Fleksibilitet, lagring og integration som vigtige elementer i et fremtidigt energisystem med øget andel VE og høj forsyningssikkerhed

Fleksibilitet, lagring og integration som vigtige elementer i et fremtidigt energisystem med øget andel VE og høj forsyningssikkerhed Summer School 2016 - Stine Grenaa Jensen, Cheføkonom, Ph.d., Energinet.dk 1

Om Energinet.dk 3

Disposition Elsystemet i balance - Fokus på energi Et robust elsystem - Fokus på håndtering af fejl/risici Værktøjskassen - Hvilke tiltag er der behov for at fastholde en høj forsyningssikkerhed? 4

~20 centrale kraftværksenheder >5.400 vindmøller 4.000 MW 5.000 MW >600 decentrale kraftvarmeværker ~90.000 solcelleanlæg 2.500 MW 700 MW 5

Det danske elsystem MW 7.000 6.000 Kapacitet Forbrug 1650/1700 MW 680/740 MW 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 1300/1700 MW 0 Centrale Decentrale Vind Udlandforbindelser 2015 600 MW Forbrug incl. tab Centrale kraftvarmeværker Lokale kraftvarmeværker Vind Sol 33.6 TWh 9.2 TWh 3.8 TWh 14.1 TWh 0.6 TWh Import 15.5 TWh Eksport 9.6 TWh Vind/Forbrug 42 % 1500/1780 MW 600 MW 6

En uge i september 2015-51% vind 7

Fleksibilitet i elsystemet - Dispatch i en uge i september 2015 8

Sammenhæng til elmarked og elpris 9

Eksempel 10

Vindkraft omkring Danmark 128 TWh Norge Det nordiske prisområde Samlet for det Det nordiske prisområde 137 TWh Sverige 397 TWh 2 TWh 4 TWh 1 GW 2 GW 33 TWh Danmark 13 TWh 5 GW 19 TWh 6 GW 13 TWh 5 GW 21 TWh 8 GW 99 TWh Nordtyskland 29 TWh 16 GW 76 TWh 29 GW 57 TWh 26 GW 121 TWh 44 GW 11

Hvilken fleksibilitet er der brug for? - residualforbruget påvirkes af tidsperioden 95 % af max forbrug Der er ikke så stor forskel mellem 1 t, 3 t, 6 t og 12 timer. Meget store yderpunkter (1% fraktil og 99%-fraktil): Det er kun 1% af tiden at residualforbruget er over ca. 6 GW Kilde: Smart Energy-rapport, Dansk Energi og Energinet.dk 12

Sammenfald i højt residualforbrug - mellem Danmark og Nordvesteuropa Positiv sammenhæng mellem Danmark og Nordvesteuropa. Sjældent at det er ekstremt højt samtidigt: 0,016 % af timerne over 90 % af maks. forbrug samtidigt. 0 % af timerne over 95 % af maks. forbrug samtidigt. Kilde: Smart Energy-rapport, Dansk Energi og Energinet.dk 13

Mulige fleksibilitetsleverandører - konkurrenter? Kilde: Smart Energy-rapport, Dansk Energi og Energinet.dk 14

Energinet.dk s rolle i balancering Energinet.dk skal opretholde den tekniske kvalitet og balance inden for det sammenhængende elforsyningssystem Systembærende egenskaber -> markedskontrakter, beordringer og nødstart Reserver > automatiske og manuelle

Hvem sikrer balancen? Bud på Nord Pool Spot Priser og mængder på Nord Pool Driftsplan sendes til Energinet.dk Bud på intraday marked Bud på regulerkraft marked TSO sikrer den fysiske balance 12:00 13:00 15:00 Driftsdøgnet Handel Drift Afregning

Den fysiske levering af ydelser Frekvens (Hz) MW Ubalance opstår Aktivering af regulerkraft Primærregulering Sekundære reserver Regulerkraft min ~0 2 min ~2 min - ~15 min -15 min

OPGAVE: Forsyningssikkerhed og risiko Forsyningssikkerhed kan betragtes, som en forsikring mod afbrud i forsyningen af el/gas. Ligesom andre forsikringer koster det flere penge, hvis man vil forsikres mod flere hændelser. I sidste ende er det således et samfundsmæssigt spørgsmål, hvor høj forsyningssikkerhed, man ønsker at betale for. OPGAVE: Identificer det der skal have størst fokus på for at sikre forsyningssikkerheden? 20

Forsyningssikkerhed frem til i dag Hvad har historisk forårsaget fejl? 22

Systemtilstrækkelighed og sikkerhed - Tilstrækkelighed er en forudsætning for systemsikkerhed Systemtilstrækkelighed Den driftsmæssige performance af elsystemet på et givent tidspunkt under en række operationelle betingelser. Kapacitet over tid. Systemsikkerhed Evnen til at klare udfald af systemelementer (N-1) Evnen til at klare pludselige forstyrrelser (f.eks. kortslutning) 23

