Wie funktioniert ein Energiemanagementsystem?
Ein EMS sammelt, analysiert und visualisiert Daten in Echtzeit und kontrolliert die dynamischen Energieflüsse. Das Energiemanagementsystem ist der Grundpfeiler von künftigen Use Cases, da es intelligente Überwachung und Kontrolle von angeschlossenen Anlagen innerhalb eines Haushalts oder Gebäudes ermöglicht.
Häufige Komponenten eines Energiemanagementsystems
- Gateway: Ein Daten sammelndes und verarbeitendes System, das idealerweise herstellerunabhängig einsetzbar ist.
- Software: Eine Reihe komplexer Algorithmen, die Regeln und Beschränkungen für die Steuerung von Energieanlagen (auch Assets genannt) nach spezifischen Anforderungen erstellen. Dies dient beispielsweise der Maximierung der Selbstversorgung, dem Laden von Assets in einer präferierten Reihenfolge oder zur Festlegung von Grenzen für den Energieverbrauch entsprechend den lokalen Netzanforderungen.
- Interface: Eine Plattform, die es Benutzer:innen ermöglicht, Live- und ältere Daten zu visualisieren, Leistungskennzahlen (KPIs) anzuzeigen, Parameter einzustellen und Energieflüsse zu verwalten.
Verschiedene Einsatzmöglichkeiten für EMS
- HEMS (Home Energy Management System)bedeutet, dass ein EMS in einem Haushalt eingesetzt wird, um kleine Anlagen, wie z. B. ein Elektrofahrzeug, eine Wärmepumpe, eine Photovoltaikanlage und/oder eine Batterie, intelligent zu verwalten.
- BEMS (Building Energy Management System) ist eine Methode zur Überwachung und Steuerung des Energiebedarfs eines Gebäudes. Es umfasst in der Regel das Management von Heizung, Lüftung und Kühlung (HVAC), Beleuchtung, Sicherheitstechnologien und zunehmend auch das Laden von E-Autos.
- FEMS (Factory Energy Management System) ermöglicht es dem Industriesektor, die Energieerzeugung und den Energieverbrauch effizienter zu gestalten.
- CEMS (Community Energy Management System) baut auf den bisherigen Use Cases von EMS auf und integriert HEMS, BEMS und/oder FEMS, um ein ganzheitliches, intelligentes Energiemanagement ganzer Gemeinden in größerem Maßstab zu ermöglichen.
Verschiedene Arten von Energiemanagementsystemen
Rule-based energy management system
Ein regelbasiertes Energiemanagementsystem konzentriert sich auf den Entwurf und die Implementierung der Logik, die die Energieverteilung zwischen angeschlossenen DERs regelt. Es stützt sich auf etablierte Regeln und vordefinierte Richtlinien, um in Echtzeit Entscheidungen über die Energieverteilung zu treffen. Der regelbasierte Ansatz gewährleistet Betriebsstabilität und eignet sich daher für Szenarien, in denen mit einfachen Entscheidungsparametern ein effektives Energiemanagement erreicht werden kann.
Vorhersage gestütztes Energiemanagementsystem
Ein Vorhersage gestütztes Energiemanagementsystem hingegen ist darauf spezialisiert, fortschrittliche Optimierungsstrategien für komplexe Energiemanagement-Szenarien zu entwickeln, die ein regelbasiertes EMS nicht bewältigen kann. Dieses System zielt darauf ab, die Rentabilität, die Berechnungseffizienz und die Sicherheit in einer sich verändernden Energielandschaft zu verbessern. Durch die Analyse verschiedener Prognose-Strategien unter Berücksichtigung von Faktoren wie Modelltypen, Datenverfügbarkeit und Optimierungshäufigkeit hilft dieser Ansatz, Prosumer:innen fundierte Entscheidungen über Energienutzung und -erzeugung zu treffen.
