Lotte Holmberg Rasmussen, R&D Project Manager, Civilingeniør Balancering af energisystemer elmarkedernes rolle for fleksibel gas 15.

Transkript

1 Lotte Holmberg Rasmussen, R&D Project Manager, Civilingeniør Balancering af energisystemer elmarkedernes rolle for fleksibel gas 15. marts 2012 Dansk Gas Forening - Gastekniske Dage Vejle

2 INDHOLD Hvad laver en balanceansvarlig elhandler på gastekniske dage? Om Nordjysk Elhandel Aktører i det danske elsystem Hvad er en balanceansvarlig? Elmarkederne Smart Grid Varmepumpeprojektet Fremtiden udbud og efterspørgsel forretningspotentialer 2

3 SMART GRID Mere vind Fra: Kontrol af produktion Til: Kontrol af forbrug ( og produktion) % vedvarende energi i Danmark I fremtiden bliver der meget mere variabel elproduktion - mest vind Derfor er der behov for: Større elforbrug Intelligent fleksibelt forbrug Strategier for fleksibelt forbrug Kilde: Confederation of Danish Industry: Intelligent Energy Systems a White Paper with Danish Perspectives Flytte forbruget til timer med lave priser meget vind og / eller lavt øvrigt forbrug Balancering af elnettet i driftsdøgnet (Systemydelser f.eks. manuelle reserver) Netbelastninger Det er vigtigt, at der udvikles VPP-løsninger (Virtuel Power Plant) Dvs. at mange produktions- eller forbrugsenheder kan styres som få enheder 3

4 100 % VEDVARENDE ENERGI DER ER BRUG FOR AT KOBLE EL- OG GASSYSTEMERNE 100 % vedvarende energi - Fleksibelt elforbrug gør det ikke alene Strategier til at integrere mere vind Fleksibelt elforbrug Mere transmissionskapacitet til udlandet Fleksibel gas produktion og forbrug Fleksibel vind Hvordan sammenkobles el- og gassystemerne? Lagring af elektricitet o VE-gas-produktion ved hjælp af el når elprisen er lav o Elproduktion på gas når elprisen er høj Anvendelse af gasproduktion og forbrug til (kort- og) langsigtet balancering i elsystemet Både detail- og engrosmarkeder for el og gas 4

5 Nordjysk Elhandel A/S Forretningsområder: Fysisk håndtering af produktion, balance og forbrug, handel med elektricitet (fysisk og finansiel), gas, klima (CO 2 kvoter/kreditter, grøn strøm) 140 medarbejdere. I 2011 omsætning ca. 4 mia. kr. Nordjysk Elhandel blev etableret i 1998 af fire danske forsyningsselskaber. Blev i april 2011 købt af en gruppe lokale investorer. Kunderne inkluderer (januar 2012) Omkring 185 decentrale elproducenter i Danmark, mest gasfyrede kraftvarmeværker, i alt 900 MW Hoveddelen af vindkraften på markedsvilkår i Danmark og flere vindmølleparker i Sverige. Nu også Tyskland. England på vej. I alt 6 TWh vindkraftproduktion årligt 2500 MW elforbugere heraf ca.1000 virksomheder inklusive nogle af største forbrugere i Danmark. Årligt elforbrug 3,1 TWh Klima: Mange CDM-projekter (Clean Development Mechanism) i Afrika, Asien, og Latinamerika plus ETS-projekter (Emmission Trading System) i Europa 5

6 AKTØRER I DET DANSKE ELSYSTEM TSO Transmission System Operator I Danmark Energinet.dk. Også kaldet systemansvarlig Nord Pool Den nordiske elbørs Balanceansvarlige Produktion, forbrug eller handel Netselskaber Ansvarlige for at drive distributionsnettene for elmålerne hos forbrugerne og producenterne. Monopoler. Elhandelseselskaber Ofte lokale, men sælger el over hele landet Forsyningspligtselskaber Forsyner de lokale forbrugere som ikke aktivt har valgt elhandelsselskab Producenter Forbrugere Nordjysk Elhandel 6

7 KOMMUNIKATION I BALANCEN Linket i kommunikationen mellem systemansvarlig TSO (Energinet.dk), forbrugere, producenter og elbørsen NordPool NordPool TSO - Energinet.dk Balanceansvarlig Producenter Forbrugere 7

8 BALANCEANSVARLIGE Har det økonomiske ansvar for at der bliver produceret og forbrugt det der er handlet på NordPool Leverer balanceringsydelser til Energinet.dk regulerkraft, LFC og primære reserver Næsten umuligt at forudse produktion (vind mm) og forbrug præcist Jo større ubalancer jo større ubalanceomkostninger (dog ikke altid) Vinden er oftest den mest betydende parameter i ubalanceomkostningerne 8

9 Elproduktion i de nordiske lande (2008) 9

10 Elmarkederne Dagen før driftsdøgnet er der planlagt perfekt balance mellem produktion og forbrug i hver time i morgen I driftsdøgnet opstår der ubalancer pga. Fejl i vindprognoserne Fejl i forbrugsprognoserne Fejl i indmeldinger Uventet nedetid på produktionsanlæg Uventet nedetid på kabler mellem landene Energinet.dk opretholder balancen i driftsdøgnet gennem forskellige systemydelser Nu mest ved hjælp af produktion I fremtiden også ved hjælp af forbrug f.eks. elbiler og varmepumper Det er Smart Grid

11 THE NORDIC SPOT MARKET IS ONE OF THE WORLDS MOST VOLATILE Nord Pool Spot System Price Dry and cold year Dry spring NOK / MWh EUR / MWh 400 Cold and dry year Dry year Cold year Wet year Wet year

12 EN UGE I ELMARKEDERNE I VESTDANMARK (DK1-JYLLAND/FYN) emd.dk/el 12

13 ELMARKEDER TIL FLEKSIBELT FORBRUG F.EKS. VARMEPUMPER OG GAS (DK1) Spotmarkedet Der handles inden klokken 12 (producenterne (nogle med elkedler) melder ind inden kl. 11) Køb af strøm, enten spot eller blokbud Regulerkraftmarkedet (manuelle reserver) Minimum 10 MW, betaling for rådighed sjældent, ellers for effekt Nedreguleringsbud, hvis forbruget ikke er indmeldt i enten Spotmarkedet Primær markedet Hvis forbruget er indmeldt i spotmarkedet, kan der indmeldes opreguleringsbud Frekvensmarkedet (Primære reserver, DK1) Minimum 0,3 MW, inden kl. 15, betaling kun for rådighed Daglige auktioner 4 timers blokke +/- 27 MW i MHz, Dødbånd +/- 20 mhz Primærregulering ved frekvensafvigelser op til 200 mhz Opretholdes indtil automatisk eller manuelle tager over (max 15 min.) Her tjenes den største andel af pengene ved de fleste elkedelaktører Der købes en lille andel, enten i spot eller balancemarkedet, og der indmeldes en stor andel primær ned. 13

14 ELECTROCHAEA-PROJEKT EUDP-projekt Partnere Electrochaea DK Aarhus Universitet Foulum Nordjysk Elhandel Eon CO 2 f.eks. fra biogas El Reaktor Metan 14

15 INTELLIGENT FJERNSTYRING AF INDIVIDUELLE VARMEPUMPER IFIV Total Tilskud Samlet budget for projektet 7 mio. kr. 5 mio. kr. ForskEL-2010-projekt (PSO-midler) Projektperiode: Partnere: Nordjysk Elhandel, Aalborg Projektleder. Markedsmodeller, afprøvning Neogrid Technologies, Aalborg Softwareudvikling, kommunikation, serverapplikation Aalborg Universitet Institut for Elektroniske Systemer Matematisk modellering, styringsalgoritmer Aros Teknik, Århus Varmepumper, tank, solvarme, bygninger, brugerkontakt EURISCO, Odense Standardiseringsarbejde 15

