Smarte nett/smartgrid Hva er det og hvorfor blir dette viktig? Kjell Sand SINTEF Energi, Inst. Elkraft, NTNU EnergiRike Studentforum 2011 Haugesund 2011-06-24 1
Fremtidens energisystem blir mer elektrisk med større innslag av fornybar energi EU 2020-målene viktigste drivkraft i Europa.
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 3
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. 4
Hvor smart er nettet i dag? Sentral- og regionalnett Smart Distribusjonsnett Ikke særlig smart Kunde/lavspentnett Ikke smart
I mange land er SG-satsingen politisk forankret 10 milliarder danske kroner 6
I Norge vil krav til AMS være en viktig pådriver
SMART GRID et flerfaglig integrasjonsprosjekt Elkraftteknologi IKT (IT telekom, ) Måle- og sensorteknologi Kybernetikk 8
SMART GRID konseptet 9
Noen kjennetegn Øket innslag av distribuert produksjon i høyspennings- og lavspenningsnettet og i installasjonen Øket innslag av ladbare biler og busser Øket samspill med kundenes last Toveis flyt av elektrisk energi, informasjon og styresignaler 10
SMART GRID motivasjon Miljø (omlegging til fornybare energikilder vind sol..) Forsyningssikkerhet Bedre kvalitet og pålitelighet (færre avbrudd) Økonomisk effektivitet Modernisering av kraftsystemet 11
Utviklingen på teknologiområdet er også en viktig driver Ny og billigere tilgang til kommunikasjon og IKT generelt 90% av alle husstander i Norge har tilgang til internett 71% har bredbånd smart phones - apps trådløse teknologier Ny sensor og styreteknologi (bl. a. Smart hus teknologier) Nye teknologier for energilagring (f.eks. superkondensatorer) 13
Smart Grids kan redusere pristopper Høypris-område Lavpris-område NO4 17 desember, 8 januar, 22 februar timer med priser på opp mot 12 kr/kwh NO5 NO3 SE FI En årsak: Stiv etterspørsel manglende forbrukerfleksibilitet NO1 NO2 DK1 DK2 SG utkobling av varmtvannskjeler ville kunnet dempet prisen betydelig for eksempel ned til 1-3 kr/kwh Besparelse for forbrukerne pr time på : 550-200 mill kr. i høyprisområdene 14
Belastningsstyring Industri/kjeler Kursstyring (kontaktorer i sikringsskap) Styring av stikkontakter Styring på apparatnivå 15
Prissignaler og informasjon kan motivere husholdningskunder til energisparing Strømforbruk pr. kvartal for husholdningskunder med ulike kraftavtaler (800 kunder i hver kategori) Hver kurve viser forbruk pr. kraftavtale Tall viser prosentvis forbruks-ndring fra 4. kvartal 2005 til 1. kvartal 2006 1. kvartal 2006: Kaldt og høye priser Kunder med Fastpris med returrett selger strømmen tilbake i høyprisperioder, mens kundene som ikke ser prisen øker sitt forbruk Kunder med kraftproduktet Fastpris med returrett reduserte strømforbruket sitt med 24,5% fra 4. kvartal 2005 til 1. kvartal 2006. Kilde: Forskningsprosjekt Markedsbasert Forbrukstilpasning (SINTEF Energi AS)
1 245 489 733 977 1221 1465 1709 1953 2197 2441 2685 2929 3173 3417 3661 3905 4149 4393 4637 4881 5125 5369 5613 5857 6101 6345 6589 6833 7077 7321 7565 7809 8053 8297 8541 [MWh/h] Varighetskurve Midt-Norge 2010 (Prisområde NO3) 4500 4000 3500 Antall timer med ekstra høy last og fare for ekstra høye priser er beskjedent 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Forbruk inkl. nettap Tilgjengelig produksjonskapasitet vinter
Elektrisk forbruk og produksjon Norge Total 127 TWh (07) Varme: ca 35 TWh Kraftkrevende industri: ca 40 TWh Maksimallast: 23969 MW (6/1-10 time 10) Stort (teoretisk) potensial for tidsbegrenset forbruksreduksjon Industri: ~3000 MW Husholdning og mindre næring: ~1700 MW Produksjon: ~130 TWh (middel), ~50 TWh variasjon mellom tørreste og våteste år 18
Insentiver for forbruksreduksjon Kraftsystemet samfunnet Reduksjon av topplast forbruk (effekt) for å redusere bruk av dyre og forurensende produksjonsenheter, redusere perioder med flaskehalser og utsette investeringer i nettkomponenter. Bidra til balansehåndteringen - spesielt i områder med stor andel fornybar produksjon med liten forutsigbarhet (vind, sol etc.) Redusere energiforbruk i perioder med knapphet Den enkelte forbruker/kunde Pris godtgjørelse Miljøbevissthet 19
Drivkrefter Håndtering av småkraft/distribuert produksjon Integrering av vindkraft 20
Drivkrefter 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 21
Drivkrefter Håndtering av leveringspålitelighet Redusere antall og varighet av avbrudd Styring av spenningskvalitet Bedre kundeservice Varsling av kunder ved planlagte utkoblinger 22
Drivkrefter Håndtering av lading av elbiler/hybridbiler Håndtering av landstrøm til båter 23
Drivkrefter Reduksjon av nett-tap Energitap Norge (ca 10%) 24
Drivkrefter Laststyring for å avlaste nettet i flaskehalssituasjoner og som alternativ til nettinvesteringer 25
Barrierer Nettreguleringen Kompetanse Fordeling av risiko nytte kostnader mellom aktørene 26
The Norwegian Smartgrid Centre www.smartgrids.no SFI /FME NCE Informasjon/kommunikasjon www.smartgrids.no Lab, test- og demonstrasjonsprosjekter Studenter (Prosjektoppgaver, masteroppgaver, eksperter i team...) Norges Forskningsråd Innovasjon Norge/Enova
Trinn 1 i Demo Steinkjer (rødt område) Kundegruppe Antall kwh/år Husholdning 700 11.140.000 Fritidsboliger 1 7.000 Gårdsbruk 1 73.900 Mindre næring 50 1.250.000 Større næring 16 7.629.200 Utkoblbart forbruk Kraftverk 1 3 1.250.000 Totalt 772 21.350.100
Smart Energy Hvaler Fase 1: Utskifting av 6 700 målere til AMS målere og bygge infrastruktur for kommunikasjon.
I Europa er det investert 45 milliarder kr. i Smartgrid-prosjekter de siste 10 år Prognosen for de neste 10 år er 470 milliarder kr. 30
Energidilemmaet i et nøtteskall: