Smart Grid på norsk
- Hvordan ser det norske kraftnettet ut i 2030?
Kjell Sand
Institutt for Elkraftteknikk, NTNU
Om du ønsker, kan du sette inn navn, tittel på foredraget, o.l. her.
Kanskje slik?
eller slik?
https://www.ntnu.edu/ime/smartgrids
Innhold
•
•
•
•
•
Smart grid generelt
Distribuert produksjon/ PV/Plusshus
Mikronett
Energilagring
Smart hus/ fleksibilitet
SG innebærer store endringer:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Kraftsystemets arkitektur (fysisk, logisk)
Kraftflyten - last/produksjonsprofiler
Utnyttelse av fleksibilitet i last/forbruk
Mulighetene for overvåking, styring, automatisering
Energilagring - EV
Distribuert produksjon
Mikronett
Verdikjeder og forretningsmodeller
..og krever endringer av spillereglene
SG treffer ulike deler av den elektriske verdikjeden
Produksjon
Transmisjon
Distribusjon
Industri
Kontorer
Boliger
Wide-area monitorering & kontroll
WAMS, PMUs
FACTS, HVDC nett
Overvåking, styring
AMS
Integrasjon intermitterende distribuert produksjon
Energi-/laststyringssystemer for Industri, Kontorer, Boliger
EV ladeinfrastruktur
Energilagring
Sikker integrasjon datasystemer/informasjon & pålitelige kommunikasjonsløsninger
Smarthus teknologi
Noen observasjoner
• Større innslag av variabel, uregulerbar kraftproduksjon som er
vanskeligere å prognosere – småkraft,vind, sol
• Mer variabel last og mer effektintensive apparater – elbil,
gjennomstrømningsvarmere
• Større muligheter til å styre last (og distribuert kraftproduksjon) – smart
hus
• Større innslag av lokale kraftsystem med kraftproduksjon og
energilagre med betydelig reguleringsevne – micro grids – community
energy storage
• Nye aktører og endrede markedsregler/markedsdesign som påvirker
rammevilkårene og forretningsmulighetene til tradisjonelle de
kraftprodusentene - 1 MW redusert last blir sidestilt med 1 MW økning
av produksjon
Eksempel: Fremvekst av nye verdikjeder
Roller endres og nye aktører kommer på banen
Emerging value
chain
Flexibility
utilizers
Trading and
settlement
platform
Emerging
business
opportunity
Traditional value chain
Generation
Transmission
Optimisation
Trading
and trading
Orchestration
and control
infrastructure
Flexibilty
providers
Distribution
Consumption
Ikke-tekniske utfordringer
Direktiver, Lover, Forskrifter…
•
•
•
•
Energiloven
Energieffektiviseringsdirektiv
Elmarkedsdirektiv
Network Codes
• Det er behov for Smart nettregulering
–
I noen markeder får kraftselgere kompensasjon for tapt levering som følge av laststyring
Standardisering et hjelpemiddel
Plusshus PV kommer for fullt
Norway's potential is underestimated.
63o N
Southern part of Norway:
Measurements shows 1240 kWh/m2
Utilization time ca. 1000 hours.
- Cold climate increase efficiency
- Reflection from snow part of the year
- Rain cleans PV panels
PVGIS © European Union, 2001-2012
Solpotensiale
Sted
Årlig innstråling [kWh/m2]
München
1330
Berlin
1260
Oslo
1300
Bergen
Trondheim
901
1020
Typisk systemvirkningsgrad er i dag 11%, Det er ventet at det vil være tilgjengelig
solceller til markedspris med rundt 35% virkningsgrad i løpet av 10 til 20 år.
Øket interesse for PV i Norge
• Nye bygningsforskrifter (Zero Energy
Buildings)
• Kostnadsutvikling for PV
Last/produksjon plusshus
- Masteroppgaver NTNU i samarbeid med Trønderenergi og Powel
400
Aktiv effekt [kW]
350
300
250
200
150
100
50
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Klokken
Last - juni
https://daim.idi.ntnu.no/masteroppgaver/013/13649/masteroppgave.pdf
https://daim.idi.ntnu.no/masteroppgaver/013/13494/masteroppgave.pdf
Produksjon - juni
PV er ustabil produksjon –
(Energilager kan brukes til å gjøre den mer nettvennlig i svake nett)
Målinger
Agder.