Das System berücksichtigt Echtzeitdaten, wie die PV-Produktion einer Aufdachsolaranlage, den Batteriestatus und den Lastverbrauch, zusammen mit externen Informationen wie Spotmarkt-Strompreisen oder Wettervorhersagen. Auf diese Weise kann das EMS intelligente Entscheidungen darüber treffen, wann eine Batterie geladen oder entladen werden soll, wann lokal erzeugte Solarenergie genutzt oder Strom aus dem Netz bezogen werden soll und wie die Energiemanagement-Strategien ständig optimiert werden können, um den drei Ds des neuen Energie Zeitalters gerecht zu werden – Digitalisierung, Dekarbonisierung und Dezentralisierung.
Cloudbasiertes Energiemanagementsystem
Ein cloudbasiertes EMS ist eine moderne Softwarelösung für das Energiemanagement, die dieses für Versorgungsunternehmen, Energieberater und Unternehmen verschiedenster Branchen revolutioniert.
Durch die Nutzung der Leistungsfähigkeit des Cloud Computing ermöglicht dieses System den Fernzugriff auf wichtige energierelevante Daten und Tools und beseitigt so geografische Beschränkungen. Es umfasst eine Reihe von Funktionen, darunter die Datenerfassung von Energiezählern und Sensoren, sichere cloudbasierte Speicherung, fortschrittliche Analysen und Echtzeit-Berichterstattung.
Die Nutzer:innen profitieren von der Skalierbarkeit des Systems, das sich mühelos an sich ändernde Anforderungen anpassen lässt. Darüber hinaus bietet es Manager:innen und Berater:innen aus der Energiewirtschaft die Möglichkeit, Energieparameter aus der Ferne zu überwachen, den Verbrauch zu optimieren und die Einhaltung von Energievorschriften und -standards zu gewährleisten.
Durch die Förderung von Zusammenarbeit und Zugänglichkeit werden Transparenz und Effizienz im Energiemanagement gefördert.
Verschiedene EMS-Funktionen in verschiedenen Branchen
E-Mobilität
Im Bereich der E-Mobilität spielt ein EMS eine zentrale Rolle, da es ein dynamisches Lastmanagement, eine effiziente Ladeoptimierung und ein smartes bidirektionales Laden ermöglicht. Das EMS steuert aktiv den Ladevorgang von EVs, indem es den Strom dynamisch verteilt, um den Spitzenbedarf zu minimieren (Peak Shaving) und gleichzeitig eine Überlastung des Netzes zu vermeiden – dies garantiert konstante Netzstabilität und Kosteneffizienz.
Mithilfe fortschrittlicher Algorithmen optimiert das EMS die Ladepläne auf der Grundlage von Faktoren wie Kapazitätstarifen, Reiseanforderungen und Netzbedingungen, wodurch die Betriebskosten gesenkt und die Energieeffizienz verbessert werden. Beim bidirektionalen Laden steuert das EMS auf intelligente Weise, wann ein EV lädt und entlädt – je nach lokalem Angebot und Bedarf, Strompreisen und anderen Faktoren – um die Kosten zu minimieren, die Autarkie zu maximieren und das Netz zu stabilisieren.
Haushaltsgroßgeräte (Weißware)
Mit intelligenten Zählern (Smart Meter) und Kommunikationsprotokollen wie EEBus erleichtert ein EMS den Datenaustausch in Echtzeit und ermöglicht ein koordiniertes Energiemanagement von Haushaltsgeräten (zum Beispiel. Waschmaschine, Kühlschrank, Geschirrspüler). Das EMS berücksichtigt die Gesamtlast der Geräte, um dann den Energieverbrauch von Großverbrauchern (wie Wärmepumpen und EVs) entsprechend anzupassen. Das EMS kann auch die Strompreise berücksichtigen und den Betrieb zu optimalen Zeiten fördern, um die Stromkosten zu senken und die Stromnetze in Spitzenzeiten zu entlasten. Durch die Zusammenführung der Daten verschiedener Haushaltsgeräte können die Nutzer:innen die Verbrauchsmuster überwachen und fundiertere Entscheidungen über den Zeitpunkt der Nutzung der Geräte treffen.
