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Energie
ICT
Microgrids entwickeln sich zu einer attraktiven, praktikablen Lösung für Städte, Versorgungsunternehmen und Firmen, um den Energiebedarf von Gemeinden durch die Nutzung nachhaltigerer Ressourcen zu decken und gleichzeitig die Widerstandsfähigkeit zu erhöhen, Emissionen zu reduzieren und umfassendere politische oder unternehmerische Ziele zu erreichen.
Erschwingliche und saubere Energie
Industrie, Innovation und Infrastruktur
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Beschreibung
Microgrids sind kleinere Versionen eines lokalen, zentralisierten Stromnetzes - auch bekannt als Makronetz - und sind mit Steuerungsfunktionen ausgestattet, die es ihnen ermöglichen, im Tandem mit dem lokalen Makronetz oder autonom auf eigenständiger Basis zu arbeiten. Microgrids als solche gibt es schon seit Jahrzehnten. Sie versorgen Industriestandorte, Militärbasen, Campusse und kritische Einrichtungen wie Krankenhäuser mit Strom, wobei in erster Linie mit fossilen Brennstoffen betriebene Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) und Hubkolbengeneratoren zum Einsatz kommen. Viele Städte interessieren sich jetzt jedoch für Microgrid-Systeme, die erneuerbare Erzeugungsressourcen und verschiedene Energielasten besser integrieren, mehrere Nutzer bedienen und/oder Umwelt- oder Notfallmaßnahmen erfüllen können.
Microgrids können der Umwelt, den Versorgungsunternehmen und den Kunden mehrere Vorteile bringen. Diese Vorteile sind für Städte besonders wichtig, da sie sich bemühen, intelligente, sichere und lebenswerte Gemeinden mit einer florierenden Wirtschaft zu schaffen. In Anbetracht der lokalen Prioritäten und Herausforderungen haben Kommunen drei gute Gründe, Microgrids zu verfolgen:
Microgrids tragen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen bei und helfen den Städten, ihre Klimaziele zu erreichen, indem sie:
Förderung der Integration und Aggregation erneuerbarer Energiequellen dank ihrer Fähigkeit, Energieerzeugung und -verbrauch innerhalb des Mikronetzes durch dezentrale, steuerbare Erzeugung und Speicherung (z.B. KWK, thermische Speicherung oder Brennstoffzellen) auszugleichen.
Nutzung von Energie, die andernfalls verschwendet würde (z.B. Verluste bei der Stromübertragung oder Abwärme bei der Energieerzeugung), dank der Nähe zwischen dem Ort der Energieerzeugung und dem Ort, an dem sie benötigt wird.
Microgrids können die Widerstandsfähigkeit des zentralen Netzes stärken und erhöhen, indem sie:
Erhöhung der systemweiten Zuverlässigkeit und Effizienz, da sie dank ihrer Fähigkeit, den lokalen Energiebedarf zu isolieren und autonom zu übernehmen, dazu beitragen, die Energienachfrage zu senken oder zu steuern und gleichzeitig die Überlastung des Netzes zu verringern.
Verringerung der Anfälligkeit des Netzes durch Bewältigung drohender Stromausfälle und Schutz vor möglichen Cyberangriffen auf die Energieinfrastruktur.
Aufrechterhaltung der Energieversorgung in Notfällen oder bei Naturkatastrophen, insbesondere für kritische öffentliche Dienste, und Unterstützung des Makronetzes bei der Erholung von Systemausfällen.
Microgrids können der Gemeinschaft besser dienen und die lokale Wirtschaft fördern, indem sie:
Die Stromtarife dank eines effizienteren und kostengünstigeren Netzmanagements, einer stärkeren Nutzung wertvoller, ungenutzter Energie und/oder geringerer Investitionen in zusätzliche Energiekapazitäten oder Übertragungsinfrastrukturen unter Kontrolle halten.
Förderung der Wettbewerbsfähigkeit von Kommunen, da diese niedrige Energiekosten und ein hohes Maß an Zuverlässigkeit bieten können, die neue Unternehmen und Arbeitsplätze anziehen können, insbesondere Branchen, die sehr empfindlich auf Stromausfälle reagieren (z. B. Rechenzentren, Forschungseinrichtungen usw.).
Sicherstellung der Stromversorgungssicherheit für isolierte oder schwer zu versorgende Gemeinden durch die kostengünstige Bereitstellung sauberer, zuverlässiger und widerstandsfähiger Energie.
Ein idealer Weg, um erneuerbare Ressourcen auf Gemeindeebene zu integrieren und die Beteiligung der Kunden am Stromgeschäft zu ermöglichen.
