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Die Pilotphase von Bable@bw wird gefördert durch das Innen- und Digitalisierungsministerium Baden-Württemberg im Rahmen der Digitalalakademie@bw. Ziel ist die Unterstützung von Kommunen und Landkreisen bei Wissenstransfer und Innovationsprozessen für digitale Umsetzungsprojekte.

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Beschreibung

Die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energien erhöht das Risiko von unvorhersehbaren Abschnitten oder Spitzenwerten bei der Energieerzeugung. Ein virtuelles Kraftwerk reduziert diese Risiken, indem es mehrere kleine Produktionseinheiten zusammenfasst. Neben dem Ausgleich von (unvorhersehbaren) nachhaltigen Energieangeboten und -nachfrage in Wohngebieten verbessert es den Ertrag von Energieerzeugungseinheiten, da es den Haushalten ermöglicht, überschüssige Energie zu speichern und/oder zu handeln. Ein virtuelles Kraftwerk umfasst Energieerzeugungseinheiten, Last- und Batteriesysteme. Als Online-Plattform aggregiert das virtuelle Kraftwerk die Energieproduktion und den Energieverbrauch der Menschen und speichert den Überschuss lokal. Durch diese Aggregation ist es möglich, Energie an den Großhandelsmärkten zu handeln: Durch den Einsatz einer Heimbatterie können Sie Energie speichern, wenn die Strompreise niedrig sind, und die Batterie entladen, wenn sie hoch ist. Insgesamt ist das virtuelle Kraftwerk in der Lage, Flexibilität zu monetarisieren und das Risiko von Versorgungsengpässen durch den Einsatz verschiedener Funktionen zu minimieren.

Nutzen

Die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energien erhöht das Risiko von unvorhersehbaren Abschnitten oder Spitzenwerten bei der Energieerzeugung. Ein virtuelles Kraftwerk reduziert diese Risiken, indem es mehrere kleine Produktionseinheiten zusammenfasst. Neben dem Ausgleich von (unvorhersehbaren) nachhaltigen Energieangeboten und -nachfrage in Wohngebieten verbessert es den Ertrag von Energieerzeugungseinheiten, da es den Haushalten ermöglicht, überschüssige Energie zu speichern und/oder zu handeln.

Hauptvorteile
  • Reduzierung der Betriebskosten

  • Verbessert die Netzstabilität

  • Verbesserung der Energieeffizienz in der Energieversorgung

  • Reduzierung der Energiekosten

Funktionen

Funktionen helfen Ihnen zu verstehen, was die Produkte für Sie tun können und welche Ihnen dabei helfen, Ihre Ziele zu erreichen.
Jede Lösung hat mindestens eine obligatorische Funktion, die erforderlich ist, um den grundlegenden Zweck der Lösung zu erreichen, und mehrere zusätzliche Funktionen. Diese Funktionen können hinzugefügt werden, um zusätzliche Vorteile zu bieten.

Obligatorische Funktionen
    Energieerzeugung kontrollieren

    Produkte zur Kontrolle der lokalen Energieerzeugung durch erneuerbare Energien

    Energieverteilung verwalten

    Produkte, die den Energieverbrauch zeitnah und für mehrere Geräte über eine ICT-Infrastruktur steuern.

    bilaterale Netzkommunikation ermöglichen

    Produkte, die die Kommunikation zwischen dem virtuellen Kraftwerk und dem Netz zum Empfangen und Verkaufen von Energie ermöglichen.

Mögliche Funktionen
    Energie speichern

    Produkte, die Energie sparen, wie z.B. Hausbatterien, damit das System die Energieerzeugung und den Energieverbrauch verlagern oder zeitweise verkaufen kann.

    Energieverbrauch prognostizieren

    Produkte, die zukünftige Aussagen über den Energieverbrauch treffen, z.B. aufgrund von saisonalen oder persönlichen Einflüssen.

    Energieerzeugung prognostizieren

    Produkte, die Zukunftsprognosen für die lokale Erzeugung erneuerbarer Energien geben, z.B. aufgrund von Wetterbedingungen.

    Nutzer über mögliche Verbesserungen ihres Energieverbrauchs informieren

    Produkte, die die Einwohner über ihren aktuellen Energieverbrauch und die Quelle der verbrauchten Energie sowie über Möglichkeiten zur finanziellen Verbesserung ihres Verbrauchs oder zur Verringerung ihrer Umweltauswirkungen informieren.

    Benutzereingaben zum zukünftigen Energiebedarf erlauben

    Produkte, die es den Bewohnern ermöglichen, die Prognose ihres zukünftigen Energieverbrauchs anzupassen.

