Teilprojekt TP 5
Methoden für intelligente Liegenschaften und Märkte
Das Ziel des Teilprojekts ist es, die Teilnahme der Liegenschaften am Strommarkt methodisch zu untersuchen. Dies beinhaltet insbesondere den ökonomischen Betrieb der Zellen, der Liegenschaften und deren Komponenten in verschiedener Detailtiefe zu analysieren. Weiterhin sind hierfür geeignete Plattformen zu entwickeln sowie zu testen. Um diese Ziele zu erreichen werden zum einen virtuelle Marktplätze simuliert, auf denen innerhalb regionaler Zellen Energie und Flexibilität gehandelt wird. Zum anderen wird die Anbindung dieser Zellen in den überregionalen Handel durch die Bereitstellung bidirektionaler Dienstleistungen abgebildet. Die dafür verantwortlichen Akteure treten als Aggregatoren dezentraler Prosumenten auf und koordinieren den Handel sowohl zwischen den regionalen Zellen, als auch der Zellen mit dem zentralen Strommarkt. Die Umsetzung der Modelle und Simulationen bidirektionaler Dienste und Märkte wird durch die Implementierung eines Pilotprojekts als Beispiel zur Erreichung von Massenfähigkeit unterstützt und erfolgt in enger Abstimmung mit den netzgetriebenen Anforderungen aus TP 4. Neben der Simulation der Marktteilnahme ist der ökonomisch optimale Betrieb und Einsatz der Geräte und Komponenten individuell sowie als aggregierte Energieknoten einer Liegenschaft Untersuchungsgegenstand des Teilprojekts.
Arbeitspaket AP 5.1 – Koordination des Teilpakets 5
Im Arbeitspaket AP 5.1 wird die Koordination der inhaltlichen Arbeitspakete des TP 5 untereinander, sowie zu den Schnittstellen mit den anderen Teilprojekten und der Projektleitung realisiert. Die Teilprojektleitung übernimmt außerdem die Rolle des wissenschaftlichen Koordinators im TP 5 und sorgt für die inhaltliche Abstimmung der wissenschaftlichen Partner innerhalb des Teilprojekts und in Koordination mit den wissenschaftlichen Koordinatoren der weiteren Teilprojekte für das Gesamtprojekt.
Arbeitspaket AP 5.2 – Bidirektionaler Handel in Märkten
Das AP 5.2 hat zum Ziel, das Design, die Ausgestaltung und die Regeln für dezentrale, lokale und überregionale Märkte zu analysieren, zu entwickeln und in Piloten zu erproben. Dazu wird ein Marktdesign entwickelt und getestet, das einen Handel zwischen Akteuren und Zellen in hoher Anzahl möglich macht. Es werden akteursspezifische Erzeugungs- und Nachfragestrukturen unterschiedlicher Zelltypen sowie hieraus resultierende handelbare (Flexibilitäts-)Produkte berücksichtigt. Diese sollen sowohl auf zentralen überregionalen Märkten, als auch auf dezentralen lokalen Märkten handelbar sein. Die Märkte sollen sich dabei ergänzen und nicht in Konkurrenz zu einander stehen. Der bidirektionale Handel wird für die unterschiedlichen Produkte unter Berücksichtigung technischer, ökonomischer und akteursspezifischer Parameter analysiert und in Prototypen einer virtuellen Handlungsumgebung getestet.
Zudem werden neue Methoden zur Bewertung der Interdependenzen zwischen Zelltypen unter Beachtung vorhandener (zentraler) und neuer (dezentraler) Handelsstrukturen und Produkte entwickelt. Vorschläge für ein optimiertes Marktdesign hinsichtlich einer effizienten Abstimmung zwischen Netz und Markt sollen durch ein Konzept einer „Flexibilitäts-Plattform“ entwickelt werden.
Im Vorhaben werden sechs Teilaufgaben (TA) unterschieden:
- 5.2.1 – Die Leitung und Koordination des Arbeitspakets
- 5.2.2 – Definition der Anforderungen an den bidirektionalen Handel in (neuen) Märkten und Erfassung der heutigen Rahmenbedingungen. Anschließend werden technische Potenziale erfasst, die eine prinzipielle Lösungsoption bieten. Zuletzt werden Zellen hinsichtlich Erzeugungs- und Nachfragestruktur sowie Flexibilitätsbedarf erfasst.
- 5.2.3 – Erarbeitung von Konzepten für ein Marktdesign zur Umsetzung von bidirektionalem Handel. In den Konzepten wird hierbei auf Akteure und deren Rollen eingegangen, regionale Marktgebiete definiert, Marktkommunikationsmechanismen auf Handelsplattformen festgelegt und die Abstimmung Netz-Markt konkretisiert. Eine Handelsplattform und eine Flexibilitätsplattform werden konzeptioniert.
