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Post on 05-Apr-2015
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Hospital
Industrie
Grundlast-kraftwerk
Umspannwerk
Medizintechnik
GUD-Kraftwerk
Windpark
Solarenergie
Neubaugebiete
City 2
City 3
BiomasseLastprofileLastprofile
Power Quality
400 / 110 kV
110 kV
UmrichterBatterie
Gebäude- / Effizienz- und Gebäude- / Effizienz- und AbrechnungsmanagementAbrechnungsmanagement
Leit-Leit-zentralezentrale
110 kV
City 1
StromnetzStromnetz
Power Quality
Die Energieversorgung 20XXDie Energieversorgung 20XX
20 kV
KommunikationsnetzKommunikationsnetzDas „Virtuelle Kraftwerk“Das „Virtuelle Kraftwerk“Strom, Wärme, RohstoffeStrom, Wärme, RohstoffeEnergieeffizienzEnergieeffizienzNetznutzungsmanagementNetznutzungsmanagementI & K / Automatisierung /I & K / Automatisierung /ISDN / Internet / e-commerce ISDN / Internet / e-commerce Ferndiagnose /Ferndiagnose /DienstleistungenDienstleistungen
Brennstoffzelle
Microturbine
BHKW
BHKW
WärmenetzWärmenetz
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INNOVATIONSPOTENTIAL IN DER ENERGIETECHNIKINNOVATIONSPOTENTIAL IN DER ENERGIETECHNIK
Energie-Erzeugung
Energie-Speicherung Distribution Handel Applikationen
Konventionelle Energieerzeuger
Neu oder regenerative Energieerzeuger
Brennstoffzellen
Mikroturbinen
Wasser
Solar
Wind
Biomasse / Müll
Batterie-Technologien
Wasserstoff
Supraleitende Spulen
Superkondensatoren
TransportSupraleitung Services,Simulation,NetzplanungGleichstromübertragungDynamischeBlindleistungs-kompensation(FACTS)
VerteilungDezentralesEnergiemanagement
Telekommunikationüber das Stromnetz
DynamischeBlindleistungskompensation(FACTS)
Durchleitungs-prognose
Strombörsen
Least Cost Routing
Endkundenhandel
Zahlungs- undAbrechnungssystem
Heizung / Warmwasser
Akkugespeiste Geräte
Stromzähler-management
Kundennahe Produkte
Automation im HausLastmanagement
Kundenselbstservice
Versorgungsdienste auseiner Hand per Internet
Quelle: Innotech
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Leipziger Strombörse / SPOT-Markt 1.8.2001 :Strom kostet im Durschnitt 0,02 € / kWh
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Trend der Entwicklung zukünftiger Strompreise „Erzeugung“ und Einspeisevergütungen in Deutschland
Bis 2005-2010
• Abgeschriebene Kraftwerke• Keine Überkapazitäten mehr
Beginnender Wettbewerb
• Abgeschriebene Kraftwerke• Überkapazitäten
Ab 2010-2015
• Neue Erzeugungsinvestitionen• Keine Überkapazitäten
Grund-last
Mittel-
last
€-Cent / kWh
Ein-speise-
ver-gütung
5,5 - 9,0
~ 2,7
~ 2,2~ 2,3
~ 3,2
Leistungsklassen
Leistungsklassen Leistungsklassen
Über-schrei-tungs-
last
Spitzen-last
~ 2,2~ 2,3
Grund-last
Mittel-last
Spitzen-last
Über-schrei-tungs-
last
Ein-speise-
ver-gütung
~ 6,5
~ 13,0
5,5 - 9,0
~ 4,0~ 4,2
~ 6,5
~ 13,0
> 10,0
Grund-last
Mittel-last
Spitzen-last
Über-schrei-tungs-
last
NeueTech-nolo-gien
~ 4,0 - 5,0
Ein-speise-
ver-gütung
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7
Prinzipielle Darstellung eines Intelligenten Dezentralen Energieversorgungssystems
AEtherm. KW
AE
regen.KW
AE
BHKW
AE Gasturbine, Biomasse
Motor, Brennstoffzelle
Wind, Solar
AE
AE AE
elektr. therm.
