Egenskaperna hos de väsentliga kommunikationsmetoderna summeras i Tabell 7.
Tabell 7. Jämförelse mellan överföringskapacitet och täckning hos kommunikationsmetoder. Källa: Baserade på [64] [58] [65] [50] Nätverk Kommunikations- teknik Standard/ Protokoll/Typ Överförings- hastighet Täckning HAN/NAN Bluetooth 802.15.1 721 kb/s 1 – 100 m Zigbee ZigBee 250 kb/s 10 – 100 m ZigBee Pro 250 kb/s 1,600 m WLAN 802.11 2 Mb/s 50 – 250 m Styrkabel - 1,5 Mb/s 2,5 km PLC EN50065-1 10 kb/s – 600 Mb/s 80 – 500 m Radio MAS 4,8 kb/s 15 km WAN WiMAX/LTE 75 Mb/s 48 km Mobilt 2G 28 kb/s 2 – 50 km 2.5G 144 kb/s 3G 2 Mb/s 4G 100 Mb/s Fiber - 2,5 Gb/s 200 km
55
Det är viktigt att förstå att överföringshastigheten, och framförallt responstid, varierar med avståndet – framförallt för de trådlösa alternativen. I många fall kan täckningen öka i samband med sänkt överföringshastighet [50]. Man ser också kommunikationsteknikerna skiljer sig, och slutsatser kan dras hur vida vilken metod som kan tillämpas i vilket avseende.
11 Slutsatser
Syftet med denna rapport var att summera de väsentliga områden som faller in under konceptet smarta elnät. Det råder inget tvivel om att smarta elnät är diffust koncept då det, som tidigare nämnts, finns flertalet definitioner beroende på ifall man pratar om förnyelsebar energiproduktion, energieffektivisering, ökad leveranssäkerhet eller elmarknaden. För att ge ett försök till att skapa en övergripande definition, med inspiration från tidigare nämnda definitioner och den information som samlats i denna rapport rörande smarta elnäts huvudsakliga intresseområden föreslås följande:
Ett smart elnät är nästa steg i elnätets fortgående utveckling som sker till följd av samhällets ökande förlitlighet på konstant elförsörjning och önskan att begränsa människans miljöpåverkan. Målet är att med hjälp av kostnadseffektiva tekniska lösningar, effektiv teknik och ekonomiska drivkrafter främja införandet av ytterligare förnyelsebar elproduktion, en ökad elanvändning och ett effektivare utnyttjande av elnätet – ett elnät med låga förluster, hög elkvalitet och leveranssäkerhet med elkunder som är mer medvetna och delaktiga i sin elförbrukning än förr.
Utifrån denna definition, och summeringen av de utmaningar som elnätet står inför som togs upp under avsnitt 4, märker man att de väsentliga aspekterna är väldigt sammanhängande. Vill man till exempel införa mer förnyelsebar elproduktion och ökade förbrukning i form av elbilar på distributionsnätet samtidigt som elkvaliteten hålls hög måste nätkapaciteten öka. För att öka nätkapacitet på distributionsnätet utan att behöva göra stora investeringar i ut- eller ombyggnad av elnätet måste vi sänka de högsta laster elnätet utsätts för. Det konstateras att en varierande och intermittent elproduktion medför en varierande och intermittent elmarknad och belastningen på elnätet. I samband med det och i syfte att försöka jämna ut belastningen och öka nätkapaciteten på elnätet i samband med intermittent elproduktion från förnyelsebara energikällor och en varierande förbrukning på distributionsnätet summeras tre lösningar: Energilagring, effektivare komponenter och DR.
För energilagring i form av balanskraft i samband med elproduktion eller -förbrukning anses kommersiella eller mindre jonbatterianläggningar som mest lämpliga på grund av dess egenskaper. Dessvärre är kostnaden för denna typ av teknik dyr i investering, och eftersom lagringsteknik faktiskt inte till för el i form av elproduktion är de ekonomiska förutsättningarna dåliga. Däremot ser vi en pågående minskning i priset för denna typ av teknik, och potentialen för denna tekniska lösning återstår att se.
