Hvor smart er smarte nett, og er de verd prisen? Kjell Sand SINTEF Energi AS NTNU Institutt for elkraftteknikk 1
Bodø for noen år siden. 2
Innhold Hva er Smart grids? Drivkrefter The Norwegian Smartgrid Centre Nytte-elementer Barrierer Kost-nytte Informasjonssikkerhet 3
Fremtiden energisystem: Et omfattende samspill mellom mange teknologier, aktører og (til dels motstridende) interesser Smart grid: Mye mer enn nett.
Hvor smart er kraftsystemet i dag? Sentral- og regionalnett Distribusjonsnett Smart, men kan bli smartere. Ikke særlig smart Kunde/lavspentnett Tilknytningspunktet blir smart
Vi har vedtatt å innføre Smarte nett (SN) i Norge AMS er et sentralt element i SN, men SN omfatter mye mer.
2,8 millioner datamaskiner kommer i sikringsskapene kostnad 10-12 milliarder kr. Hvordan kan vi utnytte dette til mer enn det å få en riktig strømregning og oppdatert forbruksinformasjon? Norges største IKT-prosjekt 7
Det kommer store investeringer i energisektoren fremover: Kilde: IEA 8
Driver nr. 1: Kilde: (Utviklet av miljødirektoratene på oppdrag av Miljøverndepartementet) 9
Bidrag til reduserte klimagassutslipp: Erstatte fossil energi med fornybar energi Energieffektivisering 10
CO 2 Norge 2008 (blå) og ulike scenarier Mill. tonn CO 2 Kraft og varme Transport Industri Petroleum Erstatte fossilt med fornybart f.eks. gjennom økt produksjon av elektrisitet fra fornybare energikilder kombinert med elektrifisering av "fossile" prosesser 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 For Norge: Også muligheten til levere balansetjenester for Europa 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. Smart hus teknologier) Elektrifisering av transport EV/PHEV Nye teknologier for energilagring (f.eks. superkondensatorer) 13
Fire enkle bilder på et smartere energisystem 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 kraftsystem 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 har mer enn nok adresser.) Internet of Energy Internet of things 14
Tradisjonelt kraftsystem Kraftproduksjon G Transport (Overføring) Sentralnettet 420 kv 300 kv Hoveddistribusjon Regionalnettet 132 kv 66 kv Distribusjon Fordelingsnettet 22 kv 11 kv 230 V 400 V Det kommer mye nytt og i et annet og ukjent samspill G G 15
Smarte nett/ams har mange lag og driverne ligger i forretningslaget Forretningslaget Funksjonslaget Use case laget Kommmunikasjonslaget Det fysiske Incentiver 16
The Norwegian Smartgrid Centre www.smartgrids.no 17
Drøyt 50 medlemmer 18
Styret Styreleder Per Bakseter; Inkubator Halden, NCE Smart Energy Markets 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 Otto Frøseth; Divisjonsdirektør, Siemens (Nils Klippenberg) Geir Øien; Dekan IME Fakultet (Informasjonsteknologi, Matematikk, Elektroteknikk), NTNU Knut Gustavsen; Director of Energy, Tieto Eirik Gundegjerde; Konserndirektør, Lyse Energi AS -Smart Utility og forretningsutvikling Jan Ove Gjerde; FoU direktør, Statnett Senterleder: Jan Onarheim NTNU Faglig ansvarlig: Kjell Sand SINTEF Energi 19
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 Undervisning Gerard Doorman NTNU Arbeidet organiseres hovedsakelig i prosjekter.
Fagområder Smart Grids engasjerer mange fagområder, både tekniske og ikke-tekniske. Ved NTNU er det etablert et såkalt kjerneteam innen Smart grids og listen nedenfor viser hvilke institutt som interesserer seg for fagområdet: Institutt for industriell økonomi Institutt for elkraftteknikk Institutt for tverrfaglige kulturstudier Institutt for sosiologi og statsvitenskap Institutt for teknisk kybernetikk Institutt for elektronikk og telekommunikasjon Institutt for datateknikk og informasjonsvitenskap Institutt for telematikk Program for industriell økologi Institutt for industriell økonomi Institutt for materialteknologi
Belastningsstyring er en mulighet som kan utnyttes mer Industri/kjeler Kursstyring (kontaktorer i sikringsskap) Styring av stikkontakter Styring på apparatnivå 22
..og potensialet er betydelig Estimert fleksibilitet i Norge (kilde SINTEF Energi) : Industri 3000 MW Husholdninger, mindre næring. 1700 MW Maks. last Norge Installert effekt Kvilldal ca. 24000 MW 1240 MW Øket smartness nedover i kraftsystemet, vil også gi nye muligheter i det overordnede kraftsystemet 23
AMS muliggjør nye energiprodukter 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. 24
Produktet gir incentiver: Mer enn 30% endring i kvartalsvis energiforbruk når strømmen var dyr Erfaringer fra europeiske pilotprosjekt viser i snitt en 10% reduksjon i energiforbruk ved introduksjon av bedre informasjon og nye incentiver
