EcoGrid EU (Bornholm) En prototype på et europæisk Smart Grid

Præsentationer af emnet: "EcoGrid EU (Bornholm) En prototype på et europæisk Smart Grid"— Præsentationens transcript:

1 EcoGrid EU (Bornholm) En prototype på et europæisk Smart Grid

2 Smartgrid historie. Smartgrid tanken brev opfundet 5 marts 2004 af en amerikaner kaldt Andres Carvallo. Andres Arbejde for DOE (department of energy) Man har valg at opsætte smartgrid i kategorier som software 1,0- 2,0- 3,0 o.s.v

3 Uafhængig af fossile brændsler i 2050
2020 målene - et skridt på vejen 40 % energiproduktion fra vedvarende kilder 20 % højere energieffektivitet 20 % reduktion af CO2 udledning Vindmøller skal være grundstenen i det danske energisystem Biomasse, sol- og bølgekraft skal supplere vindmøllerne Samfundet skal elektrificeres. Ved at skifte til el opnås højere energieffektivitet Mere vedvarende energi og højere energieffektivitet vil automatisk sænke CO2 udledningen Både den nuværende og den foregående regering havde en strategi om at DK skal være fossilfri i Der er lavet flere rapporter om hvordan en sådan omstilling kan gennemføres. Gennemgående vil vind være en bærende kilde til at gøre DK fossilfri. Havde der været installeret nok vindkraft i DK havde vind kunnet dække 2,5 gange DKs årlige energiforbrug (ikke kun el, men total energiforbrug). Udover vind skal biomasse, sol og bølgekraft være en del af at gøre DK fossilfri. Men biomasse er en begrænset ressource, som vil stige i pris når andre lande også ønsker at anvende den som et lede i omlægningen af energiproduktionen, desuden kan biomasse, i hvert fald fra træ, ikke rigtig kaldes vedvarende, da der går op til 40 år, før det frigivne CO2 fra afbrændingen er optaget igen. Og der er desuden et betydeligt behov for genplantning. Sol er på vores breddegrader ikke så god en kilde som vind, idet den samme installerede kapacitet giver 2,5-3 gange så stor årlig produktion fra vind som fra sol (sol 1000 kwh/år/kw, vind kwh/år/kw). Et væsentlig led i omstillingen til en fossilfri fremtid er også at vi bliver mere energieffektive, det bliver vi ved at omlægge til flere elektriske processer. F.eks. er varmepumper meget energieffektive, da de kun behøver et lille input af el for at afgive 3-4 gange så meget varme. Tilsvarende er elbiler 3-4 gange så effektive som traditionelle biler (90 % mod %). Ligeledes kan mange industrielle processer elektrificeres med en højere energieffektivitet til følge. Og med vind fra vindmøller og solceller, så bliver elproduktionen også mere effektiv. 2020 mål om 40 % energiproduktion fra vedvarende kilder medfører, at vind skal levere 50 % af det årlige elforbrug i Det giver dog nogle udfordringer i elsystemet, da vi i stigende grad vil opleve, at vindmøllerne producerer mere end der aktuelt forbruges. Overskud af elproduktionen kan udnyttes på tre måder, udveksling med nabolande, lagring og smart grid. 3

