4 Smarta elnät – så fungerar det
4.2 Smarta elnätsteknologier
4.2.8 Integration av informations- och
Integration av informations- och kommunikationsteknik (IKT) om-fattar alla delar av det smarta nätet, från styrning och kontroll av produktion och överföring till slutanvändaren. Här redogörs för några av de IKT-tekniker som är av vikt för de olika delarna i det smarta nätet.
Kraftproduktion
Genom integration av IKT kan produktionsbolagen förbättra sin portföljhantering och få bättre verktyg och metoder till förebyggan-de unförebyggan-derhåll och därmed sänka sina unförebyggan-derhållskostnaförebyggan-der. Genom att optimera driften med hjälp av sofistikerade styrsystem och detal-jerad information om sin förbrukning, kan man göra effektivitets-vinster och snabbare agera på variationer i efterfrågan.
IKT möjliggör dessutom att man anpassar sin produktion till aktuella förbrukningsmönster, även kopplade till avancerade väder-prognoser, något som blir allt viktigare med den ökande andelen icke styrbara energikällor. Avancerade prognosmodeller, som ligger till grund för detaljerade väderprognoser med fokus på produktion från förnybara energikällor, är ett teknikområden som förväntas blir allt viktigare i framtiden. Som ett exempel från Tyskland, kan nämnas att det redan i dag finns en statistisk nätmodell (baserad på 111
rep-resentativa vindkraftparker i Tyskland) på plats som stödjer system-operatörerna med realtidsdata om vindkraft.
Transmission och distribution
IKT för transmissions- och distributionsnäten omfattar tekniker som effektiviserar och förbättrar förebyggande underhåll och kapacitets-planering, underlättar hantering av stora mängder energidata och möjliggör styrning av virtuella kraftverk (VPP) och mikronät, t.ex.
Interoperabel Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) system och realtidsövervakning (FACTS, D-FACTS, WAMS).
IKT spelar också en nyckelroll för en förbättrad kommunikation mellan distributions- och transmissionsnät. Dagens transmissionsnät är redan i dag styrbara på ett flexibelt sätt. Detta tack vare tekniker som FACTS, som är en beprövad teknik för kontroll av ett flexibelt transmissionssystem, och WAMS som är ett annat sätt för avancerad nätverkskontroll. WAMS inkluderar både mjukvara och kraftelek-troniska komponenter.
Distributionsnäten i det smarta elnätet måste kunna hantera distri-buerad kraftgenerering, såväl som aktiv medverkan av elkonsumen-terna som i framtiden också kan bli producenter, s.k. prosumers.
Dessa utmaningar kräver en högre automatisering också av distri-butionsnäten. Mycket tack vara integration av IKT kommer opera-törerna i det smarta elnätet att ha en heltäckande översikt över hela distributionssystemet. Exempel på funktioner som kan tänkas ingå är systemövervakning, statuskontroll, styrning, beredskap mot stör-ningar och avbrott, planerade avbrott, bedömning av optimal belast-ning samt kontroll över distribuerad kraftgenerering, energilagring och system för efterfrågestyrd distribution via integrerade drift-centraler. På distributionsnivån används D-FACTS, motsvarande FACTS för transmissionsnät. D-FACTS kan användas för en bättre kontroll av energiflöden, spänningsnivåer och elkvalitet.
En trolig utveckling för dagens distributionsnät är att dessa går mot s.k. aktiva nätverk. Aktiva nätverk kan drivas på samma sätt som de transmissionssystem som aktivt kan hantera dubbelriktade kraftflöden. Drivkraften bakom förändringen i nätarkitekturen är anslutning av en ökad mängd små produktionsenheter på låg-och mellanspänningsnivå. Nätarkitekturen utvecklas mot att bli mer sam-manlänkad (meshed) istället för dagens hierarkiska, radiella upp-byggnad samtidigt som den bli mer kontrollerbar genom IKT och
kraftelektroniska komponenter. Denna utveckling måste samtidigt åtföljas av en uppgradering av säkerhetssystemen.
