1 Anhang zur Dokumentation: Vortragsfolien • Prof. Dr.-Ing. Eva Schwenzfeier-Hellkamp: „Die Evolution des Stroms – Wie Digitalisierung und Erneuerbare Energien die Stromproduktion auf den Kopf stellen“ • Forum A: Von Intelligenten Netzen bis Erneuerbaren Energien – Wie gestalten wir das Stromsystem der Zukunft Versorgungssicher? • Forum B: Intelligente Netze: Anfällig und gläsern? – Herausforderungen für Datenschutz und Datensicherheit • Forum C: Katastrophenfall „Blackout“ – Herausforderungen für Politik sowie Feuerwehren, THW und Hilfsorganisationen
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Dipl. Ing (FH) Wibke Brems MdL Sprecherin für Klimaschutz- und Energiepolitik
Anhang zur Dokumentation:
Vortragsfolien
• Prof. Dr.-Ing. Eva Schwenzfeier-Hellkamp: „Die Evolution des Stroms – Wie Digitalisierung und Erneuerbare Energien die Stromproduktion auf den Kopf stellen“
• Forum A: Von Intelligenten Netzen bis Erneuerbaren Energien – Wie gestalten wir das Stromsystem der Zukunft Versorgungssicher?
• Forum B: Intelligente Netze: Anfällig und gläsern? – Herausforderungen für Datenschutz und Datensicherheit
• Forum C: Katastrophenfall „Blackout“ – Herausforderungen für Politik sowie Feuerwehren, THW und Hilfsorganisationen
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Dipl. Ing (FH) Wibke Brems MdL Sprecherin für Klimaschutz- und Energiepolitik
Anhang zur Dokumentation:
Vortragsfolien
„Die Evolution des Stroms – Wie Digitalisierung und Erneuerbare Energien die Stromproduktion auf den
Kopf stellen“ Prof. Dr.-Ing. Eva Schwenzfeier-Hellkamp Professorin für Informationstechnik und Regenerative Energien an der Fachhochschule Bielefeld
Die Evolution des Stroms –
Wie Digitalisierung und Erneuerbare Energien die
Stromproduktion auf den Kopf stellen
Prof. Dr.-Ing. Eva Schwenzfeier-Hellkamp Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Mathematik
• Beispiel aus der Praxis mit dezentralen Stromlieferanten
• Wesentliche Ziele – Aufbau einer funktionsfähigen Leitstelle zur Steuerung des virtuellen Kraftwerks
– Vermarktung des im virtuellen Kraftwerk Harz erzeugten Stroms
– Netz-Monitoring und Systemdienstleistungen zur Unterstützung des Netzbetriebs
• Anforderungen
• Flexible Energieproduktion
• Schnelle Leistungsanpassung
• Beliebige Erweiterbarkeit (Komponenten)
• Wirtschaftlicher Betrieb
• Bereitstellung von Systemdienstleistungen, wie z.B.:
– Spannungshaltung
– Versorgungswiederaufbau
– Netzengpassmanagement
Erneuerbaren Energien können nur so effizient ins Netz gespeist
werden, wie es das Netz hinsichtlich Ausbau und IKT-Struktur
zulässt.
