Dialogforum och andra evenemang för dialog och

I dokument DELÅRSRAPPORT Kunskapsplattformen och nuläge i Samordningsrådets arbete. Logotyp avsändare tydlighet (sidor 26-0)

2 Rådets arbetsformer och nuläge i verksamheten

2.8 Dialogforum och andra evenemang för dialog och

Av inledningen framgår att en av referensgruppernas uppgifter är att initiera dialogforum, vilket är arrangemang med specifika ämnes-områden riktade till avgränsade målgrupper. Syftet med dessa forum är dels att informera om rådets arbete, dels att ta del av deltagarnas synpunkter.

Under våren 2013 har rådet genomfört 2 dialogforum i enlighet med ovanstående beskrivning. Referensgrupp 3 inom fokusområdet Forskning, teknikutveckling och kunskapsförsörjning, genomförde ett dialogforum om hur interoperabilitet och standardisering kan bidra till att främja innovationer inom smarta elnät (22 mars 2013).

Referensgrupp 2 inom fokusområde Incitamentstruktur och

kund-inflytande på elmarknaden, genomförde ett dialogforum om elnäts-företagens roll och framtidens elnät (7 maj 2013).

Dessutom genomförde rådet ett större seminarium med omkring 150 deltagare representerande elmarknadens olika aktörer, sakägare och intresseorganisationer samt närmast berörda branscher (26 april 2013). Därutöver har ytterligare ett dialogforum med temat ”Smarta elnät som tillväxtbransch för små och medelstora företag” genom-förts den 9 september 2013 (se avsnitt 2.5.3).

Smarta elnät är ett mycket brett begrepp som omfattar hela fältet från kraftelektronik och ny teknik i transmissionsnätet till nya pro-dukter och tjänster baserade på informationsteknik, kunskap om energiflöden och styrmöjligheter ute hos slutanvändarna. Det finns inte heller någon tydlig gräns mellan traditionell teknik och smarta elnät. Utvecklingen av smarta elnät är således snarare en evolution än en revolution och för att betona detta förhållande har man i många internationella sammanhang börjat använda begreppet ”grid moder-nization” som komplement till ”smart grid”1.

Det är svårt att ge en exakt definition på vad som ska innefattas i begreppet smarta elnät, och många olika varianter förekommer.

Ett exempel är den definition som tagits fram av samarbetsorgani-sationen mellan EU:s tillsynsmyndigheter för energimarknaderna, European Regulators Group for Electricity and Gas (ERGEG), som utgår ifrån den mycket mångfasetterade nytta som smarta elnät för-väntas bidra med. Detta breda perspektiv präglar också samord-ningsrådets uppdrag.

ERGEG:s definition av smarta elnät:

”ett elnät som kostnadseffektivt kan integrera beteenden och beslut hos alla användare som är anslutna till det – elproducenter, el-konsumenter och de som är både och – för att garantera ett hållbart kraftsystem med låga förluster och hög kvalitet, försörjningstrygghet och säkerhet.”

Konkret kan smarta elnät sägas vara ett uppgraderat elnät som ut-nyttjar IKT, avancerad styrning och övervakning och olika typer av ny teknologi i större utsträckning än tidigare. Ett viktigt inslag är

1 Se: http://www.epri.com/Our-Work/Pages/Grid-Modernization.aspx

också hantering av mycket stora datamängder, avancerad beräknings-teknik och ny mjukvara som bas för nya typer av informations-baserade tjänster som även riktar sig till slutanvändare.

Det smarta elnätet använder dubbelriktad kommunikation till konsumenter och producenter för styrning och informationsöver-föring och klarar även av att hantera produktionsflöden i olika rikt-ningar. Det gäller också sådan produktion som är svår att styra t.ex.

sol- och vindkraft (s.k. intermittent produktion). Slutligen kan det smarta elnätet också göra det lättare för kunderna att dra nytta av sina möjligheter till en mer flexibel elförbrukning och därigenom frivilligt medverka till begränsning av belastningstoppar även kallad förbrukarflexibilitet eller ”demand respons”.

De smarta elnäten kan sägas bidra till att den flexibilitet som finns i elsystemet kan utnyttjas i betydligt större utsträckning och på ett effektivare sätt, eller med andra ord att förmågan att hantera kom-plexitet ökar. Denna ökade förmåga att hantera komplexa förhållan-den gör det möjligt att involvera fler och mindre aktörer i värdekedjan samtidigt som grundläggande krav på elsystemet upprätthålls (el-kvalitet, säkerhet, robusthet, effektivitet, hållbarhet). I ett framtids-perspektiv är just förmågan att hantera komplexitet avgörande efter-som framtidens elsystem förväntas bli mer komplext än dagens bl.a.

genom den ökade andelen förnybar och icke styrbar elproduktion och att konsumenter också blir producenter, vilket gör att den sam-lade nettoefterfrågan (förbrukning minus egenproducerad el) blir svårare att förutsäga.

