NYE METODER FOR PLANLEGGING AV SMARTGRIDS AV ANDREAS HAMMER, NTNU, JAN FOOSNÆS, NTE NETT AS, TROND TOFTEVAAG, NTNU

Like dokumenter
Takler el-nettet eksplosjonen i el-bilsalget?

Av David Karlsen, NTNU, Erling Tønne og Jan A. Foosnæs, NTE Nett AS/NTNU

SCENARIOER FOR FRAMTIDENS STRØMFORBRUK VIL VI FORTSATT VÆRE KOBLET TIL STRØMNETTET?

Regionmøte Midt-Norge 7. februar 2011 Radisson Blu Hotel, Trondheim Airport

BRUK AV FORDELINGSTRANSFORMATOR MED AUTOMA- TISK TRINNKOBLER

Elbilladning Muligheter og utfordringer

Vurdering av minimum nettstyrke NVE fagdag om lavspenningsnettet

Vil smart grid teknologier påvirke investeringsbehovet?

Gir smartere løsninger bedre forsyningssikkerhet?

Manglende retning - er en nasjonal smartgridstrategi veien å gå? Presentasjon Smartgrid-konferansen

Dilemmaer rundt lokal og sentral energiproduksjon

Nye målertyper. Toveis kommunikasjon. Kontroll av målere. Varmepumper. Varme styring elektrovarme

The new electricity age

Strømkostnader til vatningsanlegg hva slags utvikling kan bonden regne med? 28.november 2018 John Marius Lynne Eidsiva Nett AS

NETTREGULERING I FRAMTIDENS KRAFTSYSTEM. Kristine Fiksen og Åsmund Jenssen, THEMA

SOLENERGI I LANDBRUKET

Effektutfordringer med plusshus KSU-seminar 2016

Smart Grid. Muligheter for nettselskapet

OVERINVESTERES DET I NORSKE KRAFTNETT?

Smarte hus krever smarte nett

Smarte nett/smartgrid. Hva er det og hvorfor blir dette viktig?

AMS EN LØSNING PÅ EFFEKTPROBLEMENE I FORDELINGSNETTET? SET/NEF-konferansen Oktober Stig Simonsen, Skagerak Nett

Hvordan vil NVE stimulere til utvikling av smartnett i Norge

BRUK AV SMARTGRID-TEKNOLOGI MOT ET AVBRUDDS- FRITT DISTRIBUSJONSNETT

INNHOLDSFORTEGNELSE 1 GENERELT... 1

«Hvordan regulerer NVE kraftbransjen inn i den elektriske framtiden?»

Knut Styve Hornnes, Stig Løvlund, Jonas Lindholm (alle Statnett)

ER FORBRUKEREN INTERESSERT? HVORDAN KAN FORBRUKER- FLEKSIBILITETEN BLI TATT I BRUK?

Kraftforsyningen og utbyggingsplaner. Rune Flatby Direktør konsesjonsavdelingen

Tomas Moe Skjølsvold, Postdoc. NTNU CenSES årskonferanse Hvordan lages et virkemiddel? Om den Norske teknologidebatten rundt AMS og smartgrid

SmartGrid i et norsk perspektiv Vi er på vei. Vidar Kristoffersen, AMS/SmartGrid Fredrikstad Energi

Agder Energi Smart Strøm (AMS) Per Gøran Bergerud, Prosjektleder Utrulling av AMS i Agder Energi Nett. EliSør november 2016

Nettplan. Stor-Oslo. Fremtidens hovedstrømnett i Stor-Oslo

Nettleien 2011 Oppdatert

Nettselskapets dilemma. Smartgrid konferansen - September 2018

Hvordan kan AMSinformasjon. for å oppnå SmartGrid? Kjetil Storset

Elsikkerhet ved AMS utrullingen. Svein Inge Djursvoll DLE konferansen 11. sept. 2012

STORSKALA LASTSTYRING I ET KRAFTSYSTEM

Smartnett og muligheter. Kjell Sand, Sintef Energi, The Norwegian Smart Grid Centre

Av André Indrearne, Rasjonell Elektrisk Nettvirksomhet AS

Hvordan forberede seg til en datatsunami?

