Samspillet mellem energisystemerne IDA konference om optimering af fremtidens energisystemer 8. oktober 2014 Solar A/S Anders Bavnhøj Hansen Chefkonsulent, Msc Systemudvikling og elmarked E-mail: abh@energinet.dk 1
Energiforligs-analyserne viser flere retninger Brutto brændsels-forbrug Scenarier El-analyse Gas-analyse Samf. øk. omkostning Integration af energisystemerne vigtigt i alle scenarier men ekstra vigtigt i vind-scenariet! System-integration vigtigt for at gøre vind-scenariet konkurrencedygtigt 2
Værdikæde fra energi-ressource til energitjeneste Energi ressourcer (VE) Vind Solceller Bølge etc. Energi systemer Energi services El tjenester (lys, it, proces, etc...) Biomasse El Gas Opvarmning Køling Bio residual Affald Fjernvarme Bio fuels Proces-varme industri/service Sol varme Geotermi Transport (vej, sø, luft) Uafhængighed af kul, olie 2014-10-08 og naturgas! Forsyningssikkerhed, Omkostningseffektivitet, Energieffektivitet, Fleksibilitet! Samspillet mellem energisystemerne Forsyningssikkerhed, Omkostningseffektivt! 3
Vækst i energitjenester transporten vokser! Sektorer med stort brændstof-behov Behov for brændstoffer til tung transport og fly vokser markant! Elektrificering af opvarmning, proces, let transport vigtigt 4
Indenlandske vedvarende ressourcer til at opnå 100 procent vedvarende energi i 2050 Klimakommissionen, 2010 Bruttoenergiforbrug 2011 Bruttoenergiforbrug 2050 Energiafgrøder Fluktuerende elproduktion 5
Ressourcer i DK til elproduktion - omkostninger excl. net, balancering og integration 6
Vindproduktion og elforbrug i hele Danmark Tre uger i november - 2035 Vind Vindproduktion ud over klassisk elforbrug kan nyttiggøres via: 1. Udlandsforbindelser 2. Nyt (fleksibelt) elforbrug 2035 Elforbrug Nyt elforbrug (Typisk langt mere fleksibelt) Eksempelvis Procesvarme (elektrificering af industri højtemp. Varmepump.) Individuelle varmepumper Store vamepumper (fjernvarme) El til transport Elektrolyse (Power2gas) Manglende vindproduktion til at dække det klassiske elforbrug kan tilvejebringes via: 1. Udlandsforbindelser 2. Indenlandsk (fleksibel) elproduktion 2014-10-08 Samspillet mellem energisystemerne 7
Energisystemet vurderes på de samlede egenskaber Energi-ressource Energi-system EL Energi-tjeneste Varme Gas Flyd. brændstoffer Bæredygtig ressourceanvendelse Integreret energisystem Robust og effektivt (økonomisk og energimæssigt) Minimerede og stabile omkostninger (betalbar forsyning) Systemets evalueres i analysen i forhold til den samlede performance Sandsynlighed for, at der er energitjenester til rådighed til konkurrencedygtige priser, når de efterspørges af forbrugeren uden at Danmark bringes i et uhensigtsmæssigt afhængigheds-forhold til andre lande. 8
Værdikæde fra ressource til energitjeneste Ressource Omlægning til VE Energisystem Energitjeneste Lav omkostning stabil forsyning EL Gas 9
Samfundsøkonomiske omkostninger for alternative drivmidler i 2020 (DKK/person km) Kilde: Alternative drivmidler, Energistyrelsen, feb. 2012 (obs. ny revision publiceres i 2014) 10
Ressourcer og omkostninger til brændstoffer 2030 (obs. kun hvis alt DK biomasse- og affald allokeres til brændstoffer) (2035 pris) (ca. 1/3 af offshore vindpotentiale) (2035 pris) Bruges i dag primært til Varme/KV prod. En stor udfordring at producere tilstrækkeligt brændstof ud fra biomasse ressourcen. En del af potentialet for energiafgrøder mv. er genstand for debat om bæredygtighed. En væsentlig del af bioressourcerne egnet til gas Power2Gas (elektrolyse) kan få enderne til at mødes i forhold til brændstofbehov. 11
Integration af el, gas, biofuel og varme 12
