Universitet och högskolor med utbildning relaterad till

8.1.1 Chalmers tekniska högskola

På Chalmers finns i dag ett stort antal arbetsgrupper som utför forsknings- och utvecklingsverksamhet inom området smarta elnät.

Nedan ges en sammanfattning över de mest relevanta pågående forskningsprogrammen inom detta område.

Storskalig förnybar elproduktion och integration i nätet – SmartEl

Chalmers Energy Initiative är ett samlat strategiskt forsknings-program som under perioden 2010–2014 finansieras med medel från regeringens särskilda satsning på strategiskt viktig forskning.

SmartEl är en av fyra satsningar inom detta samlade program.

SmartEl undersöker och föreslår lösningar för de utmaningar som det framtida kraftsystem står inför, så som storskalig integration av förnybar elproduktion. Programmet är upplagt som en tvärveten-skaplig forskningsplattform som involverar forskare från olika områden vid Chalmers samt från SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut.

Följande specifika forskningsprojekt inkluderas i SmartEl:

 Kraftproduktionssystem och transmissionsnätverk: Inom detta projekt utvecklas metoder som kan analysera storskalig integrering av förnybar energi i elproduktions- och transmissionssystem

under olika antaganden om mål för minskning av CO2-utsläpp och mängden förnybar energi, där hänsyn också tas till försörj-ningstryggheten och konkurrenskraft.

 Vindkraft och dess integration i nätet: Inom detta forsknings-projekt utvecklas metoder för att hitta de mest kostnads-effektiva lösningarna för konstruktion och planering av enskilda vindkraftverk och vindkraftsparker och för att kunna ansluta vind-kraft till elnätet, med syftet att öka tillgänglighet och robusthet, minska underhållskostnader och öka försörjningstryggheten.

 Material och diagnostik för högspänningsnät: I detta forsk-ningsprojekt tas modeller fram för tillförlitliga, miljövänliga och säkra komponenter i kraftnät för installationer utomhus.

Diagnostiska online metoder för att kontinuerligt kontrollera och förmedla information om kvalitetsstatusen av de elektriska nätverkskomponenterna kommer också att utvecklas.

 Kraftsystem och transmission: Inom detta forskningsprojekt utvecklas förbättrade metoder för konstruktion och drift av transmissionsnätet i syfte att möta nya utmaningar i form av ökad förnybar elproduktion.

Chalmers bedriver även samarbetsprojekt med exempelvis E.ON och Göteborgs stad där olika aspekter av smarta elnät ingår. Inom ett större samarbetsprojekt med E.ON kring framtida energi-system ingår bl.a. en förstudie för ett smart nätlaboratorium, inriktat på samarbete mellan IKT och elteknik. I samarbetet med Göteborg Energi ligger fokus inom uthålligt energisystem med t.ex. projekt inom laddning av elfordon och smarta mätare. I sam-arbetet ingår också en stor satsning inom vindkraft med en demonstrationsanläggning som består av en 4 MW vindturbin och en HVDC-station som kommer att anslutas till vindkraftverket.

Chalmers är även värd för svensk tekniskt vindkraftcentrum, Swedish Wind Power Technology Centre (SWPTC) där forskning bedrivs i nära samarbete med industrin och där t.ex. ett projekt studerar konsekvenserna av nya nätverkskoder.

8.1.2 Kungliga tekniska högskolan - KTH

Elkraftteknik samt Information och kommunikationsteknik är två forskargrupper vid KTH, som utför forskning med anknytning till smarta nät. Nedan redogörs för denna verksamhet.

Elkraftteknik

Inom området elektroteknik finns forskargrupper inom elkraft-system och marknader, elektrotekniska komponenter och högspän-ningsteknik, elektrisk energiomvandling (främst kraftelektronik), samt drift och automation av kraftsystem, inklusive kommunika-tionssystem för dessa ändamål. Forskningen genomförs i stort sett på fyra olika institutioner:

 Institutionen för elektriska energisystem bedriver forsknings-projekt inom teori och metoder för generering, överföring, distribution och konsumtion av elenergi. Viktiga forsknings-områden är bland annat effektflöden, kraftsystemsdynamik, till-förlitlighet, nya kraftsystemkomponenter, elkvalitet och analys av elmarknader.

 Institutionen för elektroteknisk teori och konstruktion där verk-samheten omfattar forskargrupper som arbetar med elektro-magnetisk teori, diagnostiska tekniker för elektrisk isolering, användning, modellering och mätning av magnetiska material och supraledare, elektromagnetisk kompatibilitet och metoder för sannolikhetsbaserad bedömning av tillförlitlighet i elkraft-system och komponenter.

 Institutionen för industriella informations- och styrsystem bedriver till elkraftsystemet relaterad forskning inom områdena systemarkitektur, cybersäkerhet, och informationssystem för kraftsystemstyrning. Dessa forskningsområden har vuxit fram ur avdelningens långvariga samarbete med utvecklare och användare av industriella styrsystem, särskilt inom eldistribution och transmission.