- 5.2.4 – Die Konzeption und Bewertung handelbarer Produkte im neuen Marktdesign. Dazu werden Bietstrategien und Anreize der Teilnahmebereitschaft von Prosumenten untersucht. Die Produkte werden hinsichtlich ihrer Integration in bestehende Marktstrukturen untersucht und eine Liquiditätsanalyse für die neuen, regionalen Märkte vorgenommen. Zuletzt wird die Effizienz der Marktdesignkonzepte bewertet.
- 5.2.5 – Die Umsetzung einer virtuellen Handelsplattform für den regionalen Handel und deren Test im Pilotbetrieb.
- 5.2.6 – Umsetzung und Test einer Flexibilitätsplattform im Pilotbetrieb zur Erschließung bislang ungenutzter regionaler Flexibilitätspotenziale und einer systemkostenoptimalen Allokation der Flexibilität.
Arbeitspaket AP 5.3 – Bidirektionale Dienste von und für Prosumenten
Arbeitspaket AP 5.3 modelliert eine agentenbasierten Vernetzung von Prosumentenliegenschaften und deren automatisierten Marktteilnahme zur energetischen Ressourcenoptimierung. Als Folge gilt es Planungsheuristiken für spartenübergreifende Versorgungsstrukturen abzuleiten sowie Interaktionsprozesse zwischen Liegenschaften und Markt zu spezifizieren und zu normieren. Darüber hinaus werden bestehende Pilotprojekte zur Vermittlung zwischen bidirektionalen Handelsdiensten und dem Energiemanagement in Liegenschaften erweitert.
Aufbauend auf AP 5.2 werden bidirektionale Funktionen eines Piloten für interagierende Liegenschaften und deren Markt-/Netzeinbindung mittels gemeinsamer Schnittstellen geschaffen. Diese dienen der Gewährleistung von Kompatibilität verschiedenster technischer Plattformen, zur Sicherstellung von Informationssicherheit und der Automatisierbarkeit gemeinsamer Prozesse.
Im Vorhaben werden fünf Teilaufgaben (TA) unterschieden:
- Die Leitung und Koordination des Arbeitspakets
- Anforderungsanalyse für Bidirektionale Dienste von und für Prosumenten: Diese beinhalten Definition und Analyse von Anwendungsfällen, eine Anforderungsanalyse für die Kommunikation, Aggregationsmöglichkeiten und die Spezifizierung der Interaktionsprozesse zwischen unterschiedlichen Liegenschaften.
- Die Agentenbasierte Vernetzung von Prosumentenliegenschaften vereinigt die Modellbildung und Auswertung für die agentenbasierte Simulation, Normierung der Interaktionsprozesse, die Automatisierung der Marktteilnahme und die Ableitung von Planungsheuristiken für spartenübergreifende Versorgungsstrukturen
- Der Pilottest bidirektionaler Dienste von und für Prosumenten beinhaltet die Gestaltung von Oberflächen für Prosumenten, die Pilottestung der entwickelten Methoden, sowie deren Evaluierung, und die Konsultation zur Weitergabe der Erfahrungen für die Entwicklung des Normungsrahmens.
- Wissenschaftliche Begleitung der Demonstration bidirektionaler Dienste von und für Prosumenten in TP 6 und TP 7
Arbeitspaket AP 5.4 – Energiemanagement in Liegenschaften der Prosumenten
Arbeitspaket 5.4 beinhaltet die datengetriebene („data driven“) Erstellung von Modellen und Konzepten für unterschiedliche Typen von Liegenschaften mit freistehenden Anlagen, zu Wohnzwecken, in gewerblicher oder industrieller Nutzung. Die Implementierung von Bausteinen und Werkzeugen und deren Optimierung für das lokale Energiemanagement erlauben den Einsatz von Flexibilitäten gegenüber Märkten und zur Netzstabilisierung. Ebenso werden Möglichkeiten der Netzstützung (Netzbetreiberperspektive) durch Elektroautos untersucht. Weiterhin werden Möglichkeiten zur Verbesserung lokaler Wettererfassung durch die Nutzung von Fahrzeugsensorik für die Verbesserung der Einspeiseprognosen für Erneuerbare Energien untersucht. Liegenschaften sollen als aggregierende und effizient steuerbare, gegebenenfalls vom Netz trennbare Energieknoten ausgelegt, mit Markt- und Netzfunktionen verbunden, und die lokalen Energieflüsse visualisiert werden. Dies beinhaltet folgende Teilaufgaben:
- Anforderungsanalyse, Konzeption und Modellierung von Werkzeugen für das spartenübergreifende Energiemanagement in Liegenschaften und Quartieren. Dabei werden Systemdesign und Modelle für verschiedene Erzeugungs- und Speicherformen berücksichtigt und auch für Endkunden visualisiert.