Zu lösende Probleme
Energiekosten
Kohlenstoff-Emissionen
Energieverluste
Unzuverlässige Energieversorgung
Steigender Energiebedarf
Veraltete, schwache und fehlende Infrastruktur
Vorteile
Der Nutzen zeigt greifbar, wie die Umsetzung einer Lösung die Stadt oder den Ort verbessern kann.
Wichtigste Vorteile
Reduzierung der Betriebskosten
Reduzierung der Treibhausgasemissionen
Reduzierung des Verbrauchs von Fossilien
Verbesserung der Energieeffizienz in der Energieversorgung
Verbessert die Netzstabilität
Reduzierung des Spitzenenergiebedarfs
Reduzierung der Energiekosten
Potenzielle Vorteile
Erschließung neuer Geschäftsmöglichkeiten
Schaffung neuer Arbeitsplätze
Reduzierung der Energiekosten
Förderung der Bürgerbeteiligung
Förderung von nachhaltigem Verhalten
Verbesserung der Lebensqualität
Verbesserung der sozialen Integration
Reduzierung der Investitionskosten
Reduzierung der lokalen Luftverschmutzung
Förderung einer nachhaltigen Landnutzung
Erhöhte Datensicherheit
Verbesserte Datenerfassung
Funktionen
Funktionen helfen Ihnen zu verstehen, was die Produkte für Sie tun können und welche Ihnen helfen werden, Ihre Ziele zu erreichen.
Jede Lösung hat mindestens eine Hauptfunktion, die zum Erreichen des grundlegenden Zwecks der Lösung erforderlich ist, und mehrere Zusatzfunktionen, die hinzugefügt werden können, um zusätzliche Vorteile zu bieten.
Hauptfunktionen
Treffen Energiebedarf des Endverbrauchers
Mikro-Netze ermöglichen die Deckung des Energiebedarfs der Endverbraucher
Ausgleichen Leistung und Last
Mikro-Netze ermöglichen den Ausgleich von Strom und Last
Pflegen Sie Stabilität des Systems
Planung zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit des Systems
Verwaltung von Überlastung des Netzes
Planung zur Bewältigung von Netzengpässen
Ermöglicht Fehlermanagement, Fehlerortung, Isolierung und Wiederherstellung der Versorgung (FLISR)
Planung für den Übergang von der Netzunabhängigkeit zur Netzanbindung
Bereitstellung von Zugang zu Daten und Datenverwaltung
Dienste, die den Zugriff auf Daten und die Datenverwaltung ermöglichen
Zusatzfunktionen
Tauschen Sie aus. Strom aus dem Hauptnetz
Produkte und Dienstleistungen, die einen Stromaustausch mit dem Hauptnetz ermöglichen
Bereitstellung von Hilfsdienste für das Hauptnetz (Unterstützung der Frequenzregelung, Unterstützung der Spannungsregelung, Engpassmanagement, Lastabwurf)
Dienste, die Hilfsdienste für das Hauptnetz bereitstellen
Ermöglicht Endbenutzerschnittstelle und Datenverwaltung
Dienstleistungen und Produkte, die eine Endbenutzerschnittstelle und Datenverwaltung ermöglichen
Produkte, die diese Funktionen anbieten
Lösung für den Microgrid-Ausgleich
Ausgleich zwischen Mikronetz und stadtweitem virtuellem Kraftwerk durch den Verkauf von Energie, wenn die Nachfrage im Mikronetz überschritten wird und umgekehrt.
Eine Variante ist im Allgemeinen etwas, das sich von anderen ähnlichen Dingen leicht unterscheidet. Im Zusammenhang mit Lösungen sind Varianten verschiedene Optionen oder möglicherweise Teilbereiche/Abzweigungen, mit denen die Lösung umgesetzt werden kann, z.B. verschiedene technologische Optionen.
Aus technischer Sicht ist ein Mikronetz eine lokalisierte Gruppe miteinander verbundener Lasten und dezentraler Energieressourcen (DERs) mit klar definierten elektrischen Grenzen, die im netzgebundenen oder im Inselbetrieb arbeiten können und in Bezug auf das Netz als eine einzige steuerbare Einheit agieren. Es sind verschiedene Varianten (und Kombinationen) von Microgrids möglich, je nach Anschlussart an das zentrale Stromnetz (netzunabhängig oder angeschlossen) und je nach Größe, Art der Last und Funktion (z.B. Wohnbereich, Gewerbe, Gemeinde usw. - von 100 kW bis zu mehreren MW).
Microgrids sind nicht nur Stromnetze, sondern oft auch Wärmenetze, die verschiedene Nutzer mit beiden Arten von Energie versorgen, indem sie verschiedene Primärquellen (erneuerbare Energien und/oder fossile Brennstoffe) nutzen. Und je komplexer ein Mikronetz in Bezug auf die miteinander verbundenen Lasten und Energiequellen ist, desto "intelligenter" muss es sein. Das Energiemanagementsystem des Mikronetzes erreicht dies durch fortschrittliche IKT-gestützte Funktionen, die als "Gehirn" des Mikronetzes fungieren, um die Energieerzeugung und die Lasten für den Betrieb zu steuern.
