Microgrids for økt forsyningssikkerhet Kjell Sand Institutt for Elkraftteknikk, NTNU Om du ønsker, kan du sette inn navn, tittel på foredraget, o.l. her.
Mikronett definisjon IEC/TS 62898-1 (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.
Nett-tilknyttet mikronett-eksempel Kilde: IEC/TS 62898-1(CD-utkast)
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?
Forsyningssikkerhet - leveringskvalitet Energitilgang - energimangel Pålitelighet avbrudd- strømbrudd (tilgjengelighet) Spenningskvalitet (anvendelighet)
Viktige aspekter ved leveringskvalitet Kraftbalanse (P/f ) Forsyningsspenning/nettstyrke (P/U, Q/U) Kraftsystem Spenningsfall P Q U Z Sk U L P, Q U = 1 U L (P R k + Q X k ) U L - Lastspenning [kv] P - Aktiv effekt [kw] Q - Reaktiv effekt [kvar] R k - Kortslutningsresistans [Ω] X k - Kortslutningsreaktans [Ω] Z Sk - Kortslutningsimpedans = R k +jx k
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
Forsyningssikkerheten bedres også av mikronett ved hjelp av de lokale energiressursene
Viktige drivere for (elektrisk) energilagring: Intermitterende fornybar energi og behov for tjenester i tilknytning til dette Pålitelighet forsyningssikkerhet Spenningskvalitet (Krav i network codes og nasjonale grid codes kan innebære at f.eks. PV-anlegg må være tilknyttet energilagre, f.eks ramping krav, frekvensresponskrav)
PV er ustabil produksjon (Energilager kan brukes til å gjøre den mer nettvennlig i svake nett)
Vinterladning av elbil
Eksempler på elektriske energilagre
Prisutvikling fører oss ned mot 100$/kWh de nærmeste årene
Nytte av å installere energilagring i distribusjonsnettet Spørreundersøkelse utført av DnV GL I USA: Hvis du skal plassere et 4MW batteri i nettet, hvor, hvilken type, og med hvilken begrunnelse? Begrunnelse: 1. Utsette investeringer 2. Kontrollert opp/ned-regulering (ramping) av PV 3. Hurtig frekvensregulering
Noen momenter Barclays nedgraderte i 2014 amerikanske utilities pga at trusselen fra solkraft kan representere en stor risiko for tradisjonelle kraftselskap. Jim Rogers, tidligere CEO i Duke sa i 2014: Mener at energilagring vil revolusjonere energisystemet og at nå vi er ved dette endringspunktet Frekvensreguleringsmarkedet er det mest tilgjengelige nå for energilagring i USA Det er behov for at man endrer reguleringen i USA slik at selskapene kan levere de energitjenestene til kundene som kundene ønsker. Men det er meget, meget vanskelig å få endret reguleringsregimet.
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 manageme nt Field tools Data Hub (TSO) C I M I n t e g r a t i o n s Communication
Utviklingstrekk? 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 mikronett grid defection/load defection) effekt fra nettet blir dyrere Lønner det seg å ikke være tilknyttet nettet enkelte/mange steder grid defection?
Fremtiden er elektrisk! Fremtiden er?