RST/Konz. steuerbar
mitEstimation
verteilte Lasten(therm. u. elektr.)
verteilte Erzeugung(Brennstoffzelle, Microturbine)
ErzeugungSpeiche
r Lasttherm. u. elektr.
Dezentrales Energiemanagement System DEMSPrognose
Wetter regenerative Erzeugung Last Einsatzplanung
Erzeugung, Speicher, Lasten einschl. Querverbund, Bezugs-/Lieferverträge, Primärenergieverträge, Reserven
EM EM EM EM EM LM LM LM LM ... LastmanagementEM ... Erzeugungsmanagemt.
Energiebezug / Lieferung / Verträge
LAN / WAN, ISDN, GSM OPC, XMLProzeßschnittstelle
EM
steuerbar
AE ... Automatisierungseinheit
mit Fahrplan bzw. Estimation (RST)
RST/Konz.
Kat. A B
Online OptimierungErzeugung Speicherung Last
C
nichtbeeinflußbare
Erzeugung
nur prognostizierbar
A
regelbar nichtbeeinflußbare
Lasten
nur prognostizierbar
A B Cregelbar
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S ... Standleitung WB ... Windstärke (Betrag) DK ... DatenkonzentratorW ... Wählverbindung WR ... Windrichtung P1min. ... Leistung elektrisch, 1 min. MittelwertAE ... Automatisierungseinheit ZP ... Zähler elektrisch PTLP ... Tageslastprofil elektrischGS ... Globalstrahlung ZQ ... Zähler thermisch QTLP ... Tagesprofil thermisch
DeutscherWetterdienst
AE
WindKW
W
WetterprognoseStundenraster
Internet (FTP-Format)
S
W B, WR
G
BiomasseKW
S
AE
Erzeugungs- / Lastprofile zur Abrechnung
W
Offline-PlanungSimulationVarianten
DEMSPC
Kompetenzzentrum
Informations- und Kommunikationsplan einer dezentralen Versorgungsstruktur am Projekt KonWerl 2010
Lastmanagement
KPZ
ZQ
ZP
ZQ
JVA
ATU
HAUS
ZP
ZP
ZQ
ZP
ZQ
therm./elektr.Lasten
W
W
W
W
LAN
ISDN / web-technik
DEMSPC
TCP IP / Profibus
KPZS
KPZST
(SIMATIC)
Modem
ZählerfernauslesesystemCONVERGE / PC-Server
TCP IP
P1min.
P1min.
P1min.
P1min.
S
S
S
S
AE
AE
AE
AE
P1min.
ZP
lokales
Leit-
system
P1min.
ZP ZQ
PTLP, QTLP
PTLP, Q
TLP
PTLP, QTLP
PTLP, QTLP
PTLP , Q
TLP
W
DK
ASCII
ASCII-FileTransfer
1 2 n
P TLP, Q
TLP
Profibus DP LWL
Kommunikations-netz
OPCOPCüberüberLANLAN
Wählverbindung Wählverbindung Funk / Leitungs-Funk / Leitungs-
modemmodem
Profibus DP über Funk
Ein Förderprojekt der Landesregierung NRW
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Energiepark KonWerl 2010 DEMS-Simulationsplattform
G
Wetter-prognose
Verbraucher
DEMSEnergiepark
ProjekteNRW
ProjekteDeutschl.
ProjekteEuropa
ProjekteWelt
G
DEMS...
