Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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.
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.
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 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
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?
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
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
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?