1Dr. Bernhard Nold, Reutlinger Energiezentrum (REZ), Hochschule Reutlingen, Alteburgstraße 150, 72762 ReutlingenT. +49 (0)7121 271-7135, F. +49 (0)7121 271-7004, [email protected], www.reutlingen-university.de
Virtuelles Kraftwerk Neckar-Alb: Eine Demonstrations- und Versuchsanlage
F. Heimgärtner1, B. Nold2, F. Truckenmüller2, M. Menth1
1 Universität Tübingen, Lehrstuhl Kommunikationsnetze2 Hochschule Reutlingen, Reutlinger Energiezentrum
2B. Nold et. al. Virtuelles Kraftwerk Neckar-Alb: Eine Demonstrations- und Versuchsanlage, Smart Energy and Systems, Dortmund 4.11.2019
Inhalt
1. Reutlinger Energiezentrum
2. Strommarkt und Virtuelle Kraftwerke
3. Demonstratorprojekt
4. Aufbau, Kommunikation und Steuerung
5. Anlagen, Teilnehmer und Digitale Zwillinge
6. Lastmanagement mit Elektrofahrzeugen
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Finanzierung durch:
& Projektmittel
Reutlinger Energiezentrum (REZ) - ein Lehr- und Forschungszentrum1. Ausbildung:
Masterstudiengang: „Dezentrale Energiesysteme und Energieeffizienz“
2. Angewandte Forschung:12 forschende Professoren Fakultäten Technik, Angewandte Chemie und ESB Business SchoolPraxislabore:
- Demonstrator Virtuelles Kraftwerk- Prüfstand Kraft-Wärme Kopplung- Distributed Ledger Technology- Stromnetzsimulator
3. Gesellschaftliche Entwicklung:Beratung, Austausch, Veranstaltungen
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Stromerzeugung letzte Woche in DeutschlandSt
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Erzeugung und Verbrauch
Preisunterschied:100 €/MWh
Unflexible Kraftwerke!
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preis je MW
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Netto Export
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Strompreis (day ahead)
Preisunterschied:100 €/MWh
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Fehlende Flexibilität
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Strompreis (day ahead)
Preisunterschied:100 €/MWh
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Fehlende Flexibilität
Preisunterschied:100 €/MWh
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Virtuelle Kraftwerke
Strom-händler
Virtuelles Kraftwerk 1
Micro Grid 1
Techn. Einheit 1
Techn. Einheit 2 …
Micro Grid 2
Techn. Einheit 1
Techn. Einheit 2 …
…
Virtuelles Kraftwerk 2 …
Bündeln die Leistung dezentraler Energieanlagen.
Vermarkten ihre Flexibilität an der Strombörse.
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Ebenen in Virtuellen Kraftwerken
Strom-händler
Virtuelles Kraftwerk 1
Micro Grid 1
Techn. Einheit 1
Techn. Einheit 2 …
Micro Grid
Techn. Einheit 1
Techn. Einheit …
…
Virtuelles Kraftwerk …
Strommarkt
Kraftwerke
Industriebetriebe
Einzelne Anlagen
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Steuerebenen in Virtuellen Kraftwerken
Strom-händler
Virtuelles Kraftwerk 1
Micro Grid 1
Techn. Einheit 1
Techn. Einheit 2 …
Micro Grid
Techn. Einheit 1
Techn. Einheit …
…
Virtuelles Kraftwerk …
Strommarkt
Kraftwerke
Industriebetriebe
Einzelne Anlagen
Strompreise & Netzbetreiber
Standortübergreifendes Leitsystem
Micro Grid Steuerung
Anlagensteuerung
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Verantwortung im Virtuellen Kraftwerk
Strom-händler
Virtuelles Kraftwerk 1
Micro Grid 1
Techn. Einheit 1
Techn. Einheit 2 …
Micro Grid
Techn. Einheit 1
Techn. Einheit …
…
Virtuelles Kraftwerk …
Strommarkt
Kraftwerke
Industriebetriebe
Einzelne Anlagen
Strompreise & Netzbetreiber
Standort-übergreifendes
Leitsystem
Micro Grid Steuerung
Anlagensteuerung
Handelsgewinne
Flexibilitäts-angebote