16 HVAD VAR UDGANGSPUNKTET? Integrering af vind vha. varmepumper Udvikling af VPP (mange styres som én), dvs. aggregering - IT-værktøj til sammenbinding af varmepumpestyring og balanceansvarlig Flytning af forbrug ift. elmarkederne Plan for varmepumpernes kørsel Forbrugernes komfort opretholdes Forretningsmodeller (økonomiske gevinster til balanceansvarlige og forbrugere) Standardisering - informationsmodeller Brugerkontakt / opsætning ift. styring 16

17 VIND TIL VARME STYRDINVARMEPUMPE.DK IFIV KOBLET PÅ DETTE PROJEKT 300 styrebokse onlinemålinger siden marts 2011 Sidste på i begyndelsen af 2012 Adgang til data om vejr og elsystem (prognoser og priser) Måling af Varmepumpens elforbrug Varmeproduktion Forbrugsvand Inde- og udetemperatur Varmetemperatur frem og retur Varmtvandstemperatur - frem og retur Effekt til rumvarme vha. flow Effekt til varmt vand vha. flow Datalogger og styringsplatform som Open Source Al software på styringsboksen, der monteres i installationen er ved at blive gjort tilgængelig som Open Source: Datalogger, API, styringstemplate, simpel webside med grafer, kommunikation med (3. parts) server Software inkl. hjemmesiden på serverløsningen hos Energinet.dk bliver IKKE Open Source - men hele API et og alle data bliver tilgængelige 17

18 HJEMMESIDER Styrdinvarmepumpe.dk Energinet.dk Energistyrelsen DK/FORBRUGOGBESPARELSER/INDSATSIBYGNINGER/VARMEPUMPER/VARMEPUMPERSOMFLEKSIBELTELFORBRUG/Sider/Demonstrationsprojektet.aspx 18

19 19

20 OPBYGNING AF SYSTEM TIL STYRING AF VARMEPUMPER Styrdinvarmepumpe.dk Vejrprognoser El-systemets prissignaler Andre prognoser Data til udvikling og test Balanceansvarlig Liab XML VPP-Server Dedikeret elmåler Balanceansvarligs IT-system Kommunikationsserver VPN tunnel Styreboks AddOn Sensorer Varme pumpe 20

21 RESULTATER Husmodeller Forbruget forudsiges for hver time det kommende døgn Fjernstyring og VPP (Virtuel Power Plant) Analyse, udvikling, dimensionering og demonstration i det virkelige liv af hvordan varmepumper kan intelligent fjernstyres uden komforttab for forbrugerne Dvs. der er udviklet en automatisk fjernstyring af varmepumper som en VPP, dvs. at mange enheder styres som én eller få enheder, set fra den balanceansvarlige. Princippet er direkte styring Balancering I praksis demonstreres, hvordan den balanceansvarlige centralt og automatisk kan kommunikere med varmepumperne, og hvordan de anvendes i elmarkederne Demonstration Løsningerne demonstreres i det virkelige liv med involvering af brugerne. Det vil blive vist, hvor meget varmepumpernes elforbrug reelt kan flyttes Standardiseringsinput 21

22 STYRINGSSTRATEGIER Planlægning af driften i morgen (inden kl. 12, da der skal købes strøm på NordPool) Spotpriserne de kommende dage (prognoser) Varmebehovet de kommende dage o Husets karakteristika: isolering, tidskonstant, varmeakkumulerinsevne enten i tank eller i konstruktion o Antal beboere i huset o Beboernes forbrugsvaner o Beboernes krav til indetemperatur og komfortgrænser over døgnet o Vind, sol og temperaturprognoser for de næste dage Regulering af elforbruget indenfor driftsdøgnet Varmeforbruget afviger det indeværende døgn fra det der blev forudsagt? Som førsteprioritet sikres øjeblikkelig temperatur i huset (indenfor komfortbåndet), og tilstrækkeligt indhold i varmtvandstanken Planen opdateres løbende dvs. + alle parametre under Planlægning af driften i morgen Manuel regulering (15 min.) Opvejning af regulering i dag ift. senere ubalancer og spotpriser i morgen Hvilken diskomfort kan tåles ift. besparelser / fortjeneste? På sigt: Intern balance hos den balanceansvarlige 22

