Smart Architecture

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Smart Architecture

Smart Watts
die intelligente Kilowattstunde
Allgemeine Präsentation
E-Energy Modellregion Aachen
utilicount GmbH & Co. KG (Konsortialführer)
fir an der RWTH Aachen
PSI Energy Markets GmbH
SOPTIM AG, Aachen
Kellendonk Elektronik GmbH
STAWAG, Stadtwerke Aachen AG
Übersicht
1
Rahmen
2
Das Projekt Smart Watts
3
Smart Architecture
4
Smart Portfoliomanagement
5
Smart Market
6
Smart Metering
7
Smart Demand
8
Feldversuch
2
© Smart Watts Konsortium 2012
Neue Rahmenbedingungen im Energiemarkt
Die Marktsituation und die aktuelle Energiepolitik…
fördert den Einsatz erneuerbarer Energien
baut auf Wettbewerb und Marktmechanismen
begünstigt effizientes Verhalten der Akteure
zielt auf stabile Versorgung bei stabilen Preisen
Von den Rahmenbedingungen her
sind wir bereits in einer „neuen Welt“
3
BMWi-Forschungsprojekt „E-Energy“
Smart Watts - Modellregion Aachen
Das Smart Watts Konsortium entwickelt
und erprobt neue Lösungen in der
Modellregion Aachen
4
Übersicht
1
Rahmen
2
3
Smart Architecture
4
5
Smart Market
6
Smart Metering
7
Smart Demand
8
Feldversuch
5
Ziele von Smart Watts
Höhere Aufnahmefähigkeit des Systems
für erneuerbare
Energien und
dezentrale Erzeugung
Förderung des Wettbewerbs durch
größere Differenzierungsmöglichkeiten und
verbesserten Systemzugang
Sparsamerer,
effizienterer
Energieeinsatz
(v.a. im Massenkundenbereich)
Effizientere Prozesse im
Energiehandel, entlang der
Wertschöpfungskette
Effizienteres Lastmanagement und
effizientere Nutzung der vorhandenen
Infrastruktur
6
Innovationen von Smart Watts
Internet der Energie
Konzeption des
Energiesystem als
Smart Watts
Intelligente Kilowattstunde
Information als
Produktionsfaktor
Dezentrale und
system-übergreifende
Regelkreise
Energie wird
durchgängig von
Informationen über Preis
und Qualität begleitet
Information wird zum
Produktionsfaktor
entlang der gesamten
Wertschöpfungskette
Verbesserte
Selbstregelfähigkeit des
Systems durch
dezentrale und systemübergreifende
Regelkreise auf
verschiedenen Ebenen
• Nutzung und Adaption
von
Internettechnologie
• Besondere Bedeutung
der Informationsflüsse
• Anspielung auf die
tiefgreifenden
Veränderungen
7
Smart Watts
Übersicht über die Teilprojekte
Smart Architecture
Smart Market
Konzeptueller Ansatze des
Prognose des
Verbrauchsverhaltens
Optimierung zwischen „make“,
„buy“ und „motivate“
Abrechnung von
zeitvariablen Tarifen
Markplattform für das
automatisierte Handeln von
komplexen Energieprodukten
Smart Metering
Smart Demand
Modellregion
Smart Metering
Verarbeitung von Preissignalen
Anbindung intelligenter
Haushaltsgeräte
Smart-Home-GatewayInteroperabilität
Intelligentes Lastmanagement
8
Demonstration in der
Modellregion Aachen
Das Internet der Energie – Ebenenmodell
9
Architektur: Rollen, Systeme und Geräte
10
SmartWatts
Kommunikationsarchitektur und Datenflüsse
STAWAG
(Kundenportal
und CRM)
STAWAG
Wetterdaten und Istdaten
EE-Erzeugung via E-Mail
DWD
Wetterprognosen
via FTP
PSI Portfoliomanagement
WS
GUI
WS
SOPTIM Smart Market
URL: smartmarket.soptim.de
Preise und Zählerstände
über SSL (alle 15 min)
Dynam. Bezugskonditionen
über SSL
CSV
Geschäftsanfragen und
-abschlüsse über SSL
WS
UC Datenzentrale
iPad
-App
URL: metering.utilicount.com
SML-Pull, XML über
STOMP (TCP)
SML-Push
über TCP
JSON+ Apple Push Dienst
über TCP
PLC TCP/IP Tunneling
Kellendonk Bridge
UC Gateway (NZR EMG):
EEBus PLC
EEBUS
• MAC-Adresse
• Zählpunktbezeichnung
„1107“ über IrDA
KD Int. Steckdosen
EEBus ZigBee
UC Zähler:
• Easymeter Q3D
KD Steckmodule HA
11
Übersicht
1
Rahmen
2
3
Smart Architecture
4
5
Smart Market
6
Smart Metering
7
Smart Demand
8
Feldversuch
12
Das Internet der Energie – Analogien
Internet
Internet der Dinge
ENS
DNS
ONS
Zentrales Verzeichnis von URIs zur
Informations- und Dienstelokalisierung
Zentrales System, das Abfragen für
Web-Seiten und eMails steuert
Zentrales Verzeichnis von Herstellern,
das Abfragen über Produktinformationen steuert
Energy Databases
Web Sites
Ort (Ressource), wo sich energiewirtschaftlich relevante Information
(z.B. Datenzentrale) befindet
Ort (Ressource), wo sich Information
zu einem bestimmten Thema befinden
Energy Service Discovery
Instrument (Tool) für das Auffinden
von Energy (Web-)Services
Security Service
Basis Service für dienste- und
rollenspezifische Nutzung anderer
Services
Search Engines
Instrument (Tool) für das Auffinden
von Web-Seiten im Netz
EPC Information Services
Ort (Ressource), wo sich bestimmte
Informationen (z.B. MHD) über ein
Produkt befinden
EPC Discovery Services
Instrument für das Auffinden von EPC
Information Services im Netz
EPC Security Services
SSL
Sicherheitstool für Web-Seiten
13
Tool für einen sicheren Zugang, in
Abhängigkeit der erlaubten
Zugangsrechte
Die Smart Architecture als Kommunikationsplattform im Internet der Energie.
Smart Demand
Marktakteure
Smart Architecture
Smart Architecture Provider
Anschlussnutzer
Energy Name
Service
URI
Energy Interface Energy Security
Service
Service
URI
Gateway
URI
Energy Service
Discovery
URI
...
URI
URI
Erzeuger
INTERNET
URI
INTERNET
URI
VNB
URI
Datenzentrale
URI
Lieferant
Messdienstleister URI
URI
URI
URI
Smart Market
Smart Metering
Smart Portfolio
Smart Service Provider
...
...
URI = Uniform Ressource Identifier; VNB: Verteilnetzbetreiber;
14
Was ist der Energy Name Service (ENS)?
Konzepte des ENS
•
•
Identifikationsschema
Funktionen
Umsetzung
„Wie heißt das Objekt?“
„Welcher Art ist das Objekt?“
„Wo erhalte ich mehr
Informationen über das
Objekt?“
„Wie kann ich den ENS
nutzen?“
Eindeutige Identifikation
Nahtlose Integration
bestehender Schemata
•
•
Klassifikation der Objekte
Beziehungen zwischen
IDs und Verknüpfung mit
Informationsressourcen
15
•
•
Umsetzung durch das
Domain Name System
Flexibel, offen, skalierbar
Wie sieht so eine ENS-ID aus?
ENS-ID
99003160000004 .
bdew
Nummer der
MSB GmbH & Co.KG.
ioe
.
eu
.
ENS-Domain
ID-Schema der BDEWCodenummern.
Funktion: Class-Reference („ioe+class“)
region:de
class:actor
Nutzung
des ENS
type:mop
Namensraum
Deutschland.
Das Objekt ist ein
energiewirtschaftlicher Akteur
Typ Messtellenbetreiber
16
Welche weiteren Funktionen stellt der Energy Name
Service bereit?
Service Reference („ioe+service“)
• Verweis auf Services zu einem Objekt
• Beispiel: Verweis auf die URL einer Datenzentrale (bei Anfrage einer MDL/MSBDomain)
Responsibility Reference („ioe+respref“)
• Verweis auf Stelle, die verantwortlich ist, weitere Informationen zu einem
bestimmten Objekt vorzuhalten
• Beispiel: Auskunft, welcher MSB zuständig für einen bestimmten Smart Meter ist
Mapping Reference („ioe+idmap“)
• Mapping von IDs verschiedener Schemata zu einem identischen Objekt
• Beispiel: Mapping von ILN/EIC-Nummer auf die Umsatzsteuernummer eines
Unternehmens
17
Energy Security Service (ESS)
Ziel
•
Bereitstellung grundlegender Sicherheitsdienste für die Kommunikation im
Internet der Energie („Security as a Service“)
Anforderungen
•
Allgemeine Anforderungen für sichere Kommunikation über unsichere
Netze (Vertraulichkeit, Integrität, Authentifizierung, ...)
