Smart Grid - måske større end internettet

Transkript

1 Smart Grid - måske større end internettet Smart Grid det bygger vi nu Galten 20. februar 2012 Kim Behnke Energinet.dk Sektionschef Miljø, Forskning og Smart Grid

2 Fra Vores Energi til Energiaftale 2012 Regeringens dagsorden: 50 % Vindkraft i 2020 og 40 % mindre CO 2 Stop for kul på kraftværket (og udfasning af oliefyr) mod % VE til el og varme i % VE til hele samfundet i 2050 Smart Grid Strategi Opprioritering af klima- og energiforskning Nogle af de store udfordringer Centrale kraftværker udfases hurtigere og krav om VE-fjernvarme. 5,75 % biobrændstof i benzin og diesel polygeneration behov Hurtigere indfasning af el-til-gas strategien Havvindmølleparker i 600 MW klassen, Kystnære møller og Landmøller Lederskab for Smart Grid udbredelsen Energiaftale 2012

3 Energisystemet skal ændres markant El anvendelsen skal udvides til flere sektorer Energisektorerne skal samarbejdes og sammentænkes Afhængigheden af fossile brændsler skal reduceres El bliver morgendagens væsentligste energibærer Vind og biomasse som væsentligste energikilder Fleksibelt forbrug til at følge fleksibel produktion Andel elektricitet i dag Andel elektricitet i fremtiden Transport Produktion Varme Køling Services Belysning Transport Produktion Varme Køling Services Belysning Transportsystem for El, Varme og Gas Transportsystem for El, Varme og Gas Energi omsætning Energi omsætning Kul og olie Naturgas Vind Biomasse VE-gas Sol Kul og olie Naturgas VE-gas Biomasse Vind Sol Energi levering i dag Fortiden Fremtiden Energi levering i fremtiden 25 % vindkraft i elsystemet i % vindkraft i elsystemet i 2020 udgør 18 TWh/år kræver elektrificering Men 50 % vindkraft er kun en trædesten på vej mod 100 % vedvarende energi 100 % VE i elsystemet i 2035 kræver omsætning af el til VE-gas 100 % VE i hele energisystemet i 2050 kræver et kæmpe paradigmeskifte

4 Den danske dagsordens udfordringer I 2011 har vi 35 % VE i elsystemet, heraf 25 % vindkraft Centrale kraftværksblokke bliver lagt i mølpose 750 decentrale kraftvarmeværker de fleste på naturgas I 2020 vil der være over 50 % VE i elsystemet, hovedparten fra vindkraft nye havvindmølleparker Hvorfra skal de resterende 50 % elforsyning komme? Flere udlandsforbindelser Mange Centrale kraftværksblokke er lagt i mølpose Decentrale kraftvarmeværker leverer systemydelser til elnettet El omsættes til varme og transport (elbiler) Smart Grid er udbredt I 2035 vil vi have 100 % VE i elsystemet vind og biomasse Massive udfordringer fra vindkraft produktionen Lagring af el og omsætning af el til VE-gas

5 Udfordring fra vindkraft med 50 % i Et illustrativt eksempel fra Danmark I dag (2012) I morgen (2020) % vindkraft 20% wind power % vindkraft Vindkraft Forbrug Vindkraft Forbrug Vindkraft dækker hele elforbruget i ca. 200 timer om året i Vest Danmark I fremtiden kan vindkraft overskride forbruget i mere end timer om året Effektiv integration af vindkraft ved hjælp af tre virkemidler: Robust transmissionsnet og stærke udlandsforbindelser Sammenhængende energisystemer med stor fleksibilitet Intelligent styring med anvendelse af Smart Grid

6 Energinet.dk elsystem prioriteringer Produktion Virkemidler 50%? 50% vind + + Robust transmissionsnet, stærke udlandsforbindelser og markedsdeltagelse Fleksibilitet i forbrug og produktion gennem samspil mellem energisystemer Smart Grid med effektiv styring og regulering af elsystemet

7 Udlandsforbindelser planlagte og kommende Skagerrak MW - HVDC NO-DK1 Anholt MW Wind farm offshore COBRA 700 MW - HVDC NL-DK1 EC co-funding Kriegers Flak 600 MW Wind farm offshore 600 MW - HVDC DE-DK2 EC co-funding

8 Power balance 2009 Central power plants Local plants 1,000 / 950 MW 680 / 740 MW West: Peak load Wind turbines 1,400 3,700 MW Central power plants 3,600 MW Local CHP units 1,800 MW Wind power 2,400 MW 4,200 MW 1,300 / 1,700 MW East: Peak load Central power plants 900 2,700 MW 3,800 MW Local CHP units 650 MW Wind power 750 MW 1,400 MW Many annual hours, where RE covers the entire demand 950 / 1,500 MW 550 MW

9 Udnyttelse af VE Nyt paradigme: Forbrug skal følge produktion 50,5 Hz 50,0 Hz Elproduktion Elforbrug 49,5 Hz Effektbalance i elsystemet, også med 100% af forbruget dækket af VE-baseret el. Traditionelt har produktionen fulgt forbruget.

10 Elsystemets anatomi Der skal leveres mere end energi og effekt ellers virker et AC elsystem ganske enkelt ikke Levering af Energi Effekt Systemydelser Centrale Kraftværker Decentrale kraftvarmeværker Vindmøller Havvindmølleparker Udlandsforbindelse HVDC Udlandsforbindelse VSC Synkron - kompensator FACTS komponenter DC/AC inverteret produktion Forbrug Balancering MWh (energi) MW (effekt) MVar (reaktiv effekt) Volt (spænding) Lokalt Lokalt Lokalt MVA (kortslutningseffekt) Inerti Hz (frekvens)

11 Smart Grid er fremtiden Smart Grid brikker til fremtidens VE baserede elsystem

12 Hvad skal Danmark med Smart Grid? Smart Grid er fremtidens intelligente elsystem, hvor elproduktion og elforbrug styres og reguleres for at udnytte vedvarende energi bedre og optimere markedsbetjeningen. Smart Grid er ikke et produkt, men kombinationen af tusinder af små og større produktions- og forbrugsenheder, der samarbeder gennem kommunikations og IT systemer. Smart Grid er en global satsning fra Sydkorea og Singapore til USA og Europa. I Europa, og særligt i Danmark, angår Smart Grid integrationen af vedvarende energi i elsystemet. Smart Grid er et af flere virkemidler til opnåelse af de danske klimaog energipolitiske mål om at have 50 % vedvarende energi i elsystemet i Smart Grid bliver demonstreret på Bornholm i form af EcoGrid EU projektet prototypen på fremtidens elsystem.

13

14 Komplet kortlægning i Danmark af Smart Grid projekter Energinet.dk og Dansk Energi har i 2010 analyseret den samfundsøkonomiske nytte af Smart Grid, med en gunstig økonomi for Danmark. Dansk Energi og Energinet.dk har kortlagt alle danske Smart Grid projekter, igangværende og nyligt afsluttede, i Der er 108 projekter. De danske projekter har fokus på integration af vedvarende energi samt styring og regulering af elsystemet. Der er gennemført en gap-analyse af Smart Grid udviklingen i Danmark behov for elsystemet er kortlagt. Der mangler incitamenter til at markedsaktørerne, serviceudbydere og kunder bliver aktive dele af Smart Grid udviklingen.

15 Rapportering fra Ministerens Smart Grid Netværk Rapporter tilgængelige fra 23. oktober 2011 på

16 Smart Grid hvad mangler vi i Danmark? El-net Kommunikation Drift og overvågning Serviceudbyder Markeder Kunde Produktion Smart Grid Transmission Distribution

17 Hvad betyder Smart Grid for dig og mig? De vigtigste første elementer vi vil opleve fra Smart Grid Smart Meter ny digital elmåler Styringsenhed prissignaler og automatik Solceller de første prosumer Varmepumper det fornuftige valg Elbiler nu kommer de Hårde hvidevare der selv kan kommunikere

18 Smart Meter ny digital elmåler Måle elforbruget f.eks. hvert 5 minut Mulighed for at deltage i flere elmarkede Automatisk aflæsning Eksempler

19 Styringsenhed prissignaler og automatik Central for overvågning af hjemmet Modtage og reagere på prissignaler Automatisk styring af temperatur, lys osv. Eksempler

20 Solceller de første prosumer Produktion af ejendommens elforbrug Mest produktion midt på dagen = producent Ingen produktion aften og nat = konsument Eksempler