Virtuelle Kraftwerke
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• Stromnetz und IT-Infrastruktur
(bzw. IKT-Infrastruktur (Informations- und Kommunikationstechnik)
Erweiterte Betrachtungsweise
[Sma15]
• Stark unterschiedliche Innovationszyklen und Produktlebenszyklen in beiden Branchen
• Produktlebenszyklus aus technischer Sicht beinhaltet den Prozess von der ersten Idee bis zur Verschrottung des Produkts [DGQ11]
• Beispiel: Kernenergie versus Mobilfunk
• Produktlebenszyklus beinhaltet ein Produkt
Energietechnik- trifft IKT-Branche,
Herausforderungen
Planung Realisierung Nutzung Entsorgung
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• Virtuelles Kraftwerk bestehend aus vielen verschiedenen Produkten / Anlagenarten mit unterschiedlichen Produktlebenszyklen
Entwicklung der einzelnen Anlagearten
als isoliertes Produkt ohne Berücksichtigung anderer Produkte
zu unterschiedlichen Zeitpunkten
mit unterschiedlicher Einstellung zur Qualität
mit unterschiedlicher Einstellung zu Risiken
Einzelne Anlagearten mit neuen Aufgaben
• Unterschiedliche Interessensvertreter
verfolgen überwiegend wirtschaftliche Aspekte
haben nicht die Stabilität des Netzes im Fokus
Energietechnik- trifft IKT-Branche,
Herausforderungen
• Technisches Risikomanagement derzeitig nicht technologieübergreifend gelebt
• Jede Einführung einer Technologie beinhaltet ein Risiko bzw. Restrisiko
• Betrachtung von Risiken / Restrisiken oft negativ vorbelastet
• Chance zur Thematisierung von Risiken erkennen
Ziel: Beherrschung der Risiken (geringes Restrisiko)
Kontinuierlichen Prozess akzeptieren
Aus Fehlern für die Zukunft zu lernen
Aus anderen Branchen lernen (Innentäter in IT-Sicherheit bekannt)
Energietechnik- trifft IKT-Branche,
Herausforderungen
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• Chance zur Thematisierung von Risiken erkennen
Kontinuierlichen Prozess akzeptieren
• Herausforderungen erkennen und gemeinsam Lösungsansätze suchen
Kontinuierlichen Prozess leben
Technologieübergreifend
Fraktionsübergreifend
• Veranstaltung „Damit das Licht nicht ausgeht – Energiesicherheit, Digitalisierung und die Folgen eines Blackouts“ liefert sehr guten Beitrag
Energietechnik- trifft IKT-Branche,
Herausforderungen
Literaturverzeichnis
[DGQ11] DGQ-Band 13-52: „Das Entwicklungsprojekt im Produktlebenszyklus - Ein Leitfaden zum Produktentstehungsprozess", Beuth, Berlin [u.a.], 1. Auflage, ISBN 3-410-32331-7
[Fin13] Online Autoren Portal, Christian Finck: „Das Forschungsprogramm E-Energy - RegModHarz“, 2013, http://www.umwelt-autoren.de/IKT.html, letzter Zugriff am 21.04.2015
[Ise15] Prof. Dr. Bruno Burger, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Vortrag am 7.1.2015 www.ise.fraunhofer.de/de/daten-zu-erneuerbaren-energien/daten-zur-stromproduktion, Folien: Stromproduktion aus Solar- und Windenergie im Jahr 2014, letzter Zugriff am 21.04.2015
[Kom15] Starke Kommunen mit Erneuerbaren Energien, www.kommunal-erneuerbar.de/de/energie-kommunen/kommunalatlas.html, letzter Zugriff am 21.04.2015
Prof. Dr. Jens Strüker, Süwag Stiftungslehrstuhl für Energiemanagement
Das Energiepolitische Zieldreieck
Prof. Dr. Jens Strüker, Süwag Stiftungslehrstuhl für Energiemanagement
BMWi: Erster Monitoringbericht „Energie der Zukunft“ (2012): http://goo.gl/Yse3uQ
Versorgungssicherheit
Wirtschaftlichkeit Umweltverträglichkeit
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Prof. Dr. Jens Strüker, Süwag Stiftungslehrstuhl für Energiemanagement
• 1970er Jahre: Versorgungssicherheit Auslöser:
Ölpreiskrisen 1973/74 und 1979/80
• 1980er Jahre: Klassischer Umweltschutz mit Ziel einer
Begrenzung der Schadstoffemissionen;
Auslöser: Waldsterben
• 1990er Jahre: Wirtschaftlichkeit Auslöser:
Liberalisierungsinitiativen der EU zu den
Strom- und Gasmärkten
• Aktuell: Klimaschutz
Prioritäten der Energiepolitik im Zeitablauf
Versorgungssicherheit
Wirtschaftlichkeit
Informationelle
Selbstbestimmung Umweltverträglichkeit
Ein „Ziel-Viereck“ für die
Energiewende?