    Energiepreise prognostizieren

    Produkte, die Vorhersagen über die Entwicklung der Energiepreise machen, z.B. in Abhängigkeit von der Tageszeit oder saisonalen Verbräuchen.

Varianten

VPPs operate on different optimisation models, techniques, and algorithms with two main purposes: (1) optimising the capacity and power flow of the aggregated DER units within the distribution system, and (2) maximising the value of the DER portfolio from the participation in the energy markets. The focus of the specific optimisation strategies determines the system configuration, parameters, and control schemes. VPPs are thus classified in two main types: Technical VPP (TVPP) and Commercial VPP (CVPP). It is possible that one or more DERs can simultaneously be part of both a CVPP and a TVPP.

Source (FENIX, 2006)

Beschreibung

TVPP focuses on optimal operation and management of several DERs (but also energy storage systems) that are connected to local networks from the same geographic location. TVPPs determine the values of different technical parameters and real-time data to influence the local network and fulfil the load demand in the electricity market, considering the marginal costs and operating characteristics of the portfolio.

TVPP provides system management services on the distribution level, as well as balancing and ancillary services at the transmission level.

This allows small units to provide ancillary services and reduces unavailability risks by diversifying portfolios and capacity compared to stand-alone DER units.

TVPPs need to collect different information from connected CVPP, such as maximum capacity of each DER of storage system, forecasted values of future requirements, the geographical locations, available control strategies, etc. With this information, TVPP ensures a secure and safe way to run the optimal operation of VPP.

Anwendungsfälle

Virtual Power Plant in Mülheim

"The solution consists of a virtual power plant which connects local photo-voltaic production, heat pumps and batteries. A charging station for electric vehicles is also be integrated into the system. It lowers the demand for external energy by increasing energy self sufficiency of buildings.

Smart City Zentrale Energiesteuerung

Eine virtuelle Energiemanagement-Plattform für Kraftwerke, die den Interessengruppen der Stadt die Möglichkeit bietet, dezentrale Energiequellen (Erzeugung, Speicherung und Last) aktiv von einer einzigen Plattform aus zu verwalten.

Beschreibung

CVPP mainly emphasises financial aspects in the electricity market with the aim to maximise the profits with minimum system costs. CVPP integrates different DERs concerned with the precise marginal costs and the rational evaluation of energy market conditions, disregarding the impact of the local distribution network. CVPPs perform commercial aggregation and do not into consideration any operation aspects that active distribution networks have to consider for stable operation: Therefore, numerous DERs from different locations can be integrated through CVPP and can be maintained by the operator sitting at any other geographical location. A single distribution network region may have more than one CVPP aggregating DER units in its region.

CVPP services and functions include trading in the wholesale energy market, balancing of trading portfolios, and provision of other ancillary services to the transmission system operator.

CVPP determines the electricity market’s current load demand and previous information to utilize DERs in the energy market. It reduces the imbalance and risks from the system and introduces high efficiency with minimum cost.

Wertemodell

Stadt-Kontext

Local governments can play a key role in supporting the development of VPPs and enabling market access for aggregators and other market players. This can be a complex task that requires institutional changes and regulatory updates. Nevertheless, VPP operators respond to market signals, and local policy can create clarity, communicate priority level and lower entry barriers. In addition, local governments can engage stakeholders and citizens around needs and opportunities and even become a VPP operator themselves in specific municipality-led initiatives, e.g., the municipally owned Energy Service Companies (EsCos) in the UK. Some key factors to enable deployment can be summarised in two themes (IRENA, 2019):

  • Regulatory Framework, which should enable aggregators to participate in the wholesale market and in the ancillary services market as well. A liberalised wholesale market without price caps (especially with spot markets in place) is essential for aggregators to emerge and establish themselves. In fact, the main incentives for the creation of an aggregator come either from the difference between peak and off-peak pricing in wholesale markets or from signals from TSOs to deliver control reserve or other ancillary services.
  • Enabling technological infrastructure, which should enable real-time two-way communication and data transfer between VPP operators and the connected DERs. Local authorities could promote and support the development of smart grid infrastructure projects, particularly the wide deployment of advanced metering infrastructure, which comprises smart meters, broadband communication infrastructure, grid remote control and automation systems (grid digitalisation). This will help improve grid efficiency, as the data collected can be used to better predict demand. In turn, this would enable the application of advanced forecasting tools and techniques needed to predict power generation from renewables as well as loads in the electricity system.

