Smartare elnät för förnybar energi och ökad konsumentmakt

Transkript

1 Smartare elnät för förnybar energi och ökad konsumentmakt En internationell utblick kring politik för forskning, teknikutveckling och innovation i Indien, Japan, Kina, Sydkorea och USA

2 Myndigheten för tillväxtpolitiska utvärderingar och analyser Studentplan 3, Östersund Telefon Telefax E-post För ytterligare information kontakta Martin Flack Telefon E-post

3 Förord Smarta elnät möjliggör bättre planering av produktion och distribution av el samt ökad flexibilitet för slutkonsumenterna och är därmed en viktig pusselbit i arbetet med att öka andelen förnybar energi och att förbättra energieffektiviteten. Mot bakgrund av detta lanserade energi- och IT-minister Anna-Karin Hatt i maj 2012 en särskild kommitté med uppdraget att utreda förutsättningar och hinder för smarta elnät att bli en tillväxtbransch för Sverige samt att bidra till en ökad samordning mellan sektorns aktörer Samordningsrådet för smarta elnät (Rådet). Tillväxtanalys har av Rådet fått i uppdrag att studera politik för smarta elnät i ett antal andra länder för att beskriva vad som görs och vad Sverige kan lära av detta. De länder som studerats är Indien, Japan, Kina, Sydkorea och USA. Denna rapport sammanfattar ett omfattande material baserat på studier av offentliga dokument, akademiska artiklar och intervjuer med initierade experter från respektive land och innehåller bland annat följande övergripande observationer: Statliga aktörer har en central roll i att skapa förutsättningar för utveckling av smarta nät men också att det krävs en bred förankring hos sektorns olika aktörer för att tekniken ska lämna ritborden och nå marknaden. Det är också tydligt att smarta nät fyller många olika behov från ökade möjligheter till central styrning och optimering till ökat oberoende och lokal energisäkerhet. Oavsett detta är det klart att det handlar om mer än ny teknik inom elöverföring. Hur nya marknader, affärsmodeller och lösningar för slutkonsumenten kan skapas är vitala frågor att integrera i en framgångsrik strategi för smarta elnät. Rapporten har författats av Arati Davis (Tillväxtanalys i Delhi), Helena Tillborg och Martin Karlsson (Tillväxtanalys i Tokyo), Ulf Andréasson (Tillväxtanalys i Peking), professor Seung Il Moon och Izumi Tanaka (Seoul National University respektive Tillväxtanalys i Tokyo) samt Ola Göransson och Pernilla Rehgård (Tillväxtanalys i Washington respektive Sweco Eurofutures). Martin Flack vid Tillväxtanalys kontor i Stockholm har varit projektledare. Stockholm, april 2013 Enrico Deiaco, avdelningschef Innovation och globala mötesplatser 3

4

5 Innehåll 1 Sydkorea Summary Background Electricity in Korea th National Electric Power Supply Plan: 2013 to Main actor- Presidential Committee on Green Growth Why promote a smarter grid? How to promote a smarter grid Smart Grid Promotion Act First Five Year Master Plan for Smart Grid Plan for Smart Grid Hub City Development Plan for National Smart Grid Development Key Actors Research, development and innovation Business development and export promotion Regulation Consumer engagement Main observations and concluding remarks Challenges Opportunities The road ahead Japan Swedish summary Background The Japanese electricity system Key components for Smart Grid in Japan Main Actors and Networks Why promote a smarter grid? Driving forces Need for change How to promote a smarter grid Government measures Demo- and pilot projects Business development and export promotion Consumer engagement Main observations and concluding remarks Challenges Opportunities The road ahead Bibliography USA Sammanfattning Bakgrund Det amerikanska elnätet Det politiska landskapet och viktiga aktörer Drivkrafter för amerikansk politik inom smarta nät Insatser för att främja smarta nät Forskning, utveckling och innovation Investeringar och affärsmodeller för smarta nät Konsumentengagemang inom smarta nät Microgrids Huvudsakliga observationer och slutsatser Utmaningar Möjligheter Vägen framåt Kina Inledning och sammanfattning

6 4.2 Bakgrund: Energigeografi och storskalighet Smartare nät i tre steg Huvudsakliga aktörer State Grid Corporation of China Kunskapsutveckling Femårsplan för FoU Forskningsinstituten De utländska företagen Standardisering och pilotprojekt Marknad och export One grid to rule them all Konsumtion och konsumentengagemang Peak loads Mätarteknik EPC Subventioner för energieffektiva produkter Byggstandarder Laddningsstationer för elbilar Huvudsakliga observationer och slutsatser Höga ambitioner Men många hinder på vägen Internationalisering och standarder en nyckelfråga Outvecklat konsumentengagemang Indien Summary Background Why promote a smarter grid? How to promote a smarter grid Research, development and innovation Business development and export promotion Regulation Consumer engagement Main observations and concluding remarks