Photovoltaik (PV)
Mit EMS-Lösungen können Standorte mit Solaranlagen auf dem Dach ihre Selbstversorgung maximieren und die Kosten senken. Das EMS nutzt beispielsweise historische Verbrauchsmuster, Prognosen und Sollwerte, um sicherzustellen, dass überschüssiger Solarstrom nicht gedrosselt, sondern zum Laden oder Betreiben anderer Geräte, wie einer Batterie oder eines EVs, verwendet wird. Außerdem speist es Strom in das Netz ein, wenn die Preise hoch sind, und entnimmt ihn aus dem Netz, wenn die Preise niedrig sind, um die Kosten so gering wie möglich zu halten. Ein EMS kann so konfiguriert werden, dass verschiedene Ziele erreicht werden, beispielsweise die Minimierung der Kosten oder das Senken von Emissionen.
Heizen und Kühlen
Eine Wärmepumpe, die für ihre hohe Effizienz und ihre niedrigen CO2-Emissionen beim Heizen und Kühlen bekannt ist, kann mit Hilfe eines EMS ihr volles Potenzial entfalten. EMS-Technologien integrieren Wärmepumpen in ganzheitliche Systeme, um intelligent auf Bedarfsschwankungen zu reagieren. In einem HEMS kann der Betrieb einer Wärmepumpe auf der Grundlage von Echtzeit-Strompreisen, Netzbedingungen und Nutzerpräferenzen angepasst werden. Dies ermöglicht eine Lastverschiebung, bei der die Wärmepumpen ihre Betriebspläne an Zeiten mit geringerer Stromnachfrage und niedrigeren Preisen anpassen, was zu einer Senkung der Energiekosten führt.
Integrierte erneuerbare Energiequellen
Die Integration und Koordination verschiedener Energiesektoren – wie Strom, Wärme und Mobilität – zielt darauf ab, die Gesamtenergieeffizienz zu optimieren und die Integration erneuerbarer Energiequellen zu verbessern. Dies wird oft als Sektorenkopplung bezeichnet. Bei der Elektrifizierung, einem Schlüsselaspekt der Sektorenkopplung, geht es darum, fossile Brennstoffe durch elektrische Technologien zu ersetzen, um Geld zu sparen und CO2-Emissionen zu reduzieren.
In diesem Zusammenhang ist ein Energiemanagementsystem von entscheidender Bedeutung, da es die nahtlose Koordinierung und Steuerung von DERs und deren Stromflüssen über mehrere Sektoren ermöglicht. Ein EMS maximiert die Nutzung der Energie und minimiert die Verschwendung, um zu einer nachhaltigeren und integrierten Energielandschaft beizutragen.
Die Vorteile von EMS
Für Unternehmen
Mehr Sichtbarkeit und Transparenz
Ein EMS bietet Echtzeitüberwachung, Datenanalyse, Messung von KPIs und Visualisierung von Energieverbrauch und -einsparungen. Dies ermöglicht eine fundiertere und effektivere Entscheidungsfindung, um die Effizienz zu steigern, die Nachhaltigkeit zu erhöhen und die Leistung am gesamten Standort zu optimieren.
Geringere Kosten
Durch die Optimierung der Auslastung der einzelnen Anlagen stellt ein EMS sicher, dass die Kosten ständig minimiert werden: Strom wird in günstigen Zeiten aus dem Netz bezogen, lokal erzeugter Strom wird maximiert und der Verbrauch wird an den optimalen Wetterbedingungen und der Nachfrage in Schwachlastzeiten ausgerichtet. Darüber hinaus sorgen Use Cases wie dynamisches Lastmanagement und Peak Shaving dafür, dass der Strom innerhalb der bestehenden Netzinfrastruktur optimal genutzt wird. Dadurch werden kostspielige Netzerweiterungen auf ein Minimum reduziert und die Netzentgelte erheblich gesenkt.
