Energiezellen

Zellulares Ansatz für das Energiesystem

Defi­ni­ti­on Ener­gie­zel­len

von der Umge­bung abge­grenz­tes und gleich­zei­tig über Schnitt­stel­len ver­bun­de­nes Sys­tem aus Kom­po­nen­ten einer Ener­gie­in­fra­struk­tur (1) ver­schie­de­ner Ener­gie­for­men (2) sowie auch wei­te­rer Infra­struk­tu­ren der Kom­mu­ni­ka­ti­on und Logis­tik, deren Funk­tio­nen ein auto­no­mes Zel­len­ma­nage­ment (3) mit Opti­mie­rung von Ange­bot und Nach­fra­ge im Sys­tem über alle vor­han­de­nen Ener­gie­for­men in Ver­bin­dung mit dem Aus­tausch von Pro­duk­ten und Dienst­leis­tun­gen über bidi­rek­tio­na­le Flüs­se von Ener­gie, Stof­fen und Infor­ma­ti­on zu phy­si­ka­li­schen Nach­bar­zel­len sowie zu nicht lokal defi­nier­ten vir­tu­el­len Markt­zel­len (4) ermög­li­chen

Quel­le

C/sells, von VDE ETG/ITG AK Ener­gie­ver­sor­gung 4.0 abge­lei­te­te und erwei­ter­te Defi­ni­ti­on

Eng­li­sches Glos­sar

ener­gy cells

Abkür­zung

kei­ne

Bemer­kung

(1) z.B. zur Ener­gie­in­fra­struk­tur zäh­len alle Kom­po­nen­ten (Assets: Schicht A), die zur Wand­lung von Ener­gie, zu Trans­port und Ver­tei­lung sowie zur Spei­che­rung ein­ge­setzt wer­den.
(2) Ener­gie­for­men umfas­sen u.a. Elek­tri­zi­tät, Gas, Wär­me und Ener­gie­trä­ger für Mobi­li­tät.
(3) Zum Zel­len­ma­nage­ment zäh­len Anwen­dungs­kom­po­nen­ten der Sys­tem­nut­zer (Schicht D), Betriebs­füh­rung- und Leit­tech­nik­kom­po­nen­ten (Schicht C) sowie Digi­ta­li­sie­rungs­kom­po­nen­ten (Schicht B) mit Infor­ma­ti­ons- und Unter­stüt­zungs­funk­tio­nen (Basis­kom­po­nen­ten), Mess- und Steu­er­ein­rich­tun­gen (Zugriffs­kom­po­nen­ten) sowie gesi­cher­te Kom­mu­ni­ka­ti­ons­kom­po­nen­ten
(4) Infra­struk­tur­zel­len kön­nen zu umfas­sen­de­ren Infra­struk­tur­zel­len ver­bun­den wer­den. Es gibt somit Zel­len auf der glei­chen Stu­fe sowie auf über­ge­la­ger­ten und unter­la­ger­ten Stu­fen.

Bezie­hun­gen

  • Ener­gie­zel­len hat Ober­be­griff intel­li­gen­tes Ener­gie­sys­tem

Wei­te­re Erläu­te­run­gen zum Begriff

Hin­ter­grün­de und Moti­va­ti­on

Mit dem Begriff der Ener­gie­zel­le las­sen sich ein­ge­bet­te­te intel­li­gen­te Ener­gie­sys­te­me zusätz­lich zum Ener­gie­sys­tem­ver­bund zu umfas­sen­de­ren intel­li­gen­ten Ener­gie­sys­te­men orga­ni­sie­ren. Ener­gie­zel­len einer Stu­fe (n‑1) wer­den dabei auf Basis des neu­en Attri­buts zur Ver­bin­dung der bei­den Sys­te­me zu einer umfas­sen­de­ren Ener­gie­zel­le der n‑ten Stu­fe gebün­delt.

Dabei stel­len Netz­wer­ke oder sons­ti­ge Ener­gie­trä­ger die Ver­bin­dung zwi­schen den Schnitt­stel­len der Sys­te­me her. Leit­tech­nik- / Betriebs­füh­rungs­sys­te­me der Zel­le n‑ter-Stu­fe orga­ni­sie­ren die Zel­len der (n‑1)-ten Stu­fe. Da meh­re­re zusam­men­ge­setz­te Sys­te­me sich wie­der­um zu einem umfas­sen­de­ren Sys­tem zusam­men­set­zen las­sen, ist die­se Ket­te ein­ge­bet­te­ter Sys­te­me rekur­siv belie­big fort­setz­bar.

Bei­spiels­wei­se kann ein Gebäu­de als Ener­gie­zel­le Auto­no­mie ermög­li­chen und sich trotz­dem in die Ener­gie­zel­le eines Stadt­quar­tie­res und die­ses wie­der­um in die Ener­gie­zel­le der Stadt ein­ord­nen, das wie­der­um zur natio­na­len Ener­gie­zel­le im euro­päi­schen Ver­bund­sys­tem gehört.