Förmågan att hantera komplexitet kan också uttryckas som mäng-den intelligens i kraftsystemet. Det är dock viktigt att tydliggöra att vi med intelligens inte enbart avser elsystemmässiga funktioner utan också innovationer och tjänsteutveckling som bl.a. stärker kun-dernas aktiva agerande på marknaden.

Nedanstående figur från forskningsprogrammet NEPP2 illustre-rar schematiskt sambandet mellan värdet av och kostnaden för mängden intelligens i kraftsystemet. I en optimal situation motsvaras värdet eller nyttan av de åtgärder som genomförs av kostnaderna för dessa åtgärder.

2 Preliminär delrapport från NEPP, 2013: Utredning av hur utvecklingen av kraftsystemet utan-för Sveriges gränser påverkar behovet av smarta elnät i Sverige, och, Beskrivning av de konkreta utmaningar som det svenska elnätet står inför med anledning av den pågående omställningen av energisystemet. Publicerad på www.swedishsmartgrid.se

Figuren illustrerar att när ”mängden intelligens” i kraftsystemet ökar så ökar också kostnaderna i takt med att allt dyrare åtgärder tas i anspråk. Som ett resultat av utvecklingen inom IKT-området förvän-tas dock dessa kostnader minska i framtiden, dvs. kostnadskurvan förskjuts nedåt, så som pilen i figuren indikerar.

Samtidigt förväntas det framtida elsystemet bli mer komplext än dagens, bl.a. som ett resultat av en betydligt större andel icke styr-bar och lokal förnystyr-bar elproduktion. Detta innebär att värdet av för-mågan att hantera denna komplexitet kommer att öka dvs. värde-kurvan förskjuts uppåt, vilket indikeras av pilen i figuren. Ytterligare en faktor som ökar värdet av ”mängden intelligens i kraftsystemet”

är att samhällets beroende av ett fungerande elsystem med hög el-kvalitet ökar, vilket i sin tur gör att man vill minska risken för fel, minska konsekvenserna av de fel som ändå inträffar samt snabbt åtgärda felen.

Utifrån figurens schematiska samband kan vi alltså konstatera att det elsystem som är optimalt med dagens förhållanden inte längre kommer att vara det i framtiden. De investeringar som behöver göras

är omfattande och tar erfarenhetsmässigt lång tid. Det är därför betydelsefullt att åtgärder vidtas redan i dag för att säkerställa utveck-lingen av ett modernt och flexibelt elsystem som klarar morgon-dagens krav både ur miljösynpunkt och när det gäller kundernas möjligheter att aktivt medverka på marknaden.

Utifrån detta perspektiv kan smarta elnät sammanfattningsvis sägas utgöra de tekniska lösningar, funktioner och regelverk som gör det möjligt för alla aktörer på marknaden att värdera flexibilitet utifrån egna förutsättningar, och utifrån egna behov köpa och sälja (eller aktivt skänka bort) denna flexibilitet. Härigenom skapas också ut-rymme för nya affärsmodeller där dessa möjligheter tas tillvara.

Med utgångspunkt från det föregående kapitlet, som med ett över-gripande resonemang redogör för vad smarta elnät är, syftar detta kapitel till att ge en enkel och allmänt hållen beskrivning av de tekni-ker och funktioner som kan tänkas ingå i ett smart elnät. Meningen är att ge en konkret bild av vad smarta elnät kan innebära i praktiken, och att beskriva vari smartheten ligger, när man pratar om utveck-lingen av smarta elnät. Beskrivningen ger exempel från hela värde-kedjan, från produktion, elkraft- och IKT-teknik till applikationer hos slutanvändare, utan att för den skull ha ambitionen att vara hel-täckande. Beskrivningen följer i stora drag den indelningen i teknik-områden som används av International Energy Agency (IEA). Snar-lika teknikområden används även av EUs forskningscenter, Joint Research Center (JRC), och de standardiseringsorganen som ansvarar för elkraftteknik på internationell- och EU-nivå1. Vid en jämförande sammanställning av alla teknikkategorier, blir det tydligt att det smarta nätet omfattar en mängd olika tekniker som spänner över hela el-systemet.

1 Dessa är CEN (European Committee for Standardization) och CENELEC (European Com-mittee for Electrotechnical Standardization) på EU-nivå och IEC (International Electro-technical Commission) på internationell nivå.

