Inhaltsverzeichnis
- Vorwort — Dampfmaschine im Cyber War
- Zusammenfassung — Innovationsimpulse statt Detailregulierung
- Empfehlungen zur EEG- und EnWG-Novelle — Autonomie hinter dem Netzanschluss
- Treiber der Energiewende
- Standards sind Bindeglied zwischen Innovation und Sicherheit — Gestaltungsebenen wirtschaftlicher Entwicklung
- Eigenversorgung und Energiegemeinschaften
- Empfehlungen für die Schnittstelle zum Prosumenten
- C/sells-Position zum Stufenmodell des BMWI zur Weiterentwicklung von Standards für die Digitalisierung der Energiewende
- Technische Detailregulierung im EEG unter Blickwinkel der Abgrenzung von Rechtssystem, normativer Basis und Innovation
- Lab Hybrid — Digitaler Netzanschluss und autonomes Energiemanagement — Blaupause für Novellierung EnWG und EEG
C/sells Autonomie Lab Leimen als Blaupause für Novellierung des §14a EnWG und des §9 EEG
- Digitaler Netzanschluss und autonomes Energiemanagement: Autonomie Lab Leimen demonstriert praktische Umsetzbarkeit der Steuerbarkeit am Netzanschlusspunkt mit dem EEBUS Standard und der neuen VDE 2829–6
- C/sells Partner Stadtwerke Schwäbisch Hall, VIVAVIS AG, Schleupen AG, Fraunhofer IEE und die KEO GmbH sowie Andreas Kießling (energy design) erzielen technischen Erfolg mit dem digitalen Netzanschluss auf Basis einer Initiative der Stadtwerke München
- Interoperabilität und Skalierbarkeit: Mit Markteinführung einer sicheren Kommunikationseinrichtung in Kombination mit der FNN Steuerbox wird die Beeinflussung des Strombezuges und der Einspeisung auch für Gebäude möglich
Digitaler Netzanschluss und autonomes Energiemanagement in der Demonstration Lab Hybrid
Im Rahmen des Förderprojektes C/sells zeigten die Projektpartner erstmals eine Lösung für die Praxis zu den aktuellen Erweiterungen des §14a des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG), dessen Entwurf voraussichtlich zum Jahresende 2020 veröffentlicht wird, und des aktuellen Entwurfs zur Novelle des §9 des Erneuerbare-Energien-Gesetztes (EEG) vom September 2020. Digitaler Netzanschluss und autonomes Energiemanagement bilden dabei eine Lösung für die interoperabel durchgängige Steuerung einer Liegenschaft mit Smart Meter Gateway (SMGW), digitaler Steuerbox des Netzbetreibers und mit lokalem Energiemanagementsystem (EMS) im Gebäude.
Als Demonstrationszelle dient das Autonomie Lab in Leimen, welches über die entsprechenden Erzeugungsanlagen (z.B. Solaranlage) und flexible Verbraucher (z.B. Ladeeinrichtung) verfügt. Eingesetzt wurde eines der ersten verfügbaren Muster der VIVAVIS Steuerbox nach dem FNN-Standard inklusive der digitalen EEBUS-Schnittstelle zusammen mit dem SMGW von der PPC AG, einem Energiemanagementsystem von Fraunhofer IEE sowie einer Wallbox von Mennekes. Die Kommunikation zwischen allen beteiligten Komponenten basiert auf der auch aus C/Sells mitgestalteten VDE 2829–6, einer Anwendungsregel für die Kommunikation am Netzanschlusspunkt, welche auf den EEBUS Spezifikationen und einer Initiative der Stadtwerke München basiert. Die hierzu im Gebäude des Prosumenten und Projektentwicklers Andreas Kießling (energy design) umgesetzte Lösung ist damit der erste Praxistest der neuen VDE-Anwendungsregel und zugleich der erste Anwendungsfall des zum Jahresende 2020 veröffentlichen FNN-Lastenheftes zur Steuerbox.
Über interoperable Prozesse der Systemarchitektur wurden neben der Beeinflussung der Erzeugungs- und Verbrauchsleistung durch die Leitwarte von Stadtwerke Schwäbisch Hall auch die Inselfähigkeit bei externer Störung getestet (Demonstration Lab Noir im Mai 2019) und damit der Nachweis angetreten, dass Prosumenten dem Netzbetreiber mit verfügbarer, standardisierter Technik Flexibilität bereitstellen können. Das lokale Energiemanagementsystem im Gebäude gewährleistet durch Steuerung der einzelnen Geräte und Anlagen die Einhaltung der gewünschten Leistungswerte am Netzanschlusspunkt, ohne dass der Netzbetreiber auf einzelne Geräte zugreifen muss.
Vom Haus, zur Straße, zum Quartier – C/Sells schafft Standardisierung und Technik für die Energiewende
Die Steuerbarkeit der Leistung am Netzanschluss, ist nicht nur für eine einzelne Liegenschaft wichtig: Seitens der Netzbetreiber wird vermehrt nach Lösungen für Quartiere gefragt, welche sich aus Liegenschaften mit unterschiedlichsten Verbrauchs- und Erzeugungseigenschaften zusammensetzen. Mehrere Liegenschaften mit Solaranlagen erzeugen einen Überschuss an Strom, welchen der Netzbetreiber zuerst lokal ausgleicht. Die aktuelle VDE 2829–6 beschreibt auch, wie der Netzbetreiber über die Steuerbox der Liegenschaft an Energiemanagementsysteme in Gebäuden einen vorhandenen Stromüberschuss im lokalen Netz signalisiert und Anreize gibt, die Leistungsaufnahme des Gebäudes durch das Einschalten flexibler Verbraucher und Speicher zu erhöhen. So kann über Häusergrenzen hinweg das Elektroauto mit höherer Leistung laden oder die Wärmepumpe bereits vor der ursprünglich geplanten Zeit den Wärmespeicher füllen.
Weitere Demonstrationszellen in C/sells haben gezeigt, dass marktgetriebene, vorausschauende Mechanismen im Zusammenwirken von Flexibilitätsanbietern mit Flexibilitätsplattformen zur Stabilisierung der Netze beitragen können. Digitaler Netzanschluss und autonomes Energiemanagement bilden Mechanismen zur Abgrenzung der Selbstbestimmung innerhalb des Gebäudes von regulierten Maßnahmen zum Netzanschluss an der Grenze des Gebäudes. Die Verfahren sollen nun schrittweise in der EEBUS Initiative spezifiziert und anschließend in die VDE 2829–6 übernommen werden. Zusammen mit der in Leimen gezeigten Eingriffsmöglichkeit des Netzbetreibers, als Lösung bei kritischen Netzsituationen, hat C/sells mit der Blaupause einen wesentlichen Beitrag für die zukünftigen, intelligenten Stromnetze geleistet.
Vorschlag für Blaupause zum digitalen Netzanschluss in einer Gebäudezelle
„Partizipation durch Recht auf Eigenversorgung und autonome Gestaltung auf Basis von Innovationen und technischen Normen sowie verbindende, aber nicht verhindernde rechtliche Regeln — all das konnten wir im Autonomie Lab Leimen erfolgreich zeigen!“ Andreas Kießling
Die Demonstration Lab Hybrid im Autonomie Lab Leimen wird im Rahmen des SINTEG-Programmes als Blaupause für einen digitalen Netzanschluss vorgeschlagen, um sowohl systemdienliches Verhalten am Netzanschluss eines Gebäudes als auch Autonomie der selbstbestimmten Gestaltung von Energieflüssen im Gebäude zu ermöglichen (hybrides Verhalten einer Gebäudezelle).
Die insbesondere durch die C/sells-Partner Stadtwerke München und EEBUS-Initiative als VDE-Anwendungsregel in einem DKE-Normungsgremium vorangetriebene Lösung ist ein Vorschlag für die aktuellen Gesetzgebungsprozesse zum EEG und EnWG zur praktischen Ausgestaltung eines interoperablen, steuerbaren und digitalen Netzanschlusses.
Digitaler Netzanschluss und autonomes Energiemanagement bieten Netzbetreibern die Möglichkeit zur flexiblen Netzführung im Niederspannungsbereich unter den Bedingungen dezentraler Stromerzeugung. Vorgaben zu Leistungsflüssen können vom Netzbetreiber über Plattformen zur Koordination der Energiemarktteilnehmer an den digitalen Netzanschluss von Liegenschaften übersendet werden. An der Steuerbox endet der Verantwortungsbereich des Netzbetreibers mit der Übergabe von Leistungswerten.