Aus der Sicht des Nutzers kann ein Microgrid auf der Grundlage einer Vielzahl von Nutzenerwartungen konstruiert werden, wie z.B. der Verbesserung der Zuverlässigkeit, der Wirtschaftlichkeit oder der Vorbereitung auf Katastrophen. Darüber hinaus sind die geografischen Gegebenheiten ausschlaggebend für die Machbarkeit eines Microgrids.
Beschreibung
Microgrids kommen in verschiedenen Bereichen zum Einsatz, z. B. in Geschäftsgebäuden, Industrieanlagen, Universitäten und Institutionen. Diese Microgrids sind zwar an das Hauptnetz angeschlossen, dienen aber der Verbesserung der Zuverlässigkeit (an Orten, an denen die Zuverlässigkeit des Hauptnetzes unzureichend ist), der Senkung des Spitzenbedarfs, der Senkung der Betriebskosten und der Vermeidung von Fehlern. Je nach den lokalen Marktbedingungen können Microgrids dazu beitragen, die Ausfallsicherheit zu erhöhen und dem Energieversorger Hilfsdienste in Form eines virtuellen Kraftwerks (VPP) zu liefern - sei es als Demand-Response-Ressource oder zur Bereitstellung anderer Netzdienste.
Anwendungsfälle
Energie
Gebäude
Photovoltaikanlage auf einem Gebäude nach 2000
Das System ist ein integraler Bestandteil des Bestrebens, auf einem Campus, der 1 großes akademisches Gebäude, ein Energiezentrum, ein Parkhaus und Unterkünfte für 900 Studenten beherbergt, netzunabhängig zu werden.
Microgrid Management Controller, entwickelt zur Integration unterschiedlicher Energieanlagen bei einzelnen Akteuren, um die Energieleistung in den Bereichen Kosten, CO2, Abflachung von Spitzenlasten und effektive Nutzung kohlenstoffarmer Energieerzeugung zu verbessern.
Eine gängige Art von Mikronetz, das typischerweise dort zu finden ist, wo das Hauptnetz unerreichbar ist, wie auf Inseln oder in abgelegenen ländlichen Gebieten. Sie reichen von abgelegenen Einrichtungen wie Militärstützpunkten, abgelegenen Minen oder Industriestandorten bis hin zu abgelegenen Dörfern und Gemeinden, die mehrere Verbraucher und Erzeuger versorgen.
Unterstützende lokale Faktore
Unterstützung des städtischen Kontextes: Es ist von entscheidender Bedeutung, eine hohe Energiezuverlässigkeit zu gewährleisten und die Produktionsverluste zu minimieren. Dies wird durch die Integration von kohlenstoffarmen erneuerbaren Energien (z.B. Biomasse, Photovoltaik (PV) und Windkraft) erreicht, um die Abhängigkeit von Brennstoffen zu minimieren und gleichzeitig die Umweltverschmutzung und die Energiekosten zu senken.
Anwendungsfälle
Energie
Verkehr
ICT
Netzunabhängige Ladestation für eine nachhaltige Mikro-Mobilität
In der Hochschule Bochum wurde eine netzunabhängige Ladestation als Pilotprojekt installiert, um die Solarenergie durch eine flexible und modulare leichte EV-Dockingstation zu nutzen.
Diese Microgrids versorgen mehrere Verbraucher und Erzeuger und sind an das Hauptnetz angeschlossen oder werden als abschaltbare Einheit mit optimiertem Stromaustausch mit dem zentralen Netz verwaltet. Ihre Größe reicht von Distrikten, die Anwendungen wie Smart Districts oder Positive Energy Districts ermöglichen, bis hin zu Dörfern, Städten und kleinen Gemeinden.
Unterstützende lokale Faktore
Intelligente Gemeinden und Verteilungsnetze werden sich auf digitale Plattformen stützen müssen, um die Nutzung von Prosumer-Assets (Solaranlagen oder Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge) zu maximieren, die zu Portfolios von dezentralen Energieressourcen (DER) zusammengefasst werden können, die über VPPs mit Energiedienstleistungen handeln. Etablierte Marktstrukturen und Regulierungen sind entscheidend, um diese Art von Geschäftsmodell zu ermöglichen.
Anwendungsfälle
Energie
Micro-Grid Management System
Microgrid Management Controller, entwickelt zur Integration unterschiedlicher Energieanlagen bei einzelnen Akteuren, um die Energieleistung in den Bereichen Kosten, CO2, Abflachung von Spitzenlasten und effektive Nutzung kohlenstoffarmer Energieerzeugung zu verbessern.
