SINTEF IKT, Oslo Seminar 28. april 2016 Digitalisering og smartgrids i energisystemet - Big Data Value Grete H. Coldevin www.smartgrids.no
1891 Hammerfest fikk Norges første gatebelysning - 18 buelamper Lansert 15. april 2016 2015 550 000 bedrifter 2.3 millioner husholdninger
Tord Lien, pressekonferanse, 15. april 2016 Regjeringen vil legge til rette for at markedsløsninger skal bringe frem mer av fleksibiliteten i energisystemet. Nordisk samarbeid på energiområdet skal styrkes. Regjeringen ønsker et sterkt overføringsnett på alle nivåer, og vil arbeide for bedre koordinering av nett, forbruk og produksjon. Nye teknologiske løsninger og bruk av smarte styringssystemer skal bidra til å styrke forsyningssikkerheten i årene fremover.
Globally, growth in electricity demand is outpacing all other final energy carriers
M. de Nigris & I. Gianinoni, May 2014
Sett i 2016: Produksjon El.handel Transmisjon Distribusjon Strømsalg Tjenester (retail) Elektriske apparater Sluttbruk Kunder Perspektiv 2030: Distribuerte energi ressurser (produksjon, lagring, elektriske farkoster) Produksjon El.handel Transmisjon Distribusjon Strømsalg tjenester (retail) Elektriske apparater Sluttbruk Kunder Tjeneste plattformeiere Informasjons -/analytics tjenester Smarte apparater/ IoT Kraftflyt Data strøm
Morgendagens kraftsystem Dagens kraftsystem - Smart grids er en merkelapp på et Fleksibelt og Integrert energisystem Source: IEA
Morgendagens kraftsystem Dagens kraftsystem - og smart grids er en merkelapp på digitalisering og kommunikasjon Om du ønsker, kan du sette inn navn, tittel på foredraget, o.l. her.
Referansearkitektur for smart grids (SGAM) Business Layer Function Layer Outline of Usecase Interoperability Information Layer Communication Layer Subfunctions Data Model Data Model Protocol Protocol Market Enterprise Component Layer Operation Generation Transmission Distribution Domains DER Customer Premise Process Field Station Zones Source: IEC
Cost of Sensors 0.6 (avg. cost $1.3) Cost of Processing 60X Cost of Bandwith 40X Over the past 10 yrs Over the past 10 yrs Over the past 10 yrs Cost of RAM 21X Cost of Disk Storage 17X Cost of Flash Memory 646X Over the past 10 yrs Over the past 10 yrs Over the past 10 yrs Source: Goldman Sachs Investment Research, John McCallum Research, TCG Advisors
Data growth and access across the energy value chain Power generation (Fossil, nuclear, RES ) Transmission & Distribution Power consumption Total Devices installed in million 2014 2020 CAGR 169 577 23% 1 327 5 008 25% 316 1 817 34% 1 812 7 402 26% Data storage, on-premises & cloud (petabytes) 2014 2020 CAGR 2 296 10 839 30% 805 3 445 27% 1 403 9 875 38% 4 503 24 159 32% *Powering the future: leading the digital transformation of the power industry, GE 2015
The Big Data 5V Kraft transmisjon og distribusjon: Er alle 5V'er like relevant? Volume Velocity Variety Veracity Value Data at Rest Terabytes to exabytes of existing data to process Data in Motion Streaming data, requiring mseconds to respond Data in Many Forms Structured, unstructured, text, multimedia, Data in Doubt Uncertainty due to data inconsistency & incompleteness, ambiguities, latency, deception Data into Money Business models can be associated to the data Adapted by a post of Michael Walker on 28 November 2012 Teknologi for et bedre samfunn
Big Data Technology areas Applications (specialized, scalable, complex..) Visualisation and User Interaction for Decision Support Analytics (Prescriptive/Predictive/Descriptive), Data Science Security /Privacy/Anonymisation Application areas Architecture - Stream Processing (Velocity) and Orchestration Management (Generation/Acquisition, Volume/Variety) Infrastructures, incl. Cloud/Storage/Processing/HPC Teknologi for et bedre samfunn
