Management von Lastflexibilität im elektrischen Energiesystem 2020

Abstract

Die steigende Anzahl an verteilten Stromerzeugungsanlagen verlangt auch von Stromverbrauchern eine wachsende Flexibilität bei dem Zeitpunkt der Abnahme der zur Verfügung stehenden Energie, um die elektrische Netzfrequenz stabil zu halten. Diese Diplomarbeit soll in dem Forschungsfeld Lastmanagement die Frage beantworten, ob die notwendige Flexibilität durch Aufzeigen unterschiedlicher Kombinationen informations- und kommunikationstechnologischer Ansätze erreicht werden kann. Die beschriebenen Methoden des Requirements Engineering, das Einbeziehen des internationalen Smart Grid Referenz Architektur Modells und die im Forschungsprojekt Smart-Response entstandene Bewertungsmethodik dient der Bearbeitung der Fragestellung. Automatisierte Managementsysteme von elektrischen Lastflexibilitäten haben das Potential im Energiesystem der Zukunft, dem Smart Grid, durch den Einsatz von Kommunikations- und Informationstechnologie, mit einer hohen Dichte verteilter, volatiler, erneuerbarer Erzeugung umzugehen und damit die Balance von erzeugter und verbrauchter Energie kontinuierlich halten zu können. Diese Arbeit schafft mittels vorgestellter Methoden eine umfangreiche Basis für die Realisierung von bekannten und zukünftigen Lastmanagementszenarien. Anhand der Requirements-Engineering-kompatiblen Beschreibungen bis zu Domänen Modellen wurde ein wesentlicher Schritt in Richtung Implementierung dieser Szenarien umgesetzt. Nach einer Auswahl werden vier Szenarien detailliert in ihren organisatorischen, ökonomischen und technischen Aspekten analysiert und beschrieben. Ein aus den Szenarien entwickeltes System für das Management von Lastflexibilitäten im elektrischen Energiesystem, das in möglichst vielen Smart-Grid-Anwendungsfällen genutzt werden kann, ist das Endergebnis dieser Arbeit. Die durchgeführte Abbildung in dem breit anerkannten Smart Grid Architecture Model für Smart-Grid-Anwendungsfälle bietet damit maximale Umsetzungschancen. Dieses Ergebnis befindet sich genau innerhalb der Schnittmenge der Energie- und Informationstechnologie, die in einem cyber-physischen System, wie dem Smart Grid, gemeinsam agieren und von beiden Seiten aus eineindeutig verstanden werden müssen.

The increasing number of distributed power generation also requires an increase in flexibility on the consumer side in the time of consumption to keep the electrical grid frequency stable. This thesis shall answer for the research domain demand response, if the necessary flexibility can be achieved through combinations of different information and communication technology oriented approaches. The described methods of requirements engineering, the inclusion of the international Smart Grid Reference Architecture Model and the use of the SmartResponse project methods serve engaging this research area. Automated management systems for flexible electrical loads have the potential to continually handle high densities of distributed volatile renewable generation sources by deploying communication and information technology in the energy system of the future, the smart grid. This work, with methods presented, creates a comprehensive basis for the realization of present and future load management scenarios. By means of requirements engineering compatible descriptions, as far as domain models, a significant step towards implementing those scenarios was realized. After selection, four scenarios are analyzed and described in detail in their organizational, economical, and technical aspects. Out of the scenarios, a management system for flexibilities of loads, utilizable for as many smart grid use cases as possible, was developed and presents the final outcome of this work. The realized mapping into the broadly acknowledged Smart Grid Architecture Model therewith offers maximal chances for implementation. This result is exactly within the intersection of power engineering and information technology, which, in a cyber physical system like the smart grid, need to act concertedly and must be understood bijectively from both sides.