Kraft-Wärme-Kopplungs- (KWK) und Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsanlagen (KWK) zeichnen sich durch die gleichzeitige Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie aus und ebnen den Weg für die Integration von intelligenten Stromnetzen und Fernwärme- und Fernkältenetzen.
Beschreibung
Die massive Verbreitung von Kraftwerken mit erneuerbaren Energiequellen in intelligenten Mikronetzen ist in der Regel mit der Installation von elektrischen Speichertechnologien verbunden, die immer mehr an Bedeutung gewinnen, um die Schwankungen der erneuerbaren Energieerzeugung auszugleichen und Hilfsdienste für das Netz zu erbringen. Kleine, dezentrale Energiespeicher können dazu verwendet werden, den Eigenverbrauch der erzeugten Energie innerhalb von Microgrids zu erhöhen und so dazu beitragen, die tägliche Lastkurve des Stromnetzes abzuflachen.
Elektrische Speichersysteme können dazu verwendet werden, die Lastspitzen im Netz zu glätten, an der Blindleistungs- und Spannungsregulierung sowie der Wirkleistungs- und Frequenzregulierung mitzuwirken, dem Strommarkt Spinning-Reserven zur Verfügung zu stellen, zur Lösung von Netzüberlastungen beizutragen und Investitionen in das Netz infolge des Lastanstiegs aufzuschieben.
Anwendungsfälle
Energie
ICT
Anlagen zur Energiespeicherung
Energiespeichersystem mit Li-Ion-Batterien, das bidirektionale Flexibilität bietet. Es ist für den dynamischen Zyklus gedacht.
MEMS zielen darauf ab, einen kontrollierten und optimierten Betrieb eines Mikronetzes zu ermöglichen, um dessen funktionale Anforderungen und die Erwartungen an den Nutzen des Mikronetzes zu erfüllen. Sie umfassen Echtzeit-Steuerungsfunktionen, die es dem System ermöglichen, sich selbst zu verwalten, autonom zu arbeiten und sich für den Stromaustausch und die Bereitstellung von Hilfsdiensten mit dem Hauptnetz zu verbinden und von diesem zu trennen. Diese Funktionen basieren auf Datenüberwachung, Datenanalyse und Prognosen (Erzeugung, Speicherung, meteorologische Daten und Marktpreise).
Anwendungsfälle
Energie
Micro-Grid Management System
Microgrid Management Controller, entwickelt zur Integration unterschiedlicher Energieanlagen bei einzelnen Akteuren, um die Energieleistung in den Bereichen Kosten, CO2, Abflachung von Spitzenlasten und effektive Nutzung kohlenstoffarmer Energieerzeugung zu verbessern.
Mit der Integration intermittierender dezentraler Energieressourcen (Distributed Energy Resources, DER) aus erneuerbaren Energien ergeben sich beim Betrieb von Kleinstnetzen viele Probleme in Bezug auf Stabilität und Zuverlässigkeit. Die Umwandlung (oder "Aufrüstung") von Microgrids in VPPs ist eine Möglichkeit, die negativen Auswirkungen von DERs zu beseitigen, da VPPs alle DERs als ein einziger Akteur koordinieren können, um sie in das Netz zu integrieren, ohne die Stabilität und Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen, was viele weitere Vorteile und Möglichkeiten für Kunden, Prosumer und Netzbetreiber mit sich bringt.
Es gibt große Überschneidungen zwischen Microgrids und VPPs, denn beide haben die Aggregation und Optimierung eines ebenso vielfältigen DER-Portfolios gemeinsam. Der Unterschied besteht darin, dass ein Mikronetz eine begrenzte Netzgrenze darstellt und sich vom größeren Netz abkoppeln kann, um eine Strominsel zu schaffen, während sich VPPs über einen viel größeren geografischen Bereich erstrecken und je nach Echtzeit-Marktbedingungen wachsen oder schrumpfen können.
Der primäre Nutzen eines VPP besteht darin, dass die Dienstleistungen dieser DER-Anlagen dem Makronetzbetreiber vorgelagert sind und nicht in einer Insel vom größeren Netz abgeschottet werden.
Sobald ein Mikronetz eine Dienstleistung an einen Lastaggregator oder ein Versorgungsunternehmen verkauft, wird es "VPP-fähig" und kann dann beispielsweise als dezentrales Energieressourcenmanagementsystem (Distributed Energy Resource Management Systems - DERMS) eingesetzt werden, um Spannungsspitzen auf einem Einspeisepunkt zu entschärfen und so einen bidirektionalen Wert für das größere Netz zu schaffen.