Overordnet strømforsyning til Fornebu

Energirike, Haugesund Ove Flataker Direktør, Reguleringsmyndigheten for energi (RME)

Lokal energiutredning Setesdal regionråd, 20/11-13

Misnøye med leveringskvalitet samt klage på anleggsbidrag - NVEs vedtak

Automatiske strøm-målere, også kalt «smart meter» eller AMS, hvorfor får vi dem, skaper de helseplager og hvordan kan vi beskytte oss?

NY TARIFFSTRUKTUR. Agenda Workshop 16. november RME. Ankomst og kaffe. Behov for endringer i tariffstrukturen.

Full skala utbygging av TVK Funksjonskrav

Glitre Energi Nett AS --- Lean forum Norge. 8. november 2016

Effektkrevende elektrisk utstyr, utfordring for nettet

MONTE CARLO SIMULERINGER FOR BEREGNING AV LASTFLYT I NETT MED STOKASTISK VARIASJON AV LAST OG PRODUKSJON

Demonstrasjon og Verifikasjon av Intelligente Distribusjonsnett DeVID

Toveiskommunikasjon og nettariffen

NOTAT Rafossen Kraftverk

Regionalnettene i Norge. Jon Eilif Trohjell, Agder Energi Nett AS

Norges vassdrags- og energidirektorat

Energiløsningene som kan redde byggsektorens klimamål

NVE Rammevilkår for smartgrid

Strømsituasjonen kommende vinter

Smarte enrgisystemer. Jan Onarheim, NTNU.

Microgrids for økt forsyningssikkerhet

SIMULERINGSSTUDIE AV SPENNINGSKVALITET I LAVSPENNINGSNETT MED PLUSSKUNDER. Av Bendik Nybakk Torsæter og Henrik Kirkeby, SINTEF Energi AS

Skape forbrukerfleksibilitet gjennom utvikling av et fremtidsrettet energisystem

SPENNINGSREGULERING I DISTRIBUSJONSNETTET. Av Reidar Tjeldhorn og Linda Røssland, Magtech AS

Bruk av ny teknologi for måling og avregning

Energisystemet i Os Kommune

Fremtidens ladeløsning for borettslag og sameier

Tilknytting av solenergianlegg i lavspenningsnett

Oppgradering av strømnettet fra Veland til Hjelmeland. Dato: Lyse Elnett AS

Fremtidens elektriske energisystem er et Smart Grid. Landsbyleder: Prof. Ole-Morten Midtgård, NTNU Institutt for elkraftteknikk

Lokal energiutredning Østre Agder, 22/11-13

Tilknytting av solenergianlegg i lavspenningsnett

NVE`s fagdag om lavspenningsnett Hvordan sikrer vi at lavspenningsnettet bygges fremtidsrettet? Terje Hanssen Nelfo

Innføring av nye strømmålesystemer i kraftmarkedet

A/S EIDEFOSS: AMS i drift utfordringer og muligheter i forhold til ny forskrift. AMS påvirkning organisasjon, kunder og arbeidsmetoder

Luft eller kabel - hvem skal treffe det lykkelige valg og hvem blir de lykkelige? Hans Terje Ylvisåker ass. nettdirektør BKK

Bruk Vett Lag Smarte Nett. Landsby sponsor:

Mikronett med energilagring i et forsyningssikkerhetsperspektiv

Stikkord for innhold:

Glitre Energi Nett AS --- Lean forum Norge. 8. november 2016

Stikkord for innhold: 1. INNLEDNING MÅLSETNING DEFINISJONER ANSVAR OG MYNDIGHET... 3

Nettutvikling og nettinvesteringer. Kommunalt eiermøte , Konserndirektør Erik Boysen

Nettundersøkelse i forbindelse med tilknytning av Ritaelva Kraftverk og Sveingard Kraftverk i Tromsø kommune.

Av Henrik Kirkeby og Helge Seljeseth, SINTEF Energi AS

Fremtidige Utfordringer for Nettselskap

Behov for styrket IKT-kompetanse i kraftbransjen

Dialogmøte Oslo Havn. Hafslund Nett. 23. juni 2017 Erik Jansen

Framtidens byer. Forbrukerfleksibilitet i Den smarte morgendagen. Rolf Erlend Grundt, Agder Energi Nett 7. februar 2012

Distribuert produksjon i smarte nett

AMS - Fremtidens mulighet for styring av belastninger og nye tjenester. Vigdis Sværen, Norsk Teknologi Oslo

Snart f Din ny år du automat e automatisk is e k strømmåler! strømmåler Ford - Enk eler for både deg og sam lere, smartere og sikrere funnet

Norges vassdrags- og energidirektorat

Orientering til medlemmer av fylkestinget i Nord-Trøndelag. Østersund

VEILEDERE ANLEGGSBIDRAG. 17. mars 2009 Svein Sandbakken

Fremtidens kraftnett, smart grids smart eller sårbart?

Norske erfaringer med fleksibelt forbruk

Fremtidens fleksible og intelligente elektriske distribusjonsnett

Av Maren Istad og Henning Taxt, SINTEF Energi AS

Av Henrik Kirkeby, Andrei Morch og Magne Kolstad SINTEF Energi AS, og Ketil Sagen, Energi Norge AS

Transkript:

NYE METODER FOR PLANLEGGING AV SMARTGRIDS AV ANDREAS HAMMER, NTNU, JAN FOOSNÆS, NTE NETT AS, TROND TOFTEVAAG, NTNU Sammendrag Leveringskvaliteten og påliteligheten i distribusjonsnettet blir utfordret av nye forbruksmønstre, elbiler og en høyere andel distribuert produksjon. Olje- og Energidepartementet anslår at det trengs investeringer på til sammen 140 milliarder kroner i det norske strømnettet de neste 10 årene for å møte det fremtidige energibehovet. Det er essensielt at det nye og oppgraderte strømnettet som blir bygget er dimensjonert for å takle det økte forbruket. Smartere nettplanlegging som utnytter informasjonen fra smarte målere og systemer, blir et stadig viktigere stikkord i de kommende år. Denne rapporten vil belyse noen erfaringer fra planlegging av distribusjonsnett i hhv. Tyskland og Sverige, og presenterer noen tanker om fremtidens distribusjonsnett i Norge. Det er betydelig behov for å utvikle nye metoder for planlegging som tar hensyn til den store usikkerheten i framtidige lastforhold. 1. INTRODUKSJON Strømnettet kan deles inn i sentralnettet, regionalnettet og distribusjonsnettet. I dag eksisterer det over 330.000 km med kabler og luftledninger i Norge, mens det i Sverige og Tyskland eksisterer henholdsvis 312.000 km og 1 680.000 km. I Norge er spenningsnivåene på sentralnettet hovedsakelig 300 kv og 420 kv, og for regionalnettet mellom 33 kv og 132 kv. Distribusjonsnettet er delt inn i hhv. høyspennings- og lavspenningsnett, der lavspenningsnettet har spenningsnivåer på 230 V og 400 V. De vanligste systemene i lavspentnettet er IT-nett og TN-nett. I Norge er 230 V IT-nett mest utbredt, mens for resten av Europa er det 400 V TNnett som er foretrukket. Nett-topologien varierer også mellom landene. I Norge brukes maskenett i regionalnettet og sentralnettet, mens for distribusjonsnettet brukes radialnett. I Sverige og Tyskland brukes maskenettstrukturen for tettbygde strøk i distribusjonsnettet, selv om det drives radielt. For mindre tettbygde strøk brukes derimot radialnett.

2. NETTPLANLEGGING 2.1 Smart Grids og distribuert produksjon Et smart nett, Smart Grid, er et fleksibelt elektrisk energisystem der handlingene til alle brukerne av systemet, som produsenter og forbrukere, samordnes på en intelligent måte. Utviklingen av et smart nett innebærer økt bruk av IKT for bl.a. overvåkning, styring og automatisering. Internasjonale avtaler om reduksjon av klimagassutslipp er en viktig «driver» i Smart Grids sammenheng, gjennom ønske om at en større andel av elektrisitetsproduksjonen skal komme fra fornybare kilder. Bruk av Smart Grid teknologi er særlig relevant i distribusjonsnettet. Figur 1 viser hvordan et smart nett kan være utformet. Figuren gir et overblikk over et område med distribuert produksjon, ulike forbrukere og laster, alt kombinert i et smart nett. Figur 1: Overblikk over Smart Grids [1] Utrullingen av nye AMS-målere i Norge åpner mulighet for toveiskommunikasjon mellom forbrukerne og nettselskapene. Dette vil gjøre nettselskapene i stand til å legge prognoser av strømforbruket til kundene basert på sanntidsdata i motsetning til historiske data, samt at sluttbruker kan være en aktiv aktør for energieffektiv utnyttelse av nettet. En mulighet for sluttbruker kan være å flytte noe av forbruket til de tidene av døgnet der strømprisene generelt er lavere. En bedre samhandling mellom produksjon og forbruk vil også kunne avlaste strømnettet, for eksempel ved at elbilen lades når den distribuerte produksjonen er høyest.