The Two Value Chains: Elektricity & Data Applications (specialized, scalable, complex..) Visualisation and User Interaction for Decision Support Analytics (Prescriptive/Predictive/Descriptive), Data Science Security /Privacy/Anonymisation Generation Distribution Transmission Architecture - Stream Processing (Velocity) and Orchestration Retail & Services Energy Manage -ment Management (Generation/Acquisition, Volume/Variety) Infrastructures, incl. Cloud/Storage/Processing/HPC
ELECTRA proposal Large Scale Pilot (LSP), H2020 ICT-15 General objective: Contributing to the transformation of the energy sector through electrification Copyright 2016 The ELECTRA Consortium, H2020 ICT-14-2016 Call Teknologi for et bedre samfunn
ELECTRA proposal to H2020 ICT- 15 Large Scale Pilot (LSP) Provision of big data tools Energy Generation Architecture and Platforms Ingestion Data Repositories Processing Engines Resource Managers Resources Orchestration Energy Distribution Energy Retail & Services Energy Management Infrastructure Technologies Analytics Energy Applications Social media Call centre Drone images Historical Production consumption SCADA Substation metering Network topology AMS Energy Datasets Copyright 2016 The ELECTRA Consortium, H2020 ICT-14-2016 Call Teknologi for et bedre samfunn
Energytics -- Demonstrasjon av Big Data Analytics i distribusjonssystemet (projekt-skisse for IPN) Målsetting Demonstrere anvendelse av Big Data-teknologi i utvalgte usecase Fokus på nettnytte og utnyttelse av data fra AMS-målere Evaluere arkitekturer for helhetlig håndtering og utnyttelse av strukturerte og ustrukturerte data hos nettselskap Videreutvikle og spesialtilpasse metodikk Kvantifisere verdipotensialet og utforske nye muligheter basert på AMS Hvorfor er dette viktig og timingen riktig? AMS øker observerbarhet av tilstand i distribusjonsnettet dramatisk. Mange selskaper har begynt utrullingen av målere Program: Forskningsrådet. ENERGIX programmet Varighet: 3-4 år Budsjett: 15-25 MNok Mulige partnere: Norske nettselskaper, SINTEF IKT og SINTEF Energi, løsningstilbydere (Powel, Computas ) Nettselskapene har valgt AMS-enheter med ytelse ut over NVEs minstekrav. Big Data Analytics gir nye muligheter for utnyttelse av store datamengder Det er behov for modernisering og kompetanseheving i bransjen Teknologi for et bedre samfunn 19
DataNAV All data tilgjengelig fra en kilde, Koblet til en logisk anleggsstruktur og tid Gir enorm tilgang til rapportering og analyse Arbeidsordre på komponentnivå Data fra sensorer, last, spenning ++ Hendelser 20
Hva skjer i Norge? Drivere? Investeringer? Test/demo og FoU prosjekter?
Investeringsbølge I: Hvordan bruker anledningen til økt grad av digitalisering for bedre overvåking, styring og kontroll? Historiske og planlagte investeringer i distribusjons-, regional- og sentralnettet Eldre nett Befolkningsvekst og urbanisering Klima- og fornybarmål Økende effektuttak Krav til spenningskvalitet ved økt bruk av "sensitive" forbruksapparater Mrd (2014-NOK) 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1994-2003 2004-2013 2014-2023 Sentralnett Regional- og distribusjonsnett Kilde: SSB, NVE og Statnett og rapporten «Et bedre organisert strømnett»
400/300 kv 132-66-47-33 kv 132-66-47-33 kv Transformer 22-10 kv Primary substation Circuit breakers or disconnectors Subtransmission line or cable Station busbar Secondary substation 22-10 kv MV line or cable 230-400 V Dist. substation Transmission system Subtransmission system Distribution system LV line or cable LV network customers 320 2.004 132.144 2.871.367 (AMS) Nivå 3 Styring (95%) Nivå 2 Overvåking Nivå 1 Måling o o o Nyverdi = 280 MRD Bokført verdi = 50 MRD Ca 11 MNOK / MW i distribusjonsnettet *Kilde: EPOS Consulting
