Smart Grid på norsk. - Hvordan ser det norske kraftnettet ut i 2030? Kjell Sand. Institutt for Elkraftteknikk, NTNU

Transkript

1 Smart Grid på norsk - Hvordan ser det norske kraftnettet ut i 2030? Kjell Sand Institutt for Elkraftteknikk, NTNU Om du ønsker, kan du sette inn navn, tittel på foredraget, o.l. her.

2 Kanskje slik?

3 eller slik?

4 Innhold Smart grid generelt Distribuert produksjon/ PV/Plusshus Mikronett Energilagring Smart hus/ fleksibilitet

5 SG innebærer store endringer: Kraftsystemets arkitektur (fysisk, logisk) Kraftflyten - last/produksjonsprofiler Utnyttelse av fleksibilitet i last/forbruk Mulighetene for overvåking, styring, automatisering Energilagring - EV Distribuert produksjon Mikronett Verdikjeder og forretningsmodeller..og krever endringer av spillereglene

6 SG treffer ulike deler av den elektriske verdikjeden Produksjon Transmisjon Distribusjon Industri Kontorer Boliger Wide-area monitorering & kontroll WAMS, PMUs FACTS, HVDC nett Overvåking, styring AMS Integrasjon intermitterende distribuert produksjon Energi-/laststyringssystemer for Industri, Kontorer, Boliger EV ladeinfrastruktur Energilagring Sikker integrasjon datasystemer/informasjon & pålitelige kommunikasjonsløsninger Smarthus teknologi

7 Noen observasjoner Større innslag av variabel, uregulerbar kraftproduksjon som er vanskeligere å prognosere småkraft,vind, sol Mer variabel last og mer effektintensive apparater elbil, gjennomstrømningsvarmere Større muligheter til å styre last (og distribuert kraftproduksjon) smart hus Større innslag av lokale kraftsystem med kraftproduksjon og energilagre med betydelig reguleringsevne micro grids community energy storage Nye aktører og endrede markedsregler/markedsdesign som påvirker rammevilkårene og forretningsmulighetene til tradisjonelle de kraftprodusentene - 1 MW redusert last blir sidestilt med 1 MW økning av produksjon

8 Eksempel: Fremvekst av nye verdikjeder Roller endres og nye aktører kommer på banen Traditional value chain Emerging value chain Flexibility utilizers Trading and settlement platform Emerging business opportunity Optimisation Generation Transmission Trading Distribution Consumption and trading Orchestration and control infrastructure Flexibilty providers

9 Ikke-tekniske utfordringer Direktiver, Lover, Forskrifter Energiloven Energieffektiviseringsdirektiv Elmarkedsdirektiv Network Codes Det er behov for Smart nettregulering I noen markeder får kraftselgere kompensasjon for tapt levering som følge av laststyring Standardisering et hjelpemiddel

10 Plusshus PV kommer for fullt Norway's potential is underestimated. 63 o N Southern part of Norway: Measurements shows 1240 kwh/m 2 Utilization time ca hours. - Cold climate increase efficiency - Reflection from snow part of the year - Rain cleans PV panels PVGIS European Union,

11 Solpotensiale Sted Årlig innstråling [kwh/m 2 ] München 1330 Berlin 1260 Oslo 1300 Bergen 901 Trondheim 1020 Typisk systemvirkningsgrad er i dag 11%, Det er ventet at det vil være tilgjengelig solceller til markedspris med rundt 35% virkningsgrad i løpet av 10 til 20 år.

12 Øket interesse for PV i Norge Nye bygningsforskrifter (Zero Energy Buildings) Kostnadsutvikling for PV

13 Aktiv effekt [kw] Last/produksjon plusshus - Masteroppgaver NTNU i samarbeid med Trønderenergi og Powel Klokken Last - juni Produksjon - juni

14 PV er ustabil produksjon (Energilager kan brukes til å gjøre den mer nettvennlig i svake nett) Målinger Agder.

15 Mikronett definisjon IEC/TS (CDutkast) 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.

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

17 Regulering av mikronett Hvem kan eie og drifte mikronett? Hvilke systemtjenester kan mikronett levere og til hvem? Kan nettselskap (DSO) styre mikronett i gitte situasjoner?

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

19 Forsyningssikkerheten bedres av mikronett ved hjelp av de lokale energiressursene

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

21 Elektriske energilagre vil spille en rolle i 2030 Drivere: Intermitterende fornybar energi og behov for tjenester i tilknytning til dette Pålitelighet forsyningssikkerhet Spenningskvalitet Mikrogrid-utviklingen Rural electrification

22 Mange mulige tjenester fra energilagre

23 Eksempler på elektriske energilagre

24 Prisutvikling - fra ca 600 $/kwh ned mot $/kWh i 2020/2025

25

26 Scenarier 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 DG/mikronett) effekt fra nettet blir dyrere Lønner det seg å ikke være tilknyttet nettet enkelte/mange steder?

27 27 Aktive kunder, kundefleksibilitet, laststyring, fleksibilitetsmarked blir det mer av i 2030

28 Mulighetene til å overvåke, styre blir «uendelige» i 2030

29 Uttesting av insentiver og løsninger for laststyring i Smart Energi Hvaler og Demo Steinkjer i DeVID prosjektet Eksperimentering med ulike konsepter og budskap Insentiver Økonomi Miljø og sosialt engasjement Komfort og bekvemmelighet Trygghet personlig/økonomisk Teknologisk interesse Lokalpatriotisme

30 Tilbud sendt til tilfeldig valgte husholdinger Tre ulike budskap Tre ulike produkter ewave. Display Home control styringssystem. Tre ulike prisnivåer: 890,-, 2390,- 2990,- VS Safety. Styring og kontroll

31 Måledata innhentet fra nye målere

32 Snittverdier for vinterperioden Hvaler 2014 vs Testgruppe nettoreduksjon (temp.korr) -16,34% Kontrollgruppe nettoreduksjon (temp.korr) +0,07% Steinkjer 2014 vs Testgruppe nettoreduksjon (temp.korr) -5,3% Kontrollgruppe nettoreduksjon 0,0%

33 Statnetts demand response pilot SYSTEMOPERATØR NETTSELSKAP SLUTTBRUKER Klasse 3 Klasse 2 Driftssentralsystem Driftssentralsystem AMS Front-end Lastobjekt/ Smart måler Load Control Load Control ELCOM TCP / IP Fiber XML / CIM (IEC ) HTTPS (TLS) TCP / IP Ethernet DLMS / COSEM TCP / IP GPRS

34 Informasjonssikkerhet en utfordring

35 Smart Grid arkitektur IEC (anno 2030?)

36 Arkitektur 2030? Stakeholder Generator Smart grid domains Large scale generation Smart grid zones/ control architecture Main IT systems DSO 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 C o n t r o l P r o t e c t i o n 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 managemet Field tools Data Hub (TSO) C I M I n t e g r a t i o n s Communication

37 2030 er elektrisk! 2030 er?