Forsyningssikkerhedsvurderinger handler om risiko 1. Risikovurdering: Hvilke risici kan resultere i ikke-leveret energi? 2. Mitigerende tiltag: Hvordan håndteres risiciene i planlægningen? 3. Iværksætte tiltag: Hvordan håndteres risiciene i driftssituationen? - Har elsystemet den rette infrastruktur? - Er der den rigtige net-topologi? - Er markedet i stand til at sikre nok energi? - Er systemet robust nok til at håndtere pludselige hændelser? - Er sikkerheden i orden (eks. Informationssikkerhed)? Risikovurdering Iværksætte mitigerende tiltag Identificere mitigerende tiltag 24

Hvordan inkluderes risiko i praksis? - N-1 princippet i driften Nettet drives efter N-1-1 kriteriet hvilket indebærer, at man kan tåle værste tænkelige fejl og i løbet at 15 minutter tåle den næst-værste fejl. Dette sikres ved at beregne på nettes belastning og evt. flytte produktion og koble net ind/ud. Spændingen holdes i et fastlagt bånd. Dette gøres ved at koble med reaktive komponenter enten automatisk eller manuelt. 26

Eksempel: Stormen Allan 28. oktober 2013 13.57: Skærpet drift 400 kv-højspændingslinjen mellem Kassø i Sønderjylland og Revsing ved Vejen kobler ud. 14.41: Reserveanlæg sættes i drift Den ene af de to 400 kv højspændingslinjer mellem Danmark og Tyskland kobler ud. Linjen Kassø-Audorf ryger ud 30 kilometer nede i Tyskland. 15.42-16.21: Flere fejl Storebælt forbindelsen udkobler. 132 kv-linjen Allerød-Stasevang ramt af et væltet træ og udkobler. Kontek-forbindelsen kobler ud. Reservekraftværk Kyndby ryger ud 27

Eksempel: Stormen Allan 28. oktober 2013 17.00: Forhøjet risiko Blackout truer, en brown out forberedes. DONG Energy og SEAS NVE bliver bedt om at stå klar til at udkoble hver 250 MW, hvis der er behov for det. 17.25-18.14: Anlæg tilbage i drift Energinet.dk kommer frem til stationen ved Fraugde på Østfyn. Storebæltsforbindelse kommer op at køre. 400 kv-linjen på den dansk-tyske grænse kommer tilbage i drift. Kontek-forbindelsen tilbage i drift. Kyndbyværket er igen på elnettet. Kl. 18.15/20.00: Krisen afværges Skærpet drift afblæses først DK1 så DK2 Hvad nu hvis?: Brown out 3 timer: 23 min. Black out 3 timer: 75 min. 28

Eksempel: Fejl på HVDC-forbindelser 29

Beregning af risiko - metoder - kan man regne på det? Risikovurdering Monte Carlo: Sandsynligheder for fejl (uplanlagte) ved kraftværker og HVDC-forbindelser. Anvendes bedst til usikkerhed med relativ lav usikkerhed (udtrækkes med sandsynlighed som gør Monte Carlo anvendelig). Bow tie: Udvælgelse af specifikke scenarier, som analyseres via Bow Tie. Anvendes bedst til mere usandsynlige hændelser som dog kan have meget stor konsekvens. (Disse kan sandsynligvis ikke findes via Monte Carlo metoder.) 30

Forsyningssikkerhed frem til i dag Historisk god forsyningssikkerhed 32

Målsætning: Den europæiske top 33

Fremadrettet vurdering Risiko versus økonomi 34

Eksempel på omkostninger Energinet.dk 35

Fremadrettet vurdering 2016 Høj dansk elforsyningssikkerhed. Der er udfordringer særligt på Sjælland, så der skal igangsættes initiativer. Eksempelvis: Forbedret planlægning af vedligeholdelsesarbejde Muliggøre brug af en strategisk reserve Undersøge nye transmissionsforbindelser Ny behovsanalyse for systembærende egenskaber i Østdanmark 36

Systembærende egenskaber Historisk I 2015 faldt Energinet.dk s udgifter til indkøb af systembærende egenskaber hos aktørerne med ca. 20 % i forhold til 2014. Faldet skyldes en reduktion i omkostninger til beordringer. Dette skyldes dels en ændret indkøbsmetode og dels flere fremskaffelsesmuligheder for systembærende egenskaber med fx Skagerrak4-forbindelsen, synkronkompensatoren i Fraugde på Fyn samt synkronkompensatoren i Herslev. Omkostninger til Energinet.dk s indkøb af systembærende egenskaber hos aktørerne i 2015. Fremadrettet I 2015 er behovet for systembærende egenskaber analyseret for Vestdanmark. Analyserne viser bl.a., at der frem til og med 2018 er behov for én driftsklar enhed i sommerperioden i normalsituationer, såfremt øvrige netkomponenter er i drift. Initiativer Behovsanalyse for Østdanmark: I 2016 er der igangsat en tilsvarende analyse af behovet for systembærende egenskaber for Østdanmark. Dette arbejde forventes afsluttet i løbet af 2017. Muligheder for tilvejebringelse: Flere aktører har påpeget, at der er behov for at se på, hvorledes Energinet.dk aktiverer og investerer egne netkomponenter i forhold til markedsaktørernes anlæg. Dette arbejdet er igangsat i forlængelse af Markedsmodel 2.0-projektet. Vurdering af systemsikkerhedsrisiko: Fremadrettet skal risikovurderingsmetoden, som er udarbejdet i 2015 anvendes på flere cases. 37

