System zur Verwaltung verteilter Energieressourcen (DERMS)

Der Energiesektor ist ein sich schnell entwickelnder Markt. Die Notwendigkeit zur Dekarbonisierung, die Kopplung von Sektoren (Wärme und Mobilität), die zunehmend elektrifiziert werden, und der Wunsch der Prosumenten, ihre eigene Energieerzeugung und ihren eigenen Verbrauch zu synchronisieren und zu kontrollieren, verleihen den dezentralen Energieressourcen (DERs) Auftrieb. Nicht zuletzt deshalb haben sich DERs fest als grundlegender Bestandteil nachhaltiger Energiesysteme etabliert.

DERs sind kleine Energieanlagen, die Energie erzeugen, speichern oder verbrauchen. In der Regel handelt es sich dabei um Photovoltaikanlagen (PV), Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EVCS), Batterien und Wärmepumpen. Die Verbindung der verschiedenen Anlagen untereinander und mit dem Netz ist eine große Herausforderung, da es eine Reihe von Herstellern, Protokollen und Systemen gibt, die normalerweise nicht miteinander kommunizieren. Sie müssen miteinander verbunden werden, um das volle Potenzial der einzelnen Anlagen zu nutzen. Die Nutzung der Internet of Things (IoT)-Technologien ermöglicht diese nahtlose Kommunikation zwischen dem Netz und den DERs. 

Eine Möglichkeit, DERs zu verwalten, ist ein System zum Management verteilter Energieressourcen (DERMS). Ein DERMS ist eine Kombination aus Hardware und Software, die die Kommunikation und Steuerung mehrerer DERS in Echtzeit ermöglicht. Das Managementsystem ist ein grundlegender Schritt, der andere intelligente Netzkonzepte wie virtuelle Kraftwerke (VPPs) ermöglicht. Solche fortschrittlichen Anwendungsfälle erhöhen die Flexibilität dezentraler Energiesysteme und ermöglichen eine nahtlosere und ganzheitlichere Integration von erneuerbaren Stromerzeugungsanlagen und stromverbrauchenden Anlagen. Durch die exponentielle Zunahme von DERs wird der Ausgleich von Angebot und Nachfrage immer wichtiger, wodurch DERMS-Lösungen noch wichtiger werden. 

Ein Managementsystem für dezentrale Energieressourcen umfasst in der Regel die folgenden Funktionen:

• Monitoring und Visualisierung aller integrierten DERs, einschließlich deren Betriebsverhalten, Gerätestatus und deren Energieflüsse
• Vorhersage von Verbrauchsmustern und Wetter sowie Integration dieser Prognosen zur Optimierung von Angebot und Nachfrage
• Steuerung des Verhaltens der DERs nach individuellen Bedürfnissen, oft mittels Management-Dashboards
• Optimierung der DER-Nutzung entsprechend den Anforderungen des Netzes sowie unter Einbezug externer Steuersignale
• Zugriff auf Live- und historische Datenansichten sowie auf Berichte und Datenexporte

Entwicklung von DERMS

Die Energiesysteme durchlaufen einen radikalen Wandel von einer linearen Versorgungskette mit zentraler Produktion hin zu einem komplexen System mit zentralen und dezentralen Anlagen. Passive Verteilungsnetze entwickeln sich zu aktiven und dynamischen Verteilungssystemen. Das Aufkommen von kleinen DERs macht ein flexibles und effizientes Nachfragemanagement erforderlich. In diesem Zusammenhang hat die Sektorkopplung an Bedeutung gewonnen, bei der verschiedene Energiesektoren integriert und miteinander koordiniert werden, um eine besser vernetzte und effizientere Nutzung der Ressourcen zu ermöglichen. Dies macht deutlich, dass das Management aller steigenden DERs immer wichtiger wird. DERMS können in zwei Hauptgruppen unterteilt werden: 

Gateway DERMS sind Systeme, bei denen ein lokales IoT-Gateway vor Ort installiert ist, das die Anlagen miteinander verbindet und die Energieflüsse lokal optimiert. Dies garantiert konstant niedrige Latenzzeiten, Offline-Fähigkeiten, die Optimierung mehrerer Anlagen in Echtzeit, Anpassungsfähigkeit durch Over-the-Air-Updates und eine genauere Datenanalyse.

Cloud-basierte DERMS verbinden, überwachen und steuern Anlagen über die Cloud mithilfe von Programierschnittstellen, sogenannten APIs. Bei einem cloudbasierten DERMS entfällt die Notwendigkeit eines lokal installierten Gateways, was zu einer einfachen Inbetriebnahme und einer hohen Kosteneffizienz führt. Es ist jedoch auch mit einem hohen Wartungs- und Risikoaufwand verbunden. Komplexere Use Cases sind mit dieser Lösung nicht umsetzbar.

Der Unterschied zwischen DERMS und VPPs

VPPs und DERMS sind beides Verkopplungen von Energieerzeugungs- und -speicheranlagen, die in einer zentralen Einheit verbunden sind. Die Konzepte funktionieren jedoch auf unterschiedlichen Ebenen und konzentrieren sich auf unterschiedliche Aspekte des Managements dezentraler Energieressourcen. 

Ein DERMS dient als Betriebssystem, das ein virtuelles Kraftwerk möglich macht. Sein Schwerpunkt ist die ganzheitliche Optimierung jeder angeschlossenen Anlage und des Netzes auf lokaler Ebene. Cloud-basierte DERMS können einen größeren Anwendungsbereich umfassen; der Fokus bleibt allerdings auf der Optimierung der Stromflüsse. 

Ein VPP konzentriert sich hingegen auf die Aspekte der Netzstabilisierung und Flexibilität, die auf den Energiemärkten gehandelt werden können. Es ist nicht standortabhängig und fokussiert sich vielmehr auf das Last-/Nachfragemanagement des gesamten aggregierten Portfolios.

Vorteile eines DERMS für Energieunternehmen

• Sichtbarkeit und Transparenz jeder angeschlossenen Anlage und ihres Stromverbrauchs, ihrer Erzeugung oder ihres Speicherverhaltens
• Geringere Kosten durch minimierten Netzausbau, niedrigere Netztarife und maximale Leistung der einzelnen Anlagen
• Geringere CO₂-Emissionen durch Maximierung der lokal erzeugten Energie
• Netzstabilisierung durch bessere Nachfragesteuerung
• Erhöhte Autarkie, Skalierbarkeit von nachhaltigen Energieprojekten und Kosteneffizienz
• Robuste Abläufe und erhöhte Flexibilität mit erweiterbaren digitalen Lösungen
• Geringere Komplexität durch einen ganzheitlichen Ansatz und eine einzige Schnittstelle
• Höhere Gewinne durch Erschließung neuer und zukunftssicherer Einnahmequellen

Use Cases

DERMS kann für eine Vielzahl von Use Cases eingesetzt werden, wie zum Beispiel: 

• Home Energy Management Systeme (HEMS): Monitoring und Steuerung aller Energieanlagen in einem Haushalt, um die Kosten zu senken, die Selbstversorgung zu maximieren und die Emissionen zu minimieren.
• Laden von E-Autos: Dynamisches Lastmanagement (DLM) verteilt die Energie gleichmäßig und in Echtzeit auf mehrere Ladegeräte, um sicherzustellen, dass jedes Fahrzeug den gewünschten Ladezustand erhält, ohne dass die Kapazitätsgrenzen des Netzes überschritten werden. 
• Dynamische Tarife: Durch die Nutzung von Energiepreisprognosen und die Integration von Tarifen über offene Markt-APIs können die Stromflüsse optimiert und die Energiekosten minimiert werden.
• Smart Districts: Anlagen verschiedener Energieformen werden gemeinsam verwaltet, und die Energieflüsse über mehrere Gebäude und Sektoren hinweg optimiert.

Ein System zur Verwaltung verteilter Energieressourcen spielt eine entscheidende Rolle bei der Ermöglichung einer Vielzahl anspruchsvoller und moderner Anwendungen. Indem es die reibungslose Integration und Koordinierung dieser Spitzentechnologien ermöglicht, stellt DERMS den ersten Schritt zu künftigen Use Cases für nachhaltige Energie dar.