4.1 Från traditionella elnät till smarta elnät

Dagens elsystem präglas av en centraliserad kraftproduktion med storskalig vattenkraft, kärnkraft och kraftvärme och ett hierarkiskt distributionsmönster. Kraftproduktionen från dessa centrala stora kraftverk transporteras via allt lägre spänningsnivåer via stamnät, regionnät och distributionsnät till områden där efterfrågan hos slut-användarna finns. Elen levereras i dag främst i en riktning.

I ett traditionellt nät styr ett schablonberäknat förbruknings-mönster baserat på historiska data produktionen, inte den faktiska förbrukningen. När den faktiska förbrukningen avviker från den be-räknade, regleras produktionen för att upprätthålla balansen mellan hur mycket el som produceras och hur mycket som används. Skulle det bli brist på el körs ett antal reservkraftverk igång. Näten och kraft-produktionen är dimensionerade för att säkerställa elförsörjningen baserat på dagens stabila och oftast förutsägbara förhållanden.

Sveriges nät byggdes för att möta dåtidens krav, vilket innebar att kraftproduktionen skedde långt ifrån områden där elen användes. Det var därför nödvändigt att bygga ut ett stabilt transmissionsnät, även kallat stamnät, för att kunna överföra elen långa sträckor. Från början fanns det stora problem med överföringsförluster i ledningarna.

Kraft-överföring över långa sträckor blev först möjlig genom trefas växel-ström.

De konventionella distributionsnäten är byggda efter vad man kan kalla för ”bygga och anslut principen”. När t.ex. nya bostads-områden byggs, dimensioneras nätet för den sannolika maximala för-väntade belastningen som man uppskattar i enlighet med beprövade designprinciper.

Med nuvarande förhållanden och krav fungerar alltså elförsörj-ningen bra och som förväntat, även om en del av infrastrukturen åldras med ett investeringsbehov som följd.

Men som tidigare nämnts, befinner sig energisystemet i förvand-ling. Elproduktionen från förnybara energikällor förväntas öka. Kun-derna vill bli aktiva deltagare på energimarknaden och kanske själva producera och sälja sin egen el. Allt detta ställer det traditionella nätet inför nya utmaningar och krav, vilka innebär att behovet av nya smarta elnätslösningar ökar. Speciellt sådana som kan hantera ökad flexi-bilitet och komplexitet.

Även om det i vissa fall kommer att vara aktuellt att bygga ny infra-struktur, kommer den vanligaste åtgärden att vara att man byter ut eller lägger till nya komponenter och funktioner i befintliga nät.

Smarta nät kan därför ses som en kontinuerlig förbättringsprocess.

Många av de tekniker som man kan använda för att öka intelligensen dvs. göra näten mer flexibla med hjälp av styr- och kontrollfunktio-ner, har funnits länge på marknaden. Nyheten ligger i många fall i nya användningsområden. Det är dock viktigt att betona, att smart-heten inte bara är nya tekniklösningar. Även nya affärsmodeller och vårt beteende är faktorer som gör ett framtida nät ”smart”.

En av de största tekniska utmaningarna är hantering av icke styr-bar elproduktion såsom vind- och solkraft. Framtidens smarta nät förväntas kunna integrera sådan produktion av alla typer och omfatt-ning, till skillnad från dagens huvudsakligen centraliserade och mer styrbara produktion.

För att styra kraftflödet mer optimalt ska det kunna gå i flera rikt-ningar till skillnad från i dag då flödet främst går i en riktning. Där behov finns förväntas dessutom styrningen av nätet ske med infor-mation som baseras på realtidsdata till skillnad från historiska data.

Detta möjliggör en effektivare användning av infrastrukturen och öppnar upp för nya prissättningsmodeller och förändringar i bete-ende hos slutanvändaren. Man ska dock komma ihåg att utbyggan-den av nätet sker på marknadsmässiga villkor. Det är därför viktigt att balansera kostnad och nytta och att ha ett helhets- och system-perspektiv.

4.2 Smarta elnätsteknologier

Begreppet smarta nät används ibland för att beskriva hur man med ett större inslag av informationsteknik kan förbättra driften av kraft-systemet på olika sätt. I ett kraftsystem är syftet att kontinuerligt upprätthålla balansen mellan produktion och konsumtion. Man måste kontinuerligt styra denna balans, eftersom det inte finns några egent-liga möjligheter till lagring i elsystemet.

