Planlegging av plusshusog mikronetti lys av krav til leveringskvalitet og nye rammevilkår fra EU

Transkript

1 Planlegging av plusshusog mikronetti lys av krav til leveringskvalitet og nye rammevilkår fra EU Kjell Sand SINTEF Energi/ The Norwegian Smartgrid Centre/NTNU Inst. elkraft Teknologi for et bedre samfunn

2 Innhold Noen utvalgte kraftsystemaspekter rundt integrasjon av DG/PV i samspill med andre endringer som gir muligheter/utfordringer Leveringskvalitet Noen særnorske trekk Spenningskvalitet et viktig planleggingsaspekt SPESNETT-prosjektet Rammevilkår Network codes, Forskrift om leveringskvalitet, europanormer Adresserer ikke utfordringer innen incentiver, marked/markedsadgang, tariffer, personsikkerhet.. Teknologi for et bedre samfunn 2

3 Hva er leveringskvalitet på elektrisk kraft? Leveringspålitelighet av elektrisk kraft (tilgjengelighet). Spenningskvalitet av elektrisk kraft (anvendelighet). Miljømessige og sikkerhetsmessige forhold omkring framføring og bruk av elektrisk kraft. Informasjon vedr. bruk av elektrisk kraft. Administrative/servicemessige forhold Teknologi for et bedre samfunn 3

4 Sett i et overordnet perspektiv er leveringskvalitet en av de fire store i nettvirksomheten: Pris (nettleie) Elsikkerhet HMS Leveringskvalitet (inkl. service) Miljø Klima, påvirkninger på natur/omgivelser Teknologi for et bedre samfunn 4

5 Viktige aspekter med distribuert produksjon av elektrisk kraft i installasjoner (f.eks. PV på hustak/fasader) Økonomi Personsikkerhet Leveringskvalitet o Spenningskvalitet o Termisk kapasitet o Stabilitet o Forsyningssikkerhet Aktiv effekt frekvens problematikk (system problem) Reaktiv effekt spenningsforhold spenningskvalitet (lokalt problem) Teknologi for et bedre samfunn 5

6 Fenomen som er behandlet i EN og som ligger til grunn for Forskrift om leveringskvalitet Frekvens Langsomme variasjoner i spenningen (+/-10%) Hurtige spenningsvariasjoner - flimmer Spenningsdip Kortvarige avbrudd Langvarige avbrudd Temporære overspenninger fase-jord Transiente overspenninger Spenningsusymmetri Overharmoniske Interharmoniske Signaltransmisjon på kraftnettet 6 Teknologi for et bedre samfunn

7 Forskrift inneholder en rekke grenseverdier for nevnte spenningsegenskaper. Kravene er referert tilknytningspunktet d.v.s. grensesnittet mellom kraftsystemet og nettkunden (produksjon, last, installasjon) Teknologi for et bedre samfunn 7

8 Noen særnorske trekk Teknologi for et bedre samfunn

9 Fornybar produksjon av el som også gir muligheter for energilagring/balansering av variabel produksjon-statistikk 2011 (TWh) TWh Thermal Nuclear Hydro Wind 20 0 Denmark Norway Finland Sweden Country Source: Eurostat Teknologi for et bedre samfunn

10 Mye el. varme stor fleksibilitet kwh per household (average) Teknologi for et bedre samfunn

11 EV Development - Norway Public charging stations: Normal charging 4100 (2013) Fast charging 130 Teknologi for et bedre samfunn 11

12 Nettforhold Lav kundetetthet/ mye nett pr. kunde/høyt el.forbruk pr. kunde Mange fritidsboliger Ny fornybar i form av småkraft kommer ofte i svake nett Betydelig andel MV og LV er luftledninger Ca70 % oflv 230 V IT Svakt nett mange steder -Mer enn 40% av tilknytningspunktene er svakere enn referanseimpedansen Strengere krav til leveringskvalitet for flere fenomen sammenlignet med europanormen. KILE-ordningen (Kompensasjon for ikke levert energi p.g.a. avbrudd) Krevende klimatiske påkjenninger (vind, is, skog ) Teknologi for et bedre samfunn

