Smarta elnät – tekniklösningar för för ett uthålligt energisystem Lina Bertling Tjernberg linab@kth.se Professor i Elkraftnät Sveriges Ingenjörers Miljödag, 29 januari 2014, Hotell Hilton, Slussen Stockholm

Energisystemet i förändring California – drivande I omställning mot uthålligt energissystem, först med större investeringar I vindkraft, ont om vatten, olika utmaningar. Foto: @linabertling Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Energisystemet i förändring – smart tänkt Maxwell, Edinburgh Tesla, Niagarafallen Foto: @linabertling Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Elektricitet för effektiv omvandling, överföring, användning av energi El kan produceras vid omvandling av energi El kan överföra energi från källa till användare Foto: @linabertling Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Energisystemet i förändring – behov av smarta elnät Energisystemet i global omställning mot ett uthålligt energisystem Målen är mer förnybara energikällor, ökad energieffektivitet och mindre användning av fossila bränslen. Ett av de viktigaste medlen för att nå dessa mål är smarta elnät. Referens: Lina Bertling Tjernberg, IVA Aktuellt Nr 4 2013. http://issuu.com/iva- publikationer/docs/iva-aktuellt-nr-4-2013?e=2861120/3279499 Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – summering Ett smart elnät är ett smart system som använder el för att leverera energi till konsumenter med drivkraft att använda mer förnyelsebara energikällor och minska energiförluster. Med smarta elnät kommer nya tekniklösningar för användning av el där elkonsumenten får större inflytande exempelvis med timmätning av el och nya former av generering och lagring, som elfordon för både transport och energilagring. flexibilitet och mångfald Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – användning i centrum Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – ett komplext system med fysiska och virtuella aktörer Källa: NIST Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – utveckling i världen Installerad effekt i vindkraft Totalt i världen 282 587 MW Ny 2012, 44 799 MW Topp 5 länder totalt (ny 2012) 26.7% (28.9%) Kina 21.2% (29.3%) USA 11.1% (5.4%) Tyskland 6.5% (5.2%) Indien 3% (4.2%) Storbritannien Källa: IEA Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – utveckling i Europa ENTSO-E första gemensamma 10 år plan 80% av identifierade 100 flaskhalsar relaterat till integration av förnybara energikällor trend mot större, mer volatila energiflöden, över längre sträckor utvidgat nät med 1,3% per år, gör det möjligt att öka med 3% produktionskapacitet www.entsoe.eu Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – utmaningar i Europa behov av förstärkning i elnätet mer integration mellan länder mer intermittent produktion mer stor- och småskalig anslutning av elfordon aktiva kunder - procumers Smarta elnät är möjliggörare! Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – behov och lösningar för uthålligt energisystem Nya standarder, marknadsmodeller och incitament Nya elvärden till konsumenter t.ex. timavläsning Nya metoder för optimering av energisystem Ny teknik för styrning, kontroll, och med likströmsnät Nya metoder med stöd av ICT och reglerteknik Nya material för isolation, och mindre volymer Nya lösningar för energilagring t.ex. elfordon Förändrat beteende! Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – utveckling som begrepp I USA lanserade Department of Energy (DOE) år 2003 en nationell vision för elektricitet. Inom Europa presenterades 2005 en plattform för smarta elnät för att skapa en gemensam vision för det europeiska elnätet. 2007 släppte DOE en vision för moderna elnät, med uppmaning att skynda på övergången till smarta elnät. Smarta elnät slog dock igenom stort som begrepp först år 2009. USAs nytillträdde president Barack Obama som i januari 2009 deklarerade att smarta elnät var en prioriterad fråga i hans administration, och kort därefter beslutades om nya resurser för utveckling av smarta elnät med en stor satsning på demonstrationsprojekt på totalt omkring 55 miljarder kronor (2009-2020). Samma år lanserade Kina sin första femårsplan för utveckling av smarta elnät. Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät - ISGAN Press. 11-03-31 Sverige ansluter sig till IEA initiativ Internationell Smart Grid Action Network Smarta elnät är på den politiska dagordningen som ett verktyg för ett uthålligt energisystem Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – Samordningsrådet i Sverige Uppdrag: Kunskapsplattform - samverkan mellan berörda aktörer och kunskaper om möjligheter med smarta elnät i samhället Handlingsplan – hur utvecklingen av smarta elnät kan stimuleras och hur hinder kan undanröjas - tidsperspektiv 2015-2030 Nyckelfakta: Utsedd av näringsdepartementet Uppdrag: aug. 2012 – dec. 2014 15 medlemmar med nyckelpositioner inom industrin, statliga myndigheter och den akademiska världen Process med dialogseminarier och referensgrupper Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – exempel Europa The Joint Research centre (JRC) genomförde 2010 den första heltäckande inventering av smarta elnätprojekt i Europa mer än 300 projekt rapporterade Nästa inventering 2012: 281 projekt 30 länder 1,8 miljarder € Källa: http://www.smartgrids.eu/jrc_map Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – exempel Europa I perioden 2008-2012, har investeringar i smarta elnätsprojekt har varit konsekvent över en nivå på 200 miljoner € per år, med investeringsnivån under 2011 så mycket som € 500.000.000. 219 smarta elnät och fjärravläsningsprojekt om totalt € 4 miljarder med största inv. i Italien (2,1 €) Sverige (1,5 €) Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – exempel elbil till elnät Studie av inverkan av strategier vid laddning av elfordon Slutsatser: olika strategier minskar behovet av förstärkning av elnätet, samt bidrar till lägre förluster. Referens: Steen D., Tuan L., Carlson O. and Bertling Tjernberg L., “Assessment of Electric Vehicle Charging Scenarios Based on Demographical Data”, publicerad i IEEE Transaction on Smart Grid Technology, september 2012. Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – exempel Facebook i Luleå Golvyta : 3 x 28 000 m2 första byggnad klar 2013 Pmax = 120 MW 100 % vattenkraft 70% backup generatorer kylluft året runt Senaste leveransavbrott 1979 FB previously using 51% coal Källa: Mikael Börjeson, CEO Centre for Distance-spanning Technology, CDT Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – exempel Jeju Island Budget: kring 200 MUSD Tidsplan: december 2009 till maj 2013 Deltagare: 10 konsortier i fem områden inom test av teknologier och utvecklande av affärsmodeller t.ex. Samsung, KEPCO, ABB Korea, Källa: http://smartgrid.jeju.go.kr/eng/ Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – exempel Jeju Island Teknisk tur i samband med International Smart Grid Conference and Exhibition 2013. Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smart Elnät – demonstrationsprojekt Sverige Stockholm Norra Djurgårdstaden (€30M) Storskalig urbant demonstrationsprojekt Smarta elnät Gotland (€20M) Storskalig landsorts demonstrationsprojekt Smarta elnät Hyllie (€25M) Storskalig smart stad i Malmö Stockholm Djurgårdsstaden Gotland Hyllie, Malmö Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – exempel Gotland Övervakas från driftcentral i Slite HVDC (2*130 MW, 150 kV, 96 km sjökabel) till fastlandet 2 HVDC ligh-länkar 70 km för överföring vidkraft från söder (Näs) till norr (Visby) Regionnät: 70 kV (ca 200 km) + 30 kV (ca 100 km) Fördelningsstationer: 20 st 70/30 kV + 3 st 30/10 kV Lokalnät: 10 kV (ca 2 000 km) Nätstationer 10/0.4 kV drygt 2 100 stycken Mer än 400 stycken fjärstyrda brytare/frånskiljare i nätet Reservkraft: Gasturbiner som kan starta inom 10-20 minuter för att ersätta import i nödfall Sju stycken mobila dieseldrivna kraftverk (0.4 kV) Vindkraft 170 MW Nätet klarar 195 MW med traditionell teknik, så förstärkningar och/eller smartaelnätslösningar kommer att behövas i framtiden. Produktion (2011) 340 GW, motsvarar 38 % av Gotlands konsumtion. I extremfall exportsituation redan idag. http://www.smartgridgotland.com Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – exempel Gotland Syfte: visa hur det är möjligt att modernisera ett befintligt elnät för att ansluta mer förnybar energi med bevarad eller förbättrad elkvalité. Tidplan: start 2011: första fysiska installationen (solceller) oktober 2013 november 2013 påbörjades installation av smarta elmätare 2014 påbörjas installation av nya styr- och övervakningssystem Deltagare: Vattenfall, ABB, GEAB, Svenska Kraftnät, Schneider Electric, KTH, och Energimyndigheten Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – exempel Hyllie Generella principer: Energieffektivitet genom hela värdekedjan Resurseffektivitet för att uppnå hög grad av självförsörjning 100% förnyelsebar återvunnen energiförsörjning Anpassning mellan utbud och efterfrågan Total budget 2012-2014 av 23 miljoner euro, varav 5,7 miljoner euro finansieras av svenska Energimyndigheten. Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – exempel Hyllie Teknisk tur i samband med Referensgruppsmöte Hylle, 2013. Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät – mer information Samordningsrådet för smarta elnät www.swedishsmartgrid.se EU Smart Grid www.smartgrids.eu IEEE Smart Grid smartgrid.ieee.org/ieee-smart-grid EIT KIC InnoEnergy www.kic-innoenergy.com Sverige koordinerar området smarta elnät, och KTH deltar med flera innovations- och forskningsprojekt Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Rekommenderade konferenser IEEE ISGT US 19-22 februari, Washington http://ieee-isgt.org IEEE T&D 14-17 april, Chicago http://www.ieeet-d.org Energiutblick 13-14 maj, Stockholmhttp://www.hallbarstad.se/events/196-energiutblick-2014 IEEE ISGT Europe 12-15 oktober, Istanbul http://sites.ieee.org/isgt-europe-2014/ Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Smarta elnät - summering Varför: uthålligt energisystem Vad: flexibel infrastruktur för att överföra och använda energi med ny teknik och nytt beteende mer kommunikation, styrbarhet, och standardisering mer förnyelsebara energikällor nya elfordon och lösningar för energilager Hur: långsiktiga och tydliga energiöverenskommelser med effektiva stödsystem och incitament systemlösningar och beteendeförändring god tillgänglighet – smart med kvalité! Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014

Thanks and welcome to join the ride! Lina Bertling Tjernberg Professor i Elkraftnät E-post: linab@kth.se Web: www.kth.se/profile/linab/ Twitter: https://twitter.com/LinaBertling Lina Bertling Tjernberg, Sveriges Ingenjörers Miljödag 2014, Stockholm 29 januari 2014