SmartGrid - Hva skjer nasjonalt og internasjonalt? Status - trender - standardisering Kjell Sand Faglig leder The Norwegian Smartgrid Centre og formann i NEK NK8 SINTEF Energi, Inst. Elkraft, NTNU NEK Elsikkerhetskonferansen 2011-11-08 1
The Norwegian Smartgrid Centre www.smartgrids.no 2
Medlemmer 3
Styret Styreleder Terje Gjengedal; Professor UMB (Tidl. FoU-direktør, Statnett) Bård Benum; Administrerende direktør, Powel Jens Auset; Administrerende direktør, Hafslund Nett Håvard Belbo; Konserndirektør, NTE Holding AS Jan Kristensen; Vice President, Telenor Knut Samdal; forskningssjef, SINTEF Energi Per Bakseter; Inkubator Halden, NCE Smart Energy Markets Otto Frøseth; Divisjonsdirektør, Siemens Geir Øien; Dekan IME Fakultet, NTNU Knut Gustavsen; Director of Energy, Tieto Eirik Gundegjerde; Konserndirektør, Lyse Energi AS -Smart Utility og forretningsutvikling Senterleder: Jan Onarheim NTNU Faglig ansvarlig: Kjell Sand SINTEF Energi 4
Organisering Senterleder Jan Onarheim,NTNU Faglig Leder Kjell Sand, SINTEF/NTNU Kommersialisering og innovasjon Jan Onarheim, NTNU Internasjonalt og standardisering Birger Hestnes NEK Kommunikasjon/ Informasjon Fredrik Christensen NTNU Laboratorier Kjell Ljøkelsøy SINTEF FoU koordinering Kjell Sand SINTEF/NTNU Demoprosjekter Jan Onarheim NTNU DemoSteinkjer Smart Energi Hvaler Undervisning Gerard Doorman NTNU Arbeidet organiseres hovedsakelig i prosjekter.
Pilot- og demoprosjekt er viktig for å redusere risiko Smart energi Hvaler Demo Steinkjer 6
Tilnærming Smart grids i et top-down perspektiv Verdikjeder Sektorer Bransjer Bedrifter Globalt Regionalt Nasjonalt Lokalt Gruppe Person 7
Driver nr. 1: Kilde: (Utviklet av miljødirektoratene på oppdrag av Miljøverndepartementet) 8
Et bidrag til reduserte klimagassutslipp: Erstatte fossil energi med fornybar energi som gir visse utfordringer 9
CO 2 Norge 2008 (blå) og ulike scenarier Mill. tonn CO 2 Kraft og varme Transport Industri Petroleum 11
Det finnes flere motiv enn klima: Forsyningssikkerhet (fornybare energikilder er oftest lokale sol, vind, bølger, vannkraft..) Bedre leveringskvalitet - pålitelighet (færre avbrudd) Bidra til økonomisk effektivitet Modernisering av kraftsystemet 12
Utviklingen på teknologiområdet er også en viktig driver Ny og billigere tilgang til kommunikasjon og IKT generelt 92% av alle husstander i Norge har internett 99,7% har mulighet for bredbånd smart phones - apps trådløse teknologier Ny sensor og styreteknologi (bl. a. smarte termostater, smarthus teknologier) Elektrifisering av transport EV/PHEV Nye teknologier for energilagring (f.eks. superkondensatorer) 13
I mange land er SG-satsingen politisk forankret 10 milliarder danske kroner bidrar det offentlige med. 14
I Norge vil krav til AMS være en viktig pådriver
Fire enkle bilder på Smart Grids Et navn på fremtidens elektriske energisystem (anno 2020/2050) Et kvantesprang i integrasjon av IKT på alle nivåer i det elektriske kraftsystemet En fusjon av kraftnett og internett Et system hvor alle anlegg og apparater har en IP-adresse (Internet Protocol Address) slik at de kan observeres og styres via internett (IPv6 dekker dette i overskuelig fremtid) 16
En definisjon av SMART GRID Elektriske kraftsystem som utnytter toveis kommunikasjon, distribuerte måle- og styresystemer, nye sensorteknologier inkluderer styring av utstyr (last og produksjon) hos nettkundene. 17
Tradisjonelt kraftsystem Kraftproduksjon Transport (Overføring) Sentralnettet Hoveddistribusjon Regionalnettet Distribusjon Fordelingsnettet SMART GRID konseptet G 420 kv 300 kv 132 kv 66 kv 22 kv 11 kv 230 V 400 V Og nye forretningslag Overlagret med et informasjonslag G G 18
SMART GRID et flerfaglig integrasjonsprosjekt Elkraftteknologi IKT (IT telekom, ) Måle- og sensorteknologi Kybernetikk Økonomi.. 19