Smart Grids kan redusere pristopper Høypris-område Lavpris-område 17 desember 2009 og 8 januar, 22 februar 2010 timer med priser på opp mot 12 kr/kwh NO5 NO2 NO3 NO1 NO4 SE FI En årsak: Stiv etterspørsel manglende forbrukerfleksibilitet SG utkobling av varmtvannskjeler (50MW) ville kunne dempet prisen betydelig for eksempel ned til 1-3 kr/kwh DK1 DK2 Besparelse for forbrukerne pr time på : 550-200 mill kr. i høyprisområdene 26
Laststyring for å avlaste nettet i flaskehalssituasjoner bidra til reduserte behov for nettinvesteringer 27
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 Finne feil raskere redusert KILE Varsling av kunder ved planlagte utkoblinger 28
Også i Norge er integrasjon av fornybar energi høyst aktuelt smart samspill med last og mellom kraftverkene kan redusere behovet for større nettinvesteringer Håndtering av småkraft/distribuert produksjon Integrering av vindkraft 29
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 30
Smarte nett/ams kan gi bedre elsikkerhet Bedre overvåking av jordfeil, fasebrudd, unormale spenninger, feil i energianlegg. 31
Belastningene er i stadig endring Håndtering av lading av elbiler/hybridbiler Håndtering av landstrøm til båter 32
Barrierer informasjonssikkerhet, personvern, "stråling"
Barrierer Nettreguleringen Kompetanse Fordeling av risiko nytte kostnader mellom aktørene Nye ukjente forretningsmodeller Standardisering - interoperabilitet 34
IKT= Risiko Risikostyring krever kompetanse Et smartere energisystem krever mer flerfaglig kompetanse Det er ikke sikkert teknologi er den største utfordringen, men kanskje hvordan kundene tar i mot ny teknologi 35
Pilot og demoprosjekt et viktig hjelpemiddel til kompetansebygging og risikostyring Ca 40 milliarder kr 2000-2010 36
Demo Norge vår læringsarena og er lagt merke til Smart grid Statnett Demo Steinkjer De som har demoprosjektene lærer mest. Demo Lyse Smart Energi Hvaler 37
Noen hovedregler Alle relevante alternativer bør beskrives i analysen. Alternativene sammenlignes med basisalternativet, dvs. dagens situasjon med evt. nødvendige oppgraderinger. Alle relevante effekter skal tas med for hvert alternativ. Fleksible løsninger og ulike gjennomføringstidspunkt bør vurderes.
Fordelingsvirkninger Selv om den samfunnsøkonomiske analysen viser at et tiltak samlet sett er lønnsomt for samfunnet, kan tiltaket ha positive virkninger for noen grupper og negative virkninger for andre grupper. Fordelingsvirkningene bør beskrives for særlig berørte grupper og tas med som en del av beslutningsgrunnlaget. I en del tilfeller vil det fortsatt kunne gjenstå fordelingseffekter, selv om det gis kompensasjon. Avveiing av fordelingseffekter og mulige interessekonflikter er et politisk spørsmål utenfor rammen av den samfunnsøkonomiske analysen.
Eksempel på interessenter Kunder Husholdning Næringskunder Jordbruk Fritidshus Kraftleverandør Nettselskap distribusjon Nettselskap - transmisjon Balanseansvarlig Leverandør av balansetjenester Nettkunde Kraftprodusent Kraftselger/Kraftomsetter Leverandør av systemtjenester Aggregator
Grammeltvedt, NVE 2009 42
Produksjon Nyttematrise (utkast) Redusert maks. effekt Fleksibilitet Energieffektivisering Transmisjon Reduserte investeringer Reduserte nett-tap Distribusjon Reduserte/utsatte investeringer Reduserte/utsatte reinvesteringer Redusert behov for nettforsterkninger pga DG Redusert behov for nettforsterkninger pga EV Marked Reduserte nett-tap Lavere kraftpris Lavere system og balansekostnader System Reduserte klimagassutslipp Økt forsyningssikkerhet Bedre pålitelighet
http://www.sintef.no/publikasjoner-sintef/publikasjon/?pubid=sintef+a23351 44
Trusselmodellering: STRIDE En kategorisering av ulike typer angrep En huskeliste til bruk ved brainstorming Spoofing utgi seg for å være en annen Tampering modifisere data Repudiation å benekte en handling fordi den ikke kan bevises Information disclosure eksponering av data til uvedkommende Denial of service legitime brukere får ikke tilgang til forventet funksjonalitet Elevation of privileges en angriper oppnår urettmessige rettigheter Teknologi for et bedre samfunn 45
Angrepstrær eksempel Teknologi for et bedre samfunn 46
DREAD En kategorisering av ulike sårbarheter En huskeliste til bruk ved brainstorming Damage potential hvor store konsekvenser kan et angrep medføre Reproducability hvor enkelt er det å gjenta angrepet Exploitability hvor mye arbeid er det å utføre angrepet Affected Community hvor mange brukere vil bli rammet Discoverability hvor lett er det å oppdage trusselen Teknologi for et bedre samfunn 47
Sluttord Stor pott Mange kort Ja Nei Betydelig risiko Behov for flerfaglig kompetanse En viktig arena for kloke hoder fremover 48
Konklusjon Vi vet ikke helt hvor vi skal, men vi vet at vi er på vei. 49