Tjänstesektor (Elhandel/ Nya aktörer)
Även inom tjänstesektorn kommer IKT-baserade lösningar att vara en förutsättning för att utnyttja hela potentialen som smarta elnät kan erbjuda. Nya affärsmodeller som omfattar efterfrågestyrning, aggregering av produkter och tjänster och kundmedverkan behöver utvecklas.
Behovet av att ha bättre insyn och kontroll över näten resulterar i en ökad mängd data och hantering av dessa data. Beslutsfattandet i det smarta nätet, som investeringsplanering, underhåll, nätdrift etc., bygger på snabb tillgång till stora mängder data. Data från elmätaren, som tidigare endast använts för månatlig fakturering, spelar nu en central roll i det smarta elnätet. Det är framför allt dessa data som ligger bakom en dramatisk ökning av datavolymen. Hantering av s.k.
big data kräver avancerade IKT-lösningar, samtidigt som säkerhets- och integritetsfrågor, kopplade till insamlingen av dessa data, måste kunna hanteras.
Energianvändare/Kunder
Energianvändarna kan bidra till nyttan med smarta elnät genom att bli aktiva deltagare och t.ex. medverka i program för förbrukarflexi-bilitet. Sådana program innebär att kunden kan reagera i realtid, utifrån vissa villkor, genom att förändra sin elanvändning. Detta kan innebära att kunden, manuellt eller automatiskt, stänger av vissa funktioner t.ex. lampor, maskiner, vitvaror eller luftkonditionering.
Ett annat alternativ är att kunden startar upp mikroproduktion som svar på en nödsituation eller deltar på marknadsvillkor.
På senare tid har IKT utvecklats till den grad att större delar av förbrukarflexibiliteten skulle kunna fungera som en integrerad del av systemet. Mer specifika teknikområden ”bortom den smarta mätaren”
som kan stödja aktiva kunder inkluderar:
Energiverktyg för att förstå sina konsumtionsmönster, öka med-vetenhet och ändra beteendemönster. Dessa verktyg innebär oftast visualisering av elförbrukningen.
Integrerade plattformar för förbrukarflexibilitet, som integrerar yttre miljöfaktorer (prissignaler, väderdata, personliga förbruk-ningsmönster, önskemål etc.) med användning av elektrisk utrust-ning i en anläggutrust-ning (belysutrust-ning, VVS-system, maskiner, distribu-erad produktion etc.).
Intelligent utrustning och apparater som är utformade för att reagera autonomt på styrsignaler. Denna modell är särskilt lämp-lig för apparater som tillverkas i stort antal där betydande skal-fördelar kan uppnås, t.ex. intelligenta vitvaror.
Slutligen är interoperabilitet en nyckelfråga när tekniska lösningar inom elnätsområdet ska samverka med nya tjänster och IT-lösningar.
Här kan standardisering bidra till att främja innovationer inom området smarta elnät/smarta energitjänster för kunder.
utblick
Smarta elnät är en internationellt angelägen fråga med starka driv-krafter och omfattning i många länder. Som exempel kan nämnas USA där president Obama tagit initiativ till betydande satsningar bl.a. genom ”American Recovery and Reinvestment Act”1, i syfte att förnya och utveckla USA:s elnät till ett smart elnät som inklu-derar framtida innovativ teknik. Ett annat exempel är Sydkorea som antagit en omfattande och detaljerad nationell färdplan med målet att bygga upp ett smart elnät till 2030. Även inom Europeiska Unionen (EU) har utvecklingen av smarta elnät hög prioritet och en rad initiativ pågår såväl inom EU:s institutioner som inom närings-livet.
