Fremtidens nett hva, hvordan

Transkript

1 Fremtidens nett hva, hvordan Kjell Sand Prof. II Institutt for elkraftteknikk, NTNU

2 Bestillingen Hvordan ser framtidens kraftnett ut? Finnes teknologien? Er den kvalifisert/klar til anvendelse? Er utvikling og implementering av ny teknologi i kraftnettet koordinert godt nok? Hvilke evt. hindringer finnes for at ny teknologi faktisk tas i bruk? 2

3 Hvordan ser framtidens kraftnett ut? Fremtidens kraftnett (anno 2030, 2050, ) blir formet av den rollen elektrisk energi spiller i energisystemet på de ulike stadier hvordan og hvor elektrisk kraft generes hvordan og til hva elektrisk kraft brukes og hvilke teknologier som er til disposisjon og som er lønnsomme for å løse tjenestene kraftnettet skal levere til kraftnettskundenes produksjon, last og energilagre. 3

4 Kommentar Kraftnettet er konsekvens av at produksjon og forbruk av elektrisk kraft ikke skjer på samme sted. Langdistanse overføring av elektrisk kraft oppsto fordi gunstige, naturgitte, storskala kraftutbyggingsprosjekter lå langt unna belastningssentra Tendensen i dag er et skala-fordelene ikke nødvendigvis er de samme som før gjennom den revolusjonen som skjer innen distribuert kraftproduksjon. Selv om storskalaproduksjon fortsatt vil være billigere, kan fordelen bli spist opp av nettleien. Space power Kilde: The Japan Times 4

5 Noen viktige drivere: Energipolitikk Klimapolitikk Økonomi Samfunnsøkonomi Bedriftsøkonomi Incentiver Restriksjoner Når og i hvilket omfang ville f.eks. AMS blitt innført i Norge om det ikke hadde vært et myndighetskrav? 5

6 Fremtidens kraftsystem er mer: Bærekraftig Klimavennlig Miljøvennlig Naturvennlig Fornybart Smart Digitalt Fleksibelt Automatisert Forsyningssikkert Pålitelig Anvendelig Personsikkert Økonomisk.. Bidrar til FNs bærekraftmål 6

7 Noen overordnede trender som påvirker utviklingen ( Smart innebærer en vesentlig grad av digitalisering) Internet of things- Internet of services Smart Grid/ Smart Energi Smart Transport Smarte bygg/ Zeb Smarte byer 7

8 Smart Grids en viktig del av utviklingen mot fremtidens kraftnett. Et kvantesprang i integrasjon av IKT på alle nivåer i det elektriske kraftsystemet kombinert med anvendelse av nye teknologier: AMS Smarte termostater Smarte nettstasjoner Smarte batterier Smarte bygg Smarte dashboards Utnyttelse av gamle og nye - interne og eksterne data i tradisjonelle og «nye» løsninger - agentløsninger, neurale nett, baysian networks, big data, AI, cloud, fog, block chain.. Et system hvor alle anlegg og apparater har en IP-adresse (Internet Protocol Address) slik at de stadig kan observeres og styres via internett /fog/sky i «sann tid» - og delta i automatiserings- og robotløsninger.

9 Interoperability Dette er Smart Grids: Business Layer Function Layer Information Layer Outline of Usecase Subfunctions Data Model Data Model Communication Layer Protocol Protocol Market Enterprise Component Layer Operation Generation Transmission Distribution Domains DER Customer Premise Process Field Station Zones

10 Smart grid domener Smart grid soner/ kontrollhierarki Sentrale IT systemer Nettselskap (DSO) Fremtidens smarte kraftsystem inneholder gamle og nye elementer i et nytt og komplisert samspill Storskala Produksjon Sentralnett Digitale stasjoner Regionalnett Digitale stasjoner Distribusjon MV Distribuert produksjon MV Energilagring Smarte nettstasjoner Ladestasjoner EV LV Distribuert produksjon LV Energilagring D S O Kunder/ Plusskunder/Smarte hus Last/produksjon/ Energilagring/EV Kommunikasjon Landssentral Region sentral V e r n S t y r i n g Nett automatisering Trafostasjons automatisering MV linje automatisering Nettstasjons automatisering Smart måling Home automation Marked Mikronett Kommunikasjon Kommunikasjon SCADA DMS NIS MDM/HES (KIS) ERP Flåtestyring Mobile løsninger/ verktøy Elhub C I M I n t e g r a s j o n e r Kommunikasjon Apparater Styring av smarte apparater

11 Digitalisering av kraftnettet vil spille en betydelig rolle: Bruke ny teknologi med innebygd «intelligens» til å fornye, forenkle og forbedre.

12 Fremtidens kraftnett blir altså en kombinasjon av hardware og software 12 Kilde: Trygve Kvernland, Smartgridkonferansen 2014

13 Smart grid teknologer treffer ulike deler av den elektriske verdikjeden Produksjon Transmisjon Distribusjon Industri Næring Bolig Wide-area monitorering & kontroll WAMS, PMUs FACTS, HVDC nett Mikronett DMS Overvåking, styring AMS/Elhub Integrasjon intermitterende distribuert produksjon//plusskunder Lokale kraftmarked/nabolagsstrøm/block chain Energi-/laststyringssystemer for Industri, Kontorer, Boliger EV ladeinfrastruktur Energilagring/batterier S m a r t g r i d Informasjonsutveksling/network codes/pålitelig og sikker kommunikasjon Smarthus teknologi 13

14 14 Fremtidens nett må forholde seg til utviklingen innen storskala og distribuert kraftproduksjon vann, vind, sol