Die­se hori­zon­tal (Ener­gie­sys­tem­ver­bund) und ver­ti­kal (Sys­tem aus Sys­te­men) orga­ni­sier­te Ver­bin­dung aus Ener­gie­zel­len wird als Ener­gie­or­ga­nis­mus bezeich­net. Ein der­ar­ti­ges mehr­stu­fi­ges Gesamt­sys­tem besteht aus Ener­gie­zel­len n‑ter Stu­fe, die jeweils aus Ener­gie­zel­len (n‑1)-ter Stu­fe durch Hin­zu­fü­gen neu­er Attri­bu­te zusam­men­ge­setzt wer­den.

Das zel­lu­la­re Ener­gie­sys­tem beschreibt somit eine Sys­tem­ar­chi­tek­tur zum Auf­bau einer frak­ta­len Struk­tur aus Infra­struk­tur­zel­len mit ener­gie­be­zo­ge­nen Kom­po­nen­ten, die sowohl aus hori­zon­ta­len Ver­bün­den von Infra­struk­tur­zel­len (Ener­gie­zel­len) als auch aus einem n‑stufigen Sys­tem ein­bet­ten­der Zel­len besteht, wobei jede Ener­gie­zel­le wie­der­um ein abge­grenz­tes intel­li­gen­tes Ener­gie­sys­tem bil­det, das durch eine zusätz­li­che Aus­stat­tung mit auto­no­men Ener­gie­zel­len­ma­nage­ment den Ener­gie­aus­gleich inner­halb der jewei­li­gen Zel­le und auch den Aus­tausch von Ener­gie und Infor­ma­ti­on zu Pro­duk­ten und Dienst­leis­tun­gen mit Nach­bar­zel­len ermög­licht und somit eine Art Ener­gie­or­ga­nis­mus in par­al­le­ler Orga­ni­sa­ti­on von Sys­tem­ag­gre­ga­ten und Sys­te­men aus Sys­te­men bil­det.

AA-Template: Energiezelle, Energiesystem und Energieorganismus
Ener­gie­zel­le und Ener­gie­or­ga­nis­mus

Bei­spiel­struk­tur für Ener­gie­or­ga­nis­mus

Um dies durch ein Bei­spiel zu ver­deut­li­chen, wird eine mög­li­che frak­ta­le Struk­tur aus Ener­gie­zel­len ent­spre­chend nach­fol­gen­der Abbil­dung dar­ge­stellt.

Nano­en­er­gie­sys­te­me:

Ein­zel­ne Teil­sys­te­me (Anla­gen­ver­bün­de, Woh­nun­gen, Gewer­be­ein­hei­ten) in Gebäu­den, deren Kom­po­nen­ten durch Net­ze mit­ein­an­der und über Schnitt­stel­len zur Umwelt ver­bun­den sind

Mikro­en­er­gie­sys­te­me:

Gebäu­de, deren Kom­po­nen­ten durch Gebäu­de­n­et­ze mit­ein­an­der und über Schnitt­stel­len zur Umwelt ver­bun­den sind

Meso­en­er­gie­sys­te­me:

Area­le und Quar­tie­re, deren Kom­po­nen­ten durch Are­al­net­ze mit­ein­an­der und über Schnitt­stel­len zur Umwelt ver­bun­den sind

Makro­en­er­gie­sys­te­me:

Städ­te und Ort­schafts­ver­bün­de, deren Kom­po­nen­ten durch Ver­tei­lungs­net­ze mit­ein­an­der und über Schnitt­stel­len zur Umwelt ver­bun­den sind

Super­en­er­gie­sys­te­me:

Regio­nen, Staa­ten und Staa­ten­ver­bün­de, deren Kom­po­nen­ten durch Ver­tei­lungs- und Über­tra­gungs­net­ze mit­ein­an­der und über Schnitt­stel­len zur exter­nen Umwelt ver­bun­den sind

Energieorganismus
Bei­spiel­struk­tur für Ener­gie­or­ga­nis­mus

Ver­wei­se

[BMWi2014] Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Wirt­schaft und Ener­gie: „Moder­ne Ver­tei­ler­net­ze für Deutsch­land“ (Ver­tei­ler­netz­stu­die). Abschluss­be­richt. Stu­die im Auf­trag des BMWi. Ber­lin, 12. Sep­tem­ber 2014

[BKN2009] B. Buch­holz, A. Kiess­ling, D. Nest­le: Indi­vi­du­al custo­mers” influ­ence on the ope­ra­ti­on of vir­tu­al power plants. Power & Ener­gy Socie­ty Gene­ral Mee­ting 2009. PES ’09, IEEE, Cal­ga­ry, 26–30 July 2009. ISSN: 1944–9925; Print ISBN: 978–1‑4244–4241‑6. Digi­tal Object Iden­ti­fier: 10.1109/PES.2009.5275401