Anwendungsfälle
Energie
Micro-Grid Management System
Microgrid Management Controller, entwickelt zur Integration unterschiedlicher Energieanlagen bei einzelnen Akteuren, um die Energieleistung in den Bereichen Kosten, CO2, Abflachung von Spitzenlasten und effektive Nutzung kohlenstoffarmer Energieerzeugung zu verbessern.
Eine Energiemanagement-Plattform für virtuelle Kraftwerke, die es den städtischen Akteuren ermöglicht, dezentrale Energieressourcen (Erzeugung, Speicherung und Last) von einer einzigen Plattform aus aktiv zu verwalten.
Wertmodell für ein intelligentes Stromnetz (BABLE, 2021)
Stadtkontext
Für welche unterstützenden Faktoren und Merkmale einer Stadt ist diese Lösung geeignet? Welche Faktoren würden die Umsetzung erleichtern?
Lokale Regierungen können eine Schlüsselrolle bei der Unterstützung der Implementierung von kommunalen Microgrids in bestehende Stromnetze spielen, um stadtspezifische Ziele zu erreichen. Dies ist eine komplexe Aufgabe, die institutionelle Änderungen und regulatorische Aktualisierungen erfordert. Dennoch reagieren Anbieter und Entwickler von Microgrids auf Marktsignale, und die lokale Politik kann Klarheit schaffen, Prioritätsstufen kommunizieren und Eintrittsbarrieren senken. Darüber hinaus können Kommunalverwaltungen Interessengruppen und Bürger einbeziehen, um Bedürfnisse und Möglichkeiten zu ermitteln und sogar selbst zum Kunden von Microgrids werden, wie z.B. das deutsche Dorf Feldheim, das für sich in Anspruch nimmt, das einzige netzunabhängige Dorf in der entwickelten Welt mit 100% erneuerbaren Ressourcen zu sein. Einige Schlüsselfaktoren für die Einführung von kommunalen Microgrids sind die folgenden:
Schaffung des politischen Umfelds durch die richtige Mischung aus politischen Instrumenten und Anreizen zur Beseitigung aller regulatorischen und administrativen Hindernisse. Neben den traditionellen Anreizen für dezentrale Energieressourcen wie Einspeisetarife oder Net-Metering-Systeme gibt es weitere wirksame Alternativen wie den Verzicht auf Genehmigungsgebühren, um die Verfahren zu beschleunigen, oder die Gewährung von Anreizen für die Flächennutzungsplanung für Projekte, die Microgrid-Funktionen wie Energiespeicherung, erneuerbare Energieerzeugung oder intelligentes Management umfassen. Ebenso müssen Vorschriften, die die Energiespeicherung vor Ort verhindern oder das Eigentum der Versorgungsunternehmen an Speicheranlagen ausschließen, aktualisiert werden.
Dietechnologische Infrastruktur, die die zukünftige Entwicklung von Mikrogittern ermöglicht, wie z.B. der Einsatz intelligenter Zähler oder die Abdeckung der Konnektivitätsinfrastruktur.
Engagement und Motivation der Gemeinschaft , um den sozialen Wert der Implementierung und des Betriebs des Microgrids innerhalb der Gemeinschaft zu erhöhen und damit die soziale Akzeptanz zu steigern.
Die Einstellung und das Aktivitätsniveau der lokalen Versorgungsunternehmen haben einen großen Einfluss auf die Entwicklung von Microgrids in der Gemeinde. In der Vergangenheit hat der Widerstand der Versorgungsunternehmen die Einführung von kommunalen Microgrids behindert, aber in letzter Zeit gibt es einige Versorgungsunternehmen, die diese Projekte aktiv vorantreiben. Die Europäische Kommission drängt die Versorgungsunternehmen, ihre Aktivitäten im Bereich der nicht-traditionellen Elektrizitätsinfrastruktur zu verstärken, was die Bedingungen für die Entwicklung kommunaler Mikronetze verbessern könnte.
Umweltbedingte Einschränkungen wie Einflussbereich, Platzverfügbarkeit, erneuerbare Energiequellen und andere lokale Ressourcen sowie die Energiedichte des Gebiets.
Unterstützende Faktoren
Schaffung eines unterstützenden politischen Umfelds.
Ermöglichung des lokalen Energiehandels zwischen dezentraler Erzeugung und bidirektionalem Stromfluss.
Klare und transparente Regeln für die Zusammenschaltung mit dem Hauptnetz.
Verfügbarkeit von lokalen Energiemärkten.
Sicherstellung der wirtschaftlichen Effizienz und Rentabilität, wenn die Sicherheit der Stromversorgung kein Thema ist.
Unterstützung tragfähiger Geschäftsmodelle und Vorteilsausgleich zur Bewältigung der hohen Kapitalkosten.