•
Fokus: geschäftskritische und personenbezogene Daten (Signieren vorn
Vertragsdaten, Pseudonomisierung,...)
18
Energy Security Service (ESS)
Single Sign-on
• Authentifizierung von Identitäten (Smart Architecture Nutzer) in Basisrollen
• Anwendungen halten Zugriffsberechtigungen selbst vor
SSO
Messdienstleister
WS-*
WS-*
SAML
• Standards zur Absicherung der
Kommunikation von SOAP Web Services
Beratungs• Definiert, wie
https
stelle
– Nachrichtenteile signiert und verschlüsselt werden
– Schlüssel und Token (SAML, X.509,...) transportiert werden
– Sicherheitsanforderungen eines Web Service kommuniziert werden
SAML
Berater
SAML
• Standard zum Austausch von Autorisierungs- und Authentifizierungsinformationen
– Benutzerinformationen
– Berechtigungen
– Vertrauenswürdigkeit der Authentifizierungs- und Autorisierungsmethode
– Vorgehen für verschiedene Single Sign-on Szenarien
19
Übersicht
1
Rahmen
2
3
Smart Architecture
4
5
Smart Market
6
Smart Metering
7
Smart Demand
8
Feldversuch
20
Smart Portfolio: Intelligentes Energiemanagement
Smart Portfolio: Zusammenwirken der Komponenten
Smart Portfolio: Integration in das Projekt Smart Watts
Übersicht
1
Rahmen
2
3
Smart Architecture
4
5
Smart Market
6
Smart Metering
7
Smart Demand
8
Feldversuch
24
Smart Market im Internet der Energie
• Handel der intelligenten Kilowattstunde
Energie + Information
Einspeisung durch
Erzeuger
Smart Market
Portfolio Händler B
Portfolio Händler A
Ausspeisung durch Verbraucher
Smart Market als Option
•
Integration Erneuerbarer Energien in den Markt durch
– Kurzfristige Fahrplangeschäfte
– Flexible Produkte
– Produkte mit Information und Mehrwert
– Sichere, hochautomatisierte Geschäftstransaktionen
– Niedrige Barriere für Marktzugang
•
Option „Verbraucherbeeinflussung“ im Portfoliomanagement
– Ver- und Zukauf kurz- und mittelfristig nötig
– Flexible Reaktion auf veränderte Prognose möglich
 Lösung: Smart Market
Geschäfte am Smart Market
•
•
•
•
Strom ist kein lagerfähiges Produkt
OTC-Marktpätze heute: i. d. R. Energiefluss vom Großhändler zum Kunden.
Idee Smart Market: Jeder kann kaufen und verkaufen
OTC = Verträge außerhalb des Smart Market – bilateral zwischen Marktteilnehmern
Smart Market
Marktplatzebene
Geschäftsanbahnung
Vertragsebene
Marktteilnehmer A
BK A
Vertrag
Marktteilnehmer B
BK B
Bilanzkreisebene
Eigenschaften,
Zertifikate,…
Smart Market Web
Übersicht
1
Rahmen
2
3
Smart Architecture
4
5
Smart Market
6
Smart Metering
7
Smart Demand
8
Feldversuch
29
Die Smart Watts Datenzentrale
30
Smart Metering
• Preisinformation vom
Lieferanten zum Haushalt
• Informationen über den
aktuellen Verbrauch vom
Haushalt zum Lieferanten
31
Metering- und Visualisierungs- Architektur
im Haushalt
Smart Watts
Visu-App.