DEMS
Kompetenzzentrum
Simulation
G
G
G
G
G
G
Entwicklungsphasen virtueller Kraftwerke am Projekt „KonWerl 2010“
G
G
BZ
Virtuelles Kraftwerk
KonWerl“Energiepark“
Gesamtleistung ca. 10 - 20 MW
Ein Innovationsprojekt der Landesregierung NRW
1 2 3
G Strom, Wärme, Rohstoffe
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Struktur eines Querverbundsystems
BHKW
Elektr.ImportVertrag
Elektr.Export-Vertrag
KW
ElektrischesElektrischesNetzNetz
ThermischesThermischesNetzNetz
ErdgasnetzErdgasnetz
Gas-speicher
HW
ErdgasKohle Öl
Wärme-speicher
P Gas
Zeit
Lastprofil
Pel
Zeit
Lastprofil
Pth
Zeit
Lastprofil
KW ... KraftwerkHW ... HeizwerkHKW ... HeizkraftwerkBHKW ... BlockheizkraftwerkBSZ ... Brennstoffzelle
HKW
(im Falle BSZ)
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Von der dezentralen Energieversorgung bis zum europäischen Netzverbund
Meßtechnik für Stromdichte, Qualität,Wirkungsgrad, Durchleitungspreise
Intelligentes Verbrauchs- und Abrechnungsmanagement
Nationaler Netzverbund
Nationaler Netzverbund
Regionaler NetzverbundRegionaler Netzverbund
Dezentraler Netzverbund
Dezentraler Netzverbund
Europäischer Netzverbund
Energieautobahn
Europäischer Netzverbund
Energieautobahn
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Veränderung der Stromversorgungsstrukturen
heute: „zentral“
G
G
Erzeugung
Ü b e r t r a g u n g
V e r t e i l u n g
G
G
Trend: Integrierte geregelte Energieoptimierung von unten anstelle getrennter gesteuerter Verteilung einzelner Energieformen von oben.
Trend: Integrierte geregelte Energieoptimierung von unten anstelle getrennter gesteuerter Verteilung einzelner Energieformen von oben.
morgen: „zentral + dezentral + integral“
G
G G
G
G
G
G
GErzeugung
Ü b e r t r a g u n g
V e r t e i l u n g
G
GBHKW
Gas
Wärm
e /
Wass
er
Automati-sierung,
Kommuni-kation,
IntelligenteSysteme
Automati-sierung,
Kommuni-kation,
IntelligenteSysteme
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EuropäischerEnergieverbund
NationalerEnergieverbund
RegionaleEnergie-versorgung
DezentraleEnergie-versorgung
Ländliche Infrastruktur
Stadtteile
Industrie
Strom- und Informationsfluss „HEUTE“Strom- und Informationsfluss „HEUTE“
220 / 110 kV
400 kVHVDC
400 / 220 kV
110 / 20 / 0,4 kV
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EuropäischerEnergieverbund
NationalerEnergieverbund
RegionalerEnergieverbund
Ländliche Infrastruktur
Stadtteile
Industrie
Strom- und Informationsfluss „MORGEN“Strom- und Informationsfluss „MORGEN“
400 kVHVDC
400 / 110 kV
110 / 20 / 0,4 kV
?
