Fremtidens intelligente elnet 17-06-2016 Zaid Al-Jassim ZAL@danskenergi.dk
Agenda Introduktion Nuværende elnet Udfordringer Løsninger Fremtidigt elnet - smartgrid
En traditionel el system Transmissions kontrol center Distributions kontrol center Transmission transformer Transmission system distributions transformer Generator Distribution system Forbrug Industri Boliger offentlig
Udvikling i el-systemet Store centrale generatorer Mindre, men flere, generatorer på distributionsnettet
Klima ændringer politisk mål Mere vedvarende energi og mindre CO2 Flere Solceller Flere Elbiler Flere Vindmøller Dansk Target 30 % vedvarende energi i 2020
Tusinde Øget vindmøller og solceller Danmarks vindkapacitet og antal Danmark solkapacitet og antal MW 6000 Vindmøller Kapacitet og antal Antal 7000 MW 900 Sol Kapacitet og antal Antal (tusinde) 160 5000 4000 3000 2000 1000 0 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 800 700 600 500 400 300 200 100 0 2011 2012 2013 2014 2015 2016 140 120 100 80 60 40 20 0 Land Hav Antal Akk. Kapacitet Akk. Antal (2. akse)
Øget antal elbiler og varmpumper
Stor procentdel af VE i elsystemet Pct 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Den procentvise andel af VE i det samlede bruttoindlandske energiforbrug 2013 (venstre) og 2020-mål (højre) 2014 2020* 29,2 % vedvarende energi Procentvise andele af energiforbruget som er genereret ved vedvarende energi Tabel 1. Andel af det samlede bruttoindlandske energiforbrug som er genereret ved vedvarende energi. 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 TARGET* EU (28) 8,3 9,0 9,5 10,4 11,0 12,4 12,8 13,1 14,3 15,0 16,0 20,0 Belgien 1,9 2,3 2,7 3,4 3,8 5,1 5,5 6,2 7,2 7,5 8,0 13,0 Danmark 14,5 16,0 16,4 17,8 18,6 20,0 22,1 23,5 25,6 27,3 29,2 30,0 Frankrig 9,3 9,6 9,3 10,2 11,1 12,1 12,6 11,1 13,4 14,0 14,3 23,0 Holland 1,9 2,5 2,8 3,3 3,6 4,3 3,9 4,5 4,7 4,8 5,5 14,0 Ireland 2,4 2,9 3,1 3,6 4,1 5,1 5,6 6,6 7,1 7,7 8,6 16,0 Italien 5,7 7,5 8,4 9,8 11,5 12,8 13,0 12,9 15,4 16,7 17,1 17,0 Norge 58,1 59,8 60,3 60,2 61,8 64,9 61,2 64,8 65,9 66,7 69,2 67,5 Spanien 8,3 8,4 9,2 9,7 10,8 13,0 13,8 13,2 14,3 15,3 16,2 20,0 Storbritannien 1,2 1,4 1,6 1,8 2,7 3,3 3,7 4,2 4,6 5,6 7,0 15,0 Sverige 38,7 40,6 42,7 44,2 45,3 48,2 47,2 49,0 51,1 52,0 52,6 49,0 Tyskland 5,8 6,7 7,7 9,1 8,6 9,9 10,5 11,4 12,1 12,4 13,8 18,0 Østrig 22,7 23,8 25,3 27,3 28,2 30,2 30,6 30,8 31,6 32,3 33,1 34,0 Note: *Mål for 2020 Kilde: Eurostat, tabel t2020_31
Nuværende el system Transmissions kontrol center Distributions kontrol center Transmission transformer Transmission system distributions transformer Generator Distribution system Forbrug Boliger offentlig Industri
Distributionsnettet er udfordret Stigende forbrug ( Elbiler, Varmpumper) Stigende produktion på distributions siden ( Vindmøller, Solceller, Elbiler osv.) Et gammelt net ikke designet til den hurtige udvikling Nettet er overbelastet Vi skal finde en løsning!
Løsninger Net forstærkning - Udskiftning af netkomponenter ( kabler, transformer osv.) Vi eliminerer problemet midlertidig Vi udnytter ikke nettets kapacitet Det er dyrt Intelligente elnet og smartgrid Stor potentiale i at udnytte nettes kapacitet Mere vedvarende energi i eksisterende el-system Forskyder store eller unødvendige investeringer Mere pålidelig og driftssikker forsyning Vi har allerede teknologien til det
Hvad er smartgrid? Et aktivt og selvhelbredende distributionssystem, der automatisk er i stand til at løse overbelastning, og som samtidig leverer en pålidelig og driftssikker forsyning.