Das kundenseitige Energiemanagementsystem gewährleistet auf Basis dieser Information die maximal beziehbare oder die maximal einzuspeisende Leistung und sorgt für deren Einhaltung. Dazu wird beispielsweise der Ladestrom eines Elektrofahrzeugs über die Wallbox reduziert oder erhöht.
Vereinte Kompetenz, vom Netzbetrieb über die Steuerbox bis hin zum Energiemanagement
Das Schaufensterprojekt C/sells bot einer großen Anzahl von Partnern aus Forschung, Industrie und Netzbetrieb eine optimale Basis, um die vielfältigen Interessen und Anforderungen der verschiedenen Stakeholder rund um die Energieversorgung der Zukunft abzubilden. Auch hier war in der Zusammenarbeit diverser Partner mit vielseitigen Kompetenzen eine ganzheitliche Lösung möglich.
Zitat Dr. David Nestle, Leiter des C/sells-Teilvorhabens am Fraunhofer IEE:
„In der Niederspannungsversorgung sehen wir eine wachsende installierte Leistung an dezentraler Erzeugung aus Photovoltaik sowie an Verbrauchern mit hoher Leistung wie Ladesäulen und Wärmepumpen. Damit gewinnt die Steuerbarkeit der Leistungsaufnahme auch in der Niederspannungsversorgung für den Netzbetreiber an Bedeutung. Zugleich möchten die Nutzer selbst entscheiden und Prioritäten setzen, durch welche Zu- und Abschaltungen die Vorgaben lokal umgesetzt werden. Das Energiemanagement des Fraunhofer-Institutes IEE bringt diese Anforderungen zusammen und bietet durch die Anbindung über den CLS-Kanal des SMGW zugleich die notwendige Sicherheit bei der Umsetzung, die sowohl aus Sicht des einzelnen Nutzers als auch für den Betrieb des Netzes als Ganzes entscheidend ist. Das EMS kann unter Bewahrung der jeweiligen Effizienzziele im Gebäude die Steuerungsinformationen des Netzes in der Liegenschaft auf Basis selbstbestimmter Prioritäten des Gebäudenutzers umsetzen.“
EEBUS — Standardisiertes Kommunikationsprotokoll und Anwendungsfälle
Die EEBus Initiative e.V. arbeitet aktiv in den relevanten Normungsgremien mit. Sowohl in Arbeitskreisen des DKE und in den Task Forces des Bundesamts für Sicherheit der Informationstechnik (BSI), als auch im Forum Netztechnik Netzbetrieb (FNN) ist die Initiative mit ihren Experten vertreten. Besonders für die netzbezogenen Anwendungen wurde innerhalb der Initiative eine Arbeitsgruppe aufgesetzt, in welcher interdisziplinäre Experten aller relevanten Gewerke an der Spezifizierung der Anwendungsfälle arbeiten.
Zitat Ralph-Ino Prümm, Leiter Produktmanagement EEBus e.V.:
„Netzbetreiber müssen die Leistung am lokalen Netzanschluss beeinflussen können, egal ob Verbrauch oder Einspeisung. Am Ende interessiert es einen Netzbetreiber nicht, wie und welche Geräte in einer Liegenschaft verbaut sind. Einzig die Wirkung auf den Netzanschluss ist in der kumulierten Sicht, z.B. der eines Gebäudes oder Straßenzuges, entscheidend. Die hierfür zwingend erforderliche standardisierte Kommunikation setzten wir bei der EEBus Initiative zusammen mit unseren Mitgliedsunternehmen um. Unsere Lösungen mit realen Geräten und Systemen haben wir mit unseren Projektpartnern erfolgreich testen können.“
Ein großer Fortschritt der Standardisierungsarbeiten zum EEBUS zeigt sich in den, vor kurzem zur öffentlichen Kommentierung vorgelegten, VDE-Anwendungsregeln der Reihe VDE AR‑E 2829–6. Hierin sind alle wichtigen Aspekte von technischen Standards für Datenaustausch, Datenmodelle, Sicherheitsanforderungen bis hin zur konkreten Umsetzung beschrieben. Die Kommunikation mit dem EEBUS Datenmodell SPINE (Smart Premises Interoperable Neutral-Message Exchange) über das standardisierte Transportprotokoll SHIP (Smart Home IP) bildet die Grundlage. Die Veröffentlichung der Anwendungsregeln ist zum Jahreswechsel 2020/2021 geplant.