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Dezentrale Systemintegration ganzheitlicherDezentrale Systemintegration ganzheitlicher Versorgungsstrukturen auf der VerteilungsebeneVersorgungsstrukturen auf der Verteilungsebene
1) Energiebilanzmanagement, Netzleitstelle, EPSILON, Energy Sales & Care 2) therm. und elektr. Lastprognosen, Prognose dezentaler, regenerativer Erzeugung, lokale Einsatzplanung / Optimierung (Verträge, Eigenerzeugung mit Kraft-Wärme-Kopplung, beeinflußbare Lasten)
Zählerfern-auslesung
Energiemanagement 2)
KWK, Wind,PV, BZ, Gas
Netzmanagement 1) Handel / Vertrieb
Ab
rec
hn
un
gss
yst
em
Lastprofile - Erfassung/Archivierung/Auswertung
RohRohstoffestoffe
StromStrom
WärmeWärme
ReststoffeReststoffe
G
Dezentrale Versorgungsgesellschaften Städteverbünde, Energiegenossenschaften, Industrieversorger
Ku
nd
enb
etre
uu
ng
sma
nag
em
en
t
G
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Stadt CStadt B
Erzeuger-u. LastganglinienTeilnetze
Ökonomische und ökolo-gische Vorgaben
DEMS EinheitenWetterprognose
Erzeugungsprognose
Lastprognose
Einsatzplanung
Basissystem
OOC
LR LM
Prozessinterface
Mul
ti A
gent
Stadt A
Erzeuger-u.Lastganglinien Summe
Mul
ti A
gent
DEMS KoordinationRegion X Gesamt-
Lastprognose
Gesamt-Erzeugungsprognose
Gesamt-einsatzplanung
We
tte
rpro
gn
os
e
Ökonomische und ökolo-gische Vorgaben
Summe
Lastgang
EVU BezugsvertragHandel
Bezugsfahrplan-Lastprognose-Erzeugerprognose-Regelreserve-Kosten
BezugsfahrpläneBezugsfahrpläne
Leitzentrale
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KWLS SLS LM
DEMS
DEMS
KWLS SLS LM
DEMS
KWLS SLS LM
DEMS
Stadt A
Stadt B
Stadt C
Region X
KWLS SLS LM
DEMS
DEMS
KWLS SLS
DEMS
KWLS
Bezirk Y
KWLS SLS LM
DEMS
Vernetzungsmodell der dezentralen Energie Management Vernetzungsmodell der dezentralen Energie Management Systeme DEMS über moderne I&K-TechnologienSysteme DEMS über moderne I&K-Technologien
Erzeugung (Strom, Wärme) Lastmanagement Rohstoffe Prognose On-line-Optimierung Kontrolle, Überwachung,
Diagnose Netzinformation Administration
Stadt D
LeitzentraleLeitzentrale
DEMS Dezentrales Energiemanagement SystemKWLS KraftwerksleitsystemSLS Stationsleitsystem
LM Lastmanagement
DEMS
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Um die Investitionsbereitschaft zu erhöhen, könnte diePolitik die Systemintegration zukunftsorientierter, dezentraler Versorgungsstrukturen beschleunigen,durch Unterstützung von Demoprojekten (Energiemodellregionen)in Form von Anschubfinanzierungen.
Darüber hinaus sollte bei weiterem Ausbau dezentraler Erzeugungsstrukturen (Regenerative und fossile KWK-Anlagen) die sinnvolle und intelligente Einbindung in den bestehenden Netzverbund durch effiziente Energiemanagementsysteme eines der vornehmlichen Ziele des EEG’s und dafür zusätzliche Aufwendungen eigens in der Vergütung berücksichtigt werden.
Wie kann und sollte Politik die Einführung dieser Technologie unterstützen?
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Organisation und effiziente Vernetzung von ganzheitlichen dezentralen Versorgungsstrukturen in den bestehenden Netzverbund
Windkraft On-Shore / Off-ShoreBrennstoffzellen, KWK, Biomasse MicroturbinenVernetzung mit der modernen Informations- und Kommunikationstechnik
Wasserstoff / Methanolbereitstellung für stationären und mobilen Bereich
Netzwerk Industrie und WissenschaftEntwicklung von Hightech-Unternehmen KMU Wirtschaftsförderung Industrieansiedlung
Beispiel: Die „Energiemodellregion in Deutschland“
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
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Beispiel einer Vernetzung ganzheitliche Energieversorgungsstrukturenim Energiemix
G
EU- ModellprojektDeutschland-XY
G
G
G
GG
G
G
G
Windenergie
KWKBrennstoffzelle
Biomasse Microturbine
Kompetenzzentren fürEnergie-, Informationstechnik und Agrarwirtschaft
G
Wasserstoff / Methanolgewinnung für den stationären und mobilen Bereich
Wasserkraft
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Dezentrales Energiemanagementsystem DEMS
Beispiel für ein „Virtuelles Kraftwerk“
Speicher
Grundlastvertrag Spitzenlastvertrag Exportvertrag Realer Reservevertrag Virtueller Reservevertrag
Solaranlage
Windpark
Gasturbinen Anlage Nicht beeinflußbare Last
HaushalteIndustrie/ Gewerbe
beeinflußbara Last
Thermische Last
Brennstoffzelle Blockheizkraftwerk
Heizwerk
Vertrag Biomasse
Vertrag Gas/ÖLVertrag Erdgas
Randintegral
Primärenergie
Strom
Wärme
Biomasse
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SonstigeKraftwerke
Prognose Wetter Erzeug.(therm./el.) Online OptimierungEinsatzplanung
Bedienen und
Beobachten
Virtuellesgrosses
KraftwerkEnergiemix
MonitoringDiagnoseService
LieferangebotLeistungsband1/4 Std. Tagesprofil
LiefervereinbarungLeistungsfahrplan1/4 Std. Tagesprofil
Beispiel 1: Virtuelles grosses Kraftwerk im EnergiemixBeispiel Städteverbünde
EMS DisCoEnergiebörse
Gas-, Diesel-Motorsysteme
Wind, Solar
therm.KW
AEregen.
KW
BHKW
AEFossil, Biomasse
AE
Fahrplan
Konzentrator
Estimation
Rundsteuerung
Prognose
Kommunikations- Netz
steuerbar steuerbar nicht beeinflußbar
regelbar
AE ... Automatisierungseinheit
verteilte Klein-Erzeugungen: Brennstoffzelle, Microturbine, Motorsystemegrößere Kleinkraftwerke
Dezentrales Energiemanagement System
EMS TransCoGenCo
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25
Beispiel 2: Virtuelle grosse WindkraftanlageBeispiel Dänemark
SonstigeKraftwerke
Bedienen und
Beobachten
Virtuelle grosse
Windkraftanlag
e
Lieferangebot Leistungsband1/ 4 Std. Tagesprofil
LiefervereinbarungLeistungsfahrplan1/ 4 Std. Tagesprofil
Automatisierungssystem Automatisierungssystem Automatisierungssystem
regelbar regelbar zu-/ abschaltbar
nicht beeinflussbarnur prognostizierbar
MonitoringDiagnoseService
Kommunikations- Netz
EMS GenCoEMS TransCo
Energiebörse
Prognose Wetter Erzeugung Online OptimierungEinsatzplanung
Dezentrales Energiemanagement System
Region 1 Region 2 Region 3 Einzelanlagen
GenCo
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DeutscherWetterdienst
W
W
TLPASCIIFormat
LAN
WetterprognoseStundenraster, 3 Tage
(FTP-Format)
Einzelwerte
Wertereihen
Tageslastprofile (TLP)therm. u. elektr. SIMATIC
AE
Wetter-station
1 min.Mittelwerte T, WB, GS, WR
W
S
G
Biomasse KW
Zählerfernauslesesystem
PC
Modem / TCP IP
AE
PC
OPC
AE
PC
XML
AE
PC
XML
Energiebezugs-/einsatzoptimierung
DEMSPC
XML
S ... Standleitung T ... TemperaturW ... Wählverbindung WB ... Windstärke
AE ... Automatisierungseinheit WR ... WindrichtungP ... Leistung elektrisch GS ... GlobalstrahlungQ ... Leistung thermisch
W
W
W
GAE
PC
OPC
Gas-/Öl- Motor-BHKW
HeizkraftwerkWärmespeicher
PV-Anlagemit Batteriespeicher
AE
PC
XML
Qsoll
SPist, max, min
Qist, max, min
PsollPsoll
Qsoll
Pist, max, min
Qist, max, min Wertereihen P, Q
W
SOFC-Brennstoffzelle
Kommuni-kationsnetz
Abrechnung
WWertereihen
Wertereihen P, Q
Wertereihen P
Kommunikationsstrukturen
W
W
Mod.