För att kartlägga och inhämta lärdomar från andra länders natio-nella politik för smarta elnät har samordningsrådet uppdragit åt Tillväxtanalys att beskriva trender och utmaningar i ett antal länder utanför Europa. De länder som ingått i detta uppdrag är Japan, USA, Sydkorea, Kina och Indien. I avsnitt 5.1 ges en kort samman-fattning av generella slutsatser och gemensam inriktning kring smarta elnät för de studerade länderna. En utförligare beskrivning som bygger på Tillväxtanalys länderrapporter, som finns publicerade i sin helhet på Tillväxtanalys webbplats2, återfinns i bilaga 2. I bila-ga 2 redovisas också utvecklingen för smarta elnät i Tyskland, Storbritannien och Frankrike. Därutöver finns behov av att närmare studera och inhämta erfarenheter från ytterligare ett antal länder inom Sveriges närområde, bl.a. Norge och Danmark. Genom-förda och pågående kartläggningar ingår som ett viktigt underlag i diskussioner kring Sveriges framtida utveckling av smarta elnät och
1 The American Recovery and Reinvestment Act of 2009 (”Stimulus Bill”, Pub.L. 111-5, H.R. 1, S. 1) is an Act of Congress enacted by the 111th United States Congress and signed into law by President Barack Obama on February 17, 2009.
2 Tillväxtanalys, 2013: Smartare elnät för förnybar energi och ökad konsumentmakt.
möjliggör tillvaratagandet av policyerfarenheter och synergieffekter genom utvecklat samarbete på olika plan.
I avsnitt 5.1 ingår även en kort sammanfattning över de vikti-gaste internationella initiativen, som berör smarta elnät.
I avsnitt 5.2 ges en översikt över utvecklingen på europeisk nivå bl.a. vad gäller övergripande politiska ramverk och gällande direktiv samt övriga initiativ med betydelse för smarta elnät bl.a. inom stan-dardisering och säkerhetsområdet.
5.1 Smarta elnät i ett internationellt perspektiv 5.1.1 Smarta elnät i Kina, USA, Sydkorea, Japan och Indien Gemensamt för de länder som analyserats är att smarta elnät är en prioriterad fråga. Centrala drivkrafter är energi- och klimatmål, som bland annat förväntas nås via utbyggnad av förnybar elproduk-tion och energieffektivisering, samt försörjningstrygghet och lokalt oberoende. Nyttan av smarta elnät som ett samhälleligt värde av-speglar sig i ett omfattande engagemang hos offentliga beslutsfattare och politiker. Näringsliv och akademi utgör också viktiga aktörer i utvecklingen av smarta elnät. I flera av länderna saknas fortfarande en tydlig hantering av konsumentperspektivet, vilket också resul-terar i ett begränsat engagemang hos slutkonsumenten.
Statliga insatser riktar sig huvudsakligen till forskning och ut-veckling kring smarta elnät där demonstrationsprojekt och stor-skaliga tester utgör en betydande del.
Standardiseringsfrågan är prioriterad för utvecklingen av smarta elnät. De flesta av länderna ser också teknikutvecklingen som en möjlighet att skapa globala konkurrensfördelar genom egna stan-darder, som övriga världen behöver förhålla sig till.
Trots skillnader i definitionen av smarta elnät och vad de inklu-derar, finns gemensamma utmaningar såsom vilken marknadsstruk-tur och vilka incitament som bör utvecklas och vilken finansiering som krävs för att utveckla smarta elnät i respektive land.
5.1.2 Internationella initiativ och organisationer International Smart Grid Action Network – ISGAN
Initiativet till ISGAN togs inom ramen för Clean Energy Ministerial3 och är ett verktyg för multilateralt samarbete mellan olika länders regeringar. Syftet är att stimulera till utveckling av teknik och system för smarta elnät, samt att bidra till utveckling av gemensamma rikt-linjer inom olika områden av betydelse för smarta elnät.
ISGAN organiseras under International Energy Agency (IEA) och är ett s.k. Implementing Agreement med namnet Implemen-ting Agreement for a Co-operative Programme on Smart Grids4. Det är således ett multilateralt samarbete på regeringsnivå. Dess syfte är att främja utveckling och införande av teknologi, praktik och system för smartare elnät. För närvarande ingår 24 länder, där-ibland Sverige, och utöver dessa, också EU-kommissionen. För att öka kunskapen om smarta elnät hos deltagarna bedrivs ett antal projekt inom övergripande teman.
Global Smart Grid Federation – GSGF
GSGF är en världsomspännande industriell intressentorganisation, som bland annat ska främja internationellt utbyte av idéer och goda exempel i energifrågor rörande pålitlighet, effektivitet, säkerhet och klimatförändringar. För att underlätta samarbetet mellan medlem-marna har tre arbetsgrupper skapats som ska fokusera på inter-operabilitet, gränssnitt mellan användarna, speciellt elfordon och lokala lagringsmöjligheter samt anslutning av småproducenter. GSGF har etablerat samarbete med flera internationella organisationer så-som Major Economies Forum on Energy and Climate (MEF), Clean Energy Ministerial (CEM), ISGAN och andra.
Conseil international des grands réseaux électriques – CIGRÉ CIGRÉ, rådet för stora elektriska system, grundades 1921 som en internationell ideell förening med syfte att främja samarbete mellan experter från hela världen genom att dela kunskap och gå samman för att förbättra dagens såväl som morgondagens elkraftsystem.
3 För information om CEM se www.cleanenergyministerial.org
4 För information om ISGAN och pågående verksamhet se www.iea-isgan.org
CIGRÉ har tillgång till mer än 2 500 experter från hela världen som arbetar aktivt tillsammans i strukturerade arbetsprogram som samordnas av CIGRÉ:s 16 studiekommittéer, som i sin tur över-vakas av de tekniska kommittéerna. Deras främsta mål är att ut-forma och utveckla kraftsystem för framtiden, optimera befintlig utrustning och elförsörjning och underlätta informationsutbyte.
Elforsk administrerar den svenska nationalkommittén för CIGRÉ och dess svenska och internationella nätverk.
Internationellt standardiseringsarbete
Standardisering är traditionellt ett område som karakteriseras av internationell samverkan, där statliga organ, tillverkare och använ-dare samarbetar. Standardiseringsfrågor är nära kopplade till export-frågor, dels på europeisk nivå dels på en global marknad där fri rörlighet är en viktig förutsättning för ökad konkurrenskraft och tillväxt. På internationell nivå ansvarar International Organization for Standardization (ISO) för framtagande av generella standarder, International Electrotechnical Commission (IEC) för standarder inom elkraftteknik medan International Telecommunication Union (ITU) ansvarar för området telekommunikation.
En planeringsgrupp inom IEC som fokuserar på smarta elnät är IEC SG3 som har medlemmar från 16 länder, där även Sverige finns representerat. IEC SG3 har tagit fram en vision om standardisering och smarta elnät, en webbaserad kunskapsplattform och publicerat en handlingsplan för standardisering av smarta elnät som kom ut i en första version 20105. Gruppen håller även på att utveckla ett webbaserat verktyg (mapping chart tool) som ännu inte publicerats.
Nationella handlingsplaner för standardisering ska inkorporeras i den uppdaterade handlingsplanen från IEC. Ambitionen är att IECs arbete ska harmoniseras med det standardiseringsarbete som bedrivs regionalt bl.a. inom Europeiska Unionen (EU).
5 IEC Smart Grid Standardization Roadmap, 2010:
http://www.iec.ch/smartgrid/downloads/sg3_roadmap.pdf
5.2 Smarta elnät i Europa
Europa har i en internationell jämförelse kanske de mest gynn-samma politiska förutsättningarna för att underlätta införandet av smarta elnät. Infrastrukturen i många europeiska länder är väl-utbyggd, dock saknas tillräcklig överföringskapacitet på en pan-europeisk nivå. Ett fåtal stora, relativt kapitalstarka elbolag har dominerat marknaden under en lång tid. Producenter och elhand-lare agerar på en konkurrensutsatt marknad där produktion och elhandel ska bedrivas åtskild från överföring och distribution (s.k.
unbundling). Även EU:s ambitiösa energi- och klimatpolitiska mål har en avgörande inflytande över förutsättningarna för smarta elnät, där EU bl.a. beslutat om mål och strategier för att minska utsläp-pen av växthusgaser bl.a. genom att öka energieffektiviteten och andelen förnybar producerad energi.
