Vernetzung von Infrastrukturen im digitalen Zeitalter ...€¦ · Fertigung, Logistik und Service weitestgehend selbst organisiert werden. Digitale Schnittstellen mit Kunden ermöglichen

Universität Leipzig © Siemens AG - Alle Rechte vorbehalten

21. Fachgespräch „Energieversorgungssysteme der Zukunft“ am 31. Mai 2016 in Leipzig

Uwe Lenk Power and Gas Division, Technology and Innovation, Innovation and Trends (PG TI INT)

Vernetzung von Infrastrukturen im digitalen Zeitalter Strom – Wärme – Mobilität – Industrie – Gewerbe

Bild 1 21. Fachgespräch „Energieversorgungssysteme der Zukunft“ am 31. Mai 2016 in Leipzig © Siemens AG - Alle Rechte vorbehalten

ÜbersichtStruktur und Inhalt

Vernetzte Infrastrukturen – Überblick

Neuaufbau von Infrastruktur – Wasserstoff und Elektromobilität

Ausblick und Zusammenfassung

Diskussion

Stand der digitalen Transformation – Smarte Infrastrukturen


Infrastruktur ist im übertragenen Sinn eine Art UnterbauIn Deutschland werden 8 Sektoren kritischer Infrastruktur unterschieden

Energie Versorgung

Sicherheit, Entwicklung und Wohlfahrt unserer Gesellschaft hängt von vernetzten Infrastrukturen ab

Elektrizität, Mineralöl, Gas Wasser, Lebensmittel, Gesundheit, Notfallvorsorge

Informations- und Kommunikationstechnologie

Transport und Verkehr

GefahrstoffeChemie, Labore, Kampfmittel, …

Logistik und Postwesen

Banken und Finanzen

Verwaltung, Behörden, Justiz

Medien, Großforschungseinrichtungen und Kulturgut

Interdependenzengegenseitige Abhängigkeiten

Die Abhängigkeit und Anfälligkeit von Infrastrukturen unterliegt Veränderungen


2015+ 2020 2030

Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie der BundesregierungInfrastrukturaufbau zur flächendeckenden Wasserstoffversorgung

Plan zur Wasserstoffinfrastrukturentwicklung Stand 04/2015 – 15 Wasserstofftankstellen

ErdgasnetzMehr als 530.000 km

Kraftstoffversorgung

Benzin/Diesel14.367 Tankstellen

Erdgas/LPG7.156 Tankstellen

H2-Tankstelle


Wasserstoffnetz oder Erdgasnetz?Nutzung von CO2 aus Biogas und H2 zur MethanproduktionBiogasanlage mit BHKW und Wärmenetz Biogasanlage zur Bio-Methanproduktion

Biogasproduktion mit Direktverstromung Biogasproduktion, Biogasaufbereitung und Methaneinspeisung

Wasserstoffintegration in die vorhandene Infrastruktur


ElektromobilitätWarum interessiert sich Google für Autos?

E-Tankstelle

Die digitale Vernetzung von Systemen im und um das Fahrzeug mit der urbanen Infrastruktur bewirkt einen grundlegenden und nachhaltigen Wandel der Verkehrstechnik

Quelle: Systemanalyse Bwe mobil, Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg, 2010


Integration durch Vernetzung – Digitale TransformationVernetzung von Menschen, Prozessen und Dingen

Automatisierung Digitaler Kundenzugang

Digitale Daten Vernetzung

SozialeWelt

DigitaleWelt

PhysischeWelt

Verknüpfung

DienstleistungsplattformKommunizieren, reagieren

und interagieren

Maschinen kommunizieren und agieren zunehmend autonom, durch die Verschmelzung von Computer und Technologie. Über Funktionsketten und mit Hilfe von Sensoren können Fertigung, Logistik und Service weitestgehend selbst organisiert werden.

Digitale Schnittstellen mit Kunden ermöglichen schnelle oder gänzlich neue Angebote mit niedrigen Transaktions-kosten. Die Vermeidung von Informations- und Daten-verlusten führt zur Qualitäts-verbesserung.

Maschinen sammeln Daten, Informationen zur Auslastung, über Störfälle und zum Verschleiß. Die Auswertung der Daten ermöglicht zum Beispiel die Verbesserung der nächsten Maschinengeneration oder die Optimierung von Werkzeugen.

Maschinen und Menschen kommunizieren miteinander. Seit 2008 existieren mehr vernetzte Dinge als Menschen auf der Erde. Dies führt zur Beschleunigung des Strukturwandels.


