Das intelligente Energiesystem als zukünftige Basis für ein nachhaltiges Energiemanagement

Das Energieversorgungssystem steht vor einem Paradigmenwechsel. Die in der Vergangenheit vorherrschenden zentralen Erzeugungsstrukturen migrieren zu verteilten netzwerkartigen Erzeugungs-, Speicher-, und Verbrauchsstrukturen. Dies erfordert eine Vernetzung der Netzteilnehmer zu einem intelligenten Energieversorgungssystem (Smart Grid) als elementarer Bestandteil eines intelligenten Energiesystems. Der Beitrag präsentiert ein Begriffssystem für ein intelligentes Energiesystem und skizziert dessen Aufbau und Funktionsweise auf Basis der ersten Ergebnisse der VDE/ITG-Fokusgruppe Energieinformationsnetze. 1 Begriffe zum intelligenten Energiesystem auf Grundlage neuer Anforderungen Energieversorgungssysteme waren in der Vergangenheit von zentralen Erzeugungsund zentralen Netzsteuerungsfunktionen geprägt. Die Verbindung durch Kommunikationsnetze war dementsprechend für zentrale Erzeugungsanlagen, die Übertragungsnetze und die Verteilungsnetze bis hin zu den Trafostationen im Mittelspannungsbereich umgesetzt. Marktpartner sind heute vorrangig bezüglich regulierter Prozesse und zum Großhandelsmarkt verbunden. Der vor dem Ausbau mit dezentralen Erzeugungsanlagen nicht vorhandene Regelungsbedarf im Niederspanungsbereich führte dazu, dass nur geringer Bedarf an fernauslesbaren digitalen Messeinrichtungen, fernsteuerbaren Stelleinrichtungen und an der Einbeziehung von elektrischen Lasten in die Steuerung des Energiesystems bestand. Außerdem sind dezentrale Erzeugungsanlagen insbesondere für INFORMATIK 2011 Informatik schafft Communities 41. Jahrestagung der Gesellschaft für Informatik , 4.-7.10.2011, Berlin www.informatik2011.de erschienen im Tagungsband der INFORMATIK 2011 Lecture Notes in Informatics, Band P192 ISBN 978-3-88579-286-4 weitere Artikel online: http://informatik2011.de/519.html Windund Solarenergie heute noch nicht in Marktmechanismen eingebunden. Insoweit bestand nur eine geringfügige Verbindung von Elementen des Energieversorgungssystems mit Elementen der Kommunikationsund Automatisierungstechnik. Dies wandelt sich zunehmend mit dem Paradigmenwechsel von zentralen Erzeugungsstrukturen zu verteilten, netzwerkartigen Erzeugungsund Speicherstrukturen. Abbildung 1: Paradigmenwechsel im Energieversorgungssystem Die vorrangig passiven Energieversorgungsstrukturen in den unteren Spannungsebenen wandeln sich mit der zunehmenden Anzahl von dezentralen Energiequellen zu aktiven Strukturen, die zu regeln sind. Das bisher passive En rgieversorgungssystem ist mit einem Energieinformationssystem zu verbinden, so dass ein intelligentes Energieversorgungssystem (Smart Grid) entsteht. Auf dem Weg zur Entwicklung eines gemeinsamen Modells bzw. eines gemeinsamen Verständnisses für ein Energieinformationssystem ist als erster Schritt die Zusammenführung der verschiedenen Begriffswelten der Domänen „Energieversorgung“, „Kommunikation“ und „Automatisierung“ erforderlich, um eine gemeinsame Sprache zur Beschreibung eines intelligenten Energieversorgungssystems zu entwickeln. Die klassische Architekturverteilung eines Energieversorgungssystems in Energiegewinnung, Energietransport, Energieverteilung und Energienutzung wird sich durch die steigende Anzahl der dezentralen Energiegewinnungsanlagen (z.B. Windkraft, Blockheiz-, Biomasse-, Geothermiekraftwerke, Solaranlagen, usw.) und vielfältigen Energiespeichern zu einer Peer-to-Peer-Architektur wandeln. Dies bedeutet die Evolution eines netzwerkartigen Systems mit Verbindungen von Systemelementen als Knoten zu einzelnen anderen Knoten. In dieser Architektur stellen Energiegewinnungsanlagen, Energie nutzende Geräte und Energiespeicher Knoten im Energieinformationssystem dar und werden durch sogenannte Netznutzer im elektrischen Netz betrieben. Energieübertragung und Energieverteilung mit zusätzlichen Automatisierungselementen (Messmittel, Stell-, Steuerund Regelelemente) fallen mit zugehörigen Diensten unter die Verantwortlichkeit von Energie-Netzbetreibern. Dienste zur Vermittlung der Energie aus Gewinnungs-, Nutzungsund Speicheranlagen über eine definierte Marktkommunikation liegen in der Verantwortlichkeit von INFORMATIK 2011 Informatik schafft Communities 41. Jahrestagung der Gesellschaft für Informatik , 4.-7.10.2011, Berlin www.informatik2011.de erschienen im Tagungsband der INFORMATIK 2011 Lecture Notes in Informatics, Band P192 ISBN 978-3-88579-286-4 weitere Artikel online: http://informatik2011.de/519.html Marktakteuren. Zur Kommunikation der physischen Elemente zur Energiegewinnung, Nutzung und Speicherung sowie der Übertragung und Verteilung inklusive der Automatisierungselemente wird ein Peer-to-Peer Modell eines intelligenten Energieversorgungssystems definiert, womit Analogien zu heutigen Telekommunikationssystemen nutzbar sind. [VDE10] Für die weiterführenden Betrachtungen soll zuerst das intelligente Energiesystem definiert werden. Das intelligente Energiesystem (Smart energy system ; auch beschrieben mit der Metapher Internet der Energie, in Deutschland mit der Marke E-Energy definiert) wird in nachfolgender Abbildung veranschaulicht. Es entspricht der Summe aus intelligentem Energieversorgungssystem (Smart Grid) als physische Infrastrukturebene vermittelt über IKT-Plattformen zur virtuellen Ebene der Energiedienste (energy services ). Intelligentes Energiesystem Energiedienste (virtuell) Smart Grid (physisch) Intelligentes Energieversorgungssystem Energieinformationssystem Passives Energieversorgungssystem =