230V
geschaltet
Schmalband PLC ISO/IEC 14543-3
Cenelec B Band (95-125kHz) EN 50065-1
OFDM Modulation
iPad2
WLAN
Ethernet (TCP/IP)
IEEE 802.11
ZigBee 2,4GHz
IEEE 802.15.4
EEBus-Bridge
KNX + EN 50090
CEN/EN 13321-1/-2
ISO/IEC 14543-3
Router
LAN
Ethernet (TCP/IP)
IEEE 802.3
Firewall
WAN
GPRS (GSM)
IEC 60870-5-104
Gateway
WAN Ethernet (TCP/IP)
IEEE 802.3
Stromzähler
RS232 / RJ10 nach FNN Lastenheft
(MUC-kompatibel) für optische
Ausleseeinheit eines eHZ
M-Bus (Draht)
EN 13757-2
Strom
Gas
Wasser
M-Bus (Funk)
868MHz EN
13757-4
bidirektionale IR
IEC 62056-21
(vorher IEC 61107)
Wärme
Strom
Gas
32
Wasser
Wärme
Übersicht
1
Rahmen
2
3
Smart Architecture
4
5
Smart Market
6
Smart Metering
7
Smart Demand
8
Feldversuch
33
EEBus: Lösungsdimensionen
 Normierte Anreizgröße
 Verbrauchs-Schätzung
IP
Standardisiertes Anreizmodell- außen
1
Vereinheitlichende Abstraktion - innen
Exemplarisch am Beispiel Smart Home dargestellt
Erweiterung der existierenden
Kommunikationsstandards
3
2
Einheitliche
Schnittstelle
34
EEBus: Konzept gegen Feldbuskriege
Gateway
Energie Management System (EMS)
Outbound Communication Layer
Automation
(Access via XML data model)
IP access
Energy
Entertainment
Core
(“Network Layer “)
Inbound Communication Layer
KNX
Kellendonk/ EEBus
Mitglied und Partner von:
ZigBee
UPnP
…
Integriert:
Verbunden mit:
ISO/IEC 14543-3
ISO/IEC 28341
Based on:
IEEE 802.15.4.
CIM
IEC 61970
Based on:
IEEE 802.15.4.
35
EEBus - Partner im Feldversuch
Energieerzeugung – handel & -distribution
Resultat: Steuerungsimpulse
lastabhängige € / kWh
CO2 abhängige €/ kWh
…
36
Beispiel 1: Reaktion auf Bezugskonditionen
Paradigmenwechsel durch
regenerative Energieerzeugung

Heute:
“Erzeugung folgt Last”

Morgen:
“Last folgt Erzeugung”
Quelle: DER SPIEGEL Nr. 38 2010
37
Übersicht
1
Rahmen
2
3
Smart Architecture
4
5
Smart Market
6
Smart Metering
7
Smart Demand
8
Feldversuch
38
Die Modellregion
Praktische Erprobung,
Sammeln von
Erfahrungen
und Einsichten in
relevanter Umgebung
Validierung der
Ansätze und Lösungen
auf technische
Machbarkeit,
Wirtschaftlichkeit,
Stabilität
Etablierung
Modellregion als
Beispiel für die
Zielgruppe
(insbesondere
Stadtwerke)
Analyse des
Nutzerverhaltens und
der Kundenakzeptanz
Kalibrierung der
Prognosemodelle
Synchronisation der
verschiedenen
Wirtschaftsakteure
(Vertrieb, Netz) und der
damit verbundenen
Geschäftsmodelle
39
Die Modellregion
Die Modellregion integriert und bündelt die
Lösungen für die Technologiepartner
Ziele:
1.Technische Leistungsfähigkeit des Systems wird geprüft
2.Entwicklungen werden auf ihre Praxistauglichkeit getestet
3. Kunden werden praktisch einbezogen
Wird das System akzeptiert und die Kundenbedürfnisse erfüllt?
40
Der Feldversuch
Aufbau der kompletten Infrastruktur für:
500 Aachener Pilothaushalte
• die ab 2012 in verschiedenen Gruppen, z. B.
– intelligente Steckdosen
– Wärmepumpen
– intelligente Hausgeräte
• mit dynamischen Tarifen und
• vielfältigen Visualisierungs- und Analysemöglichkeiten
• dem Praxistest unterziehen
41
Übersicht Schnittstellen, Protokolle, Verschlüsselung
Feldversuch
iOS-App
Hausgeräte
Funk
WLAN
WPA,
SSL (JSON)
Funk
ZigBee, KNX,
KNX+
AES128(ZigBee)
Ethernet
TCP/IP
EEBus-Bridge
Router
Datenzentrale
Smart
Portfolio
Smart
Market
RSA und AES
Powerline
KNX+
Internet
TCP/IP
Pairing mit
ETS
SSL/TLS +
Zertifikat
Logische Verbindung
Gateway - Datenzentrale
Gateway
Stromzähler
Ethernet über EEBusBridge und Router
oder direkt über GPRS
IP-Tunneling über KNX+
TCP/IP
(oder direkt über GPRS)
Legende
Weg
Protokoll
Schlüssel
Pairing (KNX)
RSA / AES (LAN)
bzw. SSL/TLS + Zertifikat
42
utilicount GmbH & Co. KG
Jülicher Straße 338 | 52070
Aachen
Telefon +49 (0)241 413 199-0
Fax +49 (0)241 413 199-10
[email protected]
Smart Watts wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert.
Förderkennzeichen: 01ME08017 und weitere. Betreut wird Smart Watts durch den Projektträger im DLR.

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