Utveckling och integrering av EU:s energimarknader är en prioriterad fråga, som lyfts fram av Europeiska Rådet vid ett flertal tillfällen, bl.a. vid dess möte i maj 2013. Vid detta möte uppmanar rådet bl.a. till ett effektivt och konsekvent genomförande av det s.k. tredje inre energimarknadspaketet6 (se avsnitt 5.2.1). Medlems-stater som ännu inte har fullbordat införlivandet uppmanas att göra detta snarast. Vidare underströks vikten av att skydda sårbara kon-sumenter och att stärka konkon-sumenternas ställning på marknaden bl.a. vad gäller egen elproduktion. Även mer tydliga insatser på efterfrågesidan inklusive utveckling av relaterad teknik betonas, tillsammans med betydelsen av att upprätta nationella planer för att smarta nät och smarta mätare ska kunna tas i bruk i enlighet med befintlig lagstiftning.
Utrullningen av smarta mätare och införandet av smarta nät är därmed en integrerad del av EU:s politiska prioriteringar. EU har investerat cirka € 300 miljoner i smarta nätprojekt under det senaste decenniet. När kommissionen presenterade sitt förslag till ett tredje energimarknadspaket i september 2007, gjorde man införandet av smarta mätare till en skyldighet för medlemsstaterna, dock med reservation om en positiv kostnads-/nyttoanalys. Vid sidan av det
6 Det tredje energipaketet består av två direktiv och tre förordningar. Det direktiv som gäller för elmarknaden är Europarlamentets och Rådets direktiv 2009/72/EG. Direktiven måste ha implementerats i nationell lagstiftning senast den 3 mars 2011. De tre förordningarna har direkt verkan och är således direkt tillämpliga i alla medlemsländer från och med den 3 september 2009. Den förordning som innehåller regler för elmarknaden är Europaparla-mentets och Rådets förordning (EG) nr 714/2009 av den 13 juli 2009 om villkor för tillträde till nät för gränsöverskridande elhandel och om upphävande av förordning (EG) nr 1228/2003.
tredje energimarknadspaketet påverkas utvecklingen av smarta elnät av att antal ytterligare ramverk och lagstiftningsinitiativ på EU-nivå. De mest betydelsefulla av dessa redovisas närmare i av-snitt 5.2.1 tillsammans med en utförligare beskrivning av innehållet i det tredje energimarknadspaketet. Vid sidan av lagstiftning utgör det standardiseringsarbete som bedrivs på europeisk nivå en viktig förutsättning för utvecklingen av smarta elnät. En kort redogörelse för detta arbete ges i avsnitt 5.2.2. Övriga initiativ på EU-nivå redovisas i avsnitten 5.2.3 och 5.2.4 och i avsnitt 5.2.5 återfinns en kort beskrivning av de initiativ som tagits av näringslivet.
5.2.1 Politiskt ramverk och gällande EU-lagstiftning
I mars 2006 presenterade EU-kommissionen sin analys av de viktigaste utmaningarna inom energiområdet som EU kommer att ställas inför under de kommande åren. Kommissionen föreslogs ta itu med dessa utmaningar genom en ny övergripande europeisk energipolitik som bygger på tre pelare: hållbarhet, konkurrenskraft och försörjningstrygghet. I detta sammanhang identifierades bl.a.
forskning om energieffektivitet och förnybar energi samt utveck-ling och spridning av ny energiteknik som politiska prioriteringar.
Genom Lissabonfördraget, som antogs år 2009, fastställdes for-mellt EU:s gemensamma energipolitiska mål, som ska garantera försörjningstrygghet, konkurrenskraft och hållbarhet. Som tidigare nämnts, har dessa övergripande mål resulterat i lagstiftning på euro-peisk nivå inom en rad områden med långtgående konsekvenser för energimarknaden och den framtida utvecklingen av smarta elnät. I det följande redovisas de viktigaste av dessa initiativ med betydelse för utvecklingen av smarta elnät.
Klimat- och energipaketet
Klimat- och energipaketet som antogs i december 20087, sätter upp ett trefaldigt mål för medlemsstaterna, de så kallade 20/20/20 målen.
Till år 2020 ska minst 20 procent av EU:s slutliga energiförbrukning komma från förnybara energikällor, energieffektiviteten ska förbätt-ras med 20 procent och EU:s växthusgasutsläpp ska minska med 20 procent.
