Ausgehend von einem mangelnden Ausbau des inländischen und insbesondere grenzüberschreitenden elektrischen Netzes sowie einer fortschreitenden technologischen Entwicklung, rücken intelligente, dezentrale Lösungsansätze für die Ausgestaltung zukünftiger Energieversorgungssysteme zunehmend in den Mittelpunkt.
Im Forschungsprojekt pebbles (Peer-to-Peer-Energiehandel auf Basis von Blockchains) gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmenprogramm Smart Service Welt II soll ein Konzept in Form einer digitalen Plattform für Peer-to-Peer-Handel (P2P-Handel) und den Austausch von Netzdiensten konzipiert, entwickelt und im Feld getestet werden.
Das Projekt hat eine Projektdauer von 3 Jahren, beginnend im März 2018 bis November 2021.
pebbles wurde zum 30. November 2021 erfolgreich abgeschlossen.
Ausgehend von einem mangelnden Ausbau des inländischen und insbesondere grenzüberschreitenden elektrischen Netzes sowie einer fortschreitenden technologischen Entwicklung, rücken intelligente, dezentrale Lösungsansätze für die Ausgestaltung zukünftiger Energieversorgungssysteme zunehmend in den Mittelpunkt.
Im Forschungsprojekt pebbles (Peer-to-Peer-Energiehandel auf Basis von Blockchains) gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmenprogramm Smart Service Welt II soll ein Konzept in Form einer digitalen Plattform für Peer-to-Peer-Handel (P2P-Handel) und den Austausch von Netzdiensten konzipiert, entwickelt und im Feld getestet werden.
Das Projekt hat eine Projektdauer von 3 Jahren, beginnend im März 2018 bis Februar 2021.
Projektziel: Entwicklung und Demonstration von innovativen, regionalen, digitalen Energieversorgungsansätzen mit Fokus auf:
Dekarbonisierung
- Senkung des Energieverbrauch
- Schaffung der Rahmenbedingungen für einen erweiterten Ausbau der erneuerbaren Energien
- Lösungsentwicklung für den Elektrifizierungstrend (ins besonders Verkehrssektor)
Dezentralisierung
- Minimierung der Systemkosten
- Förderung der Sektorenkopplung – Wärme, Mobilität, Elektrizität und Speicher
- Ermächtigung aktiver Teilnehmer, wie Prosumer
- Entwicklung zellularer Ansätze und Energiecommunities
Digitalisierung
- Bestimmung wirtschaftlich effizienter Trade-Off zwischen Netzausbau und intelligenten Lösungen im Bereich Verteilnetze
- Ermöglichung automatisierter und dezentraler Lösungen
- Nutzung einer Blockchain-Strategie
ZIELE DER KONSORTIALPARTNER
Das Ziel des Allgäuer Überlandwerks ist die Entwicklung, Betreuung und Einführung einer Handelsplattform für End-, Gewerbe- und Industriekunden, Anlagenbetreiber, Netzbetreiber und Energieversorger in der über intelligente Verträge (Smart Contracts) automatisch Strom, Flexibilitäten und netzunterstützenden Diensten, gehandelt werden können. Die Blockchain Technologie ermöglicht die sichere Verknüpfung von Handel, Lieferung, Zertifizierung und Abrechnung in einer Transaktion und gleichzeitig die Transaktionsdaten offen und fälschungssicher zu speichern.
- Entwicklung von Geschäftsmodellen für den Energiemarkt 4.0
- Betrieb einer lokalen Stromhandelsplattform für P2P – Peer to Peer, P2VK – Peer to Virtuelles Kraftwerk, P2EEX – Peer to EEX (Strombörse)
- Einsatzoptimierung im virtuellen Kraftwerk
- Erweiterung des Portfolios um Energiedienstleistungen für Prosumer, Erzeuger und Verbraucher
- Herkunftsnachweis des Ökostrom
- Verringerung der Transaktionskosten
Die AllgäuNetz setzt sich zum Ziel, netzdienliche Verhaltensmuster von Prosumern abzuleiten und Rahmenbedingungen zu definieren, unter denen ein lokaler Stromhandel (Peer-to-Peer) möglichst uneingeschränkt möglich ist. Ziel ist es, Anforderungen an Prosumeranlagen zu definieren, die eine Selbstüberwachung der Anlage bezüglich physikalischer Machbarkeit von Peer-to-Peer Transaktionen ermöglichen.
- Integration der Ergebnisse in die Methoden der Netzplanung, -betrieb und -ausbau
- Einsparungen im Versorgungsnetz durch aktive Identifikation von Prosumerverhalten und Anreizgebung zur Selbstoptimierung von Prosumern
- Erweiterung des Energiecampus Wildpoldsried zur Demonstration des Blockchain-basierten lokalen Stromhandels (P2P) inkl. Optimierung und Verifikation der theoretischen Analysen und Algorithmen
Die Siemens AG untersucht wissenschaftlich fundiert welche neuen Geschäftsmodelle ermöglicht der direkte, auf der Blockchain-Technologie basierende Handel von Energie und Systemdienstleistungen zwischen Endverbrauchern auf einem regionalen Marktplatz unter Zuhilfenahme digitaler Dienste, die eine kosteneffiziente Integration erneuerbarer Energien ins Energiesystem erlauben und letztendlich zu Kostensenkungen auf System- und Verbraucherseite führen.
- Entwicklung einer lokalen Handelsplattform (Marktmechanismus, Markt- und Netzoptimierung, dezentral Architektur)
- Prognosealgorithmen für Lastprofile, Erzeugung und Marktpreise
- Intelligente Blockchain Gateways
- Lokale Energiemanagementsysteme, die aktiv am lokalen Handel teilnehmen
- Energiemanagementsystem, Prognosealgorithmen und Data Mining Applikationen als Cloud Dienste
- Neuartige plattformbasierte Geschäftsmodelle
Das Ziel der Hochschule Kempten liegt darin, Fragestellungen in Bezug auf das elektrische Netz zu bearbeiten, die durch den lokalen Stromhandel (Peer-to-Peer) neu aufgeworfen werden bzw. entstehen, wenn dieser in großem Umfang ermöglicht werden soll. Der vorhandene Demonstrator – Energiecampus Wildpoldsried bietet die technische Basis, um diesen Stromhandel ohne Beeinträchtigung von Stromkunden in seiner ganzen Komplexität zu untersuchen, zu optimieren und vorzuführen.
- Erweiterung des Energiecampus Wildpoldsried zur Demonstration des Blockchain-basierten P2P-Stromhandels inkl. Optimierung und Verifikation der theoretischen Analysen und Algorithmen
- Wissensgenerierung und Einbringen des neuen Wissens in Forschung und Lehre
Das Ziel der Fraunhofer Gesellschaft ist die Konzeptionierung und multikriterielle Optimierung einer digitalen Plattform für zukünftige Energieversorgungssysteme. Ein besonderer Fokus wird auf die Berücksichtigung der Grenzen und der notwendigen Änderungen am technischen, marktwirtschaftlichen, institutionellen sowie rechtlich-regulatorischen Rahmen gelegt. Auf Basis einer simulativen Voruntersuchung sollen potenzielle Geschäftsmodelle aufgezeigt werden, die ein hohes wirtschaftliches Potenzial für die beteiligten Akteure (insbesondere Energieversorgungsunternehmen, Verteilnetzbetreiber, Endverbraucher und Anlagenbetreiber bzw. Prosumer) bieten.
