebig erweiterbaren Daten-Ökosystem die Basis für den Aufbau von Smart City Anwendungen. Ohne solche bereichsübergreifend zugänglichen Datensätze sind umfassende Smart City Anwendungen nicht denkbar.

Mit Smart Society Services (SSS) sind verschiedene Lösungen zum Monitoring und zur Steuerung technischer Infrastrukturen auf Grundlage der OSGP möglich:

  • Überwachung und Steuerung von öffentlicher Beleuchtung. Mit SSS bekommen Stadtwerken eine wirtschaftliche Lösung für die detaillierte bedarfsangepasste Steuerung und Überwachung ihrer Beleuchtungsanlagen.
  • Datenaufbereitung und Steuerung von Smart Metern. Außer für Abrechnungen und Fernwirkungen zur Aufrechterhaltung der Netzstabilität können Daten aus der Smart Meter Aufzeichnung auch für neue Geschäftsmodelle aufbereitet und zielgenau zur Verfügung gestellt werden.
  • Automatisierte Überwachung der Verteilnetzfunktionalität. Monitoring von Lade- und Belastungszuständen einzelner Netzkomponenten zur Unterstützung der Instandhaltung und weiteren Verbesserung der Versorgungsqualität.
  • Monitoring und Steuerung an jedem einzelnen Verteilpunkt, real-time Schutz vor Netzüberlastungen und -schäden, Hinweise zur Netzausbauplanung.

Zown – unabhängige und autarkiefähige Vollversorgung in Arealen mit erneuerbarer, dezentral erzeugter Energie

Zown bietet jedem Areal mit eigener Energieerzeugung die Freiheit, über seine Energieversorgung bis hin zur autarken Eigenversorgung selbst zu entscheiden. Der Anschluss ans öffentliche Netz und damit die Abhängigkeit von überregionalen Energieversorgern wird dabei so klein wie möglich gehalten oder sogar völlig umgangen. Zown ist eine Plattform, mit der Erzeugung und Verbrauch innerhalb eines Areals optimal ausgesteuert werden können.

Zown analysiert die Möglichkeiten und Grenzen eines vor Ort vorhandenen Erzeugerparks, simuliert über gemessene oder definierte Lastgänge eine sekundengenaue Versorgung und unterbreitet hiervon ausgehend Vorschläge, wie der Anlagenpark sinnvoll und optimal zu erweitern ist, um für eine abgegrenzte Region eine Vollversorgung (Autarkiefähigkeit) darstellen zu können. Auch E-Mobilität oder Wärmeversorgung werden berücksichtigt und in das Anforderungsprofil aufgenommen.

Am Ende einer ersten Projektphase mit Zown steht ein für das untersuchte Gebiet optimaler Anlagenpark zur 100%-Versorgung des Gebiets mit Strom, Wärme und Mobilität. Im weiteren Verlauf übernimmt Zown den Betrieb dieses Anlagenparks, um sekundengenau Erzeugung und Verbrauch auszubalancieren.

Zown stellt auf diese Weise Energie zumeist preisgünstiger und bedarfsgerechter zur Verfügung als das öffentliche Netz, vor allem aber entlastet es das vorgelagerte Netz, da der Großteil des Energieflusses lediglich innerhalb des von Zown betrachteten Verteilnetzes stattfindet. So fördert Zown die dezentrale erneuerbare Energieerzeugung bei gleichzeitig reduziertem Netzausbaubedarf und macht damit die Energiewende für alle wirtschaftlicher.

Vornehmlich Areale wie Industrie- oder Gewerbegebiete, aber auch Universitätsgelände, Krankenhäuser oder andere abgelegene Gebiete eignen sich für den Einsatz von Zown.

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EXE – automatisches Bieterverfahren zu Steuerung und Ausgleich von Angebot und Nachfrage kleiner Einheiten

Es gibt eine Reihe von Ansätzen, wie Energie im lokalen Umfeld mithilfe einer Plattform verteilt und nicht nur anonymisiert in das nationale Netz eingespeist wird. Das Energieangebot wird sekundengenau analysiert und strukturiert, um den Energiebedarf ebenfalls sekundengenau abzudecken. EXE geht einen Schritt weiter.

EXE steuert und verteilt nicht nur das Energieangebot, so dass es zum Bedarf passt, EXE ist auch ein automatisiertes Bietersystem sowohl für die Angebots- als auch für die Nachfrageseite. Dadurch werden die Energienachfrager angereizt, bei hohem Energieangebot – und damit niedrigen Energiepreisen – Strom zu kaufen, und umgekehrt bei niedrigem Energieangebot – hohen Preisen – den eigenen Energiebedarf nach Möglichkeit einzuschränken. Nachfrager, die in der Lage sind, sehr preisflexibel zu reagieren, können von niedrigeren Energiepreisen profitieren. Verbraucher, die nicht flexibel reagieren können, werden dann auch bereit sein müssen, zu bestimmten Zeiten hohe Marktpreise zu akzeptieren.

Bei hoher Preisflexibilität auf der Nachfrageseite (z.B. Kühlhäuser, Stromspeicher, E-Mobilität, Wärmepumpen, Wärmespeicher, aber auch Kleinverbraucher wie Kühl- und Gefriergeräte) und der Angebotsseite (Biogasanlagen, Stromspeicher, rückspeichernde E-Mobilität) ist das System in der Lage, sich selbst, ohne Eingriffe von außen, auszubalancieren.

EXE funktioniert im nationalen Rahmen wie auch als lokal eingesetztes Tool, um eine lokale oder regionale Energiezelle automatisch nur über die Preissignale zu steuern. Mit dieser Technologie hebt EXE das sogenannte Demand Side Management auf eine neue Stufe.

Die klassischen Steuerungstools versuchen das Angebot an elektrischer Energie so zu gestalten, dass zu jedem Zeitpunkt die gewohnte Versorgung des Letztverbrauchers sichergestellt wird. EXE bezieht den einzelnen Verbraucher in diese Angebotsgestaltung mit ein, indem es abfragt, zu welchem Zeitpunkt, zu welchem Preis er Energie beziehen will und welchen Beitrag er damit zu einem preiswerten Energiesystem mit hohem Anteil an fluktuierenden erneuerbaren Energien leisten will. Auch hier zeigt sich wieder unsere Bottom Up-Philosophie: wir strukturieren Energieangebot und -nachfrage zusammen mit jedem einzelnen Verbraucher.

Der Verbraucher fragt Energie nach, die Nachfrage wird zeitspezifisch bepreist und der Verbraucher kann sich zu jeder Sekunde entscheiden, ob er Energie zu diesem Preis beziehen will oder noch warten kann. EXE kann über dieses just-in-time Bieterverfahren helfen auch große Teile ansonsten teuer bereitgestellter Regelenergie einzusparen.

Über EXE wird in beliebig großen oder kleinen Einheiten Nachfrage und Angebot ausbalanciert, während bei anderen Ansätzen zur Steuerung von erneuerbaren Energien überwiegend nur die Angebotsseite adressiert wird.

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