15 15 Bygningsintegrert PV

16 Fremtidens nett må forholde seg til elektrifisering av transport: Private biler: 2,4 mill. Lastebiler: 0,4 mill. PHEVs/EVs (august 2017): PHEV EV

17 17 Energilagring gir nye muligheter i utviklingen av fremtidens nett: F.eks. smarte batterier kombinert med smarte omformere

18 Mange lagringsteknologier: Kilde: Ravi Seethapathy, ICEF Pluss termisk lagring i bygninger, vannkraft, varmt vann, hydrogen

19 19 Mange anvendelser

20 Mikronett blir en del av fremtidens kraftnett Kilde: IEC/TS (CD-utkast) IEC-definisjon: Group of interconnected loads and distributed energy resources with defined electrical boundaries that acts as a single controllable entity and is able to operate in both grid connected or island mode. 20

21 Mikronett, plusskunder, PV - utviklingen akselererer Eksempel Powerhouse Brattøra 500 MWh 450 kw Brattørkaia mikronett: PV, ladestasjon buss, hurtigbåt, batteri++ 21

22 Fremtidens nett bør bidra til å fremme fleksibilitet i kraftsystemet Potensialet er betydelig 5000 MW Har betydning for kraftpriser Gir reduserte behov for nettinvesteringer Price/unit p 0 Original demand p 1 22 V 1 V 0 Load

23 Eksempel: Statnetts pilot i Nord-Norge SYSTEMOPERATØR NETTSELSKAP SLUTTBRUKER Klasse 3 Klasse 2? Driftssentralsystem Driftssentralsystem AMS Front-end Lastobjekt/ Smart måler Load Control Load Control 23

24 DMS et viktig hjelpemiddel Implementeres av stadig flere DSOer Reduserer KILE og øker servicenivået AMS ny datakilde som kan utnyttes problemstillinger m.h.t. båndbredde tidsforsinkelser avhengig av «innsamlingssystem» og kommunikasjonsløsninger Ikke all DG er på nett og dette blir viktigere fremover også i forhold til network codes og tilhørende «real time»-krav 24

25 Self healing blir en del av fremtidens nett 25

26 Finnes teknologien? Er den kvalifisert/klar til anvendelse? Det mangler ikke teknologi og det er mange teknologier som vi ikke har tatt i bruk. Noen teknologier er for dyre ennå Noen teknologier er umodne, men prøves ut i ulike test og demonstrasjonsprosjekt Systeminnovasjon og interoperabilitet er komplekst og krevende. Informasjonssikkerhet og personvern - en evig kamp. 26

27 Systeminnovasjon System innovation is a concept used to illustrate a horizontal policy approach that mobilises technology, market mechanisms, regulations and social innovations to solve complex societal problems in a set of interacting or interdependent components that form a whole socio-technical system 27

28 Interoperabilitet: Evnen som to eller flere innretninger fra samme eller ulike leverandører har til å utveksle informasjon og utnytte denne informasjonen til ønsket funksjon eller samvirke.

29 Forhåpentligvis fører utviklingen til «plug and play», men der er vi ikke ennå. Kilde: Kilde: PCworld 29 Standardisering er avgjørende for å løse dette på en kostnadseffektiv måte

30 Er utvikling og implementering av ny teknologi i kraftnettet koordinert godt nok? Hvilke evt. hindringer finnes for at ny teknologi faktisk tas i bruk? Omlegging til fremtidens kraftsystem krever investeringer: I kraftnettet Hos nettkundene (produksjon, last, plusskunder..) Hos nye aktører (aggregatorer, energikollektiv,.) Investeringsviljen til aktørene vil være påvirket av forventninger om Inntekter Kostnader Risiko - usikkerhet 30

31 Når fremtiden sannsynligivis blir digital og kompleks: Komplekse problemstillinger innebærer usikkerhet m.h.t. fordeling av kost, nytte, risiko mellom aktørene. Usikkerhet hemmer investeringslysten Myndighetskrav viktige for å fremme evt. hemme utviklingen Krav om måndelig måleravlesning i Sverige AMS krav Norge, EU FASIT Plusskundeordning Økonomisk regulering Beredskapsforskriften Personvernlovgiving 31

32 Nettreguleringen og TSO/DSO rollene blir viktige Hva blir den optimale balansen mellom marked og monopol gitt de teknologiendringene som kommer: Mer eller mindre vertikalintegrering Eierskap til ny teknologi (batterier, ladeinfrastruktur..) Hvilke tjenester får/bør/kan nettselskapene levere Og hvilke får de kjøpe og hvordan skal de sikre seg at tjenestene f.eks. fra aggregatorer blir levert Fremtidens smarte nett vil kreve smart regulering for å redusere faren for samfunnsøkonomiske tap. Pålegg og restriksjoner koster gjerne noe Incentiver fremmer gjerne noe. 32

33 Fremtidens kraftnett to ytterpunkter Det meste blir omtrent som det vi kjenner nå med innslag av HVDCforbindelser, plusskunder, batterier, DG, mye EV og andre utfordrende laster. De nye behovene blir i det alt vesentlige møtt med tradisjonelle nettinvesteringer. Fremtidens kraftnett er en samling autonome til dels off-grid mikronett. Med stor grad av digitalisering, fleksibilitet, automatisering, energilager, maskin-maskin handel. hvor storkraftsystemet er back-up for langvarig svikt i lokale ressurser samt at det spiller en viktig rolle i det europeisk supernettet. 33

34 34 Fremtidens nett a never ending story: