Smart Grid - måske større end internettet

Smart Grid - måske større end internettet Smart Grid det bygger vi nu Kim Behnke Sektionschef Miljø, Forskning og Smart Grid

Energisystemet skal ændres markant El anvendelsen skal udvides til flere sektorer Energisektorerne skal samarbejdes og sammentænkes Afhængigheden af fossile brændsler skal reduceres El bliver morgenagens 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 Grøn gas Sol Kul og olie Naturgas Grøn gas Biomasse Vind Sol Energi levering i dag Fortiden Fremtiden Energi levering i fremtiden 50 % vindkraft i elsystemet i 2025 udgør 18 TWh/år Klimakommissionen og Klimastrategi 2050 prioriterer vindkraft som primære VE Det endelige mål er 100 % VE i elsystemet. Hvordan skal dette elsystem kunne fungere? Hvad skal vi bruge al den ekstra elproduktion til?

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

Sammenhængende energiplanlægning for 2050 allerede nu er der visionære mål Energinet.dk Helhedsorienteret planlægning af el- og gas system: Fire udviklingsspor vurderet (Vind, Bio, CDM, CCS) Vurdering af konsekvenserne for el- og gas infrastrukturen og markederne frem mod 2050 Bidrage til et beslutningsgrundlag, når de overordnede rammebetingelser for det danske energisystem vedtages Energinet.dk Vindsporet Klimakommissionen Det er muligt at drive et elsystem med 100 % VE og vindkraft som hovedkilde med Stærke udlandsforbindelser Vind til varme og transport Klimakommissionen peger på Vindkraft og anden fluktuerende el som den store VEressource Vind til gas konvertering Komplet Smart Grid udrulning

Den danske dagsorden 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 2025 vil der være over 50 % VE i elsystemet, hovedparten fra vindkraft nye havvindmølleparker - 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 2050 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

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.

Energinet.dk elsystem prioriteringer - 2025 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 elsystmet

Fremtiden har brug for kraftvarme og gas CO 2 neutral Gasystemet Biogas opgradering VE-gas forbrug VE-gas produktion Kobling til lager Termisk forgasning Ressourcer Affald Biomasse Sol og geotermi Landbrugs affald El til elektrolyse Kraftvarme og polygeneration Biofuel Højværdi Lagerbart Elsystemet Generator på net Markeds deltager Prosumer Varmesystemet Grøn varme

Yderligere 3000 MW vindkraft i elsystemet vision 2025 MW I dag MW I dag + 3.000 MW 2050? 18 GW vindkraft uge uge 50 pct. vindkraft kræver både stærke udvekslingsforbindelser og en vifte af indenlandske virkemidler

Vind + bølge 18 GW, sol 4 GW) 20000 Elforbrug (klassisk) og Fluktuerende produktion 60 dage Jan-feb 18000 16000 14000 El (MW) 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 1 61 121 181 241 301 361 421 481 541 601 661 721 781 841 901 961 1021 1081 1141 1201 1261 1321 Klassisk elforbrug Vind-Bølge-Sol Behov for høj fleksibilitet i elforbruget!

Energinet.dk elsystem prioriteringer - 2050 Produktion 100 % VE + Virkemidler Robust transmissionsnet, stærke udlandsforbindelser og markedsdeltagelse Fleksibilitet i forbrug og produktion gennem samspil mellem energisystemer + + Smart Grid med effektiv styring og regulering af elsystmet Omsætning af el til gas for lagring i store mængder og senere anvendelse til el

Elinfrastrukturen planlagte og mulige projekter Vindkraften kan balanceres i større område - spredt vindkraft kan give gensidig støtte Forskelle i elsystemer kan udnyttes - stor synergi mellem vindkraft og vandkraft Robusthed giver større driftssikkerhed EU støtte - sikker håndtering af skiftende energitransporter Kriegers Flak 150 m North Sea Grid (COBRA) 86,5 m?

Begreber og definitioner Smart Grid: Intelligente elsystemer, der kan integrere alle tilkoblede brugers adfærd og handlinger både dem der producerer el, dem der forbruger el, og dem der gør begge dele for effektivt at kunne levere en bæredygtig, økonomisk og sikker elforsyning Super Grid eller Electricity Highway: Paneuropæisk elsystem, der på transmissionsniveau og på tværs af grænser kan tilslutte, transportere og optimere anvendelse af vedvarende elproduktion for økonomisk optimering og højere forsyningssikkerhed. Energisystem 2025: Dansk energisystem, hvor elsystemet kobles intelligent med varmesektoren, transportsektoren og gassektoren for samfundsøkonomisk anvendelse af de vedvarende energikilder og uændret høj forsyningssikkerhed. Elsystem 2025: Dansk elsystem, hvor mindst 50 % af elforbruget kommer fra fluktuerende vedvarende elproduktion og hvor samspillet mellem a) Robust transmissionsnet, stærke udlandsforbindelser og europæisk markedsdeltagelse; b) Fleksibilitet i forbrug og produktion gennem samspil mellem energisystemer; c) Smart Grid med effektiv styring og regulering af elsystemet. Koncept 2025: Beskrivelse af, hvordan elsystemet teknisk skal styres 1. Effektiv effektbalancering Paneuropæisk markedskobling og koordination; Aktivering af forbrug; Gradvis ændring af markederne 2. Aktiv styring af elnettet Avanceret tilstandsovervågning og estimering; Aktivering af styrbare ressourcer; Automatisk styring i elnettet 3. Intelligent aktivering og styring af ressourcerne Aggregering og Virtuelle Power Plant; Fleksible styringshierarkier; Agent-teknologi med rollebaseret adgang til ressourcer; Internationale standarder; Fælles standardiseret informationsmodel; markedsmekanismer først, men teknisk aktivering altid mulig

I Danmark arbejder både Energinet.dk og Dansk Energi med Smart Grid-projekter, og der er derfor indgået et samarbejde, som skal sikre bedst ressourceudnyttelse og et solidt resultat Samarbejde om udvikling af Smart Grids i Danmark Både Energinet.dk og Dansk Energis medlemmer arbejder allerede med Smart Grid-projekter I fællesskab dækker Energinet.dk og Dansk Energi over hele forsyningskæden for elsystemet Produktion Transmission Celleprojektet Distribution Salg Et samarbejde er meningsfyldt og hensigtsmæssigt, fordi vi derigennem kan Skabe et entydigt, bredt og samlet perspektiv på Smart Grid Udnytte vores ressourcer bedre Skabe et langt stærkere budskab 14

Smart Grid hvad mangler vi i Danmark? Samarbejde om udvikling af Smart Grids i Danmark Markeder Produktion Drift og overvågning Transmission Smart Grid Distribution Serviceudbyder El-net Kommunikation Kunde 15

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

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

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

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

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

Varmepumper det fornuftige valg Skrot dit oliefyr kampagne 25.000 kr. i tilskud Tjenes hurtigt hjem olieprisen er igen over $ 100 pr. tønde Vand til vand løsninger giver det bedste resultat Eksempler

Elbiler nu kommer de Elbiler er afgiftsfri indtil udgangen af 2015 2011-12 bliver de store år for rigtige elbiler men der er jo også hybrid-biler, men de er med afgift! Eksempler

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

Smart Grid Danmark har fornem position Celleprojektet, 2004-2011 (Tarif) Automatisk kontrol af et lokalt elsystem Smart Grid Forskningsresultater i verdensklasse EcoGrid EU projekt, 2011-2015 (FP7 ENERGY co-funding) 15 pan-european partners Fuld skala Smart Grid prototype på Bornholm TWENTIES, 2010-2014 (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, 2009-2012 (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

Elektricitet til transport = Stor CO 2 reduktion

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!

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

Road-map - eksempel 2011 2012 1. Simpel ladning: Ingen kommunikation og kontrolsignal op til 16 A 2. Standardiseret stik og kommunikation: 32/63 A, 3-faset elbils-stik med kommunikation 3. Markeds-integreret ladeinfrastruktur: Åben infrastruktur der understøtter frit valg af flådeoperatør (3.parts adgang) Vehicle Owner Vehicle User Communication Controller Vehicle Charge Spot Communication Controller Charge Spot Meter Clearing House Web- Frontend Grid Operator Electricity Supplier 4. System-integreret (Smart Grid aspekter): Som 3 + understøtter el-systemydelser (regulerkraft mv.) og hensyn til netbegrænsninger mv. Elproduktion Elforbrug 4 5. System-integreret (Smart Grid) med V2G: Som 4, men levering af effekt fra elbil til net (V2G)

Celleprojektet Smart Grid i verdensklasse Pilot Cell: Holsted 60 kv Net Installed CHP: 37 MW Installed Wind power: 39 MW Peak load: 61 MW 150/60 kv Trans: 100 MVA 29

Vindmøller, kraftvarmeværker og lidt ekstra

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

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

Market Operation and Voltage Control Cell Controller DNO Voltage Control Market Operation

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

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

I fremtiden får vi også mange små fleksible forbrugere! Store potentiale for varmepumper i områder uden kollektiv varmeforsyning Samarbejde om udvikling af Smart Grids i Danmark Fjernvarme Naturgas Oliefyr i område IV (potentielt varmepumpe) Kilde: BBR og ENS Energidata (www.ens.dk) 36

Pilot Project on Intelligent Heat Pumps Energinet.dk is running a demonstration project on Smart Grid Enabled Heat Pumps in preparing EcoGrid EU. Cost approx. 2 mill. Euro Energinet.dk has developed an Open Source Control Box for retrofitting existing Heat Pumps, thus enabling intelligent start and stop on behalf of prices on electricity and weather forecasts. The project is demonstrated in 3-400 Danish homes over the period 2010-2012, as a part of a feed-in campaign for establishing 5-10,000 new heat pumps in Denmark Lessons learned to be merged into the large EcoGrid Project