4 Løsninger for fremtiden
Tre veje til at fastholde det stabile elsystem Udveksling med nabolande Lagring Smart Grid (aktivering af forbrugssiden) Vores nabolande vil også øge andelen af vedvarende energi, og kan derfor ikke nødvendigvis aftage, når der er stor produktion Lagringsteknologier er endnu umodne, og samtidig sker der et energitab ved lagring Aktivering af forbruget kan være en udfordring Energinet dk, den overordnede systemansvarlige i DK, ser tre veje til at overkomme udfordringerne fra den stigende vindkraft. De tre spor er Udveksling med vores nabolande. Vi udveksler allerede i dag, og det skal vi også fortsætte med, endda i stigende grad, i fremtiden. Vi kan dog ikke bare udveksle al vores overskudproduktion. Det har 2 primære årsager. For det første vil vores nabolande også udbygge med mere vedvarende energi fra vindmøller, det vil betyde at vores nabolande vil havde en stor produktion på nogenlunde samme tid som os, da vindfronten f.eks. rammer hele vestkysten på en gang (nordtyskland og jylland). Den anden grund er, at det danske samfund støtter den vedvarende energiproduktion, uanset om der er et overskud af produktion eller ej. Således kan vi ende i situationer, hvor vi eksporterer el til lavere priser, end hvad der gives i støtte til den vedvarende produktion. Lagring: Der findes 2 former for lagring, indirekte lagring, hvor et eloverskud f.eks. lagres/bruges som varme i fjernvarmesystemer, og direkte lagring, hvor el lagres, så den kan komme tilbage som el i systemet. Den sidste lagring er den mest interessante, da vi i fremtiden kan komme til at mangle elproduktion i perioder med svage vinde. Så er det godt hvis vi kan få tidligere overproduktion tilbage som el. Metoderne til direkte lagring er imidlertid endnu ikke udviklet, så de kan fungere på kommercielle vilkår. F.eks. er traditionelle batterier dyre, og mængden af lagret energi er lille i forhold massen/størrelsen på batterierne (20 kwh Li-ion batteri vejer kg, 20 kwh modsvarer energiindholdet i 2 liter diesel). Andre og billigere batterier kan være syrebatterier, men mængden af lagret energi er forsat lille i forhold til størrelsen på batteriet. Der arbejdes desuden med pumped hydro storage (vand pumpes op i et højdelager/ind i et trykkammer), fly wheels (roterende masse), hydrogen (elektrolyse til H2, brændselscelle tilbage til el) og methan. Fælles for alle metoderne er også at der sker et forholdsvis stort energitab i forbindelse med lagringen. Hvis eloverskuddet bliver tilstrækkelig stort (og billigt) kan det opveje energitabet, men lagringsteknologierne er altså ikke helt modne til de nuværende forhold. Smart grid (aktivering af forbrugssiden). Det tredje spor er smart grid, hvor forbrugssiden (og delvist produktionen) i stigende grad skal tilpasses den vedvarende elproduktion. Elforbruget skal reduceres når produktionen fra vindmøllerne er begrænset, forbrug som umiddelbart kan reduceres helt eller delvist er varmeproduktion, ventilation, opladning m.m. Når elproduktionen er stor skal forbruget øges, sådan at behovet for udveksling og lagring reduceres. Det vil typisk være det samme forbrug, som der kan reduceres, der også kan øges, uden at det generer forbrugeren meget. EcoGrid er et af de største og mest avancerede eksempler på smart grid. 4

5 Bornholm, et billede på fremtiden
Bornholm er udvalgt som testområde i EcoGrid projektet, fordi Bornholm allerede har en stor andel af vedvarende energiproduktion. Samtidig har samfundet en størrelse, der gør at resultater opnået her er lettere sammenlignelige med andre regioner (sammenlignet med et test i et mindre samfund). Den ene elektriske forbindelse til øen gør det også nemmere at overvåge elsystemet og effekterne af forsøget, en tilsvarende størrelse netområder med flere ind og udgange. På Bornholm importeres halvdelen af den årlige elproduktion gennem søkablet, mens den anden halvdel produceres på øen. Af den produktion som sker på øen kommer mere end halvdelen allerede nu fra vindkraft. Der er planlagt og godkendt yderligere 6 MW vindmøllekapacitet (fra 30 MW til 36 MW), som forventes installeret i løbet af 2012/2013, vindandelen vil i den forbindelse stige lidt. Andelen af import vil også blive reduceret til ca. 40 % som følge af den øgede kapacitet. Der er desuden installeret ~2,5 MW solceller, der udgør lidt mere end 1 % af den årlige bornholmske produktion. Endelig sker der er en omlægning på op til 40 % biomasse på kraftværket i Rønne. Import ~50% Import ~40%