AMS en nødvendig modernisering Illustrasjon: Hafslund AMS er en sentral brikke i digitaliseringen og vil gi nytteverdi for hele kraftbransjen Alle skal ha en ny digital strømmåler (AMS) innen 2019
Investeringsbølge II??? Hvordan hjelpe bransjen til å få verdi ut av data? De tre nettlagene Det intelligente nettlag (IT-basert styring av funksjonalitet, produksjon og tjenesteleveranser i underliggende nettlag) Det logiske nettlag (kraftelektronikk, kybernetikk, teleteknikk) (SmartGrid) Det fysiske nettlag (linjer, kabler, trafostasjoner, nettstasjoner) Ressursinnsats 2013 2020 2040 < 5 % 20 % 30 % < 10 % 30 % 30 % > 85 % 50 % 40 % Levetid 5 år 10 år 40 år *Eksempel fra et distribusjonsselskap
400/300 kv 132-66-47-33 kv 132-66-47-33 kv Transformer 22-10 kv Primary substation Circuit breakers or disconnectors Subtransmission line or cable Station busbar Secondary substation 22-10 kv MV line or cable 230-400 V Dist. substation Transmission system Subtransmission system Distribution system LV line or cable LV network customers Main IT systems New smart power system components SCADA Forskningsprosjekter? Sec. substation automation MV feeder automation Dist. substation automation Smart metering New real time data Integration Value Big Data Value Existing / historical data DMS NIS MDMS/HES (CIS) ERP Fleet management Home automation Field tools Smart appliances
Smartgridsenteret
Et landslag for SmartGrid-utvikling i Norge
Styret Styreleder: Sigurd Kvistad, Manager Smartgrid, Hafslund Nett Eilert Henriksen, CEO grid, Fredrikstad Energi Stian Reite, Smart Community Manager, ABB Bjarne Helvik, Dekan Forskning, IME Fakultetet, NTNU Knut Samdal, R&D manager, SINTEF Energi Trygve Kvernland, CEO grid, NTE Bjarne Dybvik, Vice president, Market, Sogn- og Fjordane Energi Ole Gabrielsen, Project manager, NCE Smart energy market Stig Løvlund, COO, Regional Control Centre North, Statnett (TSO) Kjetil Storset, Vice President Smart Grid, Powel Svein Kåre Grønås, CEO, BKK Fiber og kraftkommunikasjon Trond Lein, Direktør, Smart grid solutions, Norway, Siemens Åshild Helland, Manger grid development, Lyse Elnett Observatører fra: NVE Forskningsrådet Enova
Hva gjør vi? Mobiliserer for en nasjonal teknologiplattform for Smart Grids I Norge: "Demo Norge for Smart Grids" Internasjonalt: "Trendspotting & deling" Tyngre FoU løft: Nasjonalt (FME, SFI) EU (H2020) Etablere Koordinere Nasjonale Demonstrasjonsprosjekter FME = Forskningssentra for miljøvennlig energi EU Horizon2020: Relevante Demoprosjekter med FoU Relevans i forskningen og god spredning av kunnskap
"Living Labs" Hos energi- og nettselskaper Nasjonal Universitets Lab: Ved NTNU & SINTEF med partnere Demo Norge for Smartgrids Statnett: Pilot North Norway Partnere for FoU og Innovasjon Høgskolen i Narvik (UiT) NTE: Demo Steinkjer Smartgrid services cluster SFE: Smart Valley Universitets Lab for Smart Grid BKK: FlexNett Demo Lyse Smart City Grid UiS Hafslund: Feil og avbruddshåndtering FEAS: Smart Energi Hvaler NCE Smart energy market AE: Demo Skarpnes Null-hus & Demo Sirdal aggregator plattform
FOU prosjekter innenfor smartgrids www.smartgrid.no/fou
Hva gjør vi? National Smart Grid Conference 2013, Trondheim 2014, Oslo 2015, Trondheim 200 Participants 3o Presentations 10 PhD students m/posters 283 Participants 32 Presentations 22 Exhibitions 310 participants 35 Presentations 20 Exhibitions
www.smartgrids.no