Das Konzept des Projekts Flex+


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Ausgangssituation, Problematik und Motivation:

Die Integration von Prosumern in Energiemärkte wird sowohl auf europäischer Ebene, wie beispielsweise im sogenannten Winterpaket, aber auch auf nationaler Ebene forciert, um die Prosumer aktiv ins Marktgeschehen einzubinden und mit Hilfe ihrer Flexibilität fluktuierende Erneuerbare Energien zu integrieren. Aus technischer Sicht eignen sich dazu vor allem automatisch ansteuerbare Prosumer-Komponenten wie Wärmepumpen, Elektroboiler, PV-Speichersysteme und die E-Mobilität. Befragungen in den Projekten MBS+ und EcoGrid EU haben gezeigt, dass von Seiten der Prosumer durchaus großes Interesse besteht, ihre Flexibilität extern zur Verfügung zu stellen, um damit einen Beitrag zu einer raschen und für die Gesellschaft leistbaren Energiewende zu leisten. Anders als in Österreich gibt es in Deutschland und der Schweiz bereits vereinzelt bestehende Geschäftsmodelle im Bereich privater Flexibilitäts-Vermarktung. Aufgrund der unterschiedlichen rechtlichen, regulatorischen sowie wirtschaftlichen Gegebenheiten sind diese jedoch nicht direkt auf Österreich übertragbar. Untersuchungen in den genannten Forschungsprojekten zeigen darüber hinaus, dass die Bereitschaft der Prosumer zur Mitwirkung sehr stark von bestimmten Faktoren wie z. B. der Berücksichtigung ihrer Eigeninteressen abhängt – ein Aspekt der bei bestehenden Geschäftsmodellen auch in anderen Ländern nicht oder nur unzureichend berücksichtigt wird. Im Vergleich dazu spielen finanzielle Interessen eine weniger wichtige Rolle. Um das vorhandene Potenzial unter wirtschaftlichen Aspekten zu erschließen, müssen die Bedürfnisse der Prosumer daher entsprechend berücksichtigt werden.


Ziele und Innovationsgehalt:

Im Projekt Flex+ werden skalierbare Optimierungsalgorithmen auf Aggregator- und Prosumer-Ebene entwickelt, die nicht nur die Interessen des Aggregators, sondern auch die Bedürfnisse/Eigeninteressen der Prosumer berücksichtigen und unter dieser Prämisse eine für alle Beteiligten optimale Märkte-übergreifende Nutzung und Vermarktung der vorhandenen Flexibilität in privaten Haushalten ermöglichen. Diese werden anschließend für ausgewählte Märkte, wie beispielsweise Spot- und Regelenergiemärkten sowie Minimierung der Ausgleichsenergie, im großflächigen Realbetrieb getestet und evaluiert. Während bestehende Geschäftsmodelle jeweils nur für eine einzelne Komponente/Technologie verfügbar sind, zielt das geplante Projekt darauf ab, die Flexibilität verschiedener Komponenten in einem Haushalt wie z.B. Wärmepumpen, Elektroboiler, Batteriespeicher und E-Mobilität zu nutzen und diese Märkte-übergreifend für verschiedene ausgewählte (System-)Dienstleistungen nutzbar zu machen. Als Schnittstelle zum Markt wird eine Plattform (Flex+ Plattform) entwickelt, die die Koordination zwischen den Prosumern und den Lieferanten übernimmt und für Vermarktung, Planung und Vorhersage, Aggregation sowie den bedarfsgerechten Abruf der Prosumer-Flexibilitäten zuständig ist. Prosumer haben dabei über ein im Projekt gemeinsam mit den zukünftigen Nutzern entwickeltes User-Interface die Möglichkeit, ihre individuellen Eigeninteressen zu spezifizieren und damit die mögliche Flexibilitäts-Vermarktung zu beeinflussen. Da es keine bestehenden Lösungen für eine solche Plattform sowie für die zur Berücksichtigung der Eigeninteressen erforderliche dynamische Interaktion zwischen Flex+ Plattform und Prosumer gibt, werden im Projekt entsprechende Konzepte entwickelt, umgesetzt und getestet. Weitere Ziele im Projekt sind die Entwicklung geeigneter Verfahren zur Prognose der nutzbaren Flexibilität privater Haushalte sowie die Berücksichtigung möglicher Auswirkungen auf das Stromnetz (in enger Abstimmung mit dem bereits laufenden Leitprojekt LEAFS). Um eine hohe Akzeptanz der entwickelten Lösungen sicher zu stellen, werden Nutzer mittels Co-Creation über den gesamten Projektverlauf in das Projekt eingebunden.


