Koncept for styring af elsystemet

Transkript

1 Koncept for styring af elsystemet - Problemstillinger og indsatsområder i fokus Carsten Strunge, Energinet.dk Nettemadag, Vejle, 24. november 2009

2 Indhold Projektet - Koncept for styring af elsystemet Kort om projektets sigte: Elsystemet i 2025 Udfordringen frem mod 2025 Fremtidens mulige styringskoncept

3 Projektet kort fortalt Skabe fælles forståelse for udfordringerne i Elsystem Identificere behov og fastsætte ambitioner for styring af elsystemet. Identificere synergier og udvikling af robuste og fleksible koncepter på tværs i branchen. Specificere og koordinere planer for rettidig implementering. Verden i 2025 Ultimo 2009 Behov og Ambitioner Koncept Plan

4 Projektets sigte: Elsystemet i 2025 Omverdensscenarier Udfaldsrummet fra scenarierne Elnettet i 2025

5 Energinet.dk s omverdensscenarier Miljø et højt prioriteret hensyn 4 - Grønnevang 1 - Greenville Scenarie 4 Scenarie 1 Primært Primært nationalt internationalt fokus 3 - Blåvang 2 - Blueville fokus Scenarie 3 Scenarie 2 Miljø et lavere prioriteret hensyn

6 Udviklingen i installeret effekt Vindmøller på land 2,9 3,5-4,0 GW Vindmøller på havet 0,3 2,1-4,6 GW Biomasse 1,4-3,8 GW Biogas 0,2 1,0 GW Kul KAD 0 4 GW Olie 0 Naturgas CC 0,8 4,8 GW Gas GT 0,5 3,5 GW Mikro-KV 0 0,4 GW Solcelle 0,8 2 GW Bølgekraft 0 0,5 GW SUM effekt 12,7 12,9 19,2 GW SUM energi 37,4 42,3 55,0 TWh

7 Udviklingen i energiforbrug EL-Erhverv 19,7 26,9 TWh EL-Husholdning (excl. varme) 5,5 11,8 TWh El-Transport (batt.) 4,2 5,6 TWh El-Elektrolyse 1,6 8,2 TWh El-Individuel varme, VP 0,8 1,6 TWh EL-FV VP /el-kedel 0,9 2,3 TWh I alt elforbrug 34,1 36,6 44,3 TWh - heraf klassisk forbrug 27,3 40,1 TWh

8 Det danske elsystem - nu og i fremtiden Bredkær Starbakke Ko nt i-ska n Skag errak Nibstrup Hvorupgård Fredensdal Klim Fjordholme Frøstrup Skansen Håndværkervej Nors Ådalen Vilsted Ferslev Dybvad Vester Hassing Vendsysselværket Ålborg Øst Bedsted Mosbæk Tinghøj Struer Bilstrup Loldrup Tjele Hornbæk Moselund Mesballe Åstrup Tange Horns Rev A 160 MW Idomlund Videbæk Stovstrup Karlsgårde Lykkegård Bredebro Revsing Endrup Ribe Herning Sdr. Felding Holsted Andst Kassø Askær Thyregod Bjørnholt Knabberup Hatting Landerupgård Ryttergård Magstrup Hørning Studstrupværket Mollerup Estrupvej Skærbækværket Enstedværket Trige Malling Graderup Tyrstrup Kingstrup Abildskov Sønderborg Sperrestrupgård Kyndbyværket Ølstykkegård Nr. Asmindrup Bramdrup Hasle Høskov Mårslet Fynsværket Fraugde Stigsnæsværket Kalundborg Asnæsværket Odense Sydøst Svendborg 132 Hejninge Østerholm Torslunde Vestlolland Kirkeskovgård Næstved Valseværket Lyngerup Skibbygård Hovegård Kamstrup Ringsted Rislev Orehoved Radsted Nyrup 132 kv Borup Haslev Fensmark Jersie Spanager Blangslev Bjæverskov Masnedøværket Eskilstrup Idestrup Mosedegård Teglstrupgård Stasevang Allerødgård Gørløsegård Rødby Nysted 165 MW Kontek

9 Udfordringerne frem mod 2025 Udnyttelse af VE Frekvensstabilitet Flaskehalse Spændingsstabilitet Kortslutningseffekt

10 Udfordringerne frem mod 2025 Udnyttelse af VE - Mere fluktuerende elproduktion Frekvensstabilitet - Mere effektiv brug af elmarkederne - Mere inverterbaseret elproduktion Flaskehalse - Mere prisfleksibelt elforbrug Spændingsstabilitet - Større udsving i effekttransport Kortslutningseffekt - Færre store termiske kraftværker

11 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.

12 Mere effektiv brug af elmarkederne Estimeret el til transportformål Normalt forbrug 10/0,4 kv station Kr/MWh MW

13 Balance i markederne 50,5 Hz 50,0 Hz Elproduktion Elforbrug 49.5 Hz Markederne balancerer effekten i elsystemet, så behovet regulerkraftrressourcer i normaldrift minimeres.

14 Rampeproblemet (herunder forholdet mellem elmarked og frekvens) frekvens elforbrug elproduktion Frekvensen er stabil 50 Hz så længe forbrug og elproduktion er balanceret. Falder forbruget pludseligt, kan elproduktionen ikke reagere lige så hurtigt, og dermed vil frekvensen stige indtil elproduktionen igen er balanceret med forbruget (eller omvendt).

15 Mere inverterbaseret elproduktion i fremtiden AC VS. DC AC I dag er produceres størstedelen af vores el på kraftværker med roterende maskiner. Moderne vindmøller er inverterbaseret. Betyder mindre naturlig inerti og mindre kortslutningseffekt.