ZMod.
Z
Mod.
Z
Mod.
Z
Mod.
Z
Mod.
Z
ISDNGSM
verteilteLasten Z
Wertereihen
Energiebörse
WWertereihen Wertereihen
Wertereihen
großevirtuelle
Windanlage
AE
PC
XMLW
Wertereihen
Konzen-trator
XML
verteilte kleine BSZ
...
Kom.-Netz
Rund-steuer-
kommando-gerät
Gate-way
thermischelektrisch
konzentrierteLast
AE
PC
OPC
S
P ist, max, m
in
P soll
X M L
W
XML / OPC / FTP
DEMSPC
XML
TCP IP / Profibus
Netzleitsystem
Beispiel: Vernetzung virtueller Kraftwerke im Energiemix
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Die Zukunft gestalten !Die Zukunft gestalten !
Entwicklung einer Energiemodellregion in Deutschland mit folgender
Zielvorgabe zur Gestaltung der politischen Rahmenbedingungen:
• Intelligente Integration dezentraler mit zentralen Erzeugungssystemen,
ganzheitliche Betrachtung (Rohstoffe, Strom, Wärme)• Kosten-/ Nutzenanalysen (Ermittlung sinnvoller Anteile dezentraler
Erzeugungssysteme an der gesamten Energieversorgung)• Effizienzsteigerung (Primärenergie, Betriebskosten)
• CO2-Reduzierung, Schonung fossiler Primärenergieträger
• Wissenschaftliche Projektbegleitung, Modellrechnung für Deutschland
• Sinnvolle Ableitung neuer Technologien und Innovationen bis 2020
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Ressourcen ErzeugungssystemeGrund-Grund-
lastlastMittel-Mittel-
lastlast Strom Strom WärmeWärme Spez. Invest.
>5500 h 2500-5500h 1000-2500h DM / KW
Gas / Öl Micro-Turbine >1 500
Gas / Öl BHKW 2 000-3 000
Gas (Wasserstoff)
BrennstoffzellePEM
Gas SOFC
Holz Biomassekraftwerk 3 000-4 000 ( Rest/ Abfallstoffe)
Wasser Wasserkraft 12 000-16 000
Wind Windkraftanlagen 1 500-2 000gute StandorteSonne Photovoltaik 12 000-16 000
Dezentrale Erzeugungssysteme Dezentrale Erzeugungssysteme und deren Einsatzfelderund deren Einsatzfelder
Bedarfsunabhängige Erzeugung Einsatzfelder begrenzte Einsatzfelder
Spitzen-Spitzen-lastlast
Durchschnittl.
?
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Wirkungsgrade und Leistungen fossil befeuerter Wirkungsgrade und Leistungen fossil befeuerter KraftwerkeKraftwerke
40
50
60
70
10005001005010510,50,10
10
20
30
Anlagenleistung in MW
Netto-Wirkungsgrad in %
.
Gasmotor
GUD
Gasturbine
Dieselmotor
Dampf-Kraftwerk
SOFCSOFC
PEMPEM
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0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
20.
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20.
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Zeitstempel
Leistung [kW]
Überschrei-tungslast
Überschrei-tungslast
SpitzenlastSpitzenlast
Mittel-last
Mittel-last
Grund-last
Grund-last
Grundlastbezug vom NetzGrundlastbezug vom Netz
EnergiemanagementEnergiemanagementErzeugung, Speicherung, Verbrauch, Reserve
Mittellastbezug vom Mittellastbezug vom Netz oder EigenerzeugungNetz oder Eigenerzeugung
EigenerzeugungEigenerzeugung
Ziel: Effizienzsteigerung durch gezielte Integration dezentraler
mit zentralen Erzeugungssystemen
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