Integral Resource Optimisation Network - Concept

Eine integrale Automatisierungsinfrastruktur zur effizienteren Nutzung der Ressource "elektrische Energie". Konzept für neue, innovative Dienstleistungen basierend auf dem Einsatz der jüngsten Entwicklungen der modernen Informations- und Kommunikationstechnologien.

Kurzbeschreibung

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Im Rahmen der aktuellen Energieproblematik (Außenabhängigkeit der EU, CO2-Reduktion und allgemeine Verknappung der Rohstoffe) besteht die Notwendigkeit, die Effizienz des elektrischen Energiesystems zu erhöhen. Das Projekt IRON Concept (Integral Resource Optimisation Network - Concept) untersucht marktorientierte Möglichkeiten, durch mehr Informationsfluss im elektrischen Energiesystem bisher brachliegende Effizienzsteigerungspotentiale auszunutzen. Im elektrischen Netz ist insbesondere die Kommunikation mit der Verbraucherseite bzw. zu kleinen Einspeisern nur gering bis gar nicht ausgeprägt. Für eine Beeinflussung der Verbraucherseite, dem sogenannten "Lastmanagement" ist jedoch eine geeignete Kommunikationsinfrastruktur zu den einzelnen Verbrauchsgeräten Voraussetzung.

Die Kosten für die Infrastruktur, den Betrieb und die Setzung von Anreizen für die Nutzer müssen durch die daraus erzielbaren Vorteile gerechtfertigt sein. Beim Lastmanagement geht es nicht primär um eine Reduktion des Energieverbrauchs, sondern um die zeitliche Verschiebung von Energieverbrauch. Auf diese Weise lässt sich die Effizienz erhöhen, indem z. B. bei Einspeisung von Windenergie die nahe zur Einspeisestelle liegende Last erhöht wird, und so Netzverluste eingespart werden. Eine Reduktion der Last zieht eine Lasterhöhung zu einem späteren Zeitpunkt (Rebound-Effekt) nach sich, weil der nicht getätigte Verbrauch später nachgeholt wird.

Im Gegensatz zum heute praktizierten Lastmanagement - ein Abschalten von Lasten im Ausnahmefällen zur Erhaltung der Netzstabilität - geht es im Projekt um Lastbeeinflussung im Netznormalbetrieb und muss daher so vorgenommen werden, dass der Komfort der Energiedienstleistung für die betroffenen Endverbraucher nicht zu sehr beeinträchtigt wird. Lastmanagement-Maßnamen müssen also automatisch und möglichst im Verborgenen operieren. Daher werden insbesondere solche Lasten beeinflusst, die elektrische Energie in andere Energieformen (potentielle Energie, thermische Energie) umformen und diese für eine gewisse Zeit speichern können (z. B. Kühlanlagen, Heizsysteme, Pumpsysteme etc).

Im Projekt werden vier mögliche Marktmodelle im Rahmen der aktuellen bzw. sich mittelfristig entwickelnden legistischen Rahmenbedingungen entwickelt, die es erlauben könnten, automatisch durchgeführte Lastverschiebungen ökonomisch abzubilden.

Die Marktmodelle sind:

  • Transportkosten-Minimierung: Reduktion der Leitungsverluste und Netz-Ausbaukosten durch zeitgerechten lokalen Verbrauch bei dezentraler Einspeisung.
  • Öko-Strom: Vermehrtes zeitgleiches Nutzen lokal erzeugter Öko-Energie
  • Zeitvariable Tarife: Weitergabe der Energiepreisschwankungen (Börsenpreise) an die Endverbraucher, welche Energie dann vornehmlich zu Zeiten geringer Kosten verbrauchen können
  • Regelenergie-Bereitstellung: Zusammenfassung vieler kleiner Lasten zu einem großen virtuellen Energiespeicher, der Regelenergie für die Balanceausregelung von Erzeugung und Verbrauch im elektrischen Netz bereitstellt

Genauere Untersuchungen zeigen, dass nur die letzten beiden Marktmodelle, zeitvariable Tarife und Regelenergie-Bereitstellung, ökonomisch umsetzbar sind, wobei insbesondere das Regelenergiemodell attraktiv ist, da Regelenergie zu hohen Preisen gehandelt wird. Durch die Zunahme von erneuerbaren Energieträgern bei der Stromerzeugung und deren teilweise unsteten Erzeugungsprofilen (insbesondere bei Windkraft) wird der Bedarf an Regelenergie weiter steigen, was dieses Marktmodell zusätzlich attraktiv macht. Durch die Bereitstellung von Regelenergie durch elektrische Verbraucher werden Regelkraftwerke entlastet. Je mehr Ausgleichsaufgaben durch die Lasten übernommen werden, um so mehr Kraftwerke können fest im optimalen Arbeitspunkt betrieben werden, was die Effizienz maximiert und den CO2-Ausstoß in den gegebenen Freiheitsgraden minimiert.

Für die Bereitstellung von Regelenergie durch elektrische Lasten wird im Projekt eine detaillierte technische Umsetzung ausgearbeitet ("IRON-Box"). Ein weiterer vorteilhafter Aspekt beim Modell Regelenenergie-Bereitstellung ist, dass bei Primärregelung der Abruf der Regelleistung durch Abweichungen der Netzfrequenz vom Sollwert 50 Hz erfolgt, eine Größe, die im gesamten Netz jederzeit lokal messbar ist. Daher werden an die Kommunikation der einzelnen Lastknoten keine besonderen Anforderungen gestellt. Hierfür kann das Internet oder die sich im Entstehen befindlichen Smart-Metering-Netze genutzt werden.

Für eine effektive und rationelle Umsetzung der IRON-Technologie ist es wichtig, dass die Bereiche der Kommunikation, der Geschäftsprozessabwicklung und der Hardware-Integration standardisiert umgesetzt werden. Offene Standards sind dabei die Voraussetzung für eine breite Unterstützung auf der Herstellerseite. Das Projektteam ist zu dem Schluss gekommen, dass in Zukunft eine Integration der zurzeit noch als eigenständige "IRON-Box" realisierte Technologie in die Engeräte im elektrischen Netz angestrebt werden sollte, weil auf diese Weise die Umgestaltung der zurzeit noch zentralistisch und passiv organisierten Netze in Richtung verteilter und aktiver Netze vorangetrieben werden kann.

Publikationen

Integral Resource Optimization

Network Concept
Schriftenreihe 13/2010 P. Palensky, F. Kupzog, S. Grobbelaar, M. Meisel, Herausgeber: bmvit
Deutsch, 165 Seiten

Downloads zur Publikation

Projektbeteiligte

Projektleiter

DI Friederich Kupzog
Institut für Computertechnik, Technische Universität Wien

Projektmitarbeiter

DI Stefan Grobbelaar, Marcus Meisel
ICT

Projekt- und Kooperationspartner

  • LINZ STROM GmbH
  • Sonnenplatz Großschönau GmbH
  • Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley)
  • Envidatec GmbH (Hamburg)

Kontaktadresse

DI Friederich Kupzog
Institut für Computertechnik
Technische Universität Wien
Gußhausstrasse 27-29/384
A-1040 Wien
Tel.: +43 (1)58801 - 38424
Fax: +43 (1)58801 - 38499
E-Mail: kupzog@ict.tuwien.ac.at
Internet: Institute of Computer Technology

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