Schaffung geeigneter Governance-Modelle für von der Gemeinschaft geführte Initiativen.
Sicherstellung der Einbeziehung von Interessengruppen zur Maximierung des sozialen Nutzens.
Schutz von Daten und Kommunikation.
Einsatz einer geeigneten Speichertechnologie und -größe.
Bessere Integration von Energiemanagementsystemen und Unternehmensmanagementsystemen.
Verbesserung der Benutzerfreundlichkeit der Schnittstellen mit den Bewohnern der Gemeinde, um Transparenz zu gewährleisten und energieeffizientes Verhalten zu fördern.
Regierungsinitiativen
Welche Anstrengungen und Maßnahmen unternehmen die lokalen/nationalen öffentlichen Verwaltungen, um diese Lösung zu fördern und zu unterstützen?
In den europäischen Ländern wird die Einführung lokaler Energiesysteme durch viele Initiativen und politische Maßnahmen auf europäischer oder nationaler Ebene unterstützt. Viele Forschungs- und Entwicklungsprojekte, die mit nationalen oder europäischen Mitteln gefördert werden, konzentrieren sich auf intelligente Netze, Energieeffizienz, die Integration dezentraler erneuerbarer Ressourcen, intelligentes Netzmanagement und vieles mehr.
Im Kontext der EU-Politik gehören zu den politischen Triebkräften für solche Projekte die zunehmende Überlastung der Netze und die steigende Energienachfrage, der Klimawandel, die Erschöpfung fossiler Brennstoffe, die alternde Infrastruktur der Stromnetze und der europäische Energiebinnenmarkt. All diese Faktoren, die die Einführung lokaler Energiesysteme vorantreiben, wurden durch das jüngste EU-Klima- und Energiepaket "Saubere Energie für alle Europäer" und jetzt den neuen europäischen Green Deal inspiriert.
Eine bemerkenswerte Initiative ist die Einrichtung der Smart Grid Task Force (SGTF) als Teil des dritten EU-Energiepakets im Jahr 2009, die bei der Einführung von intelligenten Netzen beraten soll. Im Rahmen der Entwicklung eines gemeinsamen Standards für europäische intelligente Netze hat die Europäische Kommission den Europäischen Normungsorganisationen (ESO) mehrere Aufträge erteilt, um Standards für die Interoperabilität intelligenter Stromzähler, Standards für das Laden von Elektrofahrzeugen und ein hohes Maß an intelligenten Netzdiensten und -operationen festzulegen.
Die EU weist derzeit die Mitgliedsländer an, ihre Vorschriften für den Strommarkt und die erneuerbaren Energien zu aktualisieren, um es den Gemeinden zu ermöglichen, als Aggregatoren von erneuerbaren Energien, flexiblen Lasten und Speicherdiensten für das Gesamtnetz zu fungieren und so den Weg für kommunale Mikronetze zu ebnen.
Stakeholder Mapping
Welche Interessengruppen müssen bei der Planung und Umsetzung dieser Lösung berücksichtigt werden (und wie)?
Karte der Interessengruppen für ein intelligentes Stromnetz (BABLE, 2021)
Marktpotenzial
Wie groß ist der potenzielle Markt für diese Lösung? Gibt es EU-Ziele, die die Umsetzung unterstützen? Wie hat sich der Markt im Laufe der Zeit und in letzter Zeit entwickelt?
Der Vormarsch von Microgrids ist Teil eines breiteren Trends zur Digitalisierung, Dezentralisierung und Dekarbonisierung des Energiesektors. Weltweit ist der wachsende Markt für lokale Energiesysteme eine Reaktion auf Umweltbedenken, einen Mangel an robuster Netzinfrastruktur und Stromzuverlässigkeit, steigende Energiepreise und eine Kombination aus regulatorischem Druck und Anreizen. Infolgedessen wird erwartet, dass der Microgrid-Markt in den nächsten 10 Jahren schnell wachsen wird.