6 Vindmøllerne bliver en udfordring
Grafen viser vindproduktion (rød streg), totalt elforbrug (sort streg) og prisen på det nordiske elmarked DK2 (grøn streg) en uge i maj 2010 (mandag til søndag). På forbruget ses det tydeligt, hvordan forbruget er størst i løbet af dagen og reduceres om natten (~40 MW om dagen, ~20 MW om dagen. Natten mellem torsdag og fredag er der en stor vindproduktion, næsten maksimal produktion, hvilket resulterer i et eloverskud alene fra vind. Derudover er der en baggrundsprouktion fra kraftværket (ikke vist), der samtidig laver fjernvarme. Eloverskuddet resulterer i en negativ elpris på markedet. I dag sker det ca. 1 % af året, at vindproduktionen alene overstiger det aktuelle forbrug. Allerede i 2020 vil det ske mere end 10 % af året. Eloverskud resulterer ikke altid i negative priser, men det bliver oftere og oftere. I fremtiden vil produktion fra vindmøller overstige forbruget mere end 10 % af tiden

7 Elnettet bliver mere belastet
Samfundet skal elektrificeres for at blive mere energieffektivt Men flere elektriske processer kan overbelaste elnettet Fremtidens hjem Hot water Heater Heat pump In ground hose 12:45-13:15 12:45-13:15 + + Den omstilling, som skal ske i DK, for at vi kan blive mere energieffektive, kan betyde en overbelastning af elnettet, som er dimensioneret til en alm. husstand, hvor vaskemaskine, opvaskemaskine og lignende er de største forbrugere. Ved at indrette husene med varmepumper og elbiler skal der leveres mere strøm end nettet er dimensioneret til. Hvis for mange af de nye apparater anvendes på samme tid vil elnettet blive overbelastet. Dette er endnu en udfordring i det fremtidige elsystem, men samtidig en af de udfordringer, som smart grid kan være med til at løse. Alm. forbrug Varmepumpe Elbil = overbelastning af elnettet 7

8 EcoGrid EU markedet Nyt elmarked, kun 15 minutter ahead
Prisen fastsættes i 5 minutters intervaller Mange mindre enheder skal deltage uden aggregering → mindre steps i reguleringen Prissignalet, som kunden modtager, består af spotpris plus en justering fra realtidsmarkedet Desuden skal nettariffen gøres dynamisk, så den følger belastningen af nettet I princippet kan 2 feedere (”gader”) have forskellige nettariffer afhængig af kundernes aktuelle forbrug på de pågældende feedere I EcoGrid laves der et nyt elmarked, hvor prisen fastsættes meget kort tid før tidspunktet for forbrug, og samtidig indføres der meget korte prisintervaller. Dette gøres for at skabe mere dynamik i markedet, men smart grid kan også dække over at man bare bruger det eksisterende spotmarked. Den store forskel i EcoGrid (og Smart grid) er at kunden får prisoplysninger, i modsætning til i dag, hvor kunden typisk har en fast pris over døgnet. Og så vil vi i EcoGrid lade prisen bestemme udbuddet og efterspørgslen og ikke som i dag, hvor behovet fra systemet ender med at sætte prisen. EcoGrid EU 17. september 2018

9 Østkrafts kundesammensætning
Østkraft Net har ca elkunder (målere) 3.300 husstandskunder har elvarme eller varmepumpe 3.500 sommerhuse (95 % elvarme) 300 storkunder (> kWh/år) Der er ca husstande på Bornholm Andel med fjernvarme er stigende på Bornholm (42 %) og på vej mod landsgennemsnittet (63 %) Andel med elvarme er højere på Bornholm (13 %) end landsgennemsnittet (4 %) Der har været stor interesse for Skrot dit Oliefyr Med de i alt ca deltagere i EcoGrid vil hver 10. bornholmske husstand skulle deltage i projektet. Andelen af elopvarmede husstande og husstande med varmepumpe, som deltager i projektet, bliver endnu større, da op mod 30 % skal deltage (1200 deltagere ud af 3300 helårshusstande med elvarme/varmepumpe og evt sommerhuse). Det gør projektet helt specielt. EcoGrid EU 17. september 2018