7 http://europa.eu/rapid/press-release_IP-09-628_sv.htm
Som en del av klimat- och energipaketet, ger direktivet om främ-jande av energi från förnybara energikällor8 företräde och garanterat tillträde till nätet för el från förnybara energikällor. Förutsättningar för utvecklingen av förnybara energikällor gynnas härmed, vilket i sin tur utgör en drivkraft för utvecklingen av smarta elnät. I förny-barhetsdirektivet anges också att medlemsstaterna ska vidta lämpliga åtgärder för att utveckla smart överföring och nätinfrastruktur.
Tredje energimarknadspaketet
Det tredje energimarknadspaketet refererar till den EU-lagstiftning för de europeiska el- och gasmarknaderna som trädde i kraft den 3 september 2009. Syftet med det tredje åtgärdspaketet är att full-följa integreringen av de europeiska energimarknaderna och genom lika villkor och effektiv konkurrens säkra en tryggad energiförsörj-ning, samtidigt som Europas konkurrenskraft stärks.
De centrala bestämmelserna i det tredje energimarknadspaketet fokuserar sammanfattningsvis på nedanstående punkter:
Säkerställa att systemansvariga separeras från produktion och försäljning (unbundling) för att undvika motstridiga affärsmässi-ga intressen och diskriminering på marknaden.
Utse en nationell oberoende tillsynsmyndighet, National Re-gulatory Authority (NRA), som ansvarar för reglering av energi-marknaden inom medlemsstaten. Energimarknadsinspektionen är Sveriges nationella tillsynsmyndighet.
Säkerställa att konsumenterna skyddas: Det tredje paketet före-skriver att det inte ska ta mer än 3 veckor för en konsument att byta sin el- eller gasleverantör. Det fastställs också nya skyldigheter för leverantörer avseende kundernas räkningar och innehållet i leveransavtal, liksom den tid för vilken leveransavtalsuppgifterna måste bevaras.
Implementera ett system med smarta mätare som hjälper kon-sumenterna att aktivt medverka på elmarknaden. Medlemsstater-na kan göra en ekonomisk bedömning av alla kostMedlemsstater-nader och all nytta de för med sig för marknaden på lång sikt och för den
8 Europaparlamentets och rådets direktiv 2009/28/EG av den 23 april 2009 om främjande av användningen av energi från förnybara energikällor och om ändring och ett senare upp-hävande av direktiven 2001/77/EG och 2003/30/EG.
enskilda konsumenten. Även vad för slags smarta mätare som är ekonomiskt rimliga och kostnadseffektiva och vilken tidsfrist som är rimlig för deras distribution kan ingå i bedömningen. Vid en positiv bedömning ska minst 80 procent av konsumenterna senast 2020 ha ett intelligent mätarsystem.
Inrätta en byrå på EU-nivå för samarbete mellan tillsynsmyn-digheter inom energiområdet (ACER). Byrån ska övervaka och samordna gränsöverskridande samarbete för gas- och elöverföring mellan medlemsstaterna.
Formalisera samarbetet mellan systemansvariga genom att upp-rätta två europeiska organisationer, en för el (ENTSO-E) och en för gas (ENTSO-G).
Skapa regelverk för att stödja en inre europeisk marknad för energi genom att utveckla nätverkskoder och ramriktlinjer. De förstnämnda är en juridiskt bindande uppsättning av gemensam-ma tekniska och kommersiella regler och skyldigheter som styr tillgång till, och användning av, de europeiska el- och gasnäten.
Nätverkskoderna utvecklas av E respektive ENTSO-G, granskas och godkänns av ACER och görs sedan rättsligt bin-dande genom s.k. kommittologiförfarande. Arbetet med ramrikt-linjer och nätverkskoder beskrivs mer ingående i följande.
Främja långsiktiga investeringar genom att offentliggöra icke-bindande tioåriga nätutvecklingsplaner vartannat år9.
Ramriktlinjer och nätverkskoder
I enlighet med den process som lagts fast i det tredje
I enlighet med den process som lagts fast i det tredje