2.2 Prosessen ved nettplanlegging Prosessen ved nettplanlegging er illustrert i Figur 2. Det innebærer bl.a. å kartlegge dagens forbruk, forventede endringer i form av ny teknologi eller annen ekstern aktivitet, i tillegg til at leveringskvaliteten alltid må være innenfor rammevilkårene. En teknisk-økonomisk analyse må gjennomføres for å finne det beste alternativet. Figur 2 er hentet fra REN sin «Planleggingsbok for kraftnett» [2], og antas typisk planleggingsprosess for et norsk nettselskap fra kartleggingsfasen til drift, og videre til vedlikehold, fornyelser og reinvesteringer. Figur 2: Prosessen ved nettplanlegging [2] 2.3 Noen erfaringer fra nettplanleggingen i Tyskland Nettplanlegging i Tyskland reguleres av en retningslinje kalt «Nova». En regel er at man alltid skal se på muligheter for å optimalisere eksisterende strømnett før reinvestering og utbygging utføres, for eksempel ved bruk av lastflytting. Grunnen til at Tyskland er ett av landene som blir sammenlignet med Norge i denne rapporten, er at landet har en høy andel distribuert produksjon. Private strømkunder og bønder eier nesten halvparten av den fornybare energiproduksjonen i landet, noe som har skapt enkelte problemer i strømnettet. For å redusere problemene, er det innført regler om at nettilknyttede anlegg må kunne injisere reaktiv effekt om nødvendig, og at anlegg mindre enn 30 kva som ikke kontrolleres av nettselskapene, må kunne begrense produksjonen til 70 % av installert kapasitet for å unngå overlast eller spenningsproblemer. Ellers må anlegg større enn 100 kw kunne kontrolleres av nettselskapene ved hjelp av fjernstyring. For å minske faren for overspenninger ved en høy produksjon

kombinert med lavt forbruk, må alle invertere kunne justere effektfaktoren til 0.9. En annen regel er at spenningsendringen forårsaket av distribuert produksjon må være mindre enn 3 %, og i likhet med Norge må effektivverdien av spenningen alltid holdes innenfor ± 10 % av nominell spenning. Nett-topologien som brukes i Tyskland for tettbygde og ikke tettbygde strøk er vist i figur 3. Figur 3: Illustrasjon av maskenett til venstre og radialnett til høyre [3] I rapporten «Planning the charging infratstructure for electric vehicles in cities and regions» av Wirges, Johannes [4], anbefales det at husholdninger som ønsker elbiler har en sikringsstørrelse på minst 63 A, der sikringen direkte koblet til elbiler er på minst 32 A. Da en oppladning av elbilene alene kan tilsvare mellom 65-90 % av et normalt strømforbruk i en husholdning, er det viktig med en nøye vurdering før disse kan kobles opp på strømnettet. Generelt er forskjellen i tverrsnittet på linjene og kablene i distribusjonsnettet i Tyskland og Norge forholdsvis liten. Derimot benyttes ofte korte linjer i Tyskland, og andelen fordelingstransformatorer er forholdsvis høy. 2.4 Noen erfaringer fra nettplanleggingen i Sverige I Sverige er det vanligste spenningsnivået på det høyspente distribusjonsnettet 10 kv, mens det i Norge hovedsakelig er 11 kv og 22 kv. Som nevnt benyttes maskenettstrukturen for tettbygde strøk, hvor strømnettet er såpass sterkt at en feil ikke vil påvirke leveringssikkerheten, da det resterende nettet er dimensjonert for å kunne forsyne hele lasten. I storbyene brukes en egen «city-struktur», som er vist på figur 4 under. Denne innebærer store transformatorer, og det brukes doble transformatorer og doble linjer. I tillegg er nesten 80 % av det lavspente distribusjonsnettet kablet, mens for det høyspente nettet er det tilsvarende tallet