What will be demonstrated? 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

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

Heat pump http://www.styrdinvarmepumpe.dk 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 Calculated COP Hot Water Usage Heat Production Power Consumption Temperatures Weather forecasts Prices Start/Stop Management Hourly logged

EDISON and Celle Controller to Bornholm

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

What to be Demonstrated on Bornholm? Power Generation Demand side/storage options 30 MW Wind Power 16 MW CHP (biomass) 2 MW Biogas 2 MW Photovoltaic (solar) EcoGrid EU is a full scale demonstration of a real-time market place including a very broad mix of distributed energy resources Intelligent control of household appliances Electric Vehicles Heat Pumps with Smart Grids applications Micro CHP Electricity storage in District Heating Synergies with other Bornholm activities, e.g. EV roll-out and infrastructure demonstration (EDISON), heat pump roll-out program, PV roll-out, 200 smart heating/coolers controllers demonstration

Development of a New ICT platform A new real-time markets equals a new ICT platform Build on proven solutions where available: Use of modern information technology (incl. commercial meters etc.) End-user devices/appliances - equipped with solutions demonstrated in other RD&D projects Demonstration of other concepts of real-time markets have been done successfully outside Europe New ICT challenges include: Development of architectures that support the EcoGrid EU concept Management of large scale demonstration/deployment Management of a multiple mix of small demand response units/small scale production/storage capabilities

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 400-500 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

Celle Controller applied in the EcoGrid EU project Wind turbines CHP units DR Large consumers Existing Celle Controller delivering DSO Balance Responsible Party New at EcoGrid EU Aggregator Aggregator Aggregator

Quantity The Scope of a Real-time Market Regulating power market Market-based operation Direct control EcoGrid Realtime Market The EcoGrid Real-time Market will be an integrated part of the current power markets and supports the need of direct control options on a very short time scale AGC/LFC/ Frequencycontrolled reserves Inertia Days Hours Minutes Seconds Now Time scale Volatility

Vi skal være Smart Grid Ready SG Beskrivelse af "Smart Grid Ready" kommunikation At være klar til integration i et Smart Grid-miljø i Danmark omfatter, at de anvendte informationsmodeller, data, objekter, protokolstakke, samt de elektriske interfaces og protokoller inden for en tidsramme på 3 til 5 år skal opfylde nedenstående krav. Disse krav er i fuld overensstemmelse med europæiske og internationale krav: Alle oplysninger og data-objekter, der oprettes såvel som afledte og/eller aggregerede oplysninger skal følge, men er ikke begrænset til, de specifikationer, som er anført i IEC 61850 og IEC 61400-25 standard serierne. Hvor information eller data-objekter findes i IEC 61850 standard serien, skal specifikationerne følge de domæne specifikke definitioner i IEC 61850-7-x i almindelighed. Fx skal DER-enheder (Distributed Energy Ressources) følge specifikationerne i IEC 61850-7-420 standarden, og vindkraftværker skal følge specifikationerne i IEC 61400-25-2 standarden. Enhver protokolstak skal følge, men er ikke begrænset til, specifikationerne i en eller flere af følgende standarder IEC 61850-8-1 (mapning til MMS), IEC 61850-80-1 (mapning til IEC60870-5- 104); IEC 61400-25-4 (mapning til WebServices, OPC/XML, MMS, DNP3, IEC 60870-5-101/104). Eventuelle sikkerhedsforanstaltninger på sigt, skal følge, men er ikke begrænset til, de specifikationer, som er angivet i IEC 62351 standard serien med en foretrukken fokus på anvendelse af rollebaseret adgangskontrol, som er specificeret i IEC 62351-8 (RBAC). Inden for en tidsramme på 5 til 7 år kræves en overensstemmelse med kravene i IEC 61970(CIM for EMS) samt kravene i IEC 61968(CIM for DMS) standard serierne for tjenester og applikationer, der udvikles til brug i transmissions- og distributionssystemer. Enhver overensstemmelsestest for tjek af "SG Readiness" skal udføres som angivet i testscenarier/eller teststandarder, som er krævet i/eller med relevans for ovennævnte standarder.

Number of project implementation sites per country European Electricity Grids Initiative EEGI Team 3 preparatory meeting-brussels 3rd February 2011 N.B. Projects can span over more than one implementation site 5 NO 4 FI Total number of Projects : 212 10 SE 104 DK 4 IE 4 UK 3 NL 3 PL 5 BE 10 DE 1 CZ 5 SK 10 FR 3 CH 8 AT 5 SI 2 PT 23 ES 11 IT 1 MK 3 EL 1 MT

Læs hele historien www.energinet.dk

Tak for opmærksomheden Horns Reef