Smart grids - hva skjer nasjonalt og internasjonalt? Kjell Sand, SINTEF Energi/NTNU

Smart grids - hva skjer nasjonalt og internasjonalt? Kjell Sand, SINTEF Energi/NTNU

Innhold Hva er Smart grids? Hva er motivasjonen? Hva skjer ute? Hva skjer hjemme?

En viktig drivkraft: Fremtidens energisystem blir mer elektrisk

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 4

En definisjon av SMART GRID Elektriske kraftnett som utnytter toveis kommunikasjon, distribuerte måle- og styresystemer, nye sensorteknologier inkluderer styring av utstyr (last og produksjon) hos nettkundene. 5

Hvor smart er nettet i dag? Sentral- og regionalnett Smart Distribusjonsnett Ikke særlig smart Kunde/lavspentnett I ferd med å bli smart

I mange land er SG-satsingen politisk forankret 10 milliarder danske kroner 7

I Norge vil krav til AMS være en viktig pådriver

SMART GRID motivasjon Miljø (omlegging til fornybare energikilder vind sol..) Forsyningssikkerhet Bedre kvalitet og pålitelighet (færre avbrudd) Økonomisk effektivitet Modernisering av kraftsystemet 9

11 SMART GRID konseptet

SMART GRID et flerfaglig integrasjonsprosjekt - m.h.t. teknologi og.. Elkraftteknologi IKT (IT telekom, ) Måle- og sensorteknologi Kybernetikk/regulering Prosessteknologier Materialer/kjemi (energilagring..) 12

og samfunnsfag, økonomi Medlemmer i kjerneteam SG NTNU SVT og CenSES -Institutt for industriell økonomi IME - Institutt for elkraftteknikk HF - Institutt for tverrfaglige kulturstudier SVT - Institutt for sosiologi og statsvitenskap IME - Institutt for teknisk kybernetikk IME - Institutt for elektronikk og telekommunikasjon IME - Institutt for datateknikk og informasjonsvitenskap IME - Institutt for telematikk IVT- Program for industriell økologi SVT- Institutt for industriell økonomi NT - Institutt for materialteknologi 13

Nye aktører er kommet på banen fordi de ser forretning i SG 14

Kategorier 1. Smart Meter and Advanced Metering Infrastructure 2. Grid Automation Transmission 3. Grid Automation Distribution 4. Integrated System 5. Home application Customer Behaviour 6. Specific Storage Technology Demonstration 7. Other

Ca 220 prosjekt

The total budget of the collected projects over 5 billion Conservative estimates quantify Smart Grid investments by 2020 at 56 billion. og 2050-målene er mye mer ambisiøse enn 2020-målene

Utrulling av AMS utgjør 56% av totalt budsjett De fleste R&D prosjekt er små/medium I følge JRC gjennomsnitt 4.4 million Demonstrasjonsprosjekt gjennomsnitt 12 million Rapporten påpeker viktigheten av demoprosjekt

Konstruksjoner a la The Norwegian Smartgrid Centre støttes The increased complexity of the electricity system requires multidisciplinary consortia to share competencies and reduce risks.

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.

Nok en utfordring til NSC Finally, effective knowledge sharing and the dissemination of best practices among Smart Grid stakeholders are crucial for the success of the European Smart Grid programme. The need for improvements in data collection/exchange, such as through a common structure for data collection in terms of definitions, terminology, categories, and benchmarks, etc. and coordinated project repositories at the national and European levels.

Standardiseringsprosessen i lys av mandatene 490, 441, 468 er viktig for Smart grid utviklingen Mandate Scope Smart Grid Coordination Group (former JWG) EC Reference Group JWG Level EC 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.

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 aktivitet i det planlagte Demo Norge innovasjonsprosjektet 26

Referansearkitektur! 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 Wireline Network Utility Pole DER Powerline Communication Network Storage Building (Residential, Business, Industrial,..) NAN HAN/LAN Micro Grid Wireless Network 27

Utility Office Power Station Utility Data and Control Center (IP/MPLS) Core Network Substation Vehicule Charging Station Wireline Network Utility Pole DER Powerline Communication Network Storage Building (Residential, Business, Industrial,..) NAN HAN/LAN Micro Grid Wireless Network

Hva er et use case Et use case beskriver samspillet mellom involverte aktører og et system, for nå et spesifisert mål Det primære spørsmålet er hva man ønsker å oppnå ikke hvordan 30

31

Use case Balansekontroll i lavspenningskrets basert på målinger hos nettkundene og i nettstasjonen Initiere analyse Beregningsresultat Initier arbeidsordre Oppdrag Innsamling av måledata Beregning av balanse Simulering i NIS Avviksanalyse Aktiv og reaktiv effekt Aktiv og reaktiv effekt spenning Sjekk målere Kundemåler Driftssentral Nettstasjonsmåler Montør Arbeidsordre til montør Rapport fra kvalitetssjekk

Arbeidet er startet 11 PhD/post docs fra IME Smart grid professor (Hafslund) og lab.støtte (NTE) Interne og eksterne prosjekter

I gangværende Smartgridprosjekt etablert i regi av NSC Prosjekt Start Slutt Budsjett (mill NOK) Ansvarlig institusjon Optimal Power Network 2011 2014 12,0 NTNU Design and Operation Fremtidens driftssentral 2011 2015 20,6 NTNU The next generation control centres for Smart Grids Sustainable Grid 2011 2014 17,5 SINTEF Energi Development SusGrid Internprosjekt Smart grids 2011 2013 3,0 (for 2011) SINTEF Energi Demo Steinkjer Fase 1 2011 2012 16,1 NTE Smart Energi Hvaler 2011 Fredrikstad Energinett

