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CSC Proprietary and Confidential
Smart City – Die Stadt als EnergiequelleIhr Weg zum optimalen Energiekonzept
Dr. Wilson Maluenda
Epcon 29. – 30.04.2015
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2 CSC Proprietary and Confidential April 15, 2023
I. Aktive Energiequellen in der Stadt
II. Energieeffizienzpotential
III. Methode und IT Unterstützung zur Nutzung der Potentiale!
IV. Konkrete Anwendungen
Agenda
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Arbeitshypothese: Durch Methode und IT Einsatz können Energiepotentiale in der Stadt besser ausgeschöpft werden.
Ziel:
Erstellung eines nachhaltigen städtischen Energiekonzeptes durch Einsatz einer erprobten Methode und Nutzung von IT-gestützten Instrumenten.
Methode:- 3 Phasen Plan als Best Practice aus bereits realisierten Smart City Projekten- IT-Unterstützung zur einfachen Integration und Nutzung von Energiequellen
Ergebnis:- Auf die spezifischen Bedürfnisse der Stadt angepasstes und nachhaltiges
Energiekonzept- Kostenreduktion
CSC Proprietary and Confidential 4 April 15, 2023
Aktive Energiequellen in der Stadt
Energieerzeugung dort wo es gebraucht wird.
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PV Einsatz in der Stadt– 80 – 90 % der Dachflächen nutzbar
• Verwaltungsgebäude• Wohngebäude• Häuser• Parkhäuser
– 40 – 55% der Fassadenflächen (abhängig vom Verdichtungsgrad)
PV Einsatz in der Stadt ist noch zu gering. Viele Potentiale bleiben ungenutzt.
Bildquelle 1: Gebäude in Berlin-Hellersdorf; http://www.erneuerbareenergien.de/solarstrom-fuer-mieter/150/3882/78586 Bildquelle 2: http://exterus.lt/naujienos/pastatai-pritaikyti-saulei/; Bildquelle 3: http://exterus.lt/naujienos/pastatai-pritaikyti-saulei/
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Solarthermie: Konkurriert zwar mit PV, wird aber trotz höherer Effizienz in der Stadt noch viel zu wenig genutzt.
• Solarthermie hat höhere Effizienz als PV• Solarthermisches Potentiale
– Wien: 19.134 GWh/Jahr
– Graz Stadt: 4.291 GWh/Jahr
– Graz Umgebung: 3.925 GWh/Jahr
Österreich gesamt: 184.888 GWh/Jahr
• Innovation durch Energiekonzentration– Rawlemon Energiekugel: 4 Fach effizienter!
– Auch bei diffusem Licht Energieerzeugung möglich
Quelle: http://www.districtenergy.com/technologies/solar-thermal/ Quelle 2+3: http://www.energiezukunft.eu/solar/forschung/sonnenstrom-aus-der-glaskugel-gn101923/
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Biomasse in der Stadt? Wird vielfach als Düngermittel genutzt. Energetische Nutzung wird nur fallweise betrachtet
• Biogas für die Einspeisung als Gas ins Gasnetz oder
• Hack- und Sägereste sind saisonal in größeren Mengen vorhanden
– Als wärme über Kraft-Wärme Kopplung• Speisereste, Gartenabfälle, Großküchen und
Bäckereien oder Lebensmittelindustrie
– Dauerhaft vorhanden, in großen Mengen
Quelle 1: http://infographics.pbl.nl/biomass/img/pbl-biomassa-wensen-en-grenzen.jpg; Quelle 2: http://cdn.agrarverlag.at/to/mmedia/image//2013.04.24/13668010598128_1.jpg?1366801061; Quelle 3; http://www.alba.info/uploads/pics/Entsorgung-von-Speiseresten.png
„In Wien wird täglich jene Menge an Brot als Retourware
vernichtet, mit der die zweitgrößte Stadt Österreichs, das ist Graz, versorgt werden
kann.“Quelle: https://www.wien.gv.at/umweltschutz/abfall/lebensmittel/fakten.html
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Windenergie in der Stadt: Städte haben auch Potential dass sie nutzen können. Neue Technologien sind ästhetisch und Geräuscharm
• Wien: ca. 50 GWh/a praktisch nutzbares Potential• Alternative Technologien könnten helfen dieses
Potential tatsächlich zu erfassen und zu nutzen• Vorteil: Versorgungsquelle für Smart Buildings
mittels intelligente EMS
Quelle: http://kurier.at/chronik/wien/erstes-windrad-auf-einem-wiener-hausdach-installiert/766.958Quelle2: http://www.ruhrnachrichten.de/staedte/dortmund/Windkraft-Strom-vom-Stadthaus-Dach;art930,1929220Quelle3: http://wanderland-austria.blogspot.com/2014/03/vom-treppelweg-wien-zum-donaukanal.html
CSC Proprietary and Confidential 15 April 15, 2023
Effizienzpotential
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16 CSC Proprietary and Confidential April 15, 2023
Effizienzpotentiale in einer Stadt: Alle Energiesenken müssen neu überdacht und effizienter werden!