Sicherung der Betriebsabläufe
Funktion & Anlagensicherheit
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Demonstrator Virtuelles Kraftwerk Neckar-Alb
Eröffnung im Februar 2018
Aufbau und Betrieb eines Virtuellen Kraftwerks am REZ
Demonstrations- und Versuchsanlage für:• Technische Umsetzung und Anwendungen in der Industrie• IT-Sicherheit• Sektor Kopplung, Fahrplanabstimmung und Optimierung• Aus- und Weiterbildung
Förderung durch das Land Baden-Württemberg:„Demonstrationsprojekte Smart Grids und Speicher“
Projektlaufzeit: 2015 bis 2019
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Kommunikation im Demonstrator
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Kommunikation und Sicherheit
Strom-händler
Virtuelles Kraftwerk
Micro Grids
Techn. Einheiten
JSON/HTTP Kommunikation
JSON/HTTP Kommunikation
Gerätespezifische Schnittstellen &
Protokolle
[F. Heimgärtner et. al. ETG-Kongress 2017]
OpenVPNTunnel
OpenVPNTunnel
Beschränkter Zutritt / Hersteller Verschlüsselung
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Steuerung im Demonstrator
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Leitsystem – standortübergreifende Kontrolle• Kommunikation mit Stromhandel und Micro Grids• Erstellung KI-basierter Prognosen und Fahrpläne• Optimierung der Gesamtkosten mit Vorgaben• Flexibilitätsband-Fahrplan mit Standortrückkopplung
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Micro Grid Steuerung• Kommunikation mit Leitsystem und Anlagen• Fahrplan Ausführung, autonomer Betrieb oder manuelle Anlagensteuerung• Sicherung der Betriebsabläufe • Lokale Visualisierung und Archivierung der Energiedaten
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Anlagen im Demonstrator
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Micro Grid „Gewerbebetrieb“ am Campus
Lokale Anlagen zur Sektorkopplung von Stromversorgung, Heizung, Kühlung und Mobilität
• Photovoltaikanlage 200kWp• Blockheizkraftwerk 20kW el.• Ladeinfrastruktur 4 x 22kW• Warmwasserpufferspeicher• Adsorptionskältemaschine• Gebläsekonvektoren
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Micro Grid „Wohngebäude“ am Campus
Anlagen zur Sektorkopplung von Strom- und Wärmeversorgung:
• Wärmepumpe
• PVT-Kollektor:• Photovoltaik• Solarthermie• Umgebungswärmetauscher
• Warmwasserpufferspeicher• Eisspeicher• Niedertemperaturheizkörper
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Externe Teilnehmer am Demonstrator1. Wohn- und Geschäftsgebäude (Wärme: 8 MWh/a, Strom: 3 MWh/a)2. Wohnheim (Wärme: 50 MWh/a, Strom: 10 MWh/a)3. Büroräume mit Werkstatt (Wärme: 100 MWh/a, Strom: 5 MWh/a)4. Maschinenbau 1 (Wärme: 240 MWh/a, Strom: 1 GWh/a)5. Maschinenbau 2 (Wärme: 500 MWh/a, Strom: 225 MWh/a)6. Lebensmittelproduktion (Wärme: 600 MWh/a, Strom: 1.5 GWh/a)7. Maschinenbau 3 (Wärme: 1.2 GWh/a, Strom: 2.8 GWh/a)
Alle Teilnehmer haben einer anonymen Veröffentlichung ihrer Energiedaten zugestimmt.
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Digitale Zwillinge• Matlab/Simulink Modelle realer Anlagen• Echtzeit Interaktion mit dem Leitsystem• Berücksichtigung realer Wetter und Anlagendaten• Vorgabe von Lasten• Test von Optimierungsalgorithmen
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Lastmanagement mit Elektrofahrzeugen
Steuerung
Backend KI Fahrplan-Optimierung& Prognose
VirtuellesKraftwerk
Last PVLast
Netzbetreiber
Freigabe
TarifID
Börsen Strompreis
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für Ihre Aufmerksamkeit,
die Unterstützung der Konsortialpartner:
und die Förderung der Projekte durch das Land Baden-Württemberg
Vielen Dank