21 Udvikling i installeret effekt Produktionen fra 11 MW solceller udgør ca. 0,03% af elforbruget (850 årstimer) I Tyskland udgør produktionen ca. 2 % af elforbruget 2012 fortsætter væksten (jan. ca. 550 anlæg mod nov. og dec. ca. 350 anlæg)

22 Varmepumper det fornuftige valg Skrot dit oliefyr kampagne med tilskud - gav nye varmepumpeanlæg i Danmark Tjenes hurtigt hjem olieprisen er igen over $ 100 pr. tønde Vand til vand løsninger giver det bedste resultat Eksempler

23 Elbiler nu kommer de Elbiler er afgiftsfri indtil udgangen af bliver de store år for rigtige elbiler Der er jo også hybrid-biler, men de er med afgift! Eksempler

24 Hårde hvidevare - der kan kommunikere Masser af nye modeller på vej men standarder mangler Vaskemaskiner, dybfryser, opvaskemaskine mest oplagt Første omgang kan en særlig adapter være løsningen Eksempler

25 Smart Grid Danmark har fornem position Celleprojektet, (Tarif) Automatisk kontrol af et lokalt elsystem Smart Grid Forskningsresultater i verdensklasse EcoGrid EU projekt, (FP7 ENERGY co-funding) 15 pan-european partners Fuld skala Smart Grid prototype på Bornholm TWENTIES, (FP7 ENERGY co-funding) 26 pan-european partners Transmission system drift med stor udbredelse af vindkraft og andet VE i Smart Grid netværk med udvikling af innovative værktøjer og integreret energi løsninger EDISON, (ForskEL) Udvikling af elbil infrastruktur Electric vehicles in a Distributed and Integrated market using Sustainable energy and Open Networks I alt over 100 igangværende Smart Grid relaterede projekter i DK

26 EDISON det store danske elbil projekt Electric vehicles in a Distributed and Integrated market using Sustainable energy and Open Networks

27 Smart Grid aspekt: Kapacitet til ladning af elbiler Case studie i 0,4 kv kabel med 48 private huse hos NRGi-Net, Horsens Max. kapacitet i kablet 3 elbiler lader på samme tid med 16 A 3-faset i kogetimen 18:00!! 65 elbiler kan oplade deres daglige forbrug, hvis fordelt mellem 16:00 og 7:00 Høj værdi ved Smart Grid løsninger til balancering af nettet!

28 Vind til Varme integration Årlige gennemsnit vindproduktion sammenholdt med varmebehovet (over 10 år) Vind til varme integration med små og store varmepumper samt el til fjernvarme

29 El i fjernvarmen Unikke danske positioner Kraftvarme Samproduktion af el og varme Vindkraft Store mængder miljøvenlig el Fjernvarme Energisystem for lager og opsamling af energi 60 % af boligerne i Danmark opvarmes med fjernvarme

30 I fremtiden får vi også små fleksible forbrugere! Store potentiale for varmepumper i områder uden kollektiv varmeforsyning Fjernvarme Naturgas Oliefyr i område IV (potentielt varmepumpe) Kilde: BBR og ENS Energidata (

31 Tilbygget Open Source udstyr Presentation & visualization Commercial players My E-home Power company 3. part Management & control Commercial players XML Weather forecast Power system signals Etc. Balance responsible ESCO XML On-line Communications server Clearing house Homeautomation Time series Basic data Signals from the house Home automation Gadgets XML VPN tunnel Controlling box XML Heat pump Grid company Main electricity meter Hot Water Heat Pum p Heating

32 Heat pump Presentation & visualization Commercial players My E-home Power company 3. part Management & control Commercial players XML Weather forecast Power system signals Etc. Balance responsible ESCO XML On-line Communications server Clearing house Homeautomation Time series Basic data Signals from the house Home automation Gadgets XML VPN tunnel Controlling box XML Grid company Main electricity meter Beregnet COP Varmt brugsvand Rumopvarmning Elforbrug Temperatur ude/inde Vejrudsigter Elpriser Start/Stop Management Data arkiveres hver time

33 Celleprojektet Smart Grid i verdensklasse Pilot Cell: Holsted 60 kv Net Installeret CHP: 37 MW Installeret vindkraft: 39 MW Spidslast: 61 MW 150/60 kv Trans: 100 MVA 33