• Baubereich– Niedrigenergiehaus
– Passivhaus (2009: 4600 Wohneinheiten, potential liegt viel höher)
– Energie+ Haus
• Straßenbeleuchtung• Verkehr
– Sharing-Modelle
– E-Cars
Quelle 1: http://www2.bauemotion.de/architektenhaeuser/detail/1,11529425/ Quelle 2: http://www.klima-wandel.com/2010/02/17/alternative-zu-solarlampen-strassenbeleuchtung-mit-windkraft / Quelle 3: http://www.blogdolcevita.com/post/3858/e-vai-electric-car-sharing-in-milan-driving-in-italian-trafficQuelle Studie: http://www.hausderzukunft.at/hdz_pdf/1011_marktpotenzial_passivhaus.pdf
CSC Proprietary and Confidential 18 April 15, 2023
Methode und IT Unterstützung zur Nutzung der Potentiale!
Durch smarte Technologien Potentiale nutzbar machen!
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19 CSC Proprietary and Confidential April 15, 2023
Die EE-Integration hat einige Herausforderung zu nehmen. Im Kontext der Stadt und der Versorger strukturieren wir sie wie folgt:
• Genehmigungen, UVP‘s
• Bauliche Beschränkungen
• Beste Lokation nicht zugänglich
• Fallweise Engpässe bei zu viel Einspeisung
• Netzausbau nicht einfach zu planen
• Kosten für Netzausbau
• Volatilität in der Erzeugung
• Volatilität im Verbrauch
• Speicher-integration notwendig
• Kein Netz-Monitoring• Keine Vorhersagen• Geringe Kenntnisse
im Lastgang
• ROI nicht gesichert• Schlechte Produkte• Markt muss neue
Lösungen akzeptieren
• Services, Services, Services….
• Förderungen sind notwendig speziell bei neuen Technologien
• Förderungen der interdisziplinären Forschung
• Ohne Förderung keine Produkte?
• Risikokapital wird notwendig sein
• Risiko bedeutet auch Chancen und Vorsprung
• Ja, teilweise, stimmt nicht?
• Vorteile nicht klar erkennbar
• Lebenswerte aber auch leistbare Stadt
Die größten Herausforderungen auf dem Weg zur Nutzung von Energiequellen sind:
• Verunstaltung der Landschaft
• Historischer Stadtkern darf nicht verändert werden
• „Seele“ der Stadt darf nicht verändert werden
• Kein Interesse• Keine Information• Es werden andere
„Frustrationen“ kanalisiert
• „Gemeinsam statt einsam“
• Regulatorische Veränderungen
• Zick-Zack Kurs• Eierlegende….
• Generationen berücksichtigen
• Öffentliche Sicherheit• IT Sicherheit
Technische Herausforderungen
ÖkonomischeHerausforderungen
SozialeHerausforderungen
Integration ErneuerbarerIn der Stadt schwierig.
Auslastung der Verteilnetze
Volatilität der Erzeugung und des Verbrauchs
Zu wenig IT auf der
Verteilebene
Nicht alle Lösungen
haben einen Markt
Förderungen zu gering
Zu wenig Risikokapitalfür Innovation
Super Grün und super teuer?
