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 BoligerWide-area monitorering & kontroll

WAMS, PMUs

FACTS, HVDC nett

Overvåking, styring

AMS

Energi-/laststyringssystemer for Industri, Kontorer, Boliger

EV ladeinfrastruktur

Integrasjon intermitterende distribuert produksjon

Sikker integrasjon datasystemer/informasjon & pålitelige kommunikasjonsløsninger

Smarthus teknologi

Energilagring

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

Generation Transmission Trading Distribution Consumption

Flexibilty

providers

Flexibility

utilizers

Orchestration

and control

infrastructure

Trading and

settlement

platformTraditional value chain

Emerging value

chain

Optimisation

and trading

Emerging

business

opportunity

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

PVGIS © European Union, 2001-2012

Norway's potential is underestimated.

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

Plusshus PV kommer for fullt

63o N

Solpotensiale

Sted Årlig innstråling [kWh/m2]

München 1330

Berlin 1260

Oslo 1300

Bergen 901

Trondheim 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.

• Nye bygningsforskrifter (Zero Energy

Buildings)

• Kostnadsutvikling for PV

Øket interesse for PV i Norge

Last/produksjon plusshus- Masteroppgaver NTNU i samarbeid med Trønderenergi og Powel

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Aktiv e

ffekt [k

W]

Klokken

Last - juni Produksjon - juni

https://daim.idi.ntnu.no/masteroppgaver/013/13649/masteroppgave.pdf

https://daim.idi.ntnu.no/masteroppgaver/013/13494/masteroppgave.pdf

PV er ustabil produksjon –(Energilager kan brukes til å gjøre den mer nettvennlig i svake nett)

Målinger

Agder.

Mikronett – definisjon – IEC/TS 62898-1 (CD-

utkast)

• 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 mikronettKilde: 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

• Regulering av reaktiv effekt av hensyn til

spenning har størst betydning på høyere

spenningsnivå

• Regulering av aktiv effekt (og reaktiv effekt)

av hensyn til spenning har stor betydning i

lavspenningsnettet

Produksjon

Sentralnett(420 kV, 300 kV)

Import/EksportBelastning

Regionalnett(132 kV, 66 kV)

Import/Eksport

Høyspenningsdistribusjonsnett(22 kV, 11 kV)

Lavspenningsdistribusjonsnett(230 V, 400 V)

G

G

GGG

G

Produksjon

(420 kV, 300 kV)

Import/EksportBelastning

(132 kV, 66 kV)

Import/Eksport

Høyspennings

(22 kV, 11 kV)

Lavspennings

(230 V, 400 V)

Produksjon

(420 kV, 300 kV)

Import/EksportBelastning

(132 kV, 66 kV)

Import/Eksport

Høyspennings

(22 kV, 11 kV)

Lavspennings

(230 V, 400 V)

G

G

GGGGGG

G

R/X

∆𝑈 =1

𝑈𝐿∙ (𝑃 ∙ 𝑅𝑘 + 𝑄 ∙ 𝑋𝑘)

<<1

>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

prosjektethttps://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

Tre ulike produkter

Tilbud sendt til tilfeldig valgte husholdinger

Home control

styringssystem.

VS Safety.

Styring og kontroll

Tre ulike prisnivåer: 890,-, 2390,- 2990,-

eWave. Display

Tre ulike budskap

Måledata innhentet fra nye målere

Snittverdier for vinterperioden 15.1 – 1.4

• Hvaler 2014 vs. 2013

– Testgruppe – nettoreduksjon (temp.korr) -16,34%

– Kontrollgruppe – nettoreduksjon (temp.korr) +0,07%

• Steinkjer 2014 vs. 2013

– Testgruppe – nettoreduksjon (temp.korr) -5,3%

– Kontrollgruppe – nettoreduksjon 0,0%

Statnetts demand response pilot

Lastobjekt/

Smart måler

AMS

Front-end

Load

Control

XML / CIM

(IEC 61968-9)

Load

Control

HTTPS (TLS)

TCP / IP

Ethernet

ELCOM

TCP / IP

Fiber

DLMS / COSEM

TCP / IP

GPRS

Drifts-

sentral-

system

Drifts-

sentral-

system

SYSTEMOPERATØR NETTSELSKAP SLUTTBRUKER

Klasse 3 Klasse 2

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/

Market

DMSGrid

automation

Substation

automation

MV feeder

automation

Dist.

Substation

automation

Smart

metering

Smart

appliances

NIS

ERP

MDMS/HES

(CIS)

SCADA

Large scale generation

Transmission

Distribution

Customers/Prosumers

P

r

o

t

e

c

t

i

o

n

Micro grids

Smart dist. substations

EV charging stations

MV DG

Load/DG (PV..)/Storage/EV…

MV Energy storage

LV DG

LV Energy storage

Home

automation

Appliances

Smart grid domains Smart grid zones/ control

architecture

Main IT systems DSO

Field tools

Fleet managemet

CommunicationI

n

t

e

g

r

a

t

i

o

n

s

Co

mm

un

ica

tion

Co

mm

un

ica

tion

TSO

Control

CentreC

o

n

t

r

o

l

Data Hub

(TSO)

C

I

MSub transmission

DSO

TSO

Smart

home/

Smart

building

Stakeholder

Generator

Generator

DSOGenerator

Arkitektur 2030?

2030 er elektrisk!

2030 er ?