34 Vindmøller, kraftvarmeværker og lidt ekstra

35 150 kv Input Cell Controller Output 60 kv 60 kv 60 kv 60 kv 10 kv 10 kv 10 kv 60 kv 60 kv 60 kv 10 kv 10 kv 60 kv 10 kv

36 Cell Controller Architecture Layered control hierarchy using distributed agent technology and high speed fiber network Each agent consists either of an industry CPU, a high-end RTU or an intelligent meter Agent Level 4 DNO SCADA Agent Level 3 (150/60 kv Substation) Agent Agent Agent Level 2 (60/10 kv Substations) Agent Agent Agent Agent Level 1 (Assets) Agent Agent Agent Agent Agent Agent Level 0 (Units) Virtual Power Plant

37 Market Operation and Voltage Control - first Market then technical control Cell Controller DNO Voltage Control Market Operation

38 EDISON og Celle Controller til Bornholm

39 DENMARK Energinet.dk (Initiator) Østkraft Center for Electric Technology, DTU Siemens IBM Landis+Gyr NORWAY SINTEF ER (Coordinator) BELGIUM ELIA EANDIS (+ORES) Bornholm ESTONIA Tallinn University of Technology (TUT) GERMANY EnCT Siemens AG* THE NETHERLANDS ECN TNO SPAIN Tecnalia AUSTRIA Austrian Institute of Technology (AIT) PORTUGAL EDPD SWITZERLAND IBM Zrl* Siemens, CH*

40 Roles of the Partners Strong Industrial Participation Wide DSO/ TSO Experience High Industrial RD&D Competence Smart Grids Experts 40

41 Strong Partners Multiple project participation TWENTIES, SUSPLAN, EFFLOCOM, ESMA TWENTIES, EWIS, SAFEWIND, SUPWIND, Reliance, More Microgrids, IEA ENARD, Cell Controller, EcoGrid DK EDISON, PVIB, PowerLabDK, More Microgrids, DFR, PowerFlex PowerLabDK, EcoGrid DK, More Microgrids, EDISON, DFR, PowerFlex, SEESGEN-ICT EDISON, FENIX, TWENTIES, E-Energy EDEMA OPTIMATE, Reliance, EWIS, TWENTIES, Belpex More Microgrids, FENIX, ADDRESS, OPTIGES, GAD, ReDes2025 DISPOWER, ENIRDGnet, DGFACTS, SOLID-DER, DERlab, PV-MISP, MetaPV, DG DemoNetz, ISOLVES-PSSA INTEGRAL, SmartHouse/SmartGrid, FENIX, µchp VPP, BUDMOD, IRED-DER, DISPOWER EU-DEEP, ADDRESS EDISON, PowerLabDK E-Energy SmartWatts, E-Energy etelligence, emotivation Phare CBC, NER, NEEDS, DESIRE, INTERREG More Microgrids, InvoGrid, OpenNode CoreGRID IDEM, AMFIS, CHIMENE, TIMELY, INTEGRAL, HS-COMPONENTS, OSIM The EcoGrid EU project has strong relation and experience from other Smart Grids and related projects also EU FP6 and FP7 projects 41

42 Bornholm a Unique Test Site Strong political commitment & public support Demonstration in a real system with 50 % RES High variety of low carbon energy sources Several active demand & stationary storage options Operated by the local municipal owned DSO, Østkraft Eligible RD&D infrastructure & full scale test laboratory Interconnected with the Nordic power Market

43 Hvad indgår i Bornholm demonstrationen? El produktionsanlæg 30 MW Vindkraft 16 MW Kraftvarme (biomasse) 2 MW Biogas 3,2 MW Photovoltaic (solceller) EcoGrid EU er fuldskala demonstration og prototype af et realtid marked med et bredt miks af distribuerede vedvarende energi Forbrug og lagring Intelligent af eludstyr hos forbrugerne Elbiler Varmepumper med intelligens Mikro kraftvarme Energilager bl.a. i fjernvarme Synergi med andre Bornholm Smart Grid aktiviteter. F.eks. Elbiler og deres infrastruktur (EDISON), varmepumper hos private, nye solcelleanlæg og demonstration af 200 smart varme/køling med frekvens kontrol