Ecodesign och energieffektiviseringsdirektivet är i dagsläget de drivkrafter som är menade att åstadkomma energieffektivisering på komponent och systemnivå under både elproduktion, -transport och -förbrukning. Detta skapar en allmän kvalitetshöjning i produktbranschen och skapar på sikt effektivare komponenter över flertalet verksamhetsområden. Utöver att se till att de produkter som de köper håller moderna standarder kan företag investera i ytterligare funktionalitet
56
högre kvalité på produktkomponenter. När det kommer till nätbolagen, och där främst deras transformatorer, är det intressant att börja investera i modern teknik och automationssystem för att kunna utnyttja transformatorn till fullo och sänka driftkostnader och förluster. I många industrier, och framförallt över elnätet, har komponenter långa livslängder och höga investeringskostnader. Detta gör att direkt byta ut komponenter som redan är i drift inte är aktuellt. Som tidigare nämnts gör detta att låg investeringskostnad prioriteras i bland annat transformatorindustrin. Dock gör EIs incitament rörande nätförluster att nätbolagen förhoppningsvis kan gå över till att prioritera TOC istället vid nya inköp.
DR är en väsentlig del inom det smarta elnätet. Utifrån de drivkrafter och incitament som utformas i dagsläget är DR också den mest intressanta aspekten eftersom det, enligt information som sammanställts i denna rapport, finns åtgärder som kan göras i dagsläget utan stora tekniska investeringar. Målet är att göra kunden mer delaktig och intresserad av sin energiförbrukning för sedan anpassa den för att sänka lasten under tidsperioder då lasten är hög i syfte att sänka förluster och öka nätkapaciteten. Detta kommer inte att ske i större skala förrän kunden har ekonomiska grunder att göra det. Som analysen av dagens elpris antydde finns det i dagsläget få anledningar för kunden att förbruka mindre el vissa tidpunkter under dagen. Det generellt låga och stabila elpriset i större delen av Sverige, som består i del av fasta eller månadsbaserade kostnader, gör att det finns lite incitament för kunden se över sitt förbrukningsmönster under dagen. På grund av EIs kommande incitamentmodeller blir det intressant för nätbolagen att strukturera om sin nättariff till en timbaserad dynamisk tariff för att ge kunderna detta ekonomiska incitament. Eftersom det har visats att besparingar kan åstadkommas för både nätbolag och kunder genom indirekt laststyrande åtgärder är det tydligt att reformer på elmarknaden är viktiga och det första steget mot ett smart elnät, innan man tittar på direkt laststyrande lösningar.
Utöver de nyss nämnda aspekterna inom smarta elnät aspekten rörande en ökad tillgängliget ett avskilt område då det inte är relaterat till samhällets miljöpåverkan. Denna typ av utveckling av elnätet omfattar övergången mot ett automatiserat distributionsnät med högre redundans än dagens utformning. Detta syftar främst till utvecklingen mot digitala ställverk med högre intelligens för styr och reglerfunktioner med kommunikationsprotokollet IEC 61850 menat för integrering mellan komponenter i ställverk. På grund av skärpta regler för elavbrott och det ökande behovet att konstant elleverans till kunder är detta en nödvändig utveckling. Dock har skyddsutrustning i ställverk, likt transformatorer, långa livslängder och höga inversteringskostnader. Därför kommer utveckling behöva ske successivt allt eftersom gammal teknik behöver bytas ut, och inte genom en total renovering av elnätet på samma gång. Ett problem som uppkommer genom det är att tekniken ständigt utvecklas och det som är en bra lösning i dagsläget kan komma att konkurera med bättre lösningar i framtiden. Därför är det viktigt att det finns tydliga riktlinjer och kompabilitetsstandarder för både skydds-, övervaknings-, och mätsystem.
Oavsett om man befinner sig i ett ställverk, vid en produktionsanläggning eller i hemmet är kommunikationsnätverk och datainsamling grundläggande för samtliga funktioner i ett smart elnät. Som tidigare nämnts finns det olika former av nätverk, och därmed kommunikationstekniker lämpade för olika ändamål. Som det konstaterades i [58] är fiber det klara alternativet för ställverksautomation där responstiden är viktigast även om den är dyr att investera i. Som nyss nämnts kommer utveckling rörande ställverksautomation ske successivt, men det kan därför vara
57
intressant att planera ett kommunikationsnätverk redan i dagsläget även om det inte utnyttjas till fullo direkt. När det kommer till datainsamling från kunder, och möjligheten att senare implementera styrfunktioner i hemmen är ZigBee ett bra alternativ för både HAN och NAN där data kan skickas trådlöst till nät- eller fördelningsstationer och sedan skickas vidare till nätbolaget över ett WAN som till exempel ett mobilt nätverk eller WiMAX.