7 1 Sydkorea 1.1 Summary The Smart Grid Project in Korea was initiated following the launch of the Low Carbon Green Growth Policy. The final target of this project is to develop a nationwide Smart Grid System for the first time in the world. As a new growth engine, the project is focused on not only the technical development but also the market creation. Moreover, various activities to enter the over-sea market have been planned. As the top level control tower, the Presidential Committee on Green Growth coordinates and evaluates the Smart Grid policies of various ministries. Among the ministries, the Ministry of Knowledge Economy is the major authority corresponding to the Smart Grid Project and supervises organizations such as the Korea Smart Grid Institute, the Korea Smart Grid Association, and Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning. The Korea Smart Grid Institute and Korea Smart Grid Association manage cooperation among private, public, academic, and government sectors. The government established the National Smart Grid Road Map of Korea in January The Smart Grid Promotion Act was legislated in May 2011 to overcome the limits of conventional law and to promote Smart Grid activities. In accordance with the act, the First Five Year Master Plan for Smart Grid, which is the detail action plan for 2012 to 2016 of the National Smart Grid Road Map of Korea, was established in July According to these plans, implementation technologies of Smart Grid are classified into five major areas considering creation of new business models such as: Smart Power Grid, Smart Consumer, Smart Transportation, Smart Renewable, and Smart Electricity Service. The nationwide Smart Grid will be developed through following stages: Smart Grid Test-bed : 2010 to Smart Grid Hub Cities : 2013 to 2016 Wide Area Smart Grid : to 2020 Nationwide Smart Grid : to 2030 Total 25 billion USD will be invested to develop the nationwide Smart Grid until Among them, 3,235 million USD will be invested during 2013 to In order to develop and verify the Smart Grid technology, various projects are on progress. Among the projects, the Jeju Smart Grid Test-Bed Project and the Korea Micro Energy Grid Project, are almost completed. Recently, many government organizations recognized the importance of Smart Grid in the future and made a plan about the Smart Grid. Ministry of Strategy and Finance declared to develop the Smart Grid earlier than the National Smart Grid Road Map to bring up the Smart Grid as a new growth engine. Also, early development of the Smart Grid is planned in the 6th National Electric Power Supply Plan. In addition, the Presidential Committee on the Green Growth suggested the Smart Grid Project to be continued as a Mega Project in the new government. Reflecting the opinion of the committee, the new president pledged to develop the Smart Grid and to reform electricity pricing system. Consequently, it is seems that the supporting to the Smart Grid Project will be continued in the new government. 7

8 1.2 Background Electricity in Korea Korea highly depends on energy imported from foreign countries. About 97 per cent of energy including oil, gas and coal is imported and only 3 per cent of energy is produced inside Korea. Nevertheless its energy consumption rate is still highest among the OECD countries. Electric power consumption increases even higher than the other energies mainly due to relatively low electricity price which is about one third of Japan and lowest in the OECD countries. Electric power consumption per person in Korea already exceeded that of Japan, France and UK whose GDP s per person are about double of Korea. Main reason for high energy consuming rate in Korea results from energy over consuming industrial structure. Steel, automobile, semiconductor, ship building and chemical industries are major industries in Korea. They are all highly energy consuming and reached to the limit of growth. Figure 1-1 shows the generation portfolio of Korea at the end of More than 80 per cent of power plants are nuclear, coal, and gas generation plants. In accordance with the 6 th National Electric Power Supply Plan, renewable power generation is expected to be increased up to 20.2per cent of total generation until Figure 1-1 The rate of power plants at the end of 2012 in Korea Source: The 6 th National Electric Power Supply Plan The portion of private generation was 12.2 per cent of total generation and 72 per cent of the private productions came from LNG power plants and 19 per cent of the private productions came from renewable energy plants in Figure 1-2 illustrates the rate of final energy consumption in Korea. The rate of electrical energy has increased relatively rapidly compared to the rate of other energies. Currently, electrical energy occupies 20 per cent of the final energy consumption. To support the major industry, the Korean government kept the electricity price strictly low. 8