Jährliche Gesamtkapazität von Microgrids und Ausgaben für die Implementierung nach Regionen, Weltmärkte: 2020-2029 (Guidehouse Insights)
Obwohl Europa als weltweit führend auf dem Weg zu einer kohlenstoffarmen Energiezukunft gilt, macht es nur 9 % des weltweiten Microgrid-Marktes aus. Die direkteste Erklärung dafür ist, dass sich die überwiegende Mehrheit der installierten Microgrid-Kapazitäten in Europa auf abgelegenen Inseln befindet, die nicht an das Festlandnetz angeschlossen sind. Ein genauerer Blick darauf, wie die EU-Märkte eng miteinander verflochten und reguliert sind, zeigt jedoch ein deutliches Muster, das die Entwicklung von Microgrids stark einschränkt (laut Navigant Research): (1) Europa hat sich auf den groß angelegten Einsatz erneuerbarer Energien konzentriert, wie z.B. Offshore, was massive Investitionen in die Übertragungsinfrastruktur erfordert; (2) der Einsatz dezentraler Energieressourcen (DER) basiert in erster Linie auf Einspeisetarifen, einem Geschäftsmodell, das das entscheidende Merkmal eines Mikronetzes, nämlich die Insellösung, ausschließt; (3) die bevorzugten Methoden zur Bewältigung der Variabilität erneuerbarer Energien und zur Erhöhung der Stromzuverlässigkeit tendieren zum grenzüberschreitenden Handel und nicht zu lokalisierten Mikronetzen
Letztlich verlagert die fortgeschrittene Integration des europäischen Marktes den Schwerpunkt von Microgrids auf VPPs. In der Tat ist Europa führend bei der Einführung von VPP-Plattformen mit ausgefeilten Funktionen, die die Integration von erneuerbaren Energien und den Echtzeit-Energiehandel ermöglichen, um den Wert von Flexibilitätsressourcen zu maximieren und gleichzeitig die Tür zu neuen Wertströmen zu öffnen, um Märkte für Hilfsdienste zu schaffen.
Betriebsmodelle
Welche Geschäfts- und Betriebsmodelle gibt es für diese Lösung? Wie sind sie strukturiert und finanziert?
Bis vor kurzem war das Geschäftsmodell für Microgrids für viele Organisationen ein Hindernis, da die erforderlichen kostspieligen Kapitalausgaben und die hohen finanziellen Risiken, die mit ihrem Bau und ihrer Einrichtung verbunden sind, ein Hindernis darstellten. Jetzt werden durch neue Finanzierungs- und Betriebsmechanismen die Hürden für Organisationen und Gemeinden abgebaut, so dass mehr Microgrids - und damit die nachhaltige Energiewende - Realität werden können.
Betriebsmodell für ein intelligentes Microgrid-System (BABLE, 2021)
Rechtliche Anforderungen
Einschlägige gesetzliche Richtlinien auf EU- und nationaler Ebene.
Da es in der Europäischen Union keine spezifischen Regelungen für Microgrids gibt, müssen zunächst die wichtigsten Regelungsbereiche für Microgrids definiert und die bestehenden europäischen Richtlinien mit diesen Bereichen verknüpft werden. Die für Microgrids relevanten Regulierungsbereiche und die entsprechenden Richtlinien sind:
Erneuerbare Energien: Berücksichtigung von erneuerbaren Erzeugungseinheiten innerhalb des Microgrids, einschließlich Maßnahmen zur Förderung der Integration von erneuerbaren Energien, Energieeffizienz und Dekarbonisierung.
Verordnungen Erneuerbare Energien (BABLE, 2021)
Netzanschluss: Anforderungen an den Anschluss an das Verteilernetz für Verbraucher, Erzeugungseinheiten und Energiespeicher.
Verordnungen Netzanschluss (BABLE, 2021)
Eigenverbrauch und Energiespeicherung: Bedingungen für die Lieferung von Produktionsüberschüssen, Möglichkeit der Nutzung von Speichersystemen, etc.
Vorschriften für Eigenverbrauch und Energiespeicherung (BABLE, 2021)
Alles in allem ist der Umfang der Regulierung, die direkt für Microgrids in der EU gilt, gering, was auch die Unterschiede zwischen den Regulierungen für Microgrids in den einzelnen Mitgliedsstaaten erhöht. Nichtsdestotrotz sind die Auswirkungen einiger Verordnungen wie 2009/28/EG zur Förderung erneuerbarer Energien beträchtlich. Um die Ziele der europäischen Richtlinien in Bezug auf Microgrids zu erreichen, haben die Mitgliedsstaaten Strategien eingeführt, die auf wirtschaftlichen Anreizen basieren. Das gängigste Fördersystem in der EU basiert auf Einspeisetarifen (FITs). Es gibt jedoch auch andere relevante Anreize wie Marktprämien, grüne Zertifikate und traditionelle Ausschreibungen.
Daten und Standards
Welche relevanten Standards, Datenmodelle und Software sind für diese Lösung relevant oder erforderlich?
Daten und Standards für ein intelligentes Micogrid-System (BABLE, 2021)
Die Entwicklung dieser Lösung wurde mit EU-Mitteln unterstützt.
Anwendungsfälle
Sehen Sie sich Beispiele für die Umsetzung dieser Lösung in der Praxis an.
Energie
Gebäude
Intelligente Energie und autarker Block
Ein Plan zur Senkung des Stromverbrauchs in Hochschulgebäuden in Barcelona durch die Installation und Nutzung von photovoltaischen Solaranlagen.
Wetterinformationen für die Stadt Conwy und für Bootsliegeplätze
Der Fluss Conwy, der durch das Herz der Grafschaft fließt, dient als beliebter Anlegeplatz in der Stadt Conwy. Es bestand ein dringender Bedarf, genauere Informationen für die Nutzer von Anlegestellen zu sammeln und diese wertvollen Informationen mit Touristen zu teilen.
Wärmespeicherung einschließlich IKT-Integration für wirtschaftliche Wärmeversorgung
Überwindung der unzureichenden Stromerzeugung durch die Einbeziehung der Solaranlage Dunker zur Wärmeversorgung eines Stadtteils, der nicht genug erneuerbare Energie erzeugen kann.
Der Climate Change Act 2019 verpflichtet Schottland dazu, bis 2045 alle Treibhausgasemissionen auf Null zu reduzieren. Stadtverwaltungen in ganz Schottland haben die Führung bei der Festlegung von Zielen zur Emissionsreduzierung übernommen, einige mit ehrgeizigen Fristen vor dem nationalen Netto-Null-Ziel Schottlands.
Mikro-Netz passt sich an wechselnde Jahreszeiten an - Smart Meter Prognose
Ein Microgrid nutzt intelligente Sensortechnologie, um sich an die wechselnden Jahreszeiten anzupassen und die Energieeffizienz zu verbessern. Diese Technologie kann die Wetterbedingungen aufzeichnen, Trends speichern und den Verbrauch auf intelligente Weise anpassen.
Mikronetze sind kleinere, unabhängige Netzstrukturen, die eine unabhängige, dezentrale Energieerzeugung ermöglichen und somit den lokalen Verbraucher direkt mit dem lokalen Erzeuger und den Speichersystemen verbinden. Ziel ist es, den Grad der Autarkie zu erhöhen.
Netzunabhängige Ladestation für eine nachhaltige Mikro-Mobilität
In der Hochschule Bochum wurde eine netzunabhängige Ladestation als Pilotprojekt installiert, um die Solarenergie durch eine flexible und modulare leichte EV-Dockingstation zu nutzen.
Eine Energiemanagement-Plattform für virtuelle Kraftwerke, die es den städtischen Akteuren ermöglicht, dezentrale Energieressourcen (Erzeugung, Speicherung und Last) von einer einzigen Plattform aus aktiv zu verwalten.
Microgrid Management Controller, entwickelt zur Integration unterschiedlicher Energieanlagen bei einzelnen Akteuren, um die Energieleistung in den Bereichen Kosten, CO2, Abflachung von Spitzenlasten und effektive Nutzung kohlenstoffarmer Energieerzeugung zu verbessern.
Im Rahmen des GrowSmarter-Projekts ist "Smart Local Thermal Districts" Teil der Gebäudesanierung in Ca l'Alier, bei der die Stromerzeugung vor Ort (PV-Anlagen) mit dem bestehenden lokalen DHC-Netz kombiniert wird, wodurch der Verbrauch fossiler Primärenergie für die Wärme- und Kälteerzeugung reduziert wird.
Die Integration der Daten der Baumwollspinnerei in das virtuelle Kraftwerk von LSW ermöglicht die Simulation von live gehandelten Energiemengen auf der Grundlage von Spotmarktpreisen. Das System berechnet das Echtzeit- und prognostizierte wirtschaftliche Potenzial des Überschusshandels mit diesen Anlagen.
Etwa ein Viertel des Energiepreises entfällt auf den Transport der Energie. Durch die Einführung eines lokalen Energiesystems kann die Energieerzeugung von einem zentralen System auf ein dezentrales System umgestellt werden.
Das Elektrobus-System ist ein öffentliches Verkehrssystem, das ausschließlich mit Elektrobussen betrieben wird. Elektrobusse bieten ökologische Vorteile, da sie keine lokalen Emissionen verursachen. Außerdem sind sie aufgrund ihrer längeren Lebensdauer und der geringeren Betriebskosten finanziell vorteilhaft.
Die derzeitige EU-Verordnung über die Emissionen von Autos ist die strengste weltweit. Zusammen mit weiteren Einschränkungen können die Grenzwerte nicht mehr nur mit konventionellen Autos eingehalten werden. Eine alternative Technologie, die die lokalen Emissionen reduziert, sind Elektrofahrzeuge.
Laut der Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EPBD) sind Gebäude für etwa 40% des Energieverbrauchs und 36% der CO2-Emissionen in der EU verantwortlich.
Intelligente Straßenlaternen ermöglichen die Senkung der Betriebskosten für die öffentliche Beleuchtung, indem sie den Städten und Bürgern verschiedene Mehrwertdienste bieten.
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