12 Förslag på ytterligare arbete
Under arbetets gång har ett par aspekter behövt försummas på grund av olika anledningar. Eftersom det här examensarbetet riktat sig mer åt lösningar knutna till distributionsnätet har där bland HVDC som teknisk lösning till ökad nätkapacitets inte avhandlats. Dess möjlighet för elöverföring från avskilda produktionsanläggningar och som sammanslutning mellan elmarknader inom Super Smart Grids har en stor påverkan på framtidens elnät och en analys över dess möjliga implementering i olika avseenden är värt att fördjupa sig inom.
Därtill har ämnet reglerkraft, eller auxiliary power, som tjänstemarknad inte diskuterats i större avseende. Här pratar man om hur externa bolag har möjligheten att sälja tjänsten som reservmedie för att skapa balansen över elnätet i anknytning till den ökande intermittenta elproduktionen. Man skulle därför gärna undersöka möjligheterna för denna tjänstemarknad och dess ekonomiska potential.
Möjligheten för kunder att producera sin egen el, det vill säga bli prosumers, är också ett område som kommer bli mer betydande i framtiden. Därför hade det varit intressant att undersöka ifall småskalig elproduktion eller, eller mikroproduktion, kunnat antingen vara en lösning till för lastutjämning eller ett upphov till mer problematik.
58
Litteraturförteckning
Samtliga webbaserade hänvisningar fanns tillgängliga under tillhörande webadress den 18/05/14
[1] Svenska Kraftnät, ”Stamnätet,” 15 Januari 2014. [Online]. Available: http://www.svk.se/Om-oss/Var-verksamhet/Stamnatet/.
[2] K. Granath och B. Gustavsson, ”Leveranssäkerheten i elnäten 2012,” Energimarknadsinpektionen, Eskilstuna, 2014.
[3] D. Asplund, ”Prestandautvärdering och analys av tre elnätkommunicerande AMR-system,” Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm, 2006.
[4] N. Nilsson, Interviewee, Elnätets uppbyggnad och skyddsutrustning. [Intervju]. 14 Maj 2014. [5] Eu-upplysningen, ”Klimatmål för att stoppa global uppvärmning,” 10 Februari 2014. [Online].
Available: http://www.eu-upplysningen.se/Om-EU/Vad-EU-gor/Miljopolitik-i-EU/Klimatmal-for-att-stoppa-global-uppvarmning/.
[6] Svensk Energi, ”Strömavbrott - bra att veta,” [Online]. Available: http://www.svenskenergi.se/Elfakta/Storningsinformation/. [7] Svensk Energi, ”Avbrottsersättning,” [Online]. Available:
http://www.svenskenergi.se/Global/Dokument/information/Avbrottsers%C3%A4ttning.pdf. [8] Energimarknadsinspektionen, ”Vad säger lagen om elavbrott?,” 14 April 2013. [Online].
Available: http://ei.se/sv/el/Fragor-och-svar-om-el/Fragor-och-svar-om-elavbrott--kvalitet/vad-sager-lagen-om-elavbrott/.
[9] EON, ”Vad ingår i elpriset, och hur kan jag själv vara med och påverka?,” [Online]. Available: http://www.eon.se/privatkund/Kundservice/Fragor--svar/Fragor-om-el/Produkter--priser/Vad-ar-elpriserelavtal-/.
[10] Landskrona Stad, ”Information om elpriset,” [Online]. Available:
http://www.landskrona.se/Documents/Landskrona/Documents/TSB/Bo%20&%20bygga/energi avgifter.pdf.
[11] P.-O. Nylén, ”Möjligheter och hinder för laststyrning,” Elforsk, 2011.
[12] H. Ibrahim och . M. Skillbäck, ”Evaluation methods for market models used in smart grids,” Kungliga Teniska Högskolan, Stockholm, 2012.
[13] EME Analys AB, ”Införandet av AMS system i Sverige och Europa,” Stockholm, 2007.
[14] M. Persson, ”Mätningar och undersökning av elkvaliteten i elnätet på reningsverket GRYAAB, i Göteborg,” Chalmers Tekniska Högskola, Göteborg, 2008.
[15] G. Persson och A. Sundström, ”Ny ellag,” 22 Maj 1997. [Online]. Available:
http://www.riksdagen.se/sv/Dokument-Lagar/Forslag/Propositioner-och-skrivelser/prop-199697136-Ny-ellag_GK03136/?text=true.