10 EcoGrid EU deltagerne 200 kunder i referencegruppen. Sammensættes jævnt fra de øvrige deltagergruppper 500 alm. husstandskunder. Får fjernaflæst måler og får prisprognoser tilsendt hver dag 700 IBM/PowerMatcher husstande. Udstyres med automatiseringsudstyr fra IBM. Forbrugeren får tilsendt prissignaler hvert 5. minut. Primært elvarme og varmepumpekunder 500 Siemens husstande. Udstyres med automatiseringsudstyr fra Siemens. Styringen bliver delvist centraliseret. Primært elvarme og varmepumpekunder 100 virksomheder med udstyr fra Siemens FC PV EV Sammensætningen af de forskellige deltagergrupper i projektet Manual control user Reference group Smart businesses IBM/PowerMatcher users Siemens users EcoGrid EU 17. september 2018

11 Fleksibilitet i husstanden
Apparater Effekt i kW Fjernsyn 0,15 Lyd anlæg 0,25 Computer + printer 0,10 Køleskab 0,09 Fryser Opvaskemaskine 1,50 Komfur 7,00 Ovn 2,60 Mindre apparater* 0,01-2,00 Vaskemaskine Varmepumpe 2,30 Elbil 3,00 I alt >18,6 Tabellen i venstre side viser hvor stor en effekt typiske elapparater bruger. Som det ses er der stor forskel i størrelsen på effekten og derved også betydningen af at integrere de enkelte apparater i balanceringen af elsystemet. Ydermere er det ikke alle elapparater, som vil kunne bruges på andre tidspunkter uden at det vil medføre stor gene for brugeren af apparatet. Således betragtes kun fryser, opvaskemaskine, vaskemaskine, tørretumbler (2,3 kW), varmepumpe (+ 9 kW elpatroner)/elvarme (6-12 kW) og opladning af elbil (2,3-11 kW) som værende muligt fleksibelt uden al for stor gene for brugeren. Grafen til højre viser, at en gns. dansk husstand (4000 kWh/år) bruger 20 %/800 kWh af sit forbrug til vask, opvask og tørretumbler. Altså en forholdsvis lille del og samtidig med små effekter. Det sammen med den lille økonomiske fordel for deltageren gør det vanskeligere at gøre denne del af elforbruget fleksibelt. For husstande med varmepumpe og elvarme er potentialet for fleksibilitet langt større, da elforbruget simpelthen er større. Samtidig er det forholdsvis store effekter, samt noget som er i drift en stor del af året, hvilket gør det ekstra egnet til at deltage i balanceringen af elsystemer. En elbil vil, afhængig af størrelsen og kørselsbehovet øge det årlige elforbrug med kWh. * Lejlighedsvis tilslutning. F.eks. kaffemaskine, mobiltelefon m.m. 11

12 Elprisens sammensætning og mulige besparelser
Elprisen svinger Negative priser og op til 15 kr./kWh Udsving i projektet endnu ukendt Regneeksempel vaskemaskine o opvaskemaskine 800 kWh/år Ved gns. besparelse på 10 øre/kWh opnås en årlig besparelse på 80 kr. Regneeksempel varmepumpe 5000 kWh/år Ved gns. besparelse på 10 øre/kWh opnås en årlig besparelse på 500 kr. Regneeksempel elvarme kWh/år Ved gns. besparelse på 10 øre/kWh opnås en årlig besparelse på 1500 kr. Elprisens sammensætning gør det mindre attraktivt at omlægge processer til el, ligesom det økonomiske incitament for at deltage i smart grid bliver mindre, da udsving i selve elprisen og evt. nettarriffen ikke slår fuldt igennem på elprisen pga. de store afgifter. Derfor må en anbefaling helt klart være, at afgiften på el sænkes, så den ligner afgiften på andre brændsler/energibærere (el beksattes f.eks. 3 gange så hårdt som diesel og bensin), samt at elafgiften gøres delvist fleksibelt i det mindste for den del af elforbruget som følger systemet. Et eksempel er et jordvarmeanlæg i et hus, der tidligere brugte 3200 liter fyringsolie ( kwh). Med et jordvarmeanlæg bruges der ca kWh, altså 1/3 af energien. Men omkostningen er stadig 1/2-2/3 af den oprindelige pris. (og på afgiftsiden betalte det olieopvarmede hus ca kr/år i afgift, mens varmepumpehuset betaler ca kr/år i afgift 12