 Institutionen för elektrisk energiomvandling bedriver forskning inom hybrida drivsystem för fordon, samt kraftelektronik för nättillämpningar, typiskt inom HVDC och FACTS med fokus på att skapa lösningar med låga effektförluster.

Förutom dessa fyra avdelningar, bedrivs forskning relaterad till smarta elnät även vid Institutionen för reglerteknik, som bl.a.

utvecklar algoritmer för energioptimering i smarta hem i Norra Djurgårdsstaden. Forskningen inom smarta elnät vid denna avdel-ning fokuserar framför allt på grundläggande frågeställavdel-ningar kring distribuerad reglering av elnät, optimering och reglering av energi-användning i byggnader, kommunikationsinfrastruktur för smarta elnät samt cybersäkerhet för reglersystem. Arbetet inom detta område bedrivs ofta genom starka samarbeten med framförallt UC Berkeley och ETH Zürich samt med andra grupper inom KTH.

Dessutom finns vid KTH ett flertal enheter med forskning inom smarta byggnader och smarta städer samt kopplingen däremellan.

Information och kommunikationsteknik

Inom Institutionen för integrerade komponenter och kretsar bedrivs verksamheten med relevans för smarta elnät. Detta gäller framför allt forskning kring kiselkarbid för höga spänningar eller höga temperaturer i kretstillämpningar. Kiselkarbid tål höga spänningar och kan användas i elbilar och framtidens transformatorer (Solid State Transformers) m.m. Man forskar även på supraledande komponenter, och genomför elektriska mätningar vid låga temperaturer och stora magnetiska fält. Denna forskning förväntas bidra till utveckling av framtidens supereffektiva kablar för överföring av elektricitet.

Inom området finns även specifika satsningar, kallade kompetens-center, såsom ACCESS Linnaeus Centre, SweGrids och EKC2.

EKC2 är dock numera avslutat. Eftersom även andra högskolor än KTH ingår i dessa forskningssamarbeten beskrivs dessa under egen rubrik i avsnitt 8.2.

8.1.3 Lunds tekniska högskola - LTH

På LTH bedrivs forskning som är relaterad till smarta elnät främst på Institutionen för elektro- och informationsteknik (EIT). På EIT finns sammanlagt sex stycken forskningslaboratorium som har mer eller mindre anknytning till smarta elnät: elektronik, kommunika-tion, nätverk och säkerhet, bredbandskommunikakommunika-tion, teoretisk elektroteknik samt signalbehandling. En eller flera forskargrupper är knutna till varje laboratorium. Därutöver driver eller medverkar

institutionen i olika forskningscentra som sammanflätar flera forskar-grupper och den närliggande industrin.

EIT är också den huvudsakliga akademiska plattformen för lokal industri inom telekommunikation. Mycket av den forskning som utförs på EIT blir slutligen standarder och produkter producerade av företag med intressen inom smarta elnät såsom Ericsson.

Avdelningen för industriell elektroteknik och automation Avdelningen för industriell elektroteknik och automation (IEA) bedriver forskning inom elnät, förnybar elproduktion och elfordon.

Metodområden är automationsteknik, kraftsystemanalys och simuleringsteknik. Övergripande mål för verksamheten är anpassning av befintliga elnät och utveckling av nya elnät dels för anslutning av stora mängder förnybar elproduktion, dels för elvägar. Utöver nationella projekt medverkar avdelningen också i projekt som leds av Danmarks Tekniska Universitet (DTU).

 Automation for Integration of Renewables (AIR) är ett doktorandprojekt helfinansierat av E.ON Elnät. Koordinerad spänningsreglering där nya elmätare används för spännings-mätning ökar mängden vindkraft och solel som kan anslutas i elnät på mellan- och lågspänningsnivå. Metoder för nätplanering av sådana aktiva nät studeras också. I samarbete med E.ON Elnät simuleras vindkraft och solel i ett verkligt nät i Skåne och dessutom genomförs fältprov med vindkraft i ett mellanspännings-nät i Småland.

 ICT-Platform for Sustainable Infrastructures (ICT-PSI) är ett samarbete med institutionerna för reglerteknik på LTH och KTH finansierat av Stiftelsen för strategisk forskning (SSF).

Projektet syftar till att genom användning av IKT och regler-tekniska metoder minska risken för strömavbrott och förkorta tiden för de avbrott som inträffar. Formella metoder inom reglering och optimering utnyttjas för system av hög ordning.

Realtidssimulatorn ARISTO från Svenska Krafnät används som demonstrator, vilket även är en möjlighet för det danska projektet Secure operation of sustainable power system (SOSPO) där IEA deltar. Projektet som domineras av Danmarks tekniska universitet (DTU) fokuserar på driftsäkerhet i ett framtida

elsystem med 100 procent förnybart och använder IKT och reglertekniska metoder för att nå detta mål.