[16] L. W. Öhling, ”Incitament för smarta nät i förhandsregleringen,” Energimarknadsinspektionen, Eskilstuna, Utkast.
[17] Liber AB, Elkraftsystem 2, Stockholm: Liber AB, 2012.
[18] N. Etherden, ”Increasing the Hosting Capacity of Distributed Energy Resources Using Storage and Communications,” Luleå Tekniska Universitet, Luleå, 2014.
59
[19] Inductive Automation, ”What is SCADA?,” [Online]. Available: http://www.inductiveautomation.com/what-is-scada.
[20] M. H. Bollen, The Smart Grid - Adapting the Power system to New Challanges, Morgan & Claypool Publishers, 2011.
[21] Destatis, ”Production,” [Online]. Available:
https://www.destatis.de/EN/FactsFigures/EconomicSectors/Energy/Production/Tables/GrossEle ctricityProduction.html.
[22] Epexspot, ”Market Data,” 26 Ferbruari 2014. [Online]. Available:
http://www.epexspot.com/en/market-data/auction/chart/auction-chart/2014-02-26/DE. [23] Energinet, ”2013 was a record-setting year for Danish wind power,” 15 Januari 2014. [24] Nord Pool, ”Elspot prices,” 26 Februari 2014. [Online]. Available:
http://www.nordpoolspot.com/Market-data1/Elspot/Area-Prices/ALL1/Hourly/.
[25] Nord Pool, ”No. 16/2009 Nord Pool Spot implements negative price floor in Elspot from October 2009,” 04 Februari 2009. [Online]. Available: http://www.nordpoolspot.com/Message-center- container/Exchange-list/Exchange-information/No162009-Nord-Pool-Spot-implements-negative-price-floor-in-Elspot-from-October-2009-/.
[26] The World Bank, ”Electricity production from hydroelectric sources (% of total),” [Online]. Available:
http://data.worldbank.org/indicator/EG.ELC.HYRO.ZS?order=wbapi_data_value_2011+wbapi_d ata_value&sort=desc.
[27] Svenska Kraftnät, ”Elområden,” [Online]. Available: http://www.svk.se/PageFiles/40150/Snitten_webb.jpg.
[28] Svenska Kraftnät, ”Elområden,” 07 November 2011. [Online]. Available: www.svk.se/Drift-och-marknad/Kraftsystemet/Elomraden/.
[29] V. Svensson och H. Myrén, ”Installation av feldetektorer i Vänersborgs elnät för reducering av samhällskostnader vid störningar,” Högskolan Väst, Trollhättan, 2011.
[30] G. Bieser, ”Smart grid in the European enerfy sector,” Springer-Verlag, Berlin, 2013.
[31] National Institute of Standards and Technology, ”Technology, Measurement, and Standards Challenges for the Smart Grid,” i NIST-RASEI Smart Grid Workshop, Boulder, Colorado, 2013. [32] M. Bollen och O. Westman, ”Utmaningar för det smarta elnätet,” STRI, Ludvika, 2013. [33] T. Fogelberg, Skribent, EcoDesign - Transformatorträff. [Performance]. ABB, 2014.
[34] C. Liu, K. Chau, D. Wu och S. Gao, ”Opportunities and Challenges of to-Home, Vehicle-to-Vehicle, and Vehicle-to-Grid Technologies,” Proceedings of the IEEE, vol. 101, nr 11, 2013. [35] N. Etherden och M. Bollen, ”Dimensioning of Energy Storage for Increased Integration of Wind
Power,” IEEE Transactions On Sustainable Energy, vol. 4, nr 3, pp. 546-553, 2013.
[36] N. Silva, The SmartCity and SmartGrids projects in Portugal - The InovGrid experience, efacec. [37] Miljömål, ”Miljömålen i korthet,” 2008. [Online]. Available:
http://www.miljomal.se/Global/24_las_mer/broschyrer/miljomalen-i-korthet-isbn-620-8321-2.pdf.
[38] International Energy Agancy, ”World Energy Outlook 2011,” 2011. [39] Global Carbon Project, ”Global Varbon Budget 2013,” 2013.
60
[40] International Energy Agancy, ”World Energy Outlook,” [Online]. Available: https://www.iea.org/publications/scenariosandprojections/.
[41] European Commission, ”Ecodesign Your Future,” [Online]. Available:
http://www.rwsleefomgeving.nl/publish/pages/91495/ecodesign_your_future_brochure_ecod esign_en.pdf.
[42] Svensk Energi, ”Elnätet - en femtedel av dina elkostnader,” [Online]. Available: http://www.tekniskaverken.se/elnat/sa_fungerar_elmarknaden/forhandsreglering-elnatsa/Elnatsavgifter-forhandsreglering-webb_A4.pdf.
[43] ”Förslag till genomförande av energieffektiviseringsdirektivet i Sverige,” Näringsdepartementet, 2013.
[44] Svensk Energi, ”Proaktivt forum för elmätare,” 2012.
[45] J.-S. Chou, Y.-C. Hsu och L.-T. Lin, ”Smart meter monitoring and data mining techniques for predicitng refrigeration system performance,” Expert Systems with Applications, vol. 4, pp. 2144-2156, 2014.
[46] E. Valigi och E. Di Marino, ”Networks Optimization With Advance Meter Infrastructure And Smart Meters,” i 20th International Conference on Electricity Distribution, Prague, 2009. [47] B. Abbassi och J. Hultling Jacobsen, ”Smarta Elnät - Modell och Marknad,” Kungliga Tekniska
Högskolan, Stockholm, 2013.
[48] F. Magnusson, ”Kommunikationsgränssnitt och dess tillämpningar inom virtuella företagsväxlar,” Handelshögskolan vid Göteborgs universitet, 1998.
[49] P. Silverhjärta, ”Energieffektivisering,” 15 Maj 2013. [Online]. Available:
http://www.svenskenergi.se/Global/Dokument/Energieffektivisering/Presentationer_natverkstr aff_130514-15/Silverhj%C3%A4rta.pdf.
[50] M. Pipattanasomporn, M. Kuzlu och S. Rahman, ”Demand Response Implementation in a Home Area Network: A Conceptual Hardware Architecture,” Virginia Tech - Advanced Reasearch Institute.
[51] T. Eklund, ”Impact of Demand Response on Distributions System Operators' economy,” Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm, 2014.
[52] Y. Wu, ”ICT System Architecture For Smart Energy Container,” Kungliga Tekniska Högkskolan, Stockholm, 2011.
[53] HM Power, ”Today solution,” [Online]. Available:
http://www.smart- ring.se/var/ezflow_site/storage/images/media/images/today-solution-loop/2176-1-eng-GB/Today-Solution-Loop_reference.jpg.
[54] Alstrom, ”IEC 61850 Interoperability,” [Online]. Available:
http://www.alstom.com/Global/Grid/Resources/Documents/Automation/SAS/IEC%2061850%2 0standard.pdf.
[55] R. E. Mackiewicz, ”Overview of IEC 61850 and Benifits,” IEEE, 2006.
[56] Y. Tang, ”Deployment of Smart Energy Containers to Undeveloped Electrical Distributions Networks,” Kungliga Tekniska Högkskolan, Stockholm, 2011.
[57] L. Jakobsen, ”Automation In Cable Distribution Network (10kV),” i 21th International Conference
61
[58] M. Mård, ”Automation i distributionsnät,” Högskolan Väst, Trollhättan, 2011. [59] Alstrom, ”Agile Digital Substations,” [Online]. Available:
http://www.alstom.com/Global/Grid/Resources/Documents/Automation/P60-P44T-P747/Alstom-Digital-Substation-Solution-EN.pdf.
[60] ABB, ”Green distributions transformer program - Partnership for a sustainable environment,” 2010. [Online]. Available:
http://search.abb.com/library/Download.aspx?DocumentID=1LAB000195-US&LanguageCode=en&DocumentPartId=&Action=Launch.
[61] R. Saers, Skribent, TEC - Transformatorträff. [Performance]. ABB, 2014.
[62] R. L. Pickholtz, ”Communications by Means of Low Earth Orbiting Satellites,” The George Washington University, Washington DC.
[63] Vägbrytarenstockholm, ”Elmätare och fjärravläsning,” 8 September 2010. [Online]. Available: http://www.vagbrytarenstockholm.se/teknik/elmatare/index.htm.
[64] SGIC, ”Mutiple Adress (MAS) Radio,” [Online]. Available: http://www.sgiclearinghouse.org/Technologies?q=node/2121.
[65] ”Wireless Internet Access - Providers and Wireless Services,” [Online]. Available: http://compnetworking.about.com/od/wirelessinternet/.
[66] MSB, ”Rakel - ett nationellt system för samverkan,” [Online]. Available: https://www.msb.se/sv/Produkter--tjanster/Rakel/.
A
A. Avbrottsersättning
B