Andre relevante gangværende Smartgridprosjekt Prosjekt Start Slutt Budsjett (mill NOK) Ansvarlig institusjon Manage Smart in Smart Grid 2010 2012 17,5 NCE Halden/TietoNorway Dyrøy MicroGrid 20,0 Høyskolen i Narvik ecar elektrifisering av transport 2009 2012 10,6 SINTEF Energi Miljøgevinst ved velfungerende AMS i full skala Optimal infrastructure for seamless integration of distributed generation (OiDG) Smart regions -Avanserte målere og nye tjenester for redusert energibruk EcoGrid EU A Prototype for European Smart Grids 2009 2012 9,4 Energi Norge 2009 2012 12,4 SINTEF Energi 2010 2013 11,2 (EU) Jyväskylä Innovation Ltd 2011 2014 160,0 (EU) SINTEF Energi

Smart grid & Renewable Energy Laboratory er kommet opp et visst nivå, men det er behov for å utvikle dette videre. 36

Line resistances Distribution system Variable MV Line impedanse Line inductanses Flexible line equivalent Substation model Breaker cabinet Line protection Exciter and protection Synchronous generator set DG model 37

Utvikling av FME innen Smart grids Overordnet kraftsystem inklusive utenlandsforbindelser Storskala kraftproduksjon Transmisjon/ Regionalnett Last /Kraftkrevende industri Aktive distribusjonsnett Distribusjonsnett Kommunikasjonsinfrastruktur for nettselskap Forbruk Lokal produksjon EV/PHEV Smarte hus/ passive hus/plusshus Internkommunikasjon for smarthus (HAN ) Styring/ informasjon/ display Markedsordninger Spotmarked/ intradag Regulerkraft - RK Arbeidsoppgaver Planlegging/bygging Kraftsystemplanlegging, systemanalyser Investeringsplanlegging Prosjektering Bygging/logistikk Planlegging av vedlikehold og fornyelse Driftsoppgaver Planlegging av nettdrift Nettovervåking/ nettstyring/ feilhåndtering Kundeservice /informasjon Håndtering av henvendelser fra kunder Tilstandskontroll/inspeksj oner/tilsyn Utføring av vedlikehold/arbeid på nettet Driftsplanlegging av produksjon Produksjons-overvåking/ produksjonsstyring Flaskehals-håndtering AMS-Måling/avregning Tariffer Demand response/dsm./ laststyring

Overordnet kraftsystem inklusive utenlandsforbindelser Storskala kraftproduksjon Transmisjon/ Regional-nett Last /Kraftkrevende industri Aktive distribusjonsnett Distribusjonsnett Kommunikasjonsinfrastruktur for nettselskap Forbruk Lokal produksjon EV/PHEV Smarte hus/ passive hus/plusshus Intern- Styring/informasj kommunikasjon for on/ display smarthus (HAN ) Markedsordninger Spotmarked/ intradag RK Tema Beregnings- /simuleringsverktøy Det er mange FoU tema som er aktuelle Last- og produksjonsprognose ring Økonomisk regulering Leveringskvalitet (pålitelighet/ spenningskvalitet) Driftssentraler Personvern Datasikkerhet Kundeadferd Standardisering Sårbarhet/ beredskap Stabilitet Personsikkerhet/ HMS Miljø /klima (globalt/lokalt) Energieffektivisering Elektrifisering av transport Ny e smart grid teknologier Distribuert produksjon/ Mikronett Nye forretningsmodeller Kommunikasjon AMS -energimåling Instrumentering/ monitorering Automatisering av arbeidsprosesser

Overordnet kraftsystem inklusive utenlandsforbindelser Storskala kraftproduksjon Transmisjon/ Regional-nett Last /Kraftkrevende industri Aktive distribusjonsnett Distribusjonsnett Kommunikasjonsinfrastruktur for nettselskap Forbruk Lokal produksjon EV/PHEV Smarte hus/ passive hus/plusshus Intern- Styring/informasj kommunikasjon for on/ display smarthus (HAN ) Markedsordninger Spotmarked/ intradag RK Teknologier Smart metering/ AMS Nye sensorer for mååling av strøm, spenning, fasevinkler, temperatur, trykk, lyd Power line carrier/plc, fiber, radio, 4G mobil Det er mange teknologier som skal bidra. Vi har betydelig kompetanse i Norge på de fleste av disse. Men det ligger store utfordringer i å koble sammen teknologiene Kommunikasjonsprotokol ler og standarder Energilagring termisk, mekanisk, elektrisk, kjemisk Kraftelektronikk - HVDC, FACTS-motordrifter.. Distribuert produksjon Regulerbare distribusjonstransformatorer, spenningsboostere EV/PHEV/V2G Smarthus-teknologier HAN Home Area Network, Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee.. Overvåknings- og styresystemer, driftssentralteknologier, sentral- og desentralstyring Databaseteknologi Data mining, Mulit agent systems Beslutningsteori, beslutningsstøttteteknologier..

SG er bredspektret, langsiktig og må koordineres også på FoU-siden 2020/2050-målene viser tidsperspektivet FME er et mer langsiktig virkemiddel enn enkeltprosjekter På grunn av sammenhenger og gjensidigheter er det nødvendig å koordinere utover det som er vanlig for KMB- og innovasjonsprosjekter under RENERGI.

En FME innen Smartgrids bør ha fokus på (i prioritert rekkefølge) System Teknikk (også teknikk for å sikre datasikkerhet/personvern) Økonomi (kost/nytte/risiko) Personsikkerhet HMS Miljø Andre FMEer som ZEB,CEDREN og CENSES er aktuelle partnere på noen arbeidspakker Vindkraft bør være utenfor fokusområdet i lys av vind- FMEene, men innvirkningen av vind vil ha betydning for SG