Akzeptanz nicht immer
vorhanden
Bürger-beteiligung oft
mangelhaft
Politische Vorgaben
unklar
andere
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Mit der Methode der CSC gibt es ein klares Ziel, ein strukturiertes Vorgehen und nachweisbare Ergebnisse. IT-gestützt!
2. Frühe Integration der
Bürger-beteiligung
1. Klare Ziele definieren und
politisches Commitment
einholen
3. Inter-disziplinäres
Denken, holistische
Lösung
4. Roadmap und Monitoring
Effiziente Umsetzung des
Vorhabens
Erhöhte die Akzeptanz durch
Information
Reduzierte Kosten durch IT gestützte
Prozesse
Reduzierte Risiken
Lösung ist auf die Realität der Stadt
zugeschnitten
Offene, zukunfts-orientierte DL Plattformen
• Klare nachhaltige Ziele definieren• Ziele sollten überparteilich für alle tragbar sein
• Wichtige aber auch realistische Milestones platzieren• Prioritäten setzen (CO2, Energieeffizienz, EE Integration..)
IT-Bürgerbeteiligungsplattform, Sozial Networks
• Bürgerinitiativen oder Energievereine einbinden• Umfragen und Bürgerbefragungen für genau definierte punktuelle
Themen einplanen• Ideen der Bürger aufnehmen, evaluieren und definieren
• Wirtschaftssegmente: Handel & Gewerbe & Industrie einplanen
IT gestütztes Projektmanagement, Simulationstools, Riskanalysen
• Energy: Energieerzeugung, Übertragung, Verbrauch, Effizienz.. • Security: Sicherheit, Personen & Datenschutz…
• Verkehr: Verkehr und Mobilität berücksichtigen & aufnehmen• Soziales: Soziale Aspekte frühzeitig einplanen (Bildung, Gesundheit..)
• Verwaltung: Verwaltungsprozesse berücksichtigen
IT-Geschäftsprozessmodellierung, Reporting, Informations-PF
• Roadmap beinhaltet: Ziele, Prozesse, Milestones, Instrumente, Akteure, Kosten und zeitlicher Aufwand der geplanten Maßnahmen• Monitoring bedeutet: Kenntnis über den Fortgang und der
möglichen Abweichung zu haben, Interessierte regelmäßig Informieren
Aktion Ergebnis
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Nachhaltige EDL‘s und Produkte müssen marktkonform erstellt werden. Auch diese entstehen mit Methode.
5. Definition der Use Case
(Technisch)
6. Produkt-management
(Ökonomisch)
7. Produkt „Go Live“
8. PDCA Prinzip für nachhaltige Produkte & DL
IT: Architektur, Protokolle, Security, Identity, Integration, VPP, SAP
• Bürgerkraftwerke als Regelenergie• Steuerbare Lasten zur Netzstabilität
• E-Cars für die CO2 freie Mobilität• Speicher als Lastverschiebung
• Blindleistungskompensation, etc.
IT: Services, IaaS, SaaS, Integration, Operation Management
• Definition des Produkts• Marktstrategie
• Investitionskosten, ROI• Preisstrategien
• Betrieb und Service, etc.
IT: Marktkommunikation, Trading-Plattformen, Kommerzielle VPPs
• Zielmarkt: Neuer oder bestehender Markt• Virtueller markt, realer Markt
• Marktakteure. Wer darf mitmachen?• Regulatoren & Marktregeln: wie wird gehandelt?
IT: Security ISO 27001, Quality 9001, EMS 50001
• Plan• Do
• Check• Act
IT gestützteEntwicklung nachhaltiger Produkte im Smart City
Kontext
Belebung & Sicherung des
Wirtschaftsstandorts
Chance für neue Marktplätze entstehen
Bedürfnisse werden gedeckt
Plattform für neue Produkte
Innovative Produkte
entstehen
Aktion Ergebnis
22 CSC Proprietary and Confidential April 15, 2023
Phasenmodell zum leichten Verständnis wie Smart City Projekte von CSC entwickelt werden
Strategieentwicklung
Produkt & EDL-Entwicklung
Phase 1Konzeption
Phase 2Entwicklung
Phase 3Implementierung
Zeit
Businessplan(kommerzielle
Ziele)
Nachhaltigkeitsplan (gesellschaftliche Ziele)
Aufwand
5. Definition der Use
Case
6. Produkt-management
7. Produkt „Go Live“
8. PDCA Prinzip für
nachhaltige Produkte &
DL
1. Klare Ziele und
politisches Commitment
2. Frühe Integration der Bürger-beteiligung
3. Inter-disziplinäres
Denken, Instrumente
nutzen
4. Roadmap und
Monitoring
Kontinuierliche Verbesserung
23 CSC Proprietary and Confidential April 15, 2023
Instrumente sind dafür da die Ziele zu erreichen und technische, sowie organisatorische Unterstützung zu leisten.
Welche Instrumente nutzt CSC um die Ziele zu erreichen?
BigData, Telekommunikation
Architektur & App Design
Abstraktion SG Komponenten
Cloudlösungen für DataManag.
Technische Instrumente (IT Unterstützung)
ISO 14000 Umweltstandard
ISO 50001 Energie Management
Eco Design
Normen, Standards, Best-Practice
Organisationenund Experten
eGovernance, elektron. Akte
Onlineportale, Security, Identity
SAP, DB, Integration
Smart Grids
Smart Cities
Personen- und Datenschutz
Studien, Forschung, Andere
Stadt: Verwaltung, Politik
Allg.. Forschungseinrichtungen
Gremien und Vereine
Bürgerinitiativen
Europäische Institutionen
Anerkannte Experten
Hochschulen und Universitäten
CSC Proprietary and Confidential 24 April 15, 2023
Konkrete Anwendungen
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25 CSC Proprietary and Confidential April 15, 2023
Beispiel 1: Smart City Klagenfurt – Definition einer Roadmap
Ziel:Klagenfurt bis 2050 CO2 Neutral zu gestalten (-90%)
Methode:• Stufe 1: Erfassen aktueller Energieverbräuche und Emissionen• Stufe 2: Energie- und Effizienzpotentiale in der Stadt ausmachen• Auswerten der Maßnahmen auf CO2 Reduktion
Ergebnis:• Liste von Maßnahmen• Konzept für eine nachhaltige Stadtentwicklung• Roadmap für die Implementierung von Effizienz und Energiemaßnahmen• Kenntnisse über die Potentiale der Stadt
26 CSC Proprietary and Confidential April 15, 2023
Methodisches Vorgehen: Zusammenfassung in drei Phasen erleichtert das Verständnis
• Aufbau eines Referenzenergiesystems
• Beantwortung der Frage: Wo stehen wir jetzt?
• Zieldefinition: Was wollen wir wann und mit wem erreichen?
1.Klares Ziel
2.Stakeholder Integration
Phase 1: Konzeption
• Welche Mitteln stehen uns zur Verfügung. (Maßnahmen)
• Welche technologische Lösungen unterstützen uns bei der Zielerreichung (Kosten?)
3.Interdisziplinärer
Ansatz
4.Roadmap entwickeln
Phase 2: Entwicklung
27 CSC Proprietary and Confidential April 15, 2023
Beispiel 2: Smart City Rheintal - Implementierung eine VPPs
Ziele:
1. Eigenverbrauchsabdeckung für E-Cars, Smart Home
2. Integration von PV Anlagen
3. Ansteuerung von WP, Absetzen von Steuer- und Preissignale
4. Integration von Wärmepumpen und eines Batterieblocks
Methode:
Implementieren eines Virtuellen Kraftwerks (VPP) mit den geforderten Funktionalitäten
Ergebnis:
• VPP mit Applikationen für Smart City
• Interfaces für die Kommunikation diverser Anlagen mit dem VPP
• Implementierung diverser Betriebsmodalitäten; Forecast für E-Cars Flotte
28 CSC Proprietary and Confidential April 15, 2023
Technisch-Funktionales Konzept der Smart City Rheintal
Verträge
Börse
Wetter-
Daten
RE MON
VKW - Data Capture
ERZ VER
SM
BATISHIEVCI
EV Charging Station Interface
Smart Home Box Storag
e Interfac
e
VPP Solution
EAI VPP Cor
e
GUI GUI
AM TS FC OP
CM MC
VKW- Monitoring
Verbrauchs-
Daten
Energie
Erzeugungs-
Daten
Realtime
Daten
• Aufbau eines Referenzenergiesystems
• Beantwortung der Frage: Wo stehen wir jetzt?
• Zieldefinition: Was wollen wir wann und mit wem erreichen?
1.Klares Ziel
2.Stakeholder Integration
Phase 1: Konzeption
• Welche Mitteln stehen uns zur Verfügung. (Maßnahmen)
• Welche technologische Lösungen unterstützen uns bei der Zielerreichung (Kosten?)
3.Interdisziplinärer
Ansatz
4.Roadmap entwickeln
Phase 2: Entwicklung
• Suburbane Energieautonomie • PV-Energie für Ladeinfrastruktur• Integration Erneuerbarer
5.Use Case Definition
6.Produkt-
Management
Phase 3: Entw./Implement.
Bildquelle: http://www.smartcityrheintal.at Bildquelle: http://www.cn-architekten.at/projekte/e-stationen-vlotte-vorarlberg-p
29 CSC Proprietary and Confidential April 15, 2023
Virtuelle Kraftwerke ermöglichen es Dienstleistungen in den Vordergrund zu stellen.
Energie Infrastruktur
Kommunikationsinfrastruktur
Abstraktion, Steuerbarkeit
Application Design
Dienstleistungen- Wärme/Kühlung
- Strom- Mobilität
- Information- Handlungsoptionen
Service Design
Technische Plattformen:• Virtuelle Kraftwerke
• Smart Metering• Car Sharing Systeme..
Kommerzielle Plattformen:• Handelsplattformen
• Energiebörsen• Brokering/Payment…
steuern bieten
30 CSC Proprietary and Confidential April 15, 2023
Die Vorteile eines VPP überwiegen, da solch eine Lösung viele Segmente avisieren!
Integration verschiedener Erzeugungstechnologien
Teilnahme an Märkten oder Eigenverbrauchsoptimierung Autonomie
Jede(r) könnte sich beteiligen (Privat, Gewerbe, Verwaltung)
Optimierte Steuerung von Verbrauch und Erzeugung je nach Nachfrage
Integration von Speichern reduzieren die Volatilität
Mehrere Energieflüssen können kombiniert werden (Strom, Gas, etc.)
Plattform für zukünftige Energielösungen einer Stadt
Echtzeit-Monitoring über aller Bereiche, u.v.a.
Es braucht vom Initiator bis zum Betreiber Treibende Kraft!
Es bedarf eines breiten Spektrums an technischen und ökonomischen Kenntnissen
Experten
Je größer das System, des komplizierter wird die Steuerung Skaleneffekte noch nicht
bekannt.
Vor
teile
Nac
htei
le
31 CSC Proprietary and Confidential April 15, 2023
Zusammenfassung: Erfahrung und IT-Kompetenz erleichtern die Integration von Erneuerbaren Energien im Urbanen Bereich
NÄCHSTE SCHRITTE
CSC unterstützt, berät und entwickelt über alle Projektphasen hinweg!
Konzeption
Nachhaltiges Ziel
Beteiligung
Ressourcenverbrauch
Energieverbrauch
Entwicklung
Potentiale ausmachen
Instrumente finden
Roadmap/Monitoring
Use cases definieren
Produktmanagement
Implementierung
Zielmarkt avisieren
PDCA Prinzip für nachhaltige Produkte und DL
Smart CityNachhaltig
EffizientWirtschaftlich
CSC Proprietary and Confidential 32 April 15, 2023
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit
Fragen?Dr. Wilson Maluenda
Email: [email protected]