[Csells2015] Smart Grids-Platt­form Baden-Würt­tem­berg e.V. (Ver­bund­ko­or­di­na­ti­on): C/sells — Groß­flä­chi­ges Schau­fens­ter im Solar­bo­gen Süd­deutsch­lands. Pro­jekt­skiz­ze im Rah­men der För­der­initia­ti­ve „Schau­fens­ter Intel­li­gen­te Ener­gie – Digi­ta­le Agen­da für die Ener­gie­wen­de“ (SINTEG) des Bun­des­mi­nis­te­ri­ums für Wirt­schaft und Ener­gie (BMWi). Stutt­gart, Mai 2015

[DIGR2016] Digi­tal Grid — The “Inter­net of Ener­gy”: http://www.digitalgrid.org/en/ abge­ru­fen am 23.11.2016

[EY2013] Ernst & Young: Kos­ten-Nut­zen-Ana­ly­se für einen flä­chen­de­cken­den Ein­satz intel­li­gen­ter Zäh­ler. End­be­richt. Stu­die im Auf­trag des Bun­des­mi­nis­te­ri­ums für Wirt­schaft und Tech­no­lo­gie. Ber­lin, Juli 2013

[IZES2009] Ver­ant­wort­li­cher Kon­sor­ti­al­part­ner: IZES, Mit­wir­ken­de Kon­sor­ti­al­part­ner: Prof. U. Leprich, Gün­ther Frey, Eva Hau­ser (IZES); Prof. A. Jun­ker; C. Hell (Dorn­bach & Part­ner), U. Rosen (BET): Ergeb­nis­stu­die E‑Ener­gy-Pro­jekt Modell­stadt Mann­heim (moma), Arbeits­schritt 1.4 – Geschäfts­mo­del­le und Vor­schlä­ge zu aus­ge­wähl­ten Busi­ness Cases. erschie­nen in moma. Mann­heim 15.12.2009

[Kies2015] Kieß­ling, Andre­as (Hrsg.); Hart­mann, Gun­nar: Ener­gie zyklisch den­ken. Etwa 130 S., E‑Book (Ama­zon). Lei­men ISBN 978–3‑00–047441‑5. https://www.amazon.de/Energie-zyklisch-denken-Andr…

[OLEV2016] Effek­ti­vi­tät, Effi­zi­enz. Online-Ver­wal­tungs­le­xi­kon: http://www.olev.de/e/effekt.htm abge­ru­fen am 15.11.2016

[moma1201] Ver­ant­wort­li­cher Kon­sor­ti­al­part­ner: IZES; Mit­wir­ken­de Kon­sor­ti­al­part­ner: IZES: Klann, Uwe; Leprich, Uwe; PPC: Begas­se, Simon; Mül­ler, Chris­ti­ne; Wol­ski, Tho­mas; MVV: Kieß­ling, Andre­as; IWUS: Jun­ker, A.; Dorn­bach & Part­ner: Hell, C.; E‑Ener­gy-Pro­jekt Modell­stadt Mann­heim (moma), Arbeits­schritt 1.8 – Stu­die zu Wirt­schafts­per­spek­ti­ven, 10.01.2012

[PEF2016] Pro­gnos, Ener­gie Cam­pus Nürn­berg, Fried­rich-Alex­an­der Uni­ver­si­tät Erlan­gen-Nürn­berg: Dezen­tra­li­tät und zel­lu­la­re Opti­mie­rung – Aus­wir­kun­gen auf den Netz­aus­bau­be­darf. Stu­die im Auf­trag der N‑ERGIE Akti­en­ge­sell­schaft. Ber­lin und Nürn­berg. 7. Okto­ber 2016

[RELE2013] Rei­ner Lemoi­ne Insti­tut: Ver­gleich und Opti­mie­rung von zen­tral und dezen­tral ori­en­tier­ten Aus­baupfa­den zu einer Strom­ver­sor­gung aus Erneu­er­ba­ren Ener­gi­en in Deutsch­land. Stu­die im Auf­trag von Haleaka­la Stif­tung, 100 Pro­zent Erneu­er­bar Stif­tung, Bun­des­ver­band mit­tel­stän­di­sche Wirt­schaft. Ber­lin. 21. Okto­ber 2013

[VDE2015] VDEETG Task Force Grund­sätz­li­che Aus­le­gung neu­er Net­ze: Posi­ti­ons­pa­pier – Der zel­lu­la­re Ansatz, Grund­la­ge einer erfolg­rei­chen, regio­nen­über­grei­fen­den Ener­gie­wen­de. VDE-ETG-Stu­die. Hrsg. vom VDE-Ver­lag. Frank­furt 06/2015

[AA-Tem­pla­te] Mus­ter für Begriffs­de­fi­ni­tio­nen im WikiEn­ergy für den Blog “Ener­gie­zel­len — Doku­men­ta­ti­on der Ener­gie­wen­de” von Andre­as Kieß­ling
Andreas Kießling
Über Andreas Kießling 50 Artikel
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. 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 Raumentwicklung in einer globalisierten Welt.

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