Indsendt af
Aalborg Universitet
Resumé
Danmark er førende i det fundamentale skifte fra fossil energi til grøn energi fra f.eks. vind og sol. For at kunne udnytte store mængder grøn energi er det essentielt at energiforbruget kan styres langt bedre i forhold til produktionen. Dette gøres ved hjælp af det intelligente energinet: smart grid. Smart grid med vekselvirkning mellem el og varmeområdet via anvendelse af varmepumper og el-kedler med større varmelagre til absorbering af overskudsproduktion fra vind-møllerne. Intelligent styring af forbruget af el til større belastninger så forbruget minimeres i spidsbelastningsperioder og maksimeres i perioder med overskud af grøn strøm.
Traditionelle prissignaler er ikke nok, da det kan resultere i at alle fleksible enheder starter på samme tid. Intelligent styring af spændingen på lavspændingsområdet via smarte transformere med automatisk spændingsregulering, eller ved anvendelse af de decentrale enheders omformere.
Ladestationer og ladeprocedurer til el-biler bør også være fokus. Ved at opsamle og analysere store mængder af detaljerede data om forbrugernæs adfærd kan elforbruget blive langt mere fleksibelt. Endelig også IKT og datasystemer for kommunikation og kontrolformål, herunder begrænset båndbredde, pålidelig realtidskommunikation og hukommelse. Sikkerhed, integration med forbrugerens apparater, samt brugerinteraktion er andre vigtige aspekter.
Udfordring og muligheder
Danmark har rigtig gode muligheder for at være i front med hensyn til at lave systemer, der integrerer fjernvarme og smart grid systemerne, og sigte mod målet med at blive uafhængige af fossile brændsler på sigt. Det er vigtigt også at se på en logisk udvikling af vores systemer frem mod det fossil frie system, således at der ikke opbygges uhensigtsmæssige systemer som alligevel ikke kan anvendes på længere sigt.
Fremtidens smarte net vil være meget afhængigt af et pålideligt informations- og kommunikations-teknologi (IKT) baseret system. Imidlertid må nettets pålidelighed ikke blive begrænset pga. pålideligheden af de anvendte IKT komponenter, derfor er en af hovedudfordringerne at skabe en lav-latent kommunikationsinfrastruktur med en pålidelighed, der er næsten uhørt blandt de eksisterende systemer. Tilsvarende er det essentielt at udvikle en data- og informationsinfrastruktur der kan opsamle og analysere store datamængder i realtid og bruge resultaterne til at optimere forbrug, produktion og distribution. IKT systemet skal være sikkert, nemt kunne integreres med forbrugernes apparater for at opnå optimal styring, og nemt at interagere med.
Målsætning
Målet er at designe et smart grid med tilhørende nødvendig IKT-system, der kan bidrage til transitionen fra det nuværende system, frem mod det fossilfrie system. Dette kan ske ved at udvikle systemer der kan anvende vekselvirkningen mellem det elektriske og termiske systemer, således at f.eks. overskuds-el fra vindmølleproduktion kan anvendes til varme generering og gemmes i varmelagre til senere fjernvarmeforbrug, eller ved at også transportsektoren indgår med el-biler, der kan oplades når der er for meget el, og evt. anvendes som energilagre når der er for lidt el-produktion. Til det smarte grid skal der udvikles styresystemer, kommunikationssystemer og intelligente energi-systemer, der kan reguleres dynamisk efter den aktuelle produktion og forbrug. Der bør i den sammenhæng også ses på markeds- og beskatningsmæssige forhold for energiselskaber og kunder, således at de bliver i stand til at give det rigtige input i forhold til den kontrol der skal foregå.
Innovationsbehov
Der skal udvikles intelligente kontrolsystemer, der kan regulere lasten hos de enkelte forbrugere i forhold til den aktuelle produktion og det forventede forbrug. Hertil skal der muligvis indføres nye bestemmelser for f.eks. lokale markeder. Der skal kunne sendes styresignaler til kunderne, og desuden skal der være nogle regler og standarder for hvordan man kan regulere kundernes forbrug. Der skal udvikles nye fjernvarmesystemer, med integration af varmepumper og el-kedler, og hvor der også laves mere intelligent styring af varmeforbruget evt. nye prognoseværktøjer for varmeforbruges. Der skal udvikles nye el-biler og ladestationer og ladeapparater, smarte transformere og styringer, for at holde spændingen på lav-spændingsnettet konstant. På IKT området skal der udvikles nye ”machine-to-machine” (M2M) systemer, der skal sikre pålideligheden i nettet, og at den nødvendige kapacitet og overførselshas-tighed er til rådighed. Der skal endvidere udvikles nye teknikker til at håndtere de store datamængder og de avancerede analyser på disse, f.eks. forudsigelses-modeller. Der skal også udvikles specifikke løsninger til sikkerhed og integration med forbrugerens apparater (Home Automation), samt interaktion.
En måde at teste nogle af systemerne på i mindre skala er ved først at opbygge kontrol og IKT systemerne i nogle få mikronet (demonstrationsområder), for derefter at udbygge systemerne til større net. Her bliver det også vigtigt at få interaktionen til det overliggende transmissionsnet og dets styring til at virke, og at se det smarte net på lavspændingsniveau i forhold til de internationale markeder, og dermed styringen i et fremtidigt større europæisk supergrid.
De danske forudsætninger
Danmark har allerede et udbredt decentralt system og har derfor et godt grundlag for den videre udbygning. Vi har også et godt fjernvarmesystem, der er meget udbredt, men som der kan drages endnu mere nytte af, ved at lave det intelligent, og også anvende el i perioder med lave priser til at producere varme. Både el-nettet og fjernvarmesystemet er allerede mange steder forsynet med smarte el- og varmemålere, som der kan tages i anvendelse til de styrings- og kommunikationssystemer, der skal opbygges. Der er endvidere mange projekter på området, som kan danne baggrund for den videre udvikling. På IKT området er Danmark allerede langt fremme, bl.a. som deltager i mange EU projekter.
Effekter og potentialer
Danmark er allerede i front og har en meget stor viden og mange eksperimentelle faciliteter og produkter vedrørende smart grid i forhold til mange andre lande, da vi allerede har en stor andel af decentral produktion og en god udnyttelse af fjernvarmesystemet og har opsamlet mange års erfaringer. Vi har endvidere også en god udbredelse af smarte målesystemer, der umiddelbart kan tages i anvendelse for fremtidens styring af det smarte net. Danmark vil derfor stadig kunne være på forkant og få styrket konkurrenceevnen, når interaktionen mellem el-og varmesystemet realiseres, og det tilhørende IKT system udbygges intelligent. Dette giver grundlag for mange nye eksportmuligheder dels af viden, men også vedrørende nyudviklede produkter til den intelligente styring på el-og varmeområdet. Samtidig bærer det os hen mod det fossilfri samfund, og vi kan blive mere uafhængige af import af olie, gas og kul. Et konkret eksempel på danske eksportmuligheder er Japan der er i gang med en massiv omlægning fra atomenergi til grøn energi og dermed har meget stor brug for de erfaringer og løsninger man har i Danmark.