Noen kjennetegn Øket anvendelse av IKT (informasjons- og kommunikasjonsteknologi) Øket innslag av distribuert produksjon i høyspennings- og lavspenningsnettet og i installasjonen Øket innslag av ladbare biler og busser Øket samspill med kundenes last Toveis flyt av elektrisk energi, informasjon og styresignaler 20
Hvor smart er nettet i dag? Sentral- og regionalnett Smart Distribusjonsnett Ikke særlig smart Kunde/lavspentnett I ferd med å bli smart
Belastningsstyring gir fleksibilitet Industri/kjeler Kursstyring (kontaktorer i sikringsskap) Styring av stikkontakter Styring på apparatnivå 22
Potensialet Øket smartness nedover i kraftsystemet, vil også gi nye muligheter i det overordnede kraftsystemet Estimert fleksibilitet i Norge: Industri Husholdninger, mindre næring. 3000 MW 1700 MW Maks. last Norge Installert effekt Kvilldal ca. 24000 MW 1240 MW 23
Fast pris med returrett Krever timesmåling - AMS 2500 kunder inngikk i en studie gjort i forskningsprosjektet Markedsbasert Forbrukstilpasning (SINTEF Energi AS) Du kjøper hele flasken til fast pris, men kan tjene på å selge noe tilbake. Kundene med dette produktet reduserte sitt elektriske energiforbruk med ca 35% sammenlignet kunder som hadde vanlig spotpriskontrakt Eksemplet er fra et kvartal i 2006 med høye priser som gjorde tilbakesalg meget lønnsomt. Reduksjonen realisert via effektivisering, reduksjon av komfort og substitusjon med andre energikilder (primært ved) 24
Laststyring for å avlaste nettet i flaskehalssituasjoner bidra til reduserte behov for nettinvesteringer Miljømaster 25
Smart grids kan bedre leveringspåliteligheten AMS og mer instrumentering i nettstasjoner gir bedre oversikt og AMS kan registrere avbrudd Muligheter for mer automatikk i feillokalisering og gjenoppretting av drift Varsling av kunder ved planlagte utkoblinger Wide Area Monitoring System (WAMS) - PMUer gir sikrere informasjon om tilstanden i det overordnede kraftsystemet 26
Også i Norge er integrasjon av fornybar energi høyst aktuelt Håndtering av småkraft/distribuert produksjon Integrering av vindkraft 27
Fornying og forbedring Automatisering/effektivisering av manuelle arbeidsprosesser Bedre oversikt over kraftnettet/kraftsystemet For beslutningsunderlag som gir riktige investeringer og driftsavgjørelser Dokumentasjon av nett og drift Bedre overvåking av tilstanden til nettkomponentene bedre levetidsutnyttelse Bedre beslutningsgrunnlag for vedlikehold og reinvesteringer 28
- Belastningene er i stadig endring Håndtering av lading av elbiler/hybridbiler Håndtering av landstrøm til båter 29
Barrierer Nettreguleringen Kompetanse Fordeling av risiko nytte kostnader mellom aktørene Nye ukjente forretningsmodeller Standardisering - interoperabilitet 30
Det satses på Smartgrids og Norge henger litt etter. 220 prosjekt 2000-2010 40 milliarder
De fleste prosjekt har en systemorientert tilnærming Most Smart Grid benefits are systemic in nature as they arise from the combination of technological, regulatory, economic and behavioural changes. Most technologies are known, but the new challenge that these projects are now confronting is their integration.
IKT åpne løsninger anbefales An open and secure ICT infrastructure is at the core of the successful implementation of the Smart Grid. Addressing interoperability, data privacy and security is a priority requirement for making the ICT infrastructure truly open and secure and reducing transaction costs among Smart Grid users. Og her spiller standardisering en betydelig rolle
Standardiseringsprosessen i lys av mandatene 490, 441, 468 er viktig for Smart grid utviklingen organisering av 490 mandatet Mandate Scope Smart Grid Coordination Group (former JWG) EC Reference Group EC Level JWG Level M/441 M/468 coordination First Set of Standards Team New joint WGs Existing WGs Process Team New joint WGs Existing WGs Steering Committee Architecture Team New joint WGs Existing WGs Security Team New joint WGs Existing WGs Further Tasks TC Level Report 2.0 Liaisons Promotion NIST JISC China Etc.