Unterstützende Faktoren

  • Deploying enabling ICT infrastructure, such as controllable load and supply DER assets; smart meters, home gateways, and smart appliances for energy management; advanced energy management and forecasting algorithms; and real-time, two-way communication between aggregator and network assets
  • Fostering standardisation and common interoperable communication protocols for co-ordination among system operators, grid operators, and prosumers.
  • Introducing regulations to allow DERs to provide services to the main grid, as well as aggregators to participate in electricity wholesale and ancillary service markets
  • Ensuring clear price signals to guide the operation of aggregators
  • Introducing regulations to mandate implementation of smart meters and smart grid infrastructure
  • Creating local markets at the distribution level for DSOs to procure services to prevent grid congestion and ensure grid stability
  • Setting rules for data collection, management, and sharing for market actors to ensure consumer privacy
  • Introducing regulations that set clear roles and responsibilities for market parties, as well as define standardised methodologies –e.g., for computing dynamic prices
  • Fostering liberalised well-functioning retail markets that facilitate market entry to new actors as well as innovative products and pricing models, tailored for varying customers needs

Initiativen der Regierung

In European countries, the implementation of local energy systems is supported by many initiatives and policies at the European- or national-level, where many research and development projects, benefitting from national or European funding, are focused on smart grids, energy efficiency, integration of distributed renewable resources, smart network management and much more.

In the context of EU policies, the policy drivers for such projects include increasing grid congestion and energy demand, climate change, depletion of fossil fuels, aging infrastructure of electricity network and internal European energy market; all of these factors pushing for the implementation of local energy systems has been inspired by the latest EU’s climate and energy package ‘Clean energy for all Europeans’, and now the new European Green Deal.

A noteworthy initiative is the establishment of the Smart Grid Task Force (SGTF) as part of the EU third energy package in 2009 to advise on policies and regulations concerning smart grid deployment. For instance, under the development of a common standard for European Smart Grids, several mandates have been issued by the EC to the European Standards Organisations (ESO) seeking to establish standards for the interoperability of smart utility meters, EV charging standards and high levels of smart grid services and operations.

The EU is currently directing member countries to update their electricity market and renewable energy regulations to allow communities to act as aggregators of renewable generation, flexible loads and storage services to the overall grid, paving the way towards community microgrids.

Stakeholder-Zuordnung

Marktpotenzial

The VPP market is being driven by the growing shift towards distributed generation and decentralised market dynamics within the energy sector. This is due to the increasing focus on decarbonisation, electrification, and digitalisation, where rapid advances in digital technologies as well as in energy generation and storage systems offer smart solutions to the world's growing demand for electricity (Navigant Research, 2020).

As a result, the global VPP market size was valued at USD$ 0.87 billion in 2019 and is projected to reach USD$ 2.85 billion by 2027, with a CAGR of 27.2% (Fortune Business Insights, 2020). However, declining investments in energy projects in the wake of the COVID-19 pandemic are expected to dampen market growth. For example, countries in Europe are experiencing a significant decline in investment in IT infrastructure (IDC, 2020), which are essential for the wide deployment of VPP applications. Governments around the world are under budget strains that have forced them to reconsider the transition to renewables and delay power sector reforms.

Europe is considered the birthplace of virtual power plants, where the demand has been driven by a major push for investments in renewable energy and energy storage systems. Therefore, European VPPs have focused more on the aggregation of supply-side DERs and the integration of renewable energy, rather than on demand response applications -which other regions such as North America have built into their VPPs. In Europe, VPP platforms are developing towards more sophisticated capabilities to maximise the value of grid flexibility and enable smart energy trading across borders. Even so, a shift is underway towards more mixed assets, where VPPs include more demand-side resources, as well as energy storage and e-vehicles (Guidehouse Insights, 2019).

Betriebsmodelle

Generally speaking, VPP operators -a.k.a. aggregators- seek to manage its portfolio of DER units optimally and to generate maximum revenue for their participants by bidding on the energy trading market or providing ancillary services to grid operators. The configuration of a VPP and its technical requirements depend on the type of market participation, target customers (e.g., small-scale producers or industrial sites) and the types of DERs that make up the VPP portfolio (ABB, 2017). As such, the business and operating models can be broadly categorised in three main “functional roles” in the market: (1) Forecasting, trading, and curtailment of renewable energies, (2) Aggregation of grid flexibility from renewable energies, and (3) Demand response aggregator. However, the boundaries between these models are fluid and depend largely on the structure and regulation of the energy market where the aggregator is active (Next Kraftwerke, 2020).

References: (Next Kraftwerk, 2020), (ABB, 2017)

Die Erstellung dieser Lösung wurde durch EU-Finanzierung unterstützt

Anwendungsfälle

Virtual Power Plant in Mülheim

"The solution consists of a virtual power plant which connects local photo-voltaic production, heat pumps and batteries. A charging station for electric vehicles is also be integrated into the system. It lowers the demand for external energy by increasing energy self sufficiency of buildings.

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