44 Hvad er et realtid marked? Kvantitet Regulatin g power market Market-based operation Direct control EcoGrid Realtime Market EcoGrid EU realtid markedet vil blive en integreret del af det eksisterende elmarked og understøtte behovet for direkte kontrol mulighed med meget kort varsel AGC/LFC/ Frequencycontrolled reserves Inertia Dage Timer Minutter Sekunder Nu Tids skala Volatility

45 2000 participating customers in the demonstration PV PV EV FC Reference Group 200 households with a Smart Meter No access to specific information or Smart Appliances Self-helpers households with a Smart Meter Receiving market price information and prognosis Manual change of energy consumption Semi-advanced 700 semi automated households with a Smart Meter Installation of 1-2 groups of appliances for automat response to market price signal and prognosis All houses have installed heat pumps or electric heating Advanced 500 fully automated households with a Smart Meter Installation of multiple connected appliances all with automated response to price signals Response to remote control Smart businesses 100 commercial or public buildings with a Smart Meter Including small business energy units Medium large Smart Appliances All Smart Meters are Landis + Gyr with 5 min reading

46 Cell Controller applied in the EcoGrid EU project Wind turbines CHP units DR Large consumers Already existing or tested DSO/DNO delivering Cell Controller Technical Balance Responsible Party Market Aggregator New at EcoGrid EU Gateway Gateway Gateway

47 EcoGrid EU nøgleprojekt for Smart Grid DK er langt med udviklingen af de tekniske løsninger til Smart Grid Vi mangler at demonstrere løsninger i fuld skala EcoGrid EU demonstrere 50 % vedvarende energi i elsystemet Der er vækst inden for etablering af husstandsanlæg (sol og vind) EcoGrid EU har fokus på inddragelse af forbrugssiden husstande, erhverv og offentlige kunder gøres aktive på Bornholm Der skal fortsat udvikles inden for kommercialisering og kunderelaterede service produkter Elbiler og varmepumper er de danske hjørnestene i Smart Grid udviklingen der hjælper med balancering af vindkraften Bornholms mange Smart Grid aktiviteter med EcoGrid EU projektet som omdrejningspunkt løfter udviklingen i Danmark og skaber massiv international interesse

48 Standardiseret kommunikation konkret! Behov for fælles informationsmodel for hele branchen Behov for samarbejde i CENELEC m.v. om danske ønsker ENTSO-E og EC kæmper hårdt for europæiske Network Codes mfl. Energinet.dk omsætter til Tekniske Forskrifter/ Vejledninger i DK 2 konkrete eksempler Kraftvarmeværkerne CHPCOM Samarbejde med Dansk Energi, Dansk Fjernvarme og FDKV om at udstyre udvalgte værker (mindre end 50 MW) med hele IEC pakken Balanceansvarlige inddrages forløb i 2012 og 2013 Elbilområdet EVCOM Igangværende arbejde for kommunikation med ladestandere osv. EURISCO er nøgleaktør. Samarbejder med EDISON, Better Place og ChooseEV

49

50 Kraftvarmeværker på vej til at blive Smart Grid Ready i 2020 Akkumulering El patron FJERNVARME ELMARKEDET Kraftvarmeværk Generator Styring ~ Data Data El Køb Internettet Måling Balanceansvarlige Levering af ydelser Systemansvarlig Fremtidig mulighed El salg Levering af systemtjenester til elnettet Åbne standarder IEC Netvirksomheder Lokale ressourcer til styring af lokale net

51 Vi er # 1 i Europa med Smart Grid udviklingen Europa Kommissionens Joint Research Centre har kortlagt alle Smart Grid aktiviteter i Europa i Danmark er # 1 med 22 % af projekterne. Tyskland følger efter med 11 % Smart Meter (udskiftning til nye elmålere) er ikke indberettet som Smart Grid projekter i Danmark modsat en række lande. Rapporten fremhæver flere danske projekter f.eks. Celleprojektet og EcoGrid EU projektet som Next Step projekter, som tegner fremtiden Danmark har projekt-budgetter på 140 mio. Der er fortsat store udviklingsbehov, hvis positionen skal fastholdes!

52 Energinet.dk læs mere på

53 Tak for opmærksomheden

54