Zitat Jörg Schmidtke, Gremien und Förderprojekte, VIVAVIS AG:
“Mit der erstmalig durchgängig automatisierten Anwendung einer Leistungslimitierung über ein intelligentes Messsystem und die FNN konforme Steuerbox der VIVAVIS wurde die Einsatzreife der SMGW für Steuerungsaufgaben belegt. Wir hoffen damit einen positiven Beitrag zur Diskussion der Mehrwerte rund um das das intelligente Messsystem geliefert zu haben.“
Digitaler Netzanschluss und autonomes Energiemanagement sind Ausgangspunkt weiterer, sowohl netz- als auch marktbezogener Anwendungsfälle. Dazu zählen beispielsweise der Austausch von flexiblen Tarifen oder Prognosedaten, die aktuell innerhalb der EEBus Initiative spezifiziert und somit baldmöglichst als standardisierte und interoperable Anwendung öffentlich verfügbar gemacht werden.
Zitat Peter Breuning, Abteilungsleitung Netzleittechnik Stadtwerke Schwäbisch Hall:
“Erlauben sie mir bitte eine Projektion des digitalen Netzanschlusses in das Jahr 2050: Millionen von derartigen Netzanschlüssen bilden intelligente Zellen im Netz der Verteilnetzbetreiber, mittlerweile sind wir in Deutschland in der Energiewelt bei Redispatch 5.0; weltweit haben Elektroautos die Verbrenner abgelöst. Die Netzeinspeisung in Deutschland und im Europäischen Netz besteht überwiegend aus Kraftwerken mit regenerativer Energie, Blockheizkraftwerke werden mit Wasserstoff betrieben, alle Kohlekraftwerke haben den Weg der Dinosaurier angetreten. Der Netzbetreiber sendet an jede Zelle Fahrpläne (Prosumentenprofile für Strombezug und Einspeisung am Netzanschluss des Gebäudes), wie seit 2021 beim Redispatch 2.0. Die Zelle reagiert auf die Fahrpläne und regelt den Bedarf der Zelle gemäß lokalem Angebot und Nachfrage. Bei Bedarf werden Anpassungen der Prosumentenprofile zwischen der jeweiligen Zelle und dem Netzführungssystem automatisiert abgestimmt. Bei Netzausfällen ist ein lokaler Inselbetrieb in jeder Gebäudezelle sowie ein gezielter Netzwiederaufbau nach Beseitigung der Störung möglich. Mein Fazit lautet – lieber einen Euro für zukunftsträchtige Lösungen investieren, als alle paar Jahre die Straßen aufzugraben und die Netze zu verstärken!“
Partner
Über VIVAVIS AG:
Die VIVAVIS AG ist Lieferant intelligenter Systemlösungen im Bereich der Energiewirtschaft und Ihr Ansprechpartner für eine effiziente Digitalisierung rund um Netze, Metering, Quartiere und Wasserwirtschaft. Wir sind verlässlicher Partner für Energieversorger, Industrie, Wohnungswirtschaft, Kommunen sowie andere Versorgungsunternehmen für die Integration digitaler Technologien in eine vorhandene Infrastruktur – national wie international. Ganz gemäß unserer Philosophie „smart, simplistic, visionary“ gestalten wir Lösungen, die sich umfassend in das vorhandene Umfeld einfügen und leicht ergänzen lassen.
Entstanden ist die VIVAVIS AG aus der Fusion der vier Technologie-Unternehmen VIVAVIS GmbH, IDS GmbH, GÖRLITZ AG sowie Erwin Peters Systemtechnik GmbH. Das Produktportfolio der neuen VIVAVIS AG umfasst Energiemanagementsysteme, Geoinformationssysteme, Automatisierungs- und Prozessleittechnik, Lösungen rund um Zählerfernauslesung, Smart Metering, Submetering und IoT-Technik sowie Netzleit- und Fernwirk-Technik. Mit dem gebündelten Know-how der über viele Jahre am Markt agierenden Experten aus unserem Unternehmen bieten wir unseren Kunden kreative, zukunftssichere IoT-Lösungen aus einer Hand.
Unsere Komplettlösungen können sparten- und funktionsübergreifend beliebige Daten empfangen, qualifizieren, überwachen, steuern, regeln, aufbereiten und verständlich kommunizieren. Dies umfasst Betriebsmitteldaten über georeferenzierte, sicherheitskritische Daten bis hin zu Messdaten aus Zähler‑, Submetering- oder IoT-Infrastrukturen. Mehr als 10.000 Kunden vertrauen bereits auf die breite Produktpalette der VIVAVIS AG und das branchenübergreifende Fachwissen unserer Mitarbeiter und profitieren somit von größtmöglichem Mehrwert.
www.vivavis.com
Über Fraunhofer IEE:
Das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE in Kassel forscht für die Transformation der Energiesysteme. Es entwickelt Lösungen für technische und wirtschaftliche Herausforderungen, um die Kosten für die Nutzung erneuerbarer Energien weiter zu senken, die Versorgung trotz volatiler Erzeugung zu sichern, die Netzstabilität auf hohem Niveau zu gewährleisten und die Energiewende zu einem wirtschaftlichen Erfolg zu führen. Unternehmen aus den Branchen Energieversorgung, Netzbetrieb, Energieelektronik, Energieinformatik, Windenergie, Photovoltaik, Bioenergie und Investment bieten wir ein reichhaltiges, an die Bedürfnisse unserer Kunden anpassbares, Portfolio von Leistungen, Know-how und Produkten.
www.iee.fraunhofer.de
Über Stadtwerke Schwäbisch Hall:
Die Stadtwerke Schwäbisch Hall GmbH, ein innovativer Netzbetreiber und Dienstleister, versorgt in Schwäbisch Hall und angrenzender Gemeinden rund 70.000 Einwohner mit Energie. Derzeit speisen Kraftwerke mit einer Leistung von rund 180 MW bei einer maximalen Netzabgabe von 70 MW ein. Aktuell wird im Rahmen vom Projekt Grid Radar und der Einführung von Redispatch 2.0 ein Forecast von 36 Stunden für die Netzsicherheit im Mittel- und Niederspannungsnetz implementiert. Des Weiteren tauscht die Verbundleitwarte mit ihren vorgelagerten Netzbetreibern auf elektronischem Weg Daten über die aktuelle Netzsituation aus, der Datenaustausch bei der Kaskade erfolgt über eine Kopplung der Netzführungssysteme. Der bisherige unsichere Weg via E‑Mail ist damit Geschichte. Wichtig war die Umsetzung, da die Verbundleitwarte die Dienstleistung Meldestelle und Netzführung für 21 Stadtwerke in Deutschland durchführen.
Über EEBUS:
Die EEBus Initiative e.V. verfügt über mehr als 60 Mitglieder, die in allen Bereichen des vernetzten Haushalts, der Elektromobilität, der Energie und der intelligenten Geräte die führenden Interessenvertreter sind. Die Mitglieder arbeiten in verschiedenen Arbeitsgruppen zusammen, um die standardisierte und gemeinsame Sprache für die Interoperabilität der angeschlossenen Geräte zu entwickeln – EEBUS. Smart Heating, Elektrofahrzeuge, Photovoltaiksysteme, Smart Home Systeme, Energiemanager und andere Geräte können so schon heute nahtlos über das lokale Energiemanagement kommunizieren.
Über KEO:
KEO ist der führende EEBUS Software Integrator. Mit den EEBUS Software Stacks verbindet das Unternehmen energierelevante Geräte mit Energiemanagementsystemen und dem Netz. Die Softwarelösungen von KEO basieren auf verschiedenen Technologien, sind herstellerunabhängig und auf verschiedene Bereiche zugeschnitten. Die Produkte und Dienstleistungen von EEBUS treiben die Integration einer gemeinsamen Sprache für Energie voran, die eine nahtlose Kommunikation ermöglicht. Neben Connectivity-Stacks bietet KEO Testwerkzeuge und ‑umgebungen rund um die EEBUS-Spezifikationen an.
Über Andreas Kießling (Digital Clean Energy Design GmbH):
Andreas Kießling hat in Dresden Physik studiert und lebt im Raum Heidelberg. Er beteiligt sich als Freiberufler und Autor an der Gestaltung nachhaltiger Lebensräume und zugehöriger Energiekreisläufe. Dies betrifft Themen zu erneuerbaren und dezentral organisierten Energien auf Basis der Digitalisierung. Veröffentlichungen als auch die Aktivitäten zur Beratung, zum Projektmanagement und zur Lehre dienen der Gestaltung von Energietechnologie, Energiepolitik und Energieökonomie mit regionalen und lokalen Chancen der Landschaftsentwicklung in einer globalisierten Welt.
Leimen, den 08. Dezember 2020
Andreas Kießling, energy design