23 HVAD GØR PROJEKTET (HELT) SPECIELT? Forudsigelse af forbruget time for time det kommende døgn for det enkelte hus Prognoser anvendes til at købe el i spotmarkedet (konsekvensen er kendt) Dvs. kendskab til konsekvensen af normaldrift Løbende opdatering af forbrugsplan ift. brugernes komfort Prognose for fleksibilitetsevne for varmepumperne til regulerkraftmarkedet Aggregering i VPP og fuldstændig integrering til balanceansvarliges IT-system Muligheder for videreudvikling 23

24 RESULTATER - UDVÆLGELSE AF HUSENE Først valgte vi nogle meget forskellige huse Nogle er skiftet ud da vi ikke kan styre på dem Der er begrænsningerne i kommunikationsog styringsmuligheder for den enkelte varmepumpe Af 13 kunne kun 4 anvendes Sidst er der kommet 8 nye til som formodentlig kan anvendes Fokushuse (21 stk.) År 1791 til m 2 2 voksne 2 v + 3 børn Mursten udvendigt som regel tunge indervægge De fleste gulvvarme ¾ gulvv. som vigtigste opvarmningsform Halvdelen brændeovn (vanskelige at undgå) Danfoss, Vølund, Bosch/IVT, DVI, ECO Heat og Eviheat Jordvarme undtagen én Få med solvarme Brugvandstank l Enkelte akk.tank ( ) 24

25 KONKLUSION Vi kan forudse forbruget - lægge en plan! Vi styrer og det virker! I virkeligheden! - Uden at det går nævneværdigt ud over komforten (nogle har frosset en lille bitte smule) Ting tager tid endnu mere i den virkelige verden Der er udviklingsmuligheder! Standardisering: Vigtigt at få kommunikation og styringskoncepter ens for alle typer af varmepumper Økonomien er kompliceret og rammerne ændrer sig hele tiden Kommunikationsplatformen er anvendelig til demonstrationsprojekter til at få erfaringer. En ny løsning skal dog udvikles til masse-implementering 25

26 FREMTIDIG UDBUD OG EFTERSPØRGSEL EFTER FLEKSIBELT FORBRUG Fremtiden meget usikker! Markederne ændrer sig Udbud af og efterspørgsel efter systemydelser vil ændre sig Udbud og efterspørgsel vil bestemme fremtidige priser Mere vind Mere fleksibelt forbrug Mere vind > o Større behov for systemydelser (f.eks. regulerkraft) o Større prisdifferencer > Mere fleksibelt forbrug o > Lavere priser for systemydelser og udglatning af spotpriser o >Færre incitamenter til at udvikle fleksibelt forbrug o = Der vil opstå en balance mellem udbud og efterspørgsel o First movers vinder ofte 26

27 FORRETNINGSPOTENTIALER NYE RAMMER Foreløbige beregninger på varmepumper (forbrug 6000 kwh/år) o Lille besparelse ved deltagelse i spotmarkedet ( kr./år) o Dobbelt ved deltagelse i regulerkraftmarkedet Flere skal have del i kagen Men vi SKAL kunne styre nyt forbrug Der er derfor brug for ændrede rammer o Timeafregning! o Mulighed for mindre forbrugeres deltagelse i spot og regulerkraftmarkederne o Dynamiske tariffer og afgifter o Krav til at varmepumper skal kunne styres o Mere konkurrence på detailmarkedet o Netselskabernes deltagelse i Smart Grid for at undgå netforstærkninger o Samspil mellem alle aktører o Demonstrationsprojekter for at vise hvordan vi kan styre varmepumper, elbiler og andet fleksibelt forbrug i markederne o Vigtigt at forbrugerne ikke skal involveres daglig - det skal køre automatisk 27

28 Tak for opmærksomheden Lotte Holmberg Rasmussen Nordjysk Elhandel