13 Den aktive forbruger er en udfordring
Forbrugeren skal aktiveres for at Smart Grid kan gennemføres, men Det økonomiske incitament er lille Emnet er komplekst Et ændret forbrugsmønster kan betyde tab af komfort Det er meget hype om smart grid, der markedsføres som løsningen på mange udfordringer. Imidlertid er der en tendens til at glemme de begræsninger/udfordringer der ligger i smart grid i sig selv. En meget væsentlig ændring er at kunden nu skal begynde at forhold sig til hvor når han bruger strøm, og hvor meget strøm han bruger, og hvor meget prisen er. Og for nogle af sine processer også lave en afvejning af, om en evt. lavere elpris også stor mål med de øvrige omkostninger forbundet med at ændre sit forbrugsmønster. Vi har i de sidste 20 år haft affaldssortering i DK, og de fleste indbyggere sorterer faktisk deres affald helt eller delvist (glas, batterier, genbrugsstationer m.m.). Dette gøres uden en direkte økonomisk gevinst og er resultatet af en mentalitetsændring, som har taget tid. Ændringen er dog endnu ikke fuldt ”gennemført”, feks oplevede man i de større byer i forbindelse med forårets varme og gode vejr, at besøgende i byernes parker lod deres affald ligge og flyde i stedet for at rydde op efter sig. Der skal ske en lignende mentalitetsændring for at Smart Grid for alvor kan komme til at spille en rolle i elsystemet. Og mentalitetsændringen vil tage tid, også fordi emnet er komplekst. Det er ikke mange borgere der har meget viden om hvordan elsystemet egentlig fungerer, ikke engang på et overordnet plan, og yderligere er det de færreste som direkte relaterer brugen af deres apparater med et elforbrug, da man jo benytter apparatet for at få den ”ydelse” som apparatet leverer, ikke for at bruge el. I forbindelse med EcoGrid tilbyder vi derfor alle deltagere en træning i vores demonstrationshus. Emnerne her vil være Baggrunden for projektet, som er den generelle energiomstilling i samfundet Basal information om hvordan elsystemet virker Hvordan det installerede udstyr virker Hvor man får adgang til og hvordan man forstår forbrugskurver Hvor man får adgang til og hvordan man forstår prisoplysninger Kilde: ”Smart from the Start – Managing Smart Grid Programmes”, PwC, 2010 EcoGrid EU 17. september 2018

14 Partnere i EcoGrid EU Der er 16 partnere i EcoGrid EU
6 danske partnere Derudover partnere fra Belgien, Holland, Tyskland, Schweiz, Østrig, Norge, Estland, Spanien og Portugal Oprindelig skulle industripartnerne ikke være danske, men pga. diverse lovgivning deltager de danske selskaber med udenlandske afdelinger som 3. part Det totale budget er på 20,5 mio. € med 12,6 mio. € i støtte Udstyrsbudgettet udgør 3,35 mio. € Projektstart 1. marts 2011 Projektlængde 4 år Demonstrationsstart december 2012 EcoGrid EU 17. september 2018

15 EcoGrid EU (Bornholm) En prototype på et europæisk Smart Grid