Smart Meter Coordination Group Mandat 441 SM-CG acts as advisory group to the ESOs Helps coordinate standardisation activities Issued mandate M/441 towards the 3 ESO s: Smart Metering Standard-making CLC TC205 CEN TC294 CLC TC13 ETSI M2M Accepted mandate and responsible for standards Founded: Smart Metering Coordination Group to assist the mandated work SMCG WG Report TF Use Cases SMCG CEN Chair: Daniel Hec ETSI CENELEC ESMIG FACOGAZ AQUA CEN/CLC SEC FORUM OPEN meter project CEER/ERGEG EURELECTRIC MARCOGAZ EUROGAS WELMEC EVVE AIE Advises and helps coordinate working groups TF Glossary Individual members support work of the Technical Committees 36
Use cases og referansearkitektur står sentralt i arbeidet Dette er en måte å dekomponere det gigantiske området som SG dekker og tanken er at alle interessenter kan forholde seg til dette bl.a. : Energiselskap som skal kjøpe SG produkter Leverandører som skal utvikle Skal også tjene som et hjelpemiddel til å beskrive behov for standarder Foreslått som en viktig aktivitet i et planlagt innovasjonsprosjekt (søknad i regi NSGC) 37
Wireline Network Wireless Network Referansearkitektur- bokser og piler DER Subsystem Power Plant Subsystem ERP/ CIS / Billing S / 6.1 9.1 8/11? AMI Subsystem G / 7.1 / 7.3 WAN G / 7.2 AMI Head End H / 2.1 S / 4.1 S / 4.2 1.1 8 11 Home Automation Subsystem Distribution Automation Subsystem Substation Automation Subsystem Operations Subsystem 10.1 10.2 Internet Utility Office Power Station (IP/MPLS) Core Network Utility Data and Control Center Substation Vehicule Charging Station DER Storage Building (Residential, Business, Industrial,..) Utility Pole Powerline Communication Network NAN HAN/LAN Micro Grid 38
Driftsdatamodell Arkitektur IEC TC 57 Asset optimalisering ERP KIS/Avregning Markedsoperatør Markedsdeltaker NIC (1) EMS SCADA Subssystem marked Feltdevice (1) Laptop (1) Mannskap i felt Radio (1) Subssystem Felt Subssystem DG Router (6) SCADA DG FACTS HVDC? RTU Driftsoperatør Router (3) AVR BOP TGV AGC RTU Subssystem kraftstasjon Router (4) DPA Lastflyt Subssystem forvaltning(erp) IVVC RDIR Handelssystem Registrering Settlement Energilager Driftsplanlegging Vedlikeholdsplanlegging Tilstandskontroll Nettoperatør Subssystem elektrisk transport Ladestasjon NIC (1) Plug-in bil Subsystem AMI Metering NIC Måler Subsystem kommunikasjonsinfrastruktur Konsentrator Gateway Offentlige og private nett Router (1) DMS Scada SE EMS MDMS AMI Head end DRMS OMS GIS WAMS Subssystem drift (?) Datautveksling Dispatcher Subsystem industrikunde Router (1) HAN Gateway Energistyring Prosesstyring Belastninger DG Lokalt energilager Plug-in transport Subsystem næring-smarthus Router (1) HAN Gateway PCT HEM DG Apparater Lokalt energilager Plug-in transport NIC (1) DA Devices Releer Styring av felt Router (2) RTU(4) VR CBC Brytere Subsystem distribution automation devices IEDs Releer Styring av felt Router (1) VR CBC HVDC? RTU Subssystem transformatorstasjon Byggforvaltning Byggforvaltning Gjeninnkobling Feilindikatorer Stasjonsstyring Gjeninnkobling Datakonsentrator RTU FACTS Super vektor kons. Vektor kons. PMU
Det arbeids med å samle inn og harmonisere use case IEC TC8 (world wide) CEN/CENELEC/ETSI Smart grid coordination group (Europa) 41
Sluttord Stor pott Mange kort Ja Nei Betydelig risiko En viktig arena for kloke hoder fremover 42