In einem sich wandelnden Umfeld die Nase vorn behalten
Durch den Einsatz eines EMS verschaffen sich Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil in einer sich wandelnden Energielandschaft, die durch Digitalisierung, Dekarbonisierung und Dezentralisierung gekennzeichnet ist. Ein EMS ermöglicht ein effizientes Management der Energieressourcen, die Abstimmung von Verbrauchs- und Nachhaltigkeitszielen und die Senkung der Kosten. Es ermöglicht die nahtlose Integration von variablen erneuerbaren Energiequellen in Energiesysteme, um eine schnellere Skalierung von Projekten für nachhaltige Energie und eine geringere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu ermöglichen.
Neue Märkte erschließen
Unternehmen können neue Märkte erschließen, indem sie maßgeschneiderte Energielösungen anbieten, die auf die sich entwickelnden Trends und Kundenwünsche abgestimmt sind. Neue Märkte umfassen sowohl neue Regionen mit unterschiedlichen rechtlichen Rahmenbedingungen als auch neue Energiebereiche. Anstatt nur einzelne Produkte anzubieten, verlagern Unternehmen ihren Schwerpunkt auf ganzheitliche Energielösungen. Das bedeutet, dass Hersteller, Dienstleister und Versorgungsunternehmen nicht mehr nur ein einzelnes Produkt anbieten, sondern ein Energie-as-a-Service-Modell, das einen größeren Kundennutzen bietet. Dies erfordert ein Energiemanagementsystem, das verschiedene Geräte und Funktionen zu einer einzigen Lösung verbindet. Der Hersteller Viessmann beispielsweise bietet nicht mehr nur Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen an, sondern hat sein Portfolio erweitert und bietet seinen Kund:innen nun auch ein ganzheitliches Energiemanagementsystem für das Eigenheim an.
Mehr Agilität durch erweiterbare Funktionen
Anpassungsfähige und erweiterbare Funktionen sind der Schlüssel, um den sich ständig ändernden Vorschriften und Kundenwünschen gerecht zu werden. So haben beispielsweise steigende und zunehmend schwankende Strompreise in Verbindung mit neuen Vorschriften, die dynamische Tarife vorschreiben, zu einem erheblichen Anstieg der Time-of-use-Tarife geführt. Unternehmen mit einem erweiterbaren EMS können leichter neue Lösungen einführen, wenn der Markt für solche komplexen Use Cases reif ist. Auf diese Weise können die Unternehmen ihre Strategien auf die Kundenbedürfnisse zuschneiden und so ihre Agilität verbessern und ihre Marktposition ausbauen.
Reduziere die Komplexität mit einer einzigen Schnittstelle
Ein Energiemanagementsystem verringert die Komplexität von Unternehmen, indem es eine einheitliche Schnittstelle bietet, die verschiedene Energievorgänge auf einer zusammenhängenden Plattform konsolidiert. Dieser einzige Zugangspunkt vereinfacht die Aufgaben, indem er die Überwachung, Steuerung und Datenintegration für verschiedene Energieanlagen rationalisiert. Echtzeit-Einblicke in den Energieverbrauch, Automatisierung von Kontrollstrategien und zentralisierte Berichte verbessern die Entscheidungsfindung und Ressourcenoptimierung. Die bereichsübergreifenden Kommunikationsmöglichkeiten des EMS fördern die Zusammenarbeit zwischen den Energieanlagen, während die reduzierten Schulungsanforderungen für die beteiligten Parteien, insbesondere für Endnutzer:innen, die Benutzerfreundlichkeit erhöhen.
Geringere CO2-Emissionen
Da über 70 Prozent der CO2-Emissionen auf den Energiesektor entfallen, ist ein EMS ein wirksames Instrument im Kampf gegen den Ausstoß von Treibhausgasen. Zum einen ermöglicht ein Energiemanagementsystem eine Nachfragesteuerung, die es Unternehmen ermöglicht, den Energieverbrauch während der Spitzenzeiten zu drosseln und so die Abhängigkeit von der Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen zu verringern.
Zum anderen wird durch die Lastoptimierung sichergestellt, dass die Anlagen mit maximaler Effizienz arbeiten, wodurch Energieverschwendung vermieden und der Gesamtverbrauch gesenkt wird, was wiederum zu einer Verringerung der Emissionen führt. Darüber hinaus erleichtert ein EMS die nahtlose Integration von erneuerbaren Energiequellen wie Solar- und Windenergie in das Netz. Durch die vorrangige Nutzung erneuerbarer Energien, wenn diese verfügbar sind, reduziert ein EMS den Bedarf an fossilen Brennstoffen, die der Hauptverursacher von CO2-Emissionen sind.
Der Einsatz von Batterien unter EMS-Steuerung trägt obendrein zur Emissionsreduzierung bei, indem überschüssige erneuerbare Energie für die Nutzung in Zeiten des Spitzenbedarfs gespeichert wird. Und schließlich analysiert die datengesteuerte Entscheidungsfindung, ein Markenzeichen von EMS, kontinuierlich die Verbrauchsmuster und ermittelt Möglichkeiten zur Optimierung und Emissionssenkung.
Für Endverbraucher:innen
Minimierung der Energiekosten (niedrigere Energierechnung)
Ein EMS bietet den Endnutzer:innen eine Reihe von Vorteilen, allen voran die erheblichen Einsparungen bei den Energiekosten. In einem Haushalt können die Nutzer:innen beispielsweise ihren EV und ihre Batterie aufladen, wenn die PV-Erzeugung hoch ist oder die Strompreise niedrig sind. Außerdem können sie hohe Stromlasten während kostspieliger Verbrauchsspitzen vermeiden, was die Stromrechnungen erheblich senken kann.
Maximierung der Autarkie
Eine PV-Anlage allein reicht nicht aus, um die Autarkie eines Haushalts zu maximieren. Sie muss mit anderen Anlagen kombiniert werden, um sicherzustellen, dass die Energie auf die effizienteste und intelligenteste Weise erzeugt, gespeichert und verbraucht wird. Ein Energiemanagementsystem verbindet alle Anlagen, die Energie erzeugen, speichern oder verbrauchen, und optimiert die Energieflüsse zwischen ihnen, um sicherzustellen, dass die selbst erzeugte Energie maximal genutzt wird. Dies führt zu einer größeren Unabhängigkeit vom Netz sowie zu einer Minimierung von Kosten und CO2-Emissionen.
Geringerer CO2-Fußabdruck
In Anbetracht der Tatsache, dass etwa 60 Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen THG auf den Energieverbrauch der Haushalte in Europa entfallen, spielt ein EMS eine wichtige Rolle bei der Reduzierung der Emissionen. Ein EMS ermöglicht es den Verbraucher:innen, ihren Energieverbrauch zu optimieren, ihre Abhängigkeit vom Stromnetz zu minimieren und ihre selbst erzeugte Solarenergie zu maximieren. Der Verbrauch von Energieanlagen im Haus, gekoppelt mit E-Mobilität, macht einen beträchtlichen Teil der CO2-Emissionen eines Haushalts aus, insbesondere in Volkswirtschaften mit einem geringen Anteil an erneuerbaren Energien im Strommix. Ein intelligentes und ganzheitliches Energiemanagement durch ein EMS stellt sicher, dass die Solarenergie vom eigenen Dach den größtmöglichen Teil des Energiebedarfs deckt und nur ein geringer Anteil des Solarstroms verschwendet wird. Auf diese Weise werden erneuerbare Energien auf intelligente Weise in moderne Stromsysteme integriert und genutzt.
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