Fleksibilitet i energisystemet eksempel 2035+ Kapacitet i lagring (input el) Energiindhold ved lagring som metan (eksist. gaslager) Investeringspriser iflg. teknologikataloget (2050) i energilager (Energiindhold ved alt. lagring som brint) 0,5 kr/kwh (metan) VP i fjernvarme Sæson-lager 3-7 kr/kwh (varme) Indiv. VP Elbiler Energi-indhold =100 GWh Ellager VRB: 200-600 kr/kwh (el) Sekunder Minutter Timer Dage Uger Måneder 13
Eksempler på lokale/industri gasnet i samspil med gas-systemet Fuld opgradering (CH4) - Electrochaea Lokalt biogasnet (CH4+CO2) Ringkøbing.. Power2 Gas Stort biogas anlæg Industri Kraft- Varme Power2 Gas Kraft- Varme Industri Stort biogas anlæg Lager Hydrogen - Transmission Syntesegas (H2+CO) Pyroneer.. H2 tank Power 2 Gas Industri Term. Forgasn. Biofuel Kraft- Varme Industri Bio2Gas Pyroneer Power 2 Gas Biofuel 14
Eksempel på udviklingsforløb for energisystemet 2014-10-08 Samspillet mellem energisystemerne 15
Analyse af 10 års vind/sol data for DK og Nordeuropa - Hvor stor effekt, hvor længe ad gangen og hvor ofte? 8 7 Sammenhængende periode på 1 uge med højeste residualforbrug ø 6 5 GW 4 3 2 1 Forbrug Landvind Havvind Kystnære Sol Uge med højeste residualforbrug i 10 år. Ingen vind, ingen sol og højt forbrug GW GW h h 0 12. kl. 00 13. kl. 08 14. kl. 16 16. kl. 00 17. kl. 08 18. kl. 16 20. kl. 00 Start: Onsdag d. 12. december 2007 kl. 12 h 7 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 01-10 Maksimalt Maksimalt residualforbrug residualforbrug - dekomponeret -. eksibelt 1 t 3 t 6 t 12 t 1 dg 3 dg 7 dg 1 md 3 mdr 1 år T idsinterval - [h] Maksimale gennemsnitlige residualforbrug i sammenhængende perioder af forskellige længder. Fast Kl. forbrug forb. Kl. Proces afkoblet Proces ivp ivp FVVP FVVP EV EV V2G Worst case analyseret for forskellige intervaller over 10 års vind/sol periode. Hvis fleksibelt elforbrug realiseres ligger særlig udfordring omkring lidt længere perioder 16 med lav vind/sol og højt forbrug (10-15 timer) I disse særlige perioder har lande i større afstand, N, UK, NL ledig kapacitet
Effekt ved elbil opladning hvor langt på en time! Behov for Smart Grid! Opladningseffekt - omregnet til km opladning på en time 3 fase 63 A (44 kw) 291 3 fase 32 A (22 kw) 148 3 fase 16 A (11 kw) 74 1 fase 10 A (2,3 kw) 15 0 50 100 150 200 250 300 350 Km der typisk lades på en time Hvis elsystemet og elbilen kan håndtere effekten kan standardstikket i fremtiden levere 50 km opladning på 10-15 min! Obs hvis elnettet kan levere effekten! 17
Smart Grid: Kapacitet til elbiler og varmepumper Case study i 0,4 kv kabel med 48 parcelhuse et eksempel med en afgrening i nedre kvartil ift. ledig kapacitet Max. kapacitet i kabel 30 varmepumper á 2 kw el samtidig 15 varmepumper eller 4 elpatroner á 7 kw! Værdifuldt at elbaseret varmeforsyning kan tage hensyn til øvrig belastning også fremtidens elbiler Samfundsøkonomisk værdi af Smart Grid til styring af nettet 18
Elproduktion og forbrug DK1 Mandag 7.feb 2011 Opregulering (blå) Day-ahead (grøn) Ned-regulering (gul) 19
Elbiler eksempel på integration i et Smart Grid Forbrug PBA Day-ahead marked Balancemarked DSO Dynamisk tarif mv. via (FBA) Ladestander Datahub Internet etc. Markeds og system information Markedsinfo Design af Ladeschedule Bruger info: ID, Behov, EVtilstand (SoC) Stamdata Elmåling Aggregator Ladeschedule Potentiel dynamisk tarif 20
Sammenfatning Nogle indsatsområder for at udvikle et integreret energisystem Der er meget store VE-el ressourcer (vind mv.) og biomasse er begrænset. Vigtigt at udvikle et energisystem der understøtter vind El til varme (Varmepumper og genvinding) i bolig, fjernvarme, industri og service (højtemp. VP) Elektrificering af transportsektor i takt med udvikling Omsætning af biomasse- og affald til gas/brændstoffer Integreret Power-to-Gas til brændstofproduktion Integration/samspil af VE-gasser i det overordnede gas-system Omkostningseffektiv styring af integrerede energisystemer 21
Tak for opmærksomheden 22