Eksempel - overbelastning Grid kobling transformerstation 10 kv udføringer transformerstation 10 kv udføringer Radial A Radial B Radial C Normal operation Radial A Radial B Radial C Reserve forsyning fra B N-1 operation Reserve forsyning fra C
Grid kobling typer Manual Distributed Automation Remote Control Centralized Automation Local Automation
Hvad er det bedste Grid kobling type? Optimal løsning Evnen til at vælge det bedste teknisk og økonomiske løsning ( tab, spænding, overbelastning, osv. ) Effektivitet Tiden der kræves til at lave og udføre en beslutning Supportværktøjer Tilgængeligheden af effektiv og præcis supportværktøjer Tilgængeligheden af en alternativ løsninger Gennem markedet
Hvordan vælges den optimal løsning til overbelastning Overblik over belastning over hele nettet Målinger Forudsigelse Speed of Action Læse målingerne i real-tid Forudsige overbelastninger Finde optimale løsninger Reducere belastning Samler Fleksibilitet Overblik over kontrolbare belastninger og generator Forudsige fleksibilitet Kontrollere / kommunikere med fleksibilitet Tilbagebetaling
Bedre kende nettets kapacitet Loading 100% capacitylimit 70% capacity-limit Real increase in consumption Planned increase in consumption 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Year
Reducerer belastningen Loading 100% capacitylimit 70% capacity-limit Real increase in consumption Planned increase in consumption 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Year
Hvem skal gøre hvad? Overblik over belastning over hele nettet Målinger Forudsigelse Speed of Action Læse målingerne i real-tid Forudsige overbelastninger Finde optimale løsninger Reducere belastning Samler Fleksibilitet Overblik over kontrolbare belastninger og generator Forudsige fleksibilitet Kontrollere / kommunikere med fleksibilitet Tilbagebetaling DSO????
Flere aktører på markedet Overblik over belastning over hele nettet Målinger Forudsigelse Speed of Action Læse målingerne i real-tid Forudsige overbelastninger Finde optimale løsninger Reducere belastning Samler Fleksibilitet Overblik over kontrolbare belastninger og generator Forudsige fleksibilitet Kontrollere / kommunikere med fleksibilitet Tilbagebetaling DSO Alt sker Automatisk 1. Aggregators 2. Service providers 3. Elhandler 4.??
Hvad er en Aggregator European NC on Demand Connection: Aggregator means a legal entity which is responsible for the operation of a number of Demand Facilities by means of Demand Aggregation Demand Aggregation means a set of Demand Facilities which can be operated as a single facility for the purposes of offering one or more Demand Side Response services Demand Side Response (DSR) means demand offered for the purposes of, but not restricted to, providing Active or Reactive Power management, Voltage and Frequency regulation and System Reserve; Eurelectric: Aggregation is a commercial function of pooling de-centralised generation and/or consumption to provide energy and services to actors within the system. Aggregators can be retailers or third parties.
Fleksibilitet produkter Eurelectric EG3 definition: Flexibility can be defined on an individual level as the modification of generation injection and/or consumption patterns in reaction to an external signal (price signal or activation) in order to provide a service within the energy system. Flexibility can be provided by both demand on a large scale, for example industrial and commercial consumers, and aggregated smaller sources, such as electric vehicles, distributed generation, and energy storage. The source of flexibility are grid users in the form of industrial, commercial and domestic providers.
Aggregator rolle Hvordan bliver jeg en aggregator? 1. Forudsigelse af forbrug og fleksibilitet Long-term + short-term af samlet forbrug 2. Forudsigelse af markedsprisen Hvilken pris (Demand Response - DR) er aktørerne villige til at betale 3. Driftsoptimering Maksimering af aggregatorens profit Beregne fleksibilitets pris/volumen 4. Overvågning af markedet og forbrug Long-term strategiske beslutninger, udvikling og analyse af kontrakter 5. Afregning og fakturing Hvordan håndteres kontrakter / Tilbagebetaling til forbugere
General CA concept and its interactions Market clearing Transmission System Operator (TSO) Requests for flexibility activation Bilateral contracts Other Other market Other market participants market participants participants Flexibility procurement for balancing and transmission congestion management purposes TSO/DSO coordination for flexibility validation and activation purposes Balancing and Congestion Management flexibility market Flexibility procurement for distribution congestion management purposes Distribution Commercial System Operator Commercial Aggregator (DSO) Aggregator Sale flexibility bids Requests for flexibility activation Commercial Commercial Aggregator Commercial Aggregator (CA) Aggregator Flexibility activation validation request (when activation comes from TSO or third 17-06-2016 side Zaid Al-Jassim parties) ZAL@danskenergi.dk Market clearing Purchase / Sale bids Market clearing Requests for flexibility activation (price and volume signals) Market clearing Purchase / Sale bids Wholesale Market Consumers Commercial / Prosumers Commercial Aggregator Aggregator