Sektor übergreifende SystemkopplungElektrizität, Wasser, Gas, Wärme, Kälte, Kraftstoffe, Mobilität, …


Infrastruktur zur elektrischen EnergieversorgungNetzstruktur zur Stromversorgung in Deutschland

Quelle: H. F. Wagener, Struktur des deutschen Stromnetzes, 2010


Integration durch Vernetzung – Digitale TransformationSchematischer Aufbau „Smart Grid“ zur Stromversorgung

Maschinelle Sammlung, Speicherung und Analyse von Echtzeit-Informationen (Daten) zur Stromproduktion, zur Stromübertragung, zur Stromverteilung, zum Stromverbrauch und zum Strompreis

Durch die Einbindung künstlicher Intelligenz entstehen neue Funktionalitäten und Nutzeffekte

Quelle: Roadmap Smart Grids Austria, 2010


Infrastruktur EndverbraucherNetzwerk für ein intelligentes Gebäudemanagement – „Smart Home“

Quellen: Ergebnisdokument der Projektgruppe Smart Home, Berlin, 27. Oktober 2015Systemanalyse Bwe mobil, Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg, 2010, S. 49 (Bild)

Am Markt sind eine Vielzahl von Smart-Home-Produkten, Lösungen und Standards zur Umsetzung unterschiedlichster Nutzeranforderungen erhältlich


Intelligente Zähler – „Smart Meter“Teilsystem „Smart Home“

Beispiel: Pilotprojekt der Stadtwerke Forst

o Verbrauchszähler für Strom, Gas, Wasser und Wärmeo Energiedienstleistungen wie Fernablesen und tagesaktuelle Abrechnung bei unterschiedlichen Tarifen

„Metering“

Einsatz digitaler Zähler für Strom, Gas, Wasser und Wärme mit integrierter Kommunikationsschnittstelle zum Erfassen und Übertragen der Zählerdaten aus 1.300 Haushalten (1.700 Zähler)

o 1.300 AMIS-Zähler der Siemens AGo paralleler Betrieb von 400 MUC-Zählern (Multi Utility Communication)

Errichtung und Betrieb eines Web-Portals für die Kunden

1,4 Mio.€ Pilotprojektkosten mit 278.000 € Förderung vom Land Brandenburg

Zwei Tarife, in der Zeit von 22.00 bis 6.00 Uhr Nachttarif

Projektlaufzeit von 2011 bis 2013o Erstes Jahr (2011) für Einbau und Inbetriebnahmeo Zwei Jahre Erprobung (2012 und 2013) Automated Metering and Information

System (AMIS)

Multifunktionszähler

Lastschriftgerät

Datenverdichter

Quelle: W. Gäbler, Die Wirtschaftlichkeit eines kleinen Stadtwerkes im Einfluss der Energiewende, Potsdam, 2. März 2016


Intelligente Zähler – „Smart Meter“Pilotprojekt der Stadtwerke Forst

Quelle: W. Gäbler, Die Wirtschaftlichkeit eines kleinen Stadtwerkes im Einfluss der Energiewende, Potsdam, 2. März 2016

Erfahrungeno Durchschnittliche Senkung des Elektroenergieverbrauches zwischen 3% bis 5%o Verhaltensbedingte Lastverschiebung von durchschnittlich 1% bis 3%o Das Web-Portal haben rund 10% der Kunden im ersten Jahr zum Teil aktiv genutzto Nach dem zweiten Jahr waren es noch 5 Kunden

Zusammenfassungo Aufwand und Nutzen erreicht erst ab einem Stromverbrauch von mehr als 10.000 kWh pro Jahr eine

beachtete wirtschaftliche Größe beim Kundeno Gateway Administration, Portal und Messdienstleistung sind aktuell aus Kostengründen für kleinere

Stadtwerke nicht geeigneto Head-End System/

Zählerfernauslesungo Verbrauchsdaten-

management–System

o SAP MSB IS – U


AusblickEnergiewende – Systemtransformation und digitale Transformation

Integration dezentraler Stromproduzenten in das

bestehende System

Fragmentierung des Gesamtsystems

Entstehung von autarken Versorgungsclustern, Inselbildung

Optimierung von Produktion und Verbrauch vor Ort zur Systementlastung

Zunehmende regionale Verantwortung für Systemdienstleistungen

Zunehmendes Ungleichgewicht zwischen Produktion und Verbrauch

Netz- und Infrastruktur weitestgehend unverändert, zentral

Zusammenfassen von dezentralen Produzenten zu virtuellen Großproduzenten

Sektor übergreifende Vernetzung und Zellularer Verbund von Versorgungs-einheiten

Teilnetzbetreiber übernehmen Kontrolle

Regionale Preisbildung und Angebotsoptimierung

Dezentralisierung der Systemarchitektur

Strom – Wärme – Mobilität


Veränderung des urbanen LebensDigitalisierung führt zur weiteren Hybridisierung der Wertschöpfung

Aktivitäten des Menschen im physischen Raum werden mit virtuellen Komponenten verknüpft

Quelle: Dr. Dirk Graudenz, ISPRAT e.V., Digitale Räume – Stadtentwicklung in der digitalen Welt

„Smart Grids“ haben einen eindeutigen Bezug zum geografischen Raum, da sich das Netz dort befindet

Die Wertschöpfung erfolgt jedoch hybrid durch Computer (Tool) und Mensch


Smart Energy: Digitalisierung, Multi- und IntermodalitätDigitale Vernetzung mit exponentiell steigendem Datenvolumen

Multimodalität: Variation der Energieträger, Wechsel zwischen den Energieträgern und Umwandlungsverfahren Intermodalität: Verkettung von Energieträgern und Umwandlungsverfahren (Hybridisierung)


ZusammenfassungVernetzung von Infrastrukturen im digitalen Zeitalter

In den vergangenen Jahrzehnten wurde in Deutschland eine umfangreiche, hochwertige, vernetzte und robuste Infrastruktur aufgebaut. Sie bildet die Basis für Wohlstand und Entwicklung. Zu ihrem Erhalt sind beträchtliche gesellschaftliche Ressourcen erforderlich.