Effekttilstrækkelighed Fremadrettet - gennemsnitsår De fremadrettede risikovurderinger viser, at risikoen for afbrud af forbrugere er forskellig for de to landsdele. For Vestdanmark er risikoen for at mangle effekt meget lav for perioden 2017-2025. For Østdanmark er risikoen væsentlig højere. Basisberegning 2017-2025 - gennemsnitsår Østdanmark EUE (MWh/år) Effektminutter (min/år) 2017 98 4 2018 177 7 2019 86 3 2020 138 5 2025 431 15 Initiativer Markedsudvikling: Understøtte elmarkedets udvikling (se Markedsmodel 2.0) Revisionsplanlægning: På helt kort sigt arbejder Energinet.dk målrettet mod at planlægge driften af elsystemet, så risici for afbrud reduceres mest muligt. Strategisk reserve: Forløbet afhænger af, EU- Kommissionens anbefalinger til indførelse af kapacitetsmekanismer. Fælles nordisk analyse af effekttilstrækkelighed: Vurderinger skal sætte fokus på udfordringer for de nordiske lande, samt øge fokus på mere effektive tværgående løsningsmuligheder. Nye elektriske forbindelser: På længere sigt kan effekttilstrækkeligheden i Østdanmark forbedres med nye elektriske forbindelser. Evt. til Vestdanmark eller Polen. 38

Øvrigt internationalt samarbejde Historisk I løbet af 2015 er flere af de markedsmæssige netregler godkendt eller sendt i komitologiproces. Initiativer Netregler: Energinet.dk deltager fortsat aktivt i udformningen af netregler og engagere sig i andre europæiske samarbejdsfora på energiområdet. Nordisk RSCI-samarbejde: Det nordiske kontor skal varetage opgaver indenfor koordinering af Kapacitetsberegninger Afbrydelsesplanlægning Systemsikkerhedsanalyse Udvikling af fælles dynamiske netmodeller Prognoser for effekttilstrækkelighed på kort og mellemlang sigt på tværs af de fire lande. 39

Værktøjskasse fra GL SO (effektopgørelser) For hvert kontrolområde udføres tilstrækkelighedsopgørelser for forskellige driftsscenarier med: Produktion, herunder vedvarende energi Forbindelser mellem kontrolområder Forbrug Vedvarende energi Følgende skal måles: Sandsynligheden for en situation med manglende effekt Varigheden af en situation med manglende effekt Forventet niveau af ikke-leveret energi Tidstrin: Year-ahead (sommer/vinter) incl. week-ahead D-1 40

Værktøjskasse fra GL SO (krisesituationer) Modificering af varighed på planlagt udetid Aktivt påvirke flows i systemet Styre spænding og reaktiv effekt Justering af kapaciteter mellem zoner Redispatch af forbrug Modhandel mellem TSO ere Justerer flow i HVDC-systemet Aktivering af frekvensafvigelses-producerer Reduktion i forbrug (curtailment or controlled load shedding) Hver TSO kan selv finde på flere, det skal dog indberettes! 41

Hvordan adresseres udfordringerne? INFRASTRUKTUR MARKEDER DRIFT - Større viden om fejl i nettet. - Netinvesteringer i takt med udviklingen - Øget fokus på asset management and reinvesteringer - Samarbejde på tværs af grænser - - Stort fokus på europæisk markedsudvikling - Stort fokus på anvendelse af fleksibilitet i hele værdikæden - Understøtte aktive forbrugere i markedet - Integrere markeder på tværs af grænser - Integrere markeder på tværs af sektorer - - Løbende forbedring af driften og driftsplanlægningsværk tøjer - Øget koordinering af udetid på anlæg - Forbedre driftssamarbejdet med Nabo-TSO er - Udvikling af fælles platforme for driftssamarbejde - 42

Vi skal ikke gøre det alene - Solformørkelse i marts 2015 Hvert minut blev elproduktionen reduceret med, hvad der svarer til et stort dansk kraftværk. Det kom igen i endnu hastigere tempo. STOR UDFORDRING at håndtere så store ændringer i balancen på så kort tid. De europæiske TSOer samarbejde tæt for at løse udfordringen og der var ingen forsyningssikkerhedsmæssige konsekvenser af solformørkelsen. 43