60 %. Den generelle trenden er at det benyttes en større andel kabler og færre luftlinjer. Figur 4: City-strukturen med doble transformatorer og doble linjer [5] I en studie fra Chalmers Tekniska Högskola [6] anbefales det en større bruk av offentlige ladestasjoner for elbilladning. Dette vil føre til færre ladestasjoner, og nettselskapene vil kunne bygge ladestasjonene hvor kapasiteten er høyest. Enhver økning av størrelsen på hovedsikringen krever at kunden betaler et anleggsbidrag. Dette er en av grunnene til at vanlig sikringsstørrelse til husholdninger er 25 A, mens for leiligheter og fritidshus er vanlige sikringsstørrelser 16 A og 20 A. I Norge tilhører derimot alle sikringsstørrelser under 63 A den samme effekttariffen. En lignende bruk av effekttariffer er tatt opp til høring også i Norge, da dette kan begrense sikringsstørrelsene, slik at påvirkningen hver kunde har på nettet blir mindre. 3. TANKER OM FREMTIDENS DISTRIBUSJONSNETT I NORGE Bruken av IT-nett i stedet for TN-nett i lavspennings distribusjonsnett i Norge utgjør en viktig forskjell sammenlignet med resten av Europa. I en rapport laget av Sweco [7] anbefales ikke å oppgradere eksisterende IT-nett til TN-nett, da det vil føre til store samfunnsøkonomiske kostnader. Disse kostnadene vil sannsynligvis overskride gevinsten knyttet til oppgraderingen. Allikevel anbefales det å dimensjonere reinvesteringene ut i fra en forventning om et fremtidig TN-nett, mens det anbefales at alt av nytt nett bygges som TN-nett. Mulighetene knyttet til endret nett-topologi bør vurderes ved problemer i strømnettet. Om elbilveksten fortsetter som hittil i Norge, bør flere offentlige ladestasjoner bygges, og bruken av lagringsmuligheter kan gi en ønsket effekt i kombinasjon med distribuert produksjon. Det knyttes store forventninger til at økt forbrukerfleksibilitet gjennom innføring av AMS og økt bruk av informasjons- og

kommunikasjonsteknologi skal gi en mer energieffektiv og pålitelig drift av eksisterende infrastruktur, slik at bl.a. investeringer kan utsettes. Installasjon av automatiske trinnede fordelingstransformatorer vil bidra at spenningsverdiene holdes innenfor forskriftenes krav uten at mannskaper må foreta nødvendige manuelle operasjoner, slik det skjer i dag. Dette antas også å utgjøre et viktig bidrag til å oppnå en mer kostnadseffektiv drift av fordelingsnettet. I Sverige har bruken av effekttariffer for sluttbrukere vist seg å være gunstig, en løsning som også bør kunne være aktuell for Norge. 4. PLANLEGGING UNDER ØKENDE USIKKERHET Økende bruk av IKT i distribusjonsnettet, økende andel av distribuert produksjon og elbiler, endring i forbruksmønster og strengere krav til energieffektiv utnyttelse av nettet, fører til en økende usikkerhet knyttet til framtidige lastforhold i nettet. Av dette følger også et behov for smartere nettplanlegging. Det er derfor behov for å utvikle nye metoder for planlegging som tar hensyn til den store usikkerheten i framtidige lastforhold. Dette blir et stor og viktig oppgave for bransjen i årene fremover. 5. REFERANSER [1] Smart Grid. Connected, Efficient and Sustainable Energy. Tilgjengelig fra: http://solutions.3m.com/wps/portal/3m/en_eu/smartgrid/eu-smart- Grid/ (Sitert 05.12.2016) [2] SINTEF Energi AS (2010) Planleggingsbok for kraftnett. Systematikk ved planlegging av kraftnett. Trondheim. [3] KEMA Inc. (2011) Distributed Generation in Europe Physical Infrastructure and Distributed Generation Connection Memorandum #1. [4] Wirges, J. (2016) Planning the Charging Infrastructure for Electric Vehicles in Cities and Regions. Karlsruhe. [5] Engblom, O. og Ueda, M. (2008) Representative testnät för svenska eldistributionsnät. Elforsk rapport. Stockholm. [6] Swedish Smartgrid: Samordningsrådet för smarta elnät (2013) Delårsrapport 2013: Kunskapsplattformen och nuläge i Samordningsrådets arbete. Stockholm. [7] Sweco Norge AS (2015). Vurdering av behov for å sette grenseverdi for minimum kortslutningsytelse i norske lavspenningsnett. Rapport til NVE. Oslo.