Angestrebte Ergebnisse und Erkenntnisse:

Basierend auf den Ergebnissen des Realbetriebs werden Vergütungsmodelle und Tarife für Prosumer entwickelt und notwendige Prozesse bei Prosumern und Unternehmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette implementiert. 

Das Konzept von Flex+

Tools

Für die Marktintegration der Prosumer Flexibilitäten sowie die Berücksichtigung der Eigeninteressen werden im Projekt diverse Tools entwickelt. Ziel ist es, keine, bzw. sehr geringe Installationskosten bei den Prosumern zu realisieren und die Flexibilitäten über die Komponenten-Schnittstellen und bestehende Hersteller Clouds bzw. Energiemanagement-Systeme anzubinden. Dazu werden die Schnittstellen so weiter- entwickelt, dass diese günstig, einfach zu Bedienen für Prosumern und Installateuren und ohne aufwendige Nachrüstung flexibilisiert werden können. Es werden skalierbare und übertragbare Algorithmen für die Portfoliooptimierung, die Aktivierung sowie den Flexibilitäts-Forecast der einzelnen Komponenten sowie Komponenten-übergreifend entwickelt, die insbesondere auf die große Anzahl an Teilnehmern abgestimmt sind. Die Forecasts werden über einen Machine-Learning Ansatz unter Berücksichtigung von Standort, System und Nutzer erstellt.

 Es wird eine Hersteller- und Technologie-übergreifende Plattform (“Flex+ Plattform”) entwickelt, in der sowohl die Optimierung und der Forecast laufen können, als auch die Eigeninteressen berücksichtigt werden können. Dabei werden verschiedene Arten der Kommunikations-Anbindung ermöglicht, sowohl für einzelne Komponenten, Komponenten mit Hersteller-Clouds, als auch direkt über Energiemanagement- Systeme. Dadurch wird über die Flex+ Plattform eine sehr flexible Schnittstelle zwischen verschiedenen Lieferanten sowie den Prosumern bzw. den einzelnen Komponenten möglich. Bei möglichen Verbindungs-ausfällen ist trotzdem ein Fallback-System notwendig auf Grundlage der noch verfügbaren Informationen. Im Rahmen vom Projekt Flex+ wird das Fallback System vom Batteriehersteller Fronius so weiterentwickelt, dass eine Priorisierung der Komponenten auch ohne Internetverbindung sowie eine Berücksichtigung vom letzten übermittelten Fahrplan möglich ist.  

Flex+ Projektziele

  

Das Flex+ Projekt adressiert speziell die oben angeführten offenen Punkte in dem unterschiedliche Konzept entwickelt werden, um Flexibilität von ansteuerbaren Prosumer-Komponenten für ausgewählte systemdienliche Services nutzen zu können. Daraus leiten sich die folgenden forschungs- und entwicklungsrelevanten Ziele ab:


Flexibilitäts-Vermarktung

● Entwicklung von skalierbaren techno-ökonomischen Optimierungsmodellen für die Portfolio-Optimierung und Aktivierung von Prosumer-Technologien sowohl ohne als auch mit vertiefter Berücksichtigung der Eigeninteressen (die markt-übergreifende Vermarktung wird je Komponente evaluiert)

● Entwicklung von zukünftigen Geschäfts- und Preismodellen für Prosumer 

● Erstellung Preisprognosen unter Berücksichtigung von realistischen Prosumer- Elastizitäten mithilfe eines Fundamentalmodells


Weiterentwicklung der Flexibilitäts-Technologien

● Anhebung der untersuchten Flexibilitäts-Technologien von TRL Level 1-5 auf 4-7

● Berücksichtigung der Eigeninteressen im Energiemanagement

● Weiterentwicklung lokaler Fallback-Mechanismen

● Verbesserung technologiespezifischer Flexibilitätsvorhersagen unter Berücksichtigung der jeweiligen Komponenten-spezifischen Eigeninteressen

● Verbesserung der Ansteuerbarkeit und Auslesbarkeit der Daten bei Komponenten 

● Einbau verbesserter Sensorik und Aktuatorik bei den Komponenten

● Weiterentwicklung der Schnittstelle zu Wärmepumpen in Richtung Bidirektionalität 

● Sicherheitsanalyse aller relevanten IKT-Schnittstellen

● Erweiterung der direkten Anbindung von E-Autos an den Strommarkt


Flex+ Plattform

● Entwicklung der Flex+ Plattform mit Schnittstellen zu den jeweiligen Hersteller-Clouds, Komponenten sowie Energiemanagement-Systemen

● Abbildung von Eigeninteressen auf der Flex+ Plattform

● “Privacy and Security”-Analyse der Architektur und Schnittstellen der Flex+ Plattform

● Erarbeitung von konkreten Vorschlägen für eine mögliche Einbindung einer Schnittstelle zum Verteilnetzbetreiber zur Flex+ Plattform

● Untersuchung von mind. drei Möglichkeiten für dynamische Schnittstellen zwischen Plattform und Prosumer, Implementierung von mind. einer Interaktionsmöglichkeit


Demonstration/Proof-of-Concept

● Demonstration der Marktteilnahme mit mind. 30 Boilern, mind. 10 Speichern, mind. 30 WP, mind. 20 Ladestationen

● Demonstration unter Berücksichtigung der kundenspezifischen Eigeninteressen

● Demonstration der Eigeninteressen im Referenzgebäude mit allen Komponenten, wodurch geräteübergreifende Eigeninteressen getestet werden können.

● Proof-of-Concept Evaluierung im Labor erbracht für die Technologien, 2 IKT-Architekturen, 3 Use Cases (Kombination Märkte und Eigeninteressen)

● Gesamtvalidierung aller Proof-of-Concepts


Endkunden & Stakeholder Einbindung

● Identifikation qualitativer und quantitativer Eigeninteressen

● Implementierung des User Interfaces zur Eingabe der Eigeninteressen für Prosumer

● Prosumereinbindung über Marketingmaßnahmen und min. 3 Co-Creation Workshops

● mind. 2 Stakeholder Workshops unter Einbeziehung von E-Control (s. LOI), Netzbetreibern (s. LOIs) und mit hoher Wahrscheinlichkeit auch mit APG


Regulatorische und rechtliche Fragestellungen

● Ausarbeitung von mind. 2 möglichen Ansätzen für Baseline-Berechnung als Vorschlag für eine Abstimmung mit APG

● Infobroschüre “Prosumer-Präqualifizierung” in Abstimmung mit APG/E-Control

● Leitfaden zur Ausgestaltung der Verträge zwischen Prosumern und Flex+ Plattform sowie Lieferanten und Komponenten-Herstellern (Unterstützung von Sub-Auftrag)

● Mind. 3 ausgearbeitete Vergütungsmodelle für Prosumer und mind. 1 neuartiger Tarif in den Prozessen pro Lieferant implementiert 

● Prüfung des Datenaustauschs (zw. Aggregator/Bilanzgr./Netzbetreiber/ APG/APCS)