Energisystemets udfordringer og muligheder EnergiForsk16 konference 2016-05-12 Anders Bavnhøj Hansen Chefkonsulent Energinet.dk E-mail: abh@energinet.dk Energisystemets udfordringer og muligheder 1
Agenda 1. Globale Megatrends som påvirker udviklingen 2. Udfordringer og muligheder for energisystemet (med fokus på produktion og forsyning) 3. FUD behov indenfor produktion/forsyning 4. Handsover til Søren Dyck-Madsen Energisystemets udfordringer og muligheder 2
Teknologi udvikling Mange nye teknologitrends påvirker energisystemet - Digital (IOT, Big data) - Produktion, lagring, distribution og forbrug af energi Digital udvikling og energisystem komponent udvikling => Nye muligheder Energisystemets udfordringer og muligheder Carpe diem.. 3
DK 1990! Energirelateret CO2 Global kontekst IEA WEO og COP 21 DK 2014: 7,8 ton CO2/capita (energi) Global: 2,1 ton CO2/capita IEA 450 PPM 2 graders forløb Target: Well below 2 degr. INDC s En stor udfordring at realisere COP21 Energisystemets også udfordringer for og Danmark muligheder hvis ambition følges! 4
Energinet.dk arbejder med flere scenarier EU GHG on track Højt fokus på VE og miljø Nationalt fokus COP21 mål højt fokus (2 gr) Vanskeligt med internationalt samarbejde Lokale løsninger Internationalt COP21 mål højt fokus (2 gr) Stærkt samarbejde inden for EU Fælleseuropæiske løsninger på forsyningssikkerhed, klima og VE Stærkt nationalt fokus Scenarie 3 Scenarie 1 Scenarie 4 Scenarie 2 EU stærkt samarbejde Nationalt fokus Mindre grønt Vanskeligt med internationalt samarbejde Lokale løsninger EU GHG not on track Lavt fokus på VE og miljø Mindre grønt Stærkt samarbejde inden for EU Fælleseuropæiske løsninger på forsyningssikkerhed og udfordringer for energisektoren Termisk forgasning særligt i fokus i de meget grønne scenarier Energisystemets udfordringer og muligheder 5
Globale planer (INDC s) - markant vækst for vind og sol Kilde: Ecofys, april 2016 Globale planer for at indpasse store mængder vind/sol i energisystem Men INDC er giver ikke nok CO2-reduktion behov for yderligere tiltag!: Vind, Sol, Energibesparelser OG biobrændstoffer til at reducere olieforbrug Potentiale for system-eksport hvis Dansk FUD kan vise nogle løsninger Energisystemets udfordringer og muligheder 6
Årlige energistrømme DK (2013) DK 2014: 7,8 ton CO2/capita (energi) Transport helt oliebaseret og stadig en del kul i el/varme produktion Energisystemets udfordringer og muligheder 7
Årlige energistrømme 2035 (aktiv reduktions forløb som reference) Potentiale for udnyttelse af gas fra biomasse i energisystemet 8
Årlige energistrømme 2035 (aktiv reduktions forløb som reference) DK2014: 7,8 ton CO2/capita fra energi DK 2035: 3,14 ton CO2/capita (fra Energi) Potentiale for udnyttelse af gas fra biomasse i energisystemet 9
Årlige energistrømme (2035 feasibility med olie reduktion) Scenarie er hvor halm i høj grad er tilført termisk forgasning. Alternativt kunne en større del af halm tilføres biogas og fiberrest føres til termisk forgasning Potentiale udnyttelse og fiber-rest af gas fra biomasse føres til i termisk forgasning (her kun vist indikativt) 10 energisystemet
Årlige energistrømme (2035 feasibility med olie reduktion) DK 2014: 7,8 ton CO2/capita fra energi DK 2035: ca 1 ton CO2/capita (fra fossil Energi) Scenarie hvor halm i høj grad er tilført termisk forgasning. Alternativt kunne en større del af halm tilføres biogas og fiberrest føres til termisk forgasning Potentiale for udnyttelse af gas fra biomasse i energisystemet 11
Nogle centrale FUD indsatsområder - elsystemet El-infrastruktur og system-drift Dynamisk belastning af kabler og luftledninger ift. økonomisk maksimering System-observation (PMU/WAMS) tilstandsvurdering systemdriftsprincipper Drift af elsystem med mindre inerti og konverterbaseret produktion og forbrug Probalistisk forecast af vind/sol Systemydelser fra konverterbaseret produktion og forbrug (vind,sol,vp,ev,p2g) Elmarked og styring TSO/DSO aggregering i markedsløsninger (inkl. tarif struktur) Big data og Internet-Of-Things nyttiggørelse i elmarkeds produkter (inkl. samspil med data i datahub) Energisystemets udfordringer og muligheder 12
System awareness PMU/WAMS til overvågning (eksempel fra SOSPO projekt) Early warning methods Early prevention methods Real-time stability assessment methods: PMU er i USA! Med bedre tilstandsbillede af systemet ud fra PMU/WAMS kan udnyttelsesgrad øges uden at gå på kompromis med stabilitet Behov for øget viden vedr. at kombinere markeds- og styringsløsninger til dette. Energisystemets udfordringer og muligheder 13