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
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)
Forsyningssikkerheten bedres av mikronett ved hjelp
av de lokale energiressursene
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
G
R/X
G
Produksjon
Sentralnett
(420 kV, 300 kV)
<<1
Import/Eksport
Belastning
Regulering av reaktiv effekt av hensyn til
spenning har størst betydning på høyere
spenningsnivå
G
Regionalnett
(132 kV, 66 kV)
Import/Eksport
•
Regulering av aktiv effekt (og reaktiv effekt)
av hensyn til spenning har stor betydning i
lavspenningsnettet
G
Høyspennings
distribusjonsnett
(22 kV, 11 kV)
Lavspennings
distribusjonsnett
(230 V, 400 V)
1
∆𝑈 =
∙ (𝑃 ∙ 𝑅𝑘 + 𝑄 ∙ 𝑋𝑘 )
𝑈𝐿
>1
Elektriske energilagre vil spille en rolle i 2030
Drivere:
• Intermitterende fornybar energi og behov for
tjenester i tilknytning til dette
• Pålitelighet – forsyningssikkerhet
• Spenningskvalitet
• Mikrogrid-utviklingen
– Rural electrification
Mange mulige tjenester fra energilagre
Eksempler på elektriske energilagre
Prisutvikling
- fra ca 600 $/kWh ned mot 100-150$/kWh i 2020/2025
Scenarier
• 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 DG/mikronett)– effekt fra nettet blir
dyrere
• Lønner det seg å ikke være tilknyttet nettet enkelte/mange steder?
Aktive kunder, kundefleksibilitet,
laststyring, fleksibilitetsmarked blir det
mer av i 2030
27
Mulighetene til å
overvåke, styre blir
«uendelige» i 2030
Uttesting av insentiver og løsninger for laststyring i
Smart Energi Hvaler og Demo Steinkjer i DeVID
prosjektet
https://www.sintef.no/projectweb/devid/
• Eksperimentering med ulike konsepter og budskap
• Insentiver
–
–
–
–
–
–
Økonomi
Miljø og sosialt engasjement
Komfort og bekvemmelighet
Trygghet – personlig/økonomisk
Teknologisk interesse
Lokalpatriotisme
Tilbud sendt til tilfeldig valgte husholdinger
Tre ulike budskap
Tre ulike produkter
eWave. Display
Home control
styringssystem.
Tre ulike prisnivåer: 890,-, 2390,- 2990,-
VS Safety.
Styring og kontroll
Måledata innhentet fra nye målere
Snittverdier for vinterperioden 15.1 – 1.4
• Hvaler 2014 vs. 2013
– Testgruppe – nettoreduksjon (temp.korr)
– Kontrollgruppe – nettoreduksjon (temp.korr)
-16,34%
+0,07%
• Steinkjer 2014 vs. 2013
– Testgruppe – nettoreduksjon (temp.korr)
– Kontrollgruppe – nettoreduksjon
-5,3%
0,0%
Statnetts demand response pilot
SYSTEMOPERATØR
NETTSELSKAP
Klasse 3
Klasse 2
Driftssentralsystem
Driftssentralsystem
Load
Control
Load
Control
ELCOM
SLUTTBRUKER
AMS
Front-end
XML / CIM
(IEC 61968-9)
Lastobjekt/
Smart måler
DLMS / COSEM
HTTPS (TLS)
TCP / IP
TCP / IP
TCP / IP
Fiber
Ethernet
GPRS
Informasjonssikkerhet en utfordring
http://vedlegg.nho.no/download/P%C3%A5litelighet%20i%20fremtidens%20kraftnett%20(DEPICT).pdf
Smart Grid arkitektur – IEC (anno 2030?)
http://www.iec.ch/smartgrid/mappingtool/
Arkitektur 2030?
Stakeholder Smart grid domains
Generator
Main IT systems DSO
Smart grid zones/ control
architecture
Large scale generation
Market
TSO
TSO
Control
Centre
Transmission
C
o
n
t
r
o
l
Sub transmission
DSO
Distribution
DSO
Generator
MV Energy storage
Smart dist. substations
EV charging stations
LV DG
LV Energy storage
Smart
home/
Smart
building
P
r
o
t
e
c
t
i
o
n
SCADA
DMS
Grid
automation
Communication
Substation
automation
NIS
MV feeder
automation
MDMS/HES
(CIS)
Dist.
Substation
automation
Smart
metering
Micro grids
ERP
Fleet
managemet
Customers/Prosumers
Load/DG (PV..)/Storage/EV…
Home
automation
Appliances
Smart
appliances
C
I
M
Field tools
I
n
t
e
g
r
a
t
i
o
n
s
Communication
Generator
Communication
MV DG
Data Hub
(TSO)
2030 er elektrisk!
2030 er  ?