- Simulative Analyse (weiterer) plattformbasierte Geschäftsmodelle
- Entwicklung einer Smart Contract Bibliothek für Energieanwendungen
- Vergleich unterschiedlicher Blockchain Arten / Infrastrukturen
- Berücksichtigung der Geschäftsmodelle Energieversorgungs-Unternehmen, Virtuelles Kraftwerk, Verteilnetzbetreiber, Prosumer
- Bereitstellung virtueller Teilnehmer
PROJEKTABLAUF
I. Erarbeitung von Konzepten und Voranalysen zu den Handelsprozessen und Netzdiensten sowie Spezifikation für die Funktionalität & Schnittstellen der Plattform.
II. Entwicklung prototypischer Software- und Hardware-Komponenten, sowie die notwendige Informations- und Kommunikationstechnik für die Anbindung der Teilnehmer, des virtuellen Kraftwerkes und des Netzes an die Plattform. Die Plattform soll auf einer Blockchain-Infrastruktur aufbauen, die insbesondere hinsichtlich des Datenschutzes, der Transparenz sowie der Prozessautomatisierung vielversprechendes Potenzial aufweist.
III. Die Entwicklungen werden in einem Demonstrator realisiert, um die erarbeiteten Konzepte und entwickelten Technologien in der realen Umsetzung zu erproben. In der ersten Testphase, werden die Funktionalität und der sichere Betrieb verifiziert, bevor Langzeitdemonstrationen zu den geplanten Anwendungsfällen durchgeführt werden.
IV. Begleitend zu diesem anwendungsorientierten Entwicklungspfad, werden umfassende Analysen durchgeführt, die eine ganzheitliche Bewertung und skalierbare Aussagen zu den erarbeiteten Konzepten und Technologien ermöglichen.
Durch die beschriebenen Konzeptionierungs- und Entwicklungsschritten soll ein komplexes, plattformbasiertes System entstehen:
Die Kernkomponente stellt die digitale Plattform dar, die alle Akteure informationstechnisch miteinander verbindet.
Neben der Software für die Smart Market Handelsplattform, die einen getrennten P2P-Handel von Energieprodukten und Netzdiensten ermöglicht, soll eine zusätzliche Softwarekomponente entwickelt werden, durch die eine gleichzeitiger markt- und netzorientierten Handel ermöglicht wird.
Während die deutliche Trennung zwischen Markt und Netz einen entflechtungskonformeren Ansatz darstellt, soll der zweite Ansatz die Potenziale einer proaktiveren Rolle des Verteilnetzbetreibers in Form eines rechtzeitigen und stärkeren Eingriffs in das Marktgeschehen aufzeigen. Somit können zum einen unterschiedliche Ausgestaltungsmöglichkeiten für zukünftige, plattformbasierte, lokale Energieversorgungssysteme demonstriert werden.
Die komplementäre Cloud-Service-Plattform enthält digitale Dienste, die zur Realisierung der Plattformprozesse notwendig sind.
Die Energiemanagementsystem-Services (EMS) kommen dann zum Einsatz, wenn die Anschlussnehmer kein eigenes EMS besitzen, aber Schnittstellen zur Verfügung stellen, die die Kommunikation mit dem Cloud-basierten EMS ermöglichen. Dies ist für den Energiecampus in Wildpoldsried (stationäre Batterieenergiespeicher als Inselnetz der Hochschule Kempten) sowie für die KMUs (kleinere und mittlere Unternehmen) der Fall.
Ein intelligentes Gebäude sowie das Nanogrid – ein intelligentes Wohnhaus, besitzen ein eigenes, lokales EMS. In diesem Fall werden nur Input-Daten sowie Erzeugungs- und Lastprognosen, Gebote und Angebote direkt an die Plattform übergeben.
Virtuelle User werden als Teilnehmer zur Gewährleistung der Liquidität und zur Überprüfung von Skalierungseffekten innerhalb des lokalen Handels variabel hinzugefügt. Sie können zum einem User mit eigenem EMS als auch ohne eigenem EMS nachbilden.
Endverbraucher, deren Haushalt kein eigenständiges EMS besitzt, kommunizieren mit der Plattform über eigenständige Smart Home Gateways.