Technischer Fortschritt in Verbindung mit neuen Möglichkeiten bei der Anwendung und Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologien führt zur weiteren Hybridisierung der Wertschöpfung und zur intelligenten Verknüpfung von Infrastruktur.

Durch die in Entwicklung befindlichen Möglichkeiten zur Nutzung und Einbindung von künstlicher Intelligenz entstehen zukünftig Dienstleistungsplattformen zur Analyse und Bewertung von sehr komplexen technischen, wirtschaftlichen, ökologischen und sozialen Abhängigkeiten in Infrastrukturen.

Vernetzte Infrastrukturen

Digitale Transformation

Smarte Infrastruktur

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DiskussionWie wollen wir die Zukunft gemeinsam gestalten?

MobilitätWärme

WärmepumpeElektrokessel

Wärmenutzung aus Erdwärme, Abwasser, …Heben der Temperatur von saisonalen Wärmespeichern

Elektromobilität

Biomasse

Strombasierte Wärmeproduktion

Bio-Kraftstoffe (PtG, PtL) strombasiertSolarthermieTiefengeothermie

E-Tankstelle H2-Tankstelle

Biomasse

Smart Energy

Eigenstromnutzung zur Wärmeproduktion

Power to X

Energiewende – Reduktion der CO2-FreisetzungRandbedingungen – ökonomisch, ökologisch und sozial verträglich


Ausschlußklausel

Dieses Dokument enthält zukunftsgerichtete Aussagen und Informationen – also Aussagen über Vorgänge, die in der Zukunft, nicht in der Vergangenheit, liegen. Diese zukunftsgerichteten Aussagen sind erkennbar durch Formulierungen wie „erwarten“, „antizipieren“, „beabsichtigen“, „planen“, „glauben“, „anstreben“, „einschätzen“, „werden“ oder ähnliche Begriffe. Solche vorausschauenden Aussagen beruhen auf unseren heutigen Erwartungen und bestimmten Annahmen. Sie bergen daher eine Reihe von Risiken und Ungewissheiten. Eine Vielzahl von Faktoren, von denen zahlreiche außerhalb des Einflussbereichs von Siemens liegen, beeinflussen die Geschäftsaktivitäten, den Erfolg, die Geschäftsstrategie und die Ergebnisse von Siemens. Diese Faktoren könnten dazu führen, dass die tatsächlichen Ergebnisse, Erfolge und Leistungen des Siemens-Konzerns wesentlich abweichen von den in zukunftsgerichteten Aussagen ausdrücklich oder implizit enthaltenen Angaben zu Ergebnissen, Erfolgen oder Leistungen. Für uns ergeben sich solche Ungewissheiten insbesondere, neben anderen, aufgrund folgender Faktoren: Änderungen der allgemeinen wirtschaftlichen und geschäftlichen Lage, Änderungen von Wechselkursraten und Zinssätzen, Einführung konkurrierender Produkte oder Technologien durch andere Unternehmen, fehlende Akzeptanz neuer Produkte und Dienstleistungen seitens der Kundenzielgruppen des Siemens-Konzerns, Änderungen in der Geschäftsstrategie und verschiedene andere Faktoren. Detailliertere Informationen über bestimmte dieser Faktoren sind den Berichten zu entnehmen, die Siemens bei der US-amerikanischen Börsenaufsicht SEC eingereicht hat und die auf der Siemens Website unter www.siemens.com und auf der Website der SEC unter www.sec.gov abrufbar sind. Sollte sich eines oder mehrere dieser Risiken oder Ungewissheiten realisieren oder sollte sich erweisen, dass die zugrunde liegenden Annahmen nicht korrekt waren, können die tatsächlichen Ergebnisse sowohl positiv als auch negativ wesentlich von denjenigen Ergebnissen abweichen, die in der zukunftsgerichteten Aussage als antizipierte, geglaubte, geschätzte, erwartete, beabsichtigte, geplante oder projizierte Ergebnisse genannt worden sind. Siemens übernimmt keine Verpflichtung und beabsichtigt auch nicht, diese zukunftsgerichteten Aussagen zu aktualisieren oder bei einer anderen als der erwarteten Entwicklung zu korrigieren.

Marken sind ebenso in diesem Dokument erwähnt und sind Eigentum der Siemens AG, der Tochtergesellschaften oder deren jeweiligen Eigentümer.

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