Markeder der kombinerer TSO/DSO balancering EUR/MWh 80 70 60 50 Day-ahead Aggregator 40 30 20 10 Balancepris Elforbrugende anlæg 0 jan- 03 apr- 03 jul- 03 okt- 03 jan- 04 apr- 04 jul- 04 okt- 04 jan- 05 apr- 05 jul- 05 okt- 05 jan- 06 apr- 06 jul- 06 okt- 06 jan- 07 apr- 07 jul- 07 okt- 07 Anlæg1 + TSO-Tarif + Anlæg 2 + Anlæg x DSO-Tarif Direkte kontrol (klassisk budbaseret ipower,flech): Stabilitet men mere administration ved små enheder Indirekte kontrol (realtidsmarked - EcoGrid.EU model): Risiko for ustabilitet men i princippet meget enkel kommunikation og let at kombinere TSO/DSO Behov for mere udvikling hvis realtidsmarked skal bringes i spil. Kombinationer af direkte/indirekte markedsløsninger kan være en mulighed 14 Energisy stemets udfordrin ger og
Nogle centrale FUD indsatsområder - Integreret energiproduktion Energiværker Integreret el, brændstof, varme Omsætning af biomasse og el til brændstoffer Termisk forgasning, Anaerob Elektrolyse (Power2Gas) Katalyse af gas Samspil med agro-sektor ved restprodukter fra bio Energisystemets udfordringer og muligheder El til varme og køling Store elbaserede FV varmepumper. Herunder fra havvand, sø, køling Process varmep./køle anlæg Markedsløsninger til variable varmepriser Individuelle VP/kølings 15 løsninger og el/gas hybrid
VE-gas system med gode integrations-muligheder til agro-sektor VE-gas Næringsstoffer (N,P,K, humus mv.) Biogas Anaerob + rensning Metan Metan El/varme Industri Transport Fiberrest Biogas Termisk + rensning Katalyse SR Syntesegas ell. H2 lager 200-300 C Methanol Transport Industri mv. Næringstoffer mv. (C-P-K mv.) 200-300 C DME Elektrolyse Alkal./SOEC >200 C -Benzin -Diesel -Kerosene Hydrogen Signatur: PE plast etc. CH4 H2 CO >800 C Ammoniak (VE-gødning) N2 Energisystemets udfordringer og muligheder 16
El-baserede store varmepumper 1. Overskudsvarme fra industri 2. Køleanlæg handel/service 3. Spildevand 4. Drikkevand 5. Grundvand 6. Vandløb 7. Søer 8. Havvand Collector Slush ice Fordamper Stort potentiale for el-varmepumper, men der er behov for at udrede tekniske barrier og identificere løsninger der fungerer i samspil med den øvrige energiproduktion Kilde: Mapping of potential heat sources for heat pumps for district heating in Denmark, Rasmus Lund, AAU, 2016 Energisystemets udfordringer og muligheder 17
Samarbejde nationalt og internationalt DK FUD styrke-positioner Vindkraft (land, offshore) Integreret energi-produktion Varme/køle/klima/fjernvarme løsninger Markeds/styrings- løsninger energisystem Energi-analyser og systemdesign Rammer for integrerede systemer F&U primært udenfor DK Transport løsninger (Elbil, Brintbil, CNG) Solcelle krystallinsk panel Kabel-teknologi til højspænding inkl HVDC Batteri (element) teknologi Kernekraft teknologi CCS fra fossil Eksempler på vigtige FUD samarbejder (DK/udland) til prioritering Termisk forgasning og conditionering til fuel Internationale markeds/styrings løsninger Store varmepumper fra hav/sø (kølemiddel, collector osv.) Energilagring (højtemp osv.) International energisystem plan/analyse og rammebetingelser Energisystemets udfordringer og muligheder 18
Sammenfatning centrale FUD indsatser El-infrastruktur og system-drift Dynamisk belastning af kabler og luftledninger ift. økonomisk maksimering System-observation (PMU/WAMS) tilstandsvurdering systemdriftsprincipper Drift af elsystem med mindre inerti og konverterbaseret produktion og forbrug Probalistisk forecast af vind/sol Systemydelser fra konverterbaseret produktion og forbrug (vind,sol,vp,ev,p2g) Elmarked og styring Direkte og indirekte kontrol markeds-løsninger (kontrol, stabilitet, omkostninger) TSO/DSO aggregering i markedsløsninger (inkl. tarif struktur) Big data og In nyttiggørelse i elmarkeds produkter (inkl. datahub) Low cost spidslast elkapacitet fra kraftværker (gas-kv) eller lagerkombinerede-løsninger (ETES/CAES mv.) Energiværker Integreret el, brændstof, varme Omsætning af biomasse og el til brændstoffer (termisk/anaerob forgasning, elektrolyse, katalyse) Samspil med agro-sektor ved restprodukter fra bio El til varme og køling Store elbaserede FV varmepumper. Herunder fra havvand, sø, køling Process varmep./køle anlæg Markedsløsninger til variable varmepriser Individuelle VP/kølings løsninger og el/gas hybrid Forbruger modellering Pris-elasticitet og respons på variable energipriser Energisystemets udfordringer og muligheder Forbrugerens præferencer ift. styring af forbrug 19
COP21 aftalen er meget ambitiøs men kan lade sig realisere Både DK, EU og det globale marked efterspørger VE-løsninger Med den rette FUD kan DK levere meget til dette marked! Søren Dyck-Madsen går videre med forbrugs-siden Energisystemets udfordringer og muligheder 20