Prof. Dr. Jens Strüker, Süwag Stiftungslehrstuhl für Energiemanagement
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Kapitel 2:
Ein Stromsystem steht Kopf
Das traditionelle Stromsystem
Mittelspannungsnetz
Niederspannungsnetz
Höchst- und Hochspannungsnetz
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2050: Erneuerbare Energien dominieren das Stromsystem
80 oder 100% EE-Anteil an Stromversorgung
Prof. Dr. Jens Strüker, Süwag Stiftungslehrstuhl für Energiemanagement
Herausforderungen der Energiewende
im Stromnetz
Quelle: Venios GmbH
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Kapitel 3:
Versorgungssicherheit
benötigt Transparenz
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Prof. Dr. Jens Strüker, Süwag Stiftungslehrstuhl für Energiemanagement
Welche Handlungsoptionen gibt es?
Netzumbau und Netzmanagement im Verteilnetz
Quelle: Venios GmbH
Neue Kabel und Trafos
Regelbare Ortsnetzstation
Abregelung der Erzeuger
Demand-Side-Management
Energiespeicher / Power-to-Gas/
-to-Heat
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Prof. Dr. Jens Strüker, Süwag Stiftungslehrstuhl für Energiemanagement
Beispiel: Nutzung zur Netzanschlussplanung
neuer Erzeugungsanlagen
Quelle: Venios GmbH
• Auf Basis der Realdaten-basierten Netzzustandsberechnung können
Anschlussbegehren zuverlässig und schnell beurteilt werden
Kapitel 4:
Wirtschaftlichkeit benötigt Transparenz
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Bundesverband der deutschen Industrie (BDI) Arbeitskreis
„Internet der Energie“:
„Fluktuierende Erzeugung erfordert Flexibilität bei Erzeugung, Übertragung, Speicherung und Verbrauch. [...] Um ihren wirtschaftlichen Nutzen erschließbar zu machen, muss Flexibilität als Wirtschaftsgut verstanden werden, das sowohl einen zeitlichen als auch einen räumlichen Bezug aufweist.“
Prof. Dr. Jens Strüker, Süwag Stiftungslehrstuhl für Energiemanagement
Wirtschaftsgut „Flexibilität“
Erweiterung:
Übergeordnete Ebenen sollen nur solche Aufgaben übernehmen, zu deren Wahrnehmung untergeordnete Ebenen nicht in der Lage sind. Vorfahrt für:
• lokale/regionale Erzeugung,
• lokalen/regionalen Verbrauch,
• lokale/regionale Flexibilitäten,
• lokalen Handel von Strom- Produkten und -Dienstleistungen
• und lokale/regionale Netzstabilisierung!
Subsidiarität als generelles
energiepolitisches Leitprinzip
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Märkte/Mechanismen
mit hohem Anteil an
Gesamtaktivität
Flankierende Märkte/
Anreizmechanismen
Märkte/Mechanismen
in Diskussion | Quelle: BCG
Heutiges Marktdesign
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Gesucht: Eine Marktordnung für den
Handel von verteilten Flexibilitäten
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Wirtschaftlichkeit bedroht durch
unterausgelastete Ressourcen
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picture-alliance / dpa
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Eine „Sharing Energy Economy“ als Leitbild?
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Private Haushalte:
kleine und eher unelastische Lasten
Industrie:
komplexe und inflexible Produktionsprozesse
Gewerblich genutzte Gebäude:
30% der europäischen Last; 4% Flexibilität
Büro- und Verkaufsräume: großer „Hebel“ bei relativ geringen Erschließungskosten
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Quelle: In Anlehnung an Internet der Energie, BDI (2012)
Herausforderung: Energiedatenmanagement
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Erster Schritt: Elektronische Stromzähler
Website like in
Texas
Transmission Service
Operator
Detaillierte Verbrauchsdaten
pro Zeiteinheit
Netzausfalldaten
Datums- und Zeitstempel
Mehrtariffunktionalität/ Preissignale
Steuerungssignale
Netzabschlusskennung
Geräteadressen
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USA 2013
• 48 Millionen installierte Elektronische Stromzähler liefern 1 Milliarde Datenpunkte jeden Tag*
• Energiemanagement Systeme für Haushalte: bereits 4 Unternehmen mit mehr als 1 Millionen Kunden*
• Energieversorger sammeln Erfahrungen im Umgang mit großen Datenmengen:
„Big Data“ ermöglicht neue Produkte und Dienstleistungen
Datenzentrischer Blick überwindet „Silodenken“ in den drei Sparten Erzeugung, Netze und Vertrieb
Der Sprung der Stromwirtschaft ins
Informationszeitalter
**Kamil Bojanczyk,Redefining Home Energy Management Systems, 10/11/2013 http://www.greentechmedia.com/articles/read/home-energy-management-systems-redefined
*Edison Foundation 2013, http://www.edisonfoundation.net/iee/Documents/IEE_SmartMeterUpdate_0813.pdf
Prof. Dr. Jens Strüker, Süwag Stiftungslehrstuhl für Energiemanagement
Prof. Dr. Jens Strüker, Süwag Stiftungslehrstuhl für Energiemanagement
• Vernetzung von immer mehr „Dingen” (Stromzähler, Elektro-Autos, Boiler, Thermostate, Wärmepumpen etc.)