- Die Aufgabe Datenbereitstellung und Schnittstellen für das spartenübergreifende Energiemanagement beinhaltet Umsetzung und Überprüfung der notwendigen Kommunikationstechnologie, die Anpassungen der externen Schnittstellen der Liegenschaften, um eine Priorisierung von Energiemarktteilnahme vs. Netzdienlichkeit in verschiedenen Szenarien zu ermöglichen.
- Betriebsstrategien und Regelungskonzepte für das spartenübergreifende Energiemanagement sollen die Modellierung und Entwicklung von Betriebsführungsprozessen und Prognosen ermöglichen. Diese werden in ersten Pilotversuchen umgesetzt, bevor sie für die Demonstratorprojekte genutzt werden.
- Die Bewertung des Flexibilitätspotentials von Liegenschaften wird durch hier entwickelte Metriken erfassbar gemacht. Auf dieser erfolgt eine Kategorisierung der Liegenschaften bezüglich ihrer Flexibilität.
Arbeitspaket AP 5.5 – BUC 11 – Geräte- und Anlagenintegration inklusive Mobilität
Das Arbeitspaket AP5.5 befasst sich mit der Ableitung von Spezifikationen für TP 3 zur Implementierung generischer Schnittstellen und Prozesse in der Verbindung von Einzelgeräten und dezentralen Energiemanagementsystemen. Dies erfolgt neben einer Bewertung des Flexibilitätspotentials der Einzelanlagen sowie dessen Untersuchung auf optimierte Einsatzmöglichkeiten (in externen Netzen und im Markt) zum dezentralen Energiemanagement. Auf Basis der Implementierung in TP 3 sowie der prototypischen Umsetzung in TP 5 werden die Flexibilitäten und Schnittstellen unter Nutzung der intelligenten Messysteme (iMSys) getestet und evaluiert. Dies dient der Schaffung einer Grundlage zur wirtschaftlichen Integration von mindestens 1000 verschiedensten steuerbaren Lasten, Erzeugern und Speichern durch einen technologie- und herstellerunabhängigen Ansatz. Die Spezifikation dieser verbindenden Ebenen aus Sicht der Geräte erfolgt im engen Zusammenwirken mit TP 3, wie auch die Bewertung der unterschiedlichen Flexibilitätspotentiale und deren Einsatzzwecke. Die Erweiterung der Pilotanwendung erfolgt für verschiedenste Gerätetypen, um den in TP 7 heterogenen und vielfältigen Demonstratorzellen eine gemeinsame Basis zur Automatisierung und Interoperabilität zu übergeben.
Das AP 5.5 ist in 6 Teilaufgaben (TA) untergliedert:
- Die Leitung und Koordination des Arbeitspakets
- Analyse der Anforderungen wirtschaftlicher, interoperabler und sicherer Einbindung von Energieerzeugern und Lasten. Die dabei spezifizierten Anwendungsfälle werden im Rahmen von TP 7-Demonstrationen wissenschaftlich begleitet.
- Die Flexibilitätsuntersuchung von Anlagen / Geräten / Elektrofahrzeugen und Nutzenbewertung beinhaltet eine Aufbereitung von Betriebsdaten steuerbarer Geräte und Anlagen, die Kategorisierung der Flexibilitäten und die Quantifizierung der Potentiale steuerbarer Erzeuger, Lasten und Speicher, dabei wird besonders Power to Heat (P2H) fokussiert.
- Betrachtung der Prozesse / Schnittstellen für Interoperabilität und wirtschaftliche Marktintegration dezentraler Erzeuger, Speicher, Lasten (inkl. Ladepunkte). Die Erkenntnisse werden durch Mitwirkung im Standardisierungsprozess für interoperable Geräteschnittstellen weitergegeben und in TP 7-Demonstrationen praktisch umgesetzt.
- Spezifikation zur Nutzung der in TP 3 definierten HAN/CLS-Schnittstelle im direkten Zusammenwirken mit Geräten / Anlagen sowie mit Energiemanagement Gateway (EMG)
- Prototypische Pilotierung und Tests der Prozesse und Schnittstellen als Basis für Demonstrationszellen in TP 7