13 Kalde vinterdager høy last/lave spenninger Teknologi for et bedre samfunn 13

14 varme sommerdager, lav last lokal produksjon og økende spenninger Teknologi for et bedre samfunn 14

15 0,23kV 22kV Langsomme spenningsvariasjoner (1 min r.m.s.) er et viktig planleggingsaspekt Gode marginer "God spenning" 253 V 230 V V Kunde nærmest nettstasjon SOMMER Kunde "på tamp" VINTER V Maksimalt utnyttet nett 207 V 253 V 230 V 207 V 253 V Uakseptable forhold 230 V 207 V Teknologi for et bedre samfunn 15

16 Hvor "svake" er norske lavspenningsnett? Det er standardisert en referanseimpedans for 400V (IEC) som brukes til å teste emisjon av forstyrrelser (bl.a. spenningskvalitetsrelaterte forstyrrelser) Dersom utstyret er tilknyttet denne, så skal emisjon av forstyrrelser ikke gi uønsket store forstyrrelser med tilhørende funksjonssvikt til elektrisk utstyr eller annet ubehag for nettkunder (for eksempel flimmer). Det finnes ikke referanseimpedanser for 230 V IT-nett, men verdiene for 400V tilsvarer en minimum topolet kortslutningsstrøm på ca 1170 A Ved lavere kortslutningsstrømmer vil uønskede forstyrrelser genereres (bl.a. brudd på forskrift om leveringskraft, EMC-forskrifter) Teknologi for et bedre samfunn 16

17 Estimatene er basert på en kartlegging av dagens nettstyrke hos 6 nettselskap v.hj.a. kortslutningsanalyser: Tabell 1 Estimat på nettstyrke i norske lavspenningsnett. Prosentvis fordeling av nettstyrke (I kmin ) < 350 A A A A >= 1000 A 6,2 % 7,5 % 13,5 % 13,2 % 59,7 % Anslagsvis mellom 40 og 50 % av det norske lavspenningsnettet har en impedans høyere og til dels mye høyere enn den standardiserte referanseimpedansen (Svake nett). Teknologi for et bedre samfunn 17

18 SPESNETT prosjektet Spenningskvalitet i Smarte nett EnergiNorgesitt SPESNETT-prosjekt (IPN) har en egen arbeidspakke på produksjon i lavspenningsnettet Enkelte lokale initiativ og vurderinger hos nettselskap ifmnoen få tidlige solcelleanlegg REN arbeider allerede med å lage standardavtaler for slik kraftproduksjon Det er imidlertid viktig å være grundig å ikke sette alt for enkle/snille krav, eller feil krav! En kan for eksempel IKKE stille et krav om at produksjonsenheten hos en plusskunde skal få bidra til maks 253 V på inntaket til denne kunden! Da kan denne kunden bidra til at nabokunder løftes høyere enn 253 V Det bør også være tilstrekkelig margin igjen til grenseverdiene i FoL I SPESNETT-prosjektet søker vi å bidra til fornuftige krav mhtakseptabel spenningskvalitet Teknologi for et bedre samfunn 18

19 I SPESNETT prosjektet sees det bl.a. på: Det er viktig å se på "best practice" i andre land som Tyskland m.fl Har vi ekstra utfordringer har vi i det norske lavspenningsnettet? Hvordan bør dette håndteres i Norge mhtkrav og rutiner? Viktig å stille riktige krav til produksjonsenheter fra begynnelsen av Krav om hensiktsmessig opprampingav produksjonen for å unngå flimmer&sprang Grenser for harmonisk forvrengning må også vurderes i tilfelle de bør skjerpes mht svake norske nett? Mulige krav til reaktiv effekt / cos phi-regulering med tanke på spenningskvalitet? Teknologi for et bedre samfunn 19

20 Aktører i utvikling av et felles europeisk kraftmarked EU: Forordninger, direktiv, vedtak Universitet -FoU Demo ACER (The Agency for the Cooperation of Energy Regulators ): Framework guide lines Energiselskap ENTSO-E (The European Network of Transmission System Operators for Electricity) : Network Codes Leverandørindustrien, konsulentbransjen ESO (Europeiske standardiseringsorganisasjoner CEN/CENELEC/ETSI) : Standarder Energikundene Samfunnet Miljøet Teknologi for et bedre samfunn 20