 Slide-in är ett projekt om elvägar med stöd av Energimyndigheten som sammanför ett tiotal företag och myndigheter relevanta för elektriska transporter på spår och väg. Inom projektet har IEA föreslagit en utformning av nätanslutning av elektriska vägar samt studerat hur detta nät och matande nät påverkas av fordonen som matas av systemet.

 iPower finansieras av Danmarks strategiska forskningsråd. IEA ingår i ett konsortium med 35 partner, däribland Dong Energy, Vestas, DTI och universitet i Danmark, USA och Irland.

Projektet utvecklar teknik för att med främst flexibel förbruk-ning kunna hantera begränsförbruk-ningar i distributionsnät samt för att på systemnivå kunna hantera de 50 procent vindkraft som planeras till 2020 i Danmark. IEA har en mindre roll i projektet som utnyttjar kompetens på IEA inom nya elmätare samt inom nätanslutning av småskalig elproduktion.

8.1.4 Uppsala universitet

Uppsala universitet har en omfattande forskning kring energi-försörjning och förnybar energi. Universitetet genomför grund-forskning inom dessa områden liksom tillämpad och industrinära forskning och teknikutveckling. Förutom ansvaret för koordineringen av programmet STandUP, som beskrivs i avsnitt 8.2.4, så är andra viktiga forskningsområden t.ex. solcells- och batteriforskning.

Vissa delar testas i större skala ute på fältet, till exempel i vågkrafts- och vindkraftsparker.

Energiforskningen vid Uppsala universitet har nära koppling till materialforskningen vid Ångströmlaboratoriet. Inom forsknings-området funktionella material studeras material som har specifika mekaniska, elektroniska, kemiska eller biologiska funktioner som kan få sin användning inom nya smarta elnätsteknologier. Ett kon-kret exempel är den batteriforskning, som bedrivs vid Ångström Advanced Battery Centre vid Uppsala universitet. Här forskar man bl.a. kring utvecklingen av litium-jon-batterier och högenergi-täthetsbatterier som ska utvecklas med hjälp av organiska material för framtida hållbar energilagring.

Den breda forskningen inom IKT bl.a. beträffande datorteknik, systemteknik, mobil kommunikation och beräkningsvetenskap har tillämpningar inom industri eller andra vetenskaper med bäring på smarta elnät. Uppsala universitets forskning inom IKT är ledande på ett flertal områden och utgör en plattform och kunskapsbas av stor strategisk betydelse för angränsande områden. Forskning inom inbyggda datorsystem och trådlösa nätverk inbegriper nyckel-teknologier som bedöms ha mycket stor strategisk betydelse för funktionaliteten i de smarta elnäten.

8.1.5 Luleå tekniska universitet - LTU

På Luleås tekniska universitet finns det flera forsknings- och innovationsområden med betydelse för smarta elnät. Vatten- och vindkraft och frågor runt energieffektivisering av industri och sam-hälle är viktiga strategiska områden för LTU.

Forskningen inom ämnet elkraftteknik på LTU riktar sig framför-allt mot integrering i elnätet av förnybar elproduktion och energi-vänlig förbrukning. Flera av forskningsprojekten handlar direkt om smarta elnät eller har anknytning till smarta elnät. Några exempel är:

 Ökning av acceptansgränsen för ny produktion med hjälp av lagring och kommunikation studeras i ett samarbetsprojekt med bland annat STRI och VB Elnät inom High Voltage Valley. Som del av projektet byggdes det en anläggning för att testa nya styr-algoritmer och kommunikation; anläggningen innehåller bland annat ett batterilager och den senaste kommunikations-teknologin.

 Övertoner från vindkraft och PV anläggningar studeras i två olika doktorandprojekt och i ett nyligen avslutat europeiskt projekt.

Forskningen är en kombination av mätningar och simuleringar.

 Växelverkning mellan elnätskommunikation (en viktig del av infrastrukturen för smarta elnät) och utrustning hos kunder har studerats i samarbete med Skellefteå Kraft.

 Syntetisk tröghetsmoment kommer att studeras i ett doktorand-projekt med tillämpning på banmatning och stora transmis-sionssystem.

Andra områden som har anknytning till smarta elnät är forskning kring intelligenta industriella processer som bl.a. syftar till en minskad energianvändning, möjliggörande IKT och smarta maskiner och material.

Centrum för distansöverbryggande teknik är ett forsknings-, design- och innovationspartnerskap mellan Luleå tekniska uni-versitet och IT-industrin.

8.1.6 Linköpings universitet

Den forskning med anknytning till smarta elnät som bedrivs vid Linköpings universitet fokuserar främst på smarta elnät ur ett sam-hällsperspektiv. En del av forskningen handlar t.ex. om hur olika tekniska lösningar påverkar vårt vardagliga agerande och hur förändringar i tekniska system möjliggörs.

8.2 Svenska forskningsprogram och samarbeten