Data Aggregation J. Bohli, C. Sorge, and O. Ugus, “A privacy model for smart metering,” in IEEE International Conference on Communications (ICC) SG Workshop, 2010.
Distributed storage Federal Office for Information Security, Protection Profile for the Gateway of a Smart Metering System, v01.01.01(final draft), http://goo.gl/ow5rL
Data minimization
Anonymization C. Efthymiou and G. Kalogridis, “Smart grid privacy via anonymization of smart metering data,” in First IEEE Smart Grid Communications Conference, 2010.
Homomorphism F. Garcia and B. Jacobs, “Privacy-friendly energy-metering via homomorphic encryption,” in 6th Workshop on Security and Trust Manage- ment (STM), 2010.
Obfuscation Y. Kim, E. Ngai, and M. Srivastava, “Cooperative state estimation for preserving privacy of user behaviors in smart grid,” in 2nd IEEE International Conference on Smart Grid Communications, 2011.
Negotiation L. Sankar, S. Kar, R. Tandon, and V. Poor, “Competitive privacy in the smart grid: An information-theoretic approach,” in 2nd IEEE International Conference on Smart Grid Communications, 2011.
Karwe, M, Strüker, J. (2012) Maintaining Privacy in Data Rich Demand Response Applications. First Open EIT ICT Labs Workshop on Smart Grid Security − SmartGridSec12. Berlin‚ Germany.
Strüker, Jens / Kerschbaum, Florian: From a Barrier to a Bridge: Data-Privacy in Deregulated Smart Grids. Proceedings of the International Conference on Information Systems (ICIS 2012), Orlando Florida.
Bill Hader on Saturday Night Live/SNL, 2011
Datenschutz & „Smart Grids“
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Versorgungssicherheit
Wirtschaftlichkeit
Informationelle
Selbstbestimmung Umweltverträglichkeit
Zielkonflikte
Prof. Dr. Jens Strüker, Süwag Stiftungslehrstuhl für Energiemanagement
Dipl. Ing (FH) Wibke Brems MdL Sprecherin für Klimaschutz- und Energiepolitik
Forum B:
Intelligente Netze: Anfällig und gläsern? – Herausforderungen für Datenschutz und
Datensicherheit
Referent:
Klaus J. Müller,
Dozent für IT-Sicherheit
Anhang zur Dokumentation:
Vortragsfolien
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Probleme - welche Probleme?
Datenschutz vs. Datensicherheit
• Datenschutz („privacy“):
• Schutz personenbezogener Daten gemäß BDSG
• ausschließlich: Vertraulichkeit
• Datensicherheit („security“):
• Schutz von Daten mittels technischer Maßnahmen
• Vertraulichkeit, Integrität, Verfügbarkeit - unabhängig vom Personenbezug
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Datenschutz: Profilbildung
Profilbildung
Was lässt sich aus den Verbrauchsprofilen in 15-Minuten-Auflösung herauslesen?
• Zu welchen Zeiten befindet sich Jemand im Haushalt?
• Wann beginnt und wann endet die Nachtruhe?
• Urlaub: wie lange? wie oft? wann? schulpflichtige Kinder? Flugreise?
• (Wann und wie oft) Wird gekocht? Herd? mehrere Platten? Backofen?