Mikronett med energilagring i et forsyningssikkerhetsperspektiv

Transkript

1 Mikronett med energilagring i et forsyningssikkerhetsperspektiv Fagmøte Kjell Sand Kjell.sand@ntnu.no 1

2 Mikronett definisjon IEC/TS (CD-utkast) group of interconnected loads and energy resources at distribution voltage level with defined electrical boundaries that is either isolated from the grid or able to operate in both island mode and grid connected mode Note 1: In grid connected mode, a microgrid acts as a single controllable entity. Note 2: A microgrid may or may not have black start capability. Note 3: This definition is intended to cover both (utility) distribution microgrids and (customer owned) facility microgrids.

3 Nett-tilknyttet mikronett-eksempel Kilde: IEC/TS (CD-utkast)

4 Forsyningssikkerhet - leveringskvalitet Energitilgang - energimangel Pålitelighet avbrudd- strømbrudd (tilgjengelighet) Spenningskvalitet (anvendelighet)

5 Viktige aspekter ved leveringskvalitet Kraftbalanse (P/f ) Forsyningsspenning/nettstyrke (P/U, Q/U) Kraftsystem Spenningsfall P Q U = 1 U L (P R k + Q X k ) U Z Sk U L P, Q U L - Lastspenning [kv] P - Aktiv effekt [kw] Q - Reaktiv effekt [kvar] R k - Kortslutningsresistans [Ω] X k - Kortslutningsreaktans [Ω] Z Sk - Kortslutningsimpedans = R k +jx k

6 Forsyningssikkerheten bedres av mikronett bl.a. ved at vi hurtig kan regulere P og Q (last/produksjon) Regulering av P hjelper like mye på alle nettnivå Regulering av reaktiv effekt av hensyn til spenning har størst betydning på høyere spenningsnivå Regulering av aktiv effekt av hensyn til spenning har stor betydning i lavspenningsnettet (som jo inklusive nettstasjoner er den den dyreste delen av kraftnettet) R/X <<1 G G G G Produksjon Sentralnett (420 kv, 300 kv) Import/ Eksport Belastning Regionalnett (132 kv, 66 kv) Import/ Eksport Høyspennings distribusjonsnett (22 kv, 11 kv) U = 1 U L (P R k + Q X k ) >1 Lavspennings distribusjonsnett (230 V, 400 V)

7 Forsyningssikkerheten bedres av mikronett også ved at vi har lokal energitilgang - UPS

8 Viktige drivere for (elektrisk) energilagring: Intermitterende fornybar energi og behov for tjenester i tilknytning til dette Pålitelighet forsyningssikkerhet Spenningskvalitet (Krav i network codes og nasjonale grid codes innebærer at f.eks. PV-anlegg må være tilknyttet energilagre, f.eks ramping krav, frekvensresponskrav)

9 PV er ustabil produksjon (Energilager kan brukes til å gjøre den mer nettvennlig i svake nett)

10 Vinterladning av elbil 10

11

12

13 Eksempler på elektriske energilagre

14 Kostnader -Eksempel NOK/kW 250 kwh

15 Prisutvikling

16

17 Nytte av å installere energilagring i distribusjonsnettet Spørreundersøkelse utført av DnV GL I USA: Hvis du skal plassere et 4MW batteri i nettet, hvor, hvilken type, og med hvilken begrunnelse? Begrunnelse: 1. Utsette investeringer 2. Kontrollert opp/ned-regulering (ramping) av PV 3. Hurtig frekvensregulering

18 Noen momenter Barclays nedgraderte i 2014 amerikanske utilities pga at trusselen fra solkraft kan representere en stor risiko for tradisjonelle kraftselskap. Jim Rogers, tidligere CEO i Duke sa i 2014: Mener at energilagring vil revolusjonere energisystemet og at nå vi er ved dette endringspunktet Frekvensreguleringsmarkedet er det mest tilgjengelige nå for energilagring i USA Det er behov for at man endrer reguleringen i USA slik at selskapene kan levere de energitjenestene til kundene som kundene ønsker. Men det er meget, meget vanskelig å få endret reguleringsregimet.

19 Stakeholder Generator Smart grid domains Smart grid zones/ control architecture Main IT systems DSO Large scale generation TSO DSO Generator DSO Generator Smart home/ Smart building Transmission Sub transmission Distribution MV DG MV Energy storage Smart dist. substations EV charging stations LV DG LV Energy storage Customers/Prosumers Load/DG (PV..)/Storage/EV Appliances Communication TSO Control Centre P r o t e c t i o n C o n t r o l Grid automation Substation automation MV feeder automation Dist. Substation automation Smart metering Home automation Smart appliances Market Micro grids Communication SCADA DMS NIS MDMS/HES (CIS) ERP Fleet management Field tools Data Hub (TSO) C I M I n t e g r a t i o n s Communication

20 Eksempler på mikronett tema/utfordringer Regulering : Hvem skal få eie og drifte mikronett? Driftsmodi og overganger o Nettmodus o Øymodus o Overgangsmodus Kommunikasjon og overvåking Styring av mikronett samspill med smarte hus/plusskunder Krav til og dimensjonering av energilagre Styring av energilagre (inklusive EV) Vern Spenningskvalitet og EMC Personsikkerhet Vedlikehold og testing 20

21 Utviklingstrekk? Et mindre kritisk storkraftsystem som leverer bulk energi, samkjører mikronett og brukes som energilager? Elektrifisering av isolerte samfunn i utviklingsland samt modernisering av isolerte kraftsystemer generelt (øyer, isolerte samfunn ) IEA mener at 70% av alle som ikke har strøm vil få det gjennom mikronett. Energi blir billig (bl.a. som følge av mikronett) effekt fra nettet blir dyrere Lønner det seg å ikke være tilknyttet nettet enkelte/mange steder? 21

22 Japan Smart Community Alliance

23 Fremtiden er µ?