16 Flaskehalse i lokale net 100 MW gammel transformer 60 kv 60 kv 10 kv 60 kv 10 kv 200 MW nyt forbrug = ~ = ~ = ~ Distributionsnettet er i dag traditionelt dimensioneret til en begrænset samtidighed af det klassisk installerede forbrug. De lokale net er dermed ikke klar til fremtidens nye prisfleksible forbrug som elbiler og varmepumper.

17 Spændingsudfordringen i lokale net 10 kv 10 kv 0,4 kv 10 kv 0,4 kv 10 kv 0,4 kv 0,4 kv Større variation i effekttransporten i lokalnet gør det sværere at fastholde en stabil spænding HVIS ikke spændingen styre mere intelligent.

18 Fremtidens mulige styringskoncept Effektiv effektbalancering Aktiv styring af elnettet Intelligent aktivering af ressourcer

19 Fremtidens mulige styringskoncept Effektiv effektbalancering - Stærkt transmissionsnet (inkl. udlandsforbindelser) - Sammentænkning af energisystemer (i varme, transport og evt. gas) - Forbedret markedsdesign (uden rampeproblemer) - Adfærd (herunder krav, afgifter og incitamenter) Aktiv styring af elnettet Intelligent aktivering af ressourcer

20 Fremtidens mulige styringskoncept Effektiv effektbalancering - Stærkt transmissionsnet (inkl. udlandsforbindelser) - Sammentænkning af energisystemer (i varme, transport og evt. gas) - Forbedret markedsdesign (uden rampeproblemer) - Adfærd (herunder krav, afgifter og incitamenter) Aktiv styring af elnettet - Celleregulatorer parallelt med markedsdrift - Optimering af spænding/var - Fuld kontrol med ressourcer i nøddriftsituatiner - Mulig autonom overgang til område-ø-drift Intelligent aktivering af ressourcer

21 Fremtidens mulige styringskoncept Effektiv effektbalancering - Stærkt transmissionsnet (inkl. udlandsforbindelser) - Sammentænkning af energisystemer (i varme, transport og evt. gas) - Forbedret markedsdesign (uden rampeproblemer) - Adfærd (herunder krav, afgifter og incitamenter) Aktiv styring af elnettet - Celleregulatorer parallelt med markedsdrift - Optimering af spænding/var - Fuld kontrol med ressourcer i nøddriftsituatiner - Mulig autonom overgang til område-ø-drift Intelligent aktivering af ressourcer - Standardiseret kommunikationsprotokoller - Gennemtænkt kommunikationsinfrastruktur

22 150 kv Måle Celleregulator Styre 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

23 Mulig markedsintegration af styringsarkitektur i normaldrift i fremtidens elsystem Markedsaktør A MW Markedsaktør B Niveau 4 (Dist. selskab A) Niveau 3 (150/60 kv station) Niveau 2 (60/10 kv stationer) Niveau 1 (Anlæg/Radialer ) Niveau 0 (DG enheder) ~ ~ ~

24 Celleprojektet er også: Integration af intelligente huse Niveau 3 (150/60 kv station) Niveau 2 (60/10 kv stationer) Niveau 1 (Anlæg/Radialer) Niveau 0 (DG enheder) enheder, bysamfund) Fremtidens hus med intelligent kontrol af solpaneler, varmepumpe, brændselscelle og større forbrugsapparater samt ladestation til elbil Her skal celleregulatoren videreudvikles i Ecogrid.EU

25 Mulig styringsarkitektur i fremtidens elsystem Niveau 4 (Dist. selskab B) Niveau 5 (Energinet.dk) Niveau 4 (Dist. selskab A) Niveau 3 (150/60 kv station) Niveau 2 (60/10 kv stationer) Niveau 1 (Anlæg/Radialer ) Niveau 0 (DG enheder) ~ ~ ~

26 Distributionsnettenes støtte til transmission HVDC NL HVDC NO/SE HVAC SE HVAC DE SC Optimal udnyttelse af ressourcer til støtte for transmissionsnettet. Celleregulatorer yder spændings- og var-støtte til transmissionsnettet på lige for med vindmølleparker, centrale værker, synckronkompensatorer (SC) og FACTS (f.eks. SVC eller STATCOM)

27 Driftsformer i fremtidens elsystem Normal drift Monitering & automatisk systemkontrol Skærpet drift Markedsdrift Spændingsog Varregulering i driftssekund Nøddrift Tvangskørsel Omr-Ø-drift Automatisk spændings-, frekvens- og effektregulering Celler eller transmissionsområder skal drives og styres mere ens i fremtidens elsystem

28 Resume: Koncept for styring af elsystemet 2025 Scenarie - 50% VE / på vej mod uafhængighed af fossile brændsler - Mere inverter-baseret produktion (vind, brændselsceller, solceller ) - Færre centrale kraftværker - Nyt forbrug/energilagre (elpatroner, elbiler, varmepumper ) Problemstillinger - Frekvens- og spændingsstabilitet (mindre inerti, rampeproblematik, effektfluktuationer) - Kortslutningseffekt (færre centrale kraftværker) - Markedsbarrierer (flere lokale flaskehalse ) Fokusområder - Kommunikation (Optimal standardiseret infrastruktur) - Optimal udnyttelse af elsystemet (fra passivt til aktivt) - Intelligent aktivering af distribuerede produktionsressourcer (eksisterende og nye) - Intelligent aktivering af forbrug (eksisterende og nyt) - Nye regulerbare enheder på transmissionsniveau med systembærende egenskaber