Det man kan mäta är t.ex. spänning, överföring, produktion och konsumtion. Denna information kan sedan användas för olika typer

av beslut. Själva styråtgärden i sig är inte ”smart”, utan konsekven-sen av styråtgärden. För att veta om en viss styrning är effektiv med hänsyn till ekonomi, tillförlitlighet, säkerhet och miljöpåverkan krävs att man har en modell av sitt system. Beräkningsmodellen uppskattar konsekvensen av ett visst beslut, och ligger därmed till grund för beslutsfattande, t.ex. att stänga minska eller öka kraftproduktionen.

Besluten kan utföras automatiskt av datorer/processorer, eller manu-ellt av människor som studerar situationen och beslutar om styr-signaler.

Principen är inte ny, men minskade kostnader för informations-teknik har gjort det möjligt att utnyttja helt nya lösningar och att öka effektiviteten i denna process.

Smarta elnät i sig är ingen drivkraft för utvecklingen av allt högre presterande semikonduktorer och sensorer men dessa behövs som väsentliga byggstenar i alla led från kraftproduktion ut till det fram-tida smarta hemmet. Mängden data som behöver processas förväntas i framtiden bli stor, vilket ställer krav på hantering, lagring och även säkerhet.

Nedan beskrivs respektive teknikområde inom smarta elnät. Rub-rikerna följer i stort sett indelningen i teknikområden i figur 4.3.

Teknik som inte direkt ingår i dessa kategorier, men vars utveckling ändå förväntas påverka utvecklingen av det smarta elnätet, beskrivs i slutet av detta avsnitt.

4.2.1 Integrering av förnybar och decentraliserad produktion Integrering av förnybara och distribuerade energiresurser omfattar allt från stora enheter, t.ex. vindkraftsanläggningar till havs i stamnät, till småskaliga enheter såsom enskilda solceller på bostadshus som ansluts till lokalnät. Det är den variabla elproduktionen som ställer nya krav på näten, eftersom kraftproduktion för de flesta förnybara energikällorna inte kan styras. Den variabla elproduktionen medför ett antal olika utmaningar på flera nivåer i elsystemet. För det första innebär variationen i produktion nya krav på balansering av systemet, dvs. variationerna i vind och sol måste kompenseras med annan produktion eller förbrukningsreduktion. För det andra kan snabbt stigande eller fallande produktion (s.k. ramping) också skapa spän-ningsproblem på såväl transmissionsnivå som distributionsnivå. Vidare kan en omfattande utbyggnad av ny, icke styrbar produktion också medföra krav på nätförstärkningar.

Sammanfattningsvis kan man peka på två stora problemområden som behöver lösas för en effektiv integration av förnybar och de-centraliserad produktion. Det första området omfattar balanseringen av energisystemet i sin helhet. Det andra rör otillräckligt överförings-kapacitet både på transmissions- och distributionsnivå när nya pro-duktionsanläggningar ska anslutas till nätet.

Det finns en del olika tekniska lösningar man kan använda sig av för att hantera respektive problemområde eller en kombination av båda och som därmed underlättar en storskalig introduktion av för-nybar energi. Energilagringssystem omfattar t.ex. flera tekniker som kan bidra till kapacitetsutjämning.

Lagring

Energilagringssystem, både elektriskt och termiskt baserade, kan hjälpa till vid kapacitetsutjämning. Energilagring medger att el som produceras när förbrukningen är låg eller produktionen för hög (risk för överbelastning av nätet), kan sparas för att användas när efter-frågan är hög respektive produktion för låg. Olika typer av energi-lager kan också användas för att öka kontrollen över nätet och el-kvaliteten. De lagringstekniker som diskuterats och utvecklats under de senaste 15 åren är:

 Pumpkraftverk

 Tryckluftslagring CAES (Compressed Air Energy Storage)

 Batterier, konventionella och avancerade

 Bränsleceller och vätgas

 Svänghjul

 Superkondensatorer

 Supraledande magnetlager (SMES)

 Power to Gas (P2G)

Lagringsteknik skulle kunna bidra till att lösa en rad av de utmaningar som elsystemet står inför. McKinsey2 har pekat på energilagrings-system, och då specifikt på Li-Ion batterier, som en av de tolv mest omvälvande teknologier som kommer att påverkar oss i framtiden.

I Sverige kan man se vattenkraften och dess roll i regleringen av elproduktionssystemet som ett stort lagringssystem med olika tids-skalor för lagring, från timme till säsong. Svensk vattenkraft spelar också stor roll när det gäller möjligheterna att integrera större mäng-der förnybar energi i kraftsystemet. Den stora vattenkraftsandelen i det svenska elproduktionssystemet har gjort att andra energilagrings-tekniker för att kunna integrera förnybar energi i elkraftsystemet inte blivit en lika prioriterad fråga som i övriga EU och USA. När det gäller ellagring som ett sätt att ta bort eller lindra effekterna av elavbrott, är däremot svenska problem likadana som andra länders.

Ytterligare en egenskap hos energilagringsteknik är att den kan användas för att skjuta upp investeringar i kapacitetshöjningar, genom att minska toppbelastningar och undvika konflikter om nätutbygg-nader.

Övrigt

Utöver lagring kan automatisering av kontroll över produktion och efterfrågan (i tillägg till andra former av laststyrning) bidra till att säkerställa balansen mellan utbud och efterfrågan.

Flexibel kraftproduktion är ett annat koncept för att hantera en alltmer komplex lastbalansering i näten och som testas på olika håll.

2 McKinsey Global Institute, May 2013: Disruptive technologies: Advances that will transform life, business, and the global economy.

Elproduktionen i ett kraftverk matchas med efterfrågan med hjälp av flera identiska generatorer som kan starta, stoppa och arbeta effek-tivt vid en vald belastning och oberoende av varandra, vilket gör denna lösning lämplig för både bas- och topplast. De första två an-läggningarna av detta slag byggs i Estland och syftet med dem är att

”ge dynamisk produktionskapacitet för att möta plötsliga och ovän-tade nedgångar i elförsörjningen”. Anläggningarna beräknas vara klara under 2013 och 2014, och deras totala produktion kommer att vara 250 MW.

4.2.2 Realtidsövervakning och styrning

Realtidsövervakning och kontroll, Wide Area Measurement System (WAMS), är ett teknologiområde som i dag främst används på trans-missionsnivå. WAMS ger möjlighet till realtidsövervakning av prestan-dan i olika komponenter i kraftsystemet över stora geografiska om-råden. WAMS är ett avancerat verktyg för optimerad systemdrift, som underlättar integrering av förnybara energikällor. WAMS kan även hjälpa till att minska eller undvika elavbrott.

Fasvektormätning görs genom höghastighetssensorer kallade PMU:er (Phasor Measurement Unit) som anses vara några av de vik-tigaste mätinstrumenten i framtida kraftsystem3. En PMU kan vara en särskild enhet, eller så kan PMU-funktionen byggas in i ett skyd-dande relä eller annan anordning.

PMU:er kan användas för att övervaka elkvalitet och i vissa fall reagera automatiskt på förändringar. PMU:er kallas även synchro-phasors och är en anordning som mäter de elektriska vågorna i el-nätet med hjälp av en gemensam tidpunkt för synkronisering. Tids-synkronisering tillåter Tids-synkronisering av mätningar från flera avlägsna mätpunkter på nätet i realtid och upptäcker avvikelser. Tekniken med synchrophasors ger därmed systemansvariga ett verktyg för att mäta tillståndet i elsystemet (stabiliteten) och därmed att hantera elkvalitet.

Genom att aggregera insamlade data i decentraliserade övervak-ningssystem kan man övervaka och kontrollera kraftflödet från flera olika produktionskällor, vilket är speciellt viktigt vid en hög andel icke styrbar produktion. Tekniken har potential att förändra

3 En fasvektor är ett komplext tal som representerar både storleken och fasvinkeln av elens sinus-vågor. Fasvektorer återspeglar på så sätt växelströmmens vågform. Dessa ska ha samma iden-tiska sinusform vid samma tidpunkt i hela nätet.

min för kraftöverföring genom bättre kontrollmöjligheter i befintliga kraftledningar som kan ge ökad överföringskapacitet och minska behovet av nybyggnation.

Tillämpningsområdena är många, t.ex. automatisering av kraft-system och laststyrning och metoder för realtidsstyrning, där bättre information gör att man kan köra närmare sina tekniska gränser.

Andra exempel är utveckling av ”early-warning-system”, där man från oscillationsmätningar kan identifiera när en åtgärd måste utföras och design av dynamiska nättariffer där tarifferna ändras efter den fak-tiska situationen i nätet.

Ett nätverk av PMU:er möjliggör realtidsövervakning på regional och nationell nivå. En sammankoppling av PMU:er, i de framtida smarta elnäten, ger också möjligheter att i vissa situationer begränsa

Ett nätverk av PMU:er möjliggör realtidsövervakning på regional och nationell nivå. En sammankoppling av PMU:er, i de framtida smarta elnäten, ger också möjligheter att i vissa situationer begränsa

I dokument DELÅRSRAPPORT Kunskapsplattformen och nuläge i Samordningsrådets arbete. Logotyp avsändare tydlighet (sidor 26-0)