Day-ahead CA algorithm interaction Market clearing Transmission System Operator (TSO) Requests for flexibility activation Bilateral contracts Other Other market Other market participants market participants participants Flexibility procurement for balancing and transmission congestion management purposes TSO/DSO coordination for flexibility validation and activation purposes Balancing and Congestion Management flexibility market Flexibility procurement for distribution congestion management purposes Distribution Commercial System Operator Commercial Aggregator (DSO) Aggregator Sale flexibility bids Flexibility Market clearing Requests for flexibility activation Commercial Commercial Aggregator Commercial Aggregator (CA) Aggregator Flexibility activation validation request (when activation comes from TSO or third 17-06-2016 side Zaid Al-Jassim parties) ZAL@danskenergi.dk Market clearing Purchase / Sale bids Market clearing Requests for flexibility activation (price and volume signals) Market clearing Purchase / Sale bids Wholesale Market Consumers Commercial / Prosumers Commercial Aggregator Aggregator
Real-time CA algorithm interaction Market clearing Transmission System Operator (TSO) Requests for flexibility activation Bilateral contracts Other Other market Other market participants market participants participants Flexibility procurement for balancing and transmission congestion management purposes TSO/DSO coordination for flexibility validation and activation purposes Balancing and Congestion Management flexibility market Flexibility procurement for distribution congestion management purposes Distribution Commercial System Operator Commercial Aggregator (DSO) Aggregator Sale flexibility bids Flexibility Market clearing Requests for flexibility activation Commercial Commercial Aggregator Commercial Aggregator (CA) Aggregator Flexibility activation validation request (when activation comes from TSO or third 17-06-2016 side Zaid Al-Jassim parties) ZAL@danskenergi.dk Market clearing Purchase / Sale bids Market clearing Requests for flexibility activation (price and volume signals) Market clearing Purchase / Sale bids Wholesale Market Consumers Commercial / Prosumers Commercial Aggregator Aggregator
smartgrid projekter
Demo-sites Bornholm, Denmark Lab Demo Site Field Demo Site
smartgrid koncept udviklet i IDE4L projekt DB: Data base NRA: Network Reconfiguration MA: Market Agent FC: Forecaster SF: State Forecaster LF: Load Forecaster PF: Production Forecaster SSAU: Secondary Sub-station Automation unit PSAU: Primary Sub-station Automation unit DMS: Distributed Management System TC: Tertiary Controller SE Aggregater LVSAU DB PC LF FC SF PF
SE MVSAU LVSAU DB PC FC SF LF PF Aggregater DB: Data base NRA: Network Reconfiguration MA: Market Agent FC: Forecaster SF: State Forecaster LF: Load Forecaster PF: Production Forecaster SSAU: Secondary Sub-station Automation unit PSAU: Primary 17-06-2016 Sub-station Automation side unit Zaid Al-Jassim ZAL@danskenergi.dk DMS: Distributed Management System TC: Tertiary Controller
NRA MA Market DMS (TC) DB FC LF Aggregater SF PF PSAU Coordination SSAU DB: Data base NRA: Network Reconfiguration MA: Market Agent FC: Forecaster SF: State Forecaster LF: Load Forecaster PF: Production Forecaster SSAU: Secondary Sub-station Automation unit PSAU: Primary 17-06-2016 Sub-station Automation side unit Zaid Al-Jassim ZAL@danskenergi.dk DMS: Distributed Management System TC: Tertiary Controller
Real-Time Operation: FLISR signal + high demand Tertiær Kontrol: Network Reconfiguration Algorithm (NRA) Efter en fejl i F9 (high demand) vil NRA genforsyne den isolerede belastning. Dette fører dog til en overbelastning i et af de øvrige kabler. Efter en fejl i de andre sektioner (F1 F14) vil NRA genforsyne den isolerede belastning uden problemer.
Real-Time Operation: high demand + fault at F9 Tertiær Kontrol: Market Agent Algorithm (MA) Efter en fejl i F9 (high demand) vil NRA genforsyne den isolerede belastning, men kabel E23L01-SS545 forbliver overbelastet med 108% (pga. den nye coupling). Market Agenten gør brug af de tilgængelige CRPs, som allerede er købt på Day- Ahead marked (Se tabel nedenfor). Løsning: Fleksible belastninger på punkt 297 and 1006 skal falde ved 150 kw. Aggregerede LV-belastninger på punkt 1056 skal falde ved 106 kw. Omkostningerne af den aktiverede fleksibilitet: 28.95 /h (per aktivering). Punkt Kvantitet ( efterspørgsel) [kw] Aktiveringspris [ /MWh] 297 150 70 1006 150 70 1056 110 75 1512 150 70
Real-Time Operation: FLISR signal +high demand Tertiary Control Output
DKK Step 2: Value of deferral - Using flexible loads 700,000 600,000 500,000 400,000 300,000 200,000 100,000-0 2 4 6 8 10 12 Number of years deferral Assumptions: Upgrading of 10 kv feeder: 2.000.000 DKK Life-expectancy: 40 year Inflation: 1% Interest-rate: 5% = Value of 1 st year of deferral: 75.000 DKK. (To be shared between DSO and Aggregator(+DERs))
Future el. Traditionel el. Markets (Clearing house) DSOs (Demander of flexibility) TSO (Demander of flexibility) Balance responsible parties exist. markets Nordpool Spot etc. Aggregators (Suppliers) Retailers DERs (Suppliers)
Fordele for alle aktører Eksempel på: DSO - Ydelse Øger antallet af løsninger for DSO - Fra 1 stk. = Forstærkning - Til 2 stk. = Forstærkning + Smart Grid (fleksibelt forbrug) DSO er vil kunne spille på mere end én hest
Tak for opmærksomheden Spørgsmål?