21 Network codes Verktøy for et integrert europeisk kraftmarked med mer kraftutveksling mellom landene Må implementeres i Norge Berører alle elementer i kraftsystemet -inklusive installasjoner (f.eks. stilles det krav til > 800 Watt PV) Network Code on Capacity Allocation and Congestion Management (CACM) Network Code on Requirements for Grid Connection applicable to all Generators (RfG) Demand Connection Code (DCC) Network Code on Forward Capacity Allocation(FCA) Network Code on Electricity Balancing(EB) Network Code on HVDC Connections (HVDC) Network Code on Operational Security (OS) Network Code on Operational Planning and Scheduling(OPS) Network Code on Load Frequency Control and Reserves (LFCR) Emergency& Restoration(ER) Teknologi for et bedre samfunn 21

22 Network codes og standarder Rammevilkårene spesifiseres delvis internasjonalt Gir krav og rammeverk EUs Network codeshar som eksempel krav til distribuert produksjon fra og med 800 W Standarder et verktøy for detaljerte tekniske spesifikasjoner og for testspesifikasjoner for verifikasjon. Teknologi for et bedre samfunn 22

23 Kilde: PresentasjonThong Vu Van, ENTSO-e møte 20/11/2013 CEN/CENELEC/ETSI WG No Mirror ENTSO-E Activities Teknologi for et bedre samfunn 23

24 Teknologi for et bedre samfunn 24

25 TC 64 er viktig m.h.t utførelse av bygningsinstallasjoner (NEK- 400-serien) Teknologi for et bedre samfunn 25

26 Oversikt RfG utdrag, men alle Type A krav er med i listen Norden Effektgrense Tilknytningsnivå Type A P> 0.8 kw U< 110 kv Type B P> 1.5 MW U< 110 kv Type C P> 10 MW U< 110 kv Type D P> 30 MW U>110 kv Teknologi for et bedre samfunn 26

27 EUROPEAN STANDARD FprEN50438 Requirements for micro-generating plants to be connected in parallel with public lowvoltage distribution networks Over-current protection Earthing ormal operating range Continuous voltage operation range Continuous frequency operation range Response to under-frequencies Power response to over-frequency Reactive power capability Reactive power control modes Voltage control by active power Interface protection Connection and starting to generate electrical power Power quality Safety Maintenance and routine testing Teknologi for et bedre samfunn 27

28 DG/PV ikke må bli et problem ut fra pålitelighet og spenningskvalitet, men at de bør bli en ressurs for å bedre disse. Teknologiene har/får mer av slik funksjonalitet. Det er viktig at man slipper å fysisk oppgradere PV etter at de er rullet ut i stort antall. (Samme problemstilling som for AMS). Det jobbes med smartere invertere for å nettstøtte med kommunikasjon slik at settpunkt for utstyret kan fjernstyres. Utfordring å optimalisere miksen av tyngre investeringer som nettforsterkninger og mindre investeringer som spenningsovervåking v.hj.a. AMS-målere, smart styring for kostnadseffektiv integrasjon. Teknologi for et bedre samfunn 28

29 Det europeiske Smart grid-konseptet (Mandat 490) 29 Teknologi for et bedre samfunn

30 Interoperabilitet den største utfordringen i SG Teknologi for et bedre samfunn

31 Et viktig element i løsningen er standardiseringen Teknologi for et bedre samfunn 31

32 Teknologi for et bedre samfunn 32

33 Relevante standarder for distribuert produksjon i installasjoner Teknologi for et bedre samfunn 33

34 Aktuelle usecase for distribuert produksjon i installasjoner Teknologi for et bedre samfunn 34

35 Kunnskap må drive utvikling av codes, lover forskrifter og standarder Myndigheter Rammevilkår Standarder Virkemiddelapparatet FoU -demo Bransjen leverandørindustrien-brukere Teknologi for et bedre samfunn 35