9 Figure 1-2 Breakdown of final energy consumption in Korea Source: Korea Energy Management Corporation, 2012 Handbook of Energy & Economic Statistics in Korea The electricity industry of Korea is composed of Korea Electric Power Corporation (KEPCO), Korea Power Exchange (KPX), 6 Generation companies and Independent Power Producers (IPP). Among them, KEPCO is the mother company of 6 Generation companies and in charge of transmission, distribution and electricity sales services. KPX is a non-profit independent system and market operator. Until 2001, KEPCO was a single monopoly company which owned all transmission, distribution, and generation facilities. During the government of President D. J. Kim, electricity industry of Korea was restructured due to the following reasons: Inefficient monopoly structure Encouraging competition by introducing electricity market Economic crisis and IMF Bailout The Power Industry Restructuring Promotion Act was enacted in December And the original plan for restructuring was following the three steps as: 1st Stage (2001to2002) : Competition of generation (Privatization) 2nd Stage (2003to2008) : Competition of wholesale (Power supply partitioning) 3rd Stage (2009 on) : Competition of retail (Right of consumer choice) In April 2001, KEPCO was spun off into six power generation companies and KPX. However, during the government of President M. H. Roh, the restructuring policy was reviewed, and Economic and Social Development Commission (ESDC) decided to defer the deregulation process. Recently, new President K. H. Park publically pledged to reform the inefficiency of monopolistic structure in power market and develop the robust supply and demand market under fair competition. The electricity prices of Korea are divided into 6 types according to consumer groups as: 1) Residential, 2) Official and Commercial, 3) Education, 4) Industry, 5) Agriculture, and 6) Street Light services. For the residential service, a 6-step progressively increasing price system is adopted to suppress the excessive electricity consumption. Still, all types of services cannot recover production cost yet as shown in Table 1. 9

10 Table 1-1 Electricity sales statistics according to consumer groups in 2011 Type of Service Demand (2011) Average price (USD/kWh) Cost recovery rate (2011) Residential 18.0% % 85% Official and Commercial 21.9% % 93% Education 1.7% % 87% Industry 55.2% % 92% Agriculture 2.5% % 34% Street Light 0.7% % 82% Source: KEPCO, Electricity Price System and the Direction of Policy, July, Expected cost recovery rate (2012) Korean electric power system has evolved very rapidly. During the last 40 years, generation capacity has been increased from 400MW to 80,000MW and the quality of electricity service has also improved dramatically. Figure 1-3 Power system development in Korea Annual power outage duration is less than 15 minutes which is shortest in the world. Due to highly automated and renovated facilities, transmission and distribution losses are less than 4 per cent which is also smallest in the world. Although Korean electric power network shows one of the best performances in the world, it also has its own inherent limits as: Korean power system is isolated. Excessive generation facilities are required due to restricted power trading. Conventional power system facilities such as transmission lines and large generators are too densely constructed in small territory. Due to keen response to environmental problem of Korean people, it became harder and harder to find the sites for generation and transmission facilities. 10

11 Due to low and flat electricity price for industrial load, demand management during the peak load period is difficult. Considering the above situations and confronting the challenge of climate change, the Korean government pre-emptively adopted the Low Carbon Green Growth policy. And the Smart Grid which integrates the electric power technology and the information technology got spotlight as an essential infrastructure for the Green Growth society th National Electric Power Supply Plan: 2013 to 2027 The Electric Power Supply Plan is announced every three years to cover for the coming 15 years. The most current Plan is the 6th National Electric Power Supply Plan covering 2013 to Usually, the objects of the National Electric Power Supply Plan were to ensure stable power reserve and to expand generation facilities considering people s acceptance and grid conditions. However, in the 6th National Electric Power Supply Plan, minimizing the construction of new power generation facilities by utilizing active demand management is considered as an important task. The first core task of this plan is to minimize the demand prediction error to ensure power reserve, and the second task is the demand management. To accomplish these, the plan proposed the diffusion of the Smart Grid and the improvement of electricity price system. For improving the electricity price system, this plan suggests the following three tasks: The electricity price should be increased to proper level. Various electricity price systems which reflect fuel cost will be introduced. Demand management system utilizing the real time electricity price will be expanded. AMI will be supplied to all customers by 2020 and energy storage system will be expanded to disperse peak demand. By actively utilizing the demand management, the plan predicted that the peak demand will be reduced by 15 per cent and power consumption will be reduced by 12 per cent Main actor- Presidential Committee on Green Growth In the meeting of the Green Growth Committee in February 2009, the Korean government declared visions of the Low Carbon Green Growth Society including development of the world first nationwide Smart Grid. Korea has more favourable situations compared to other countries for constructing the Smart Grid such as dense population, small territory, and advanced IT technology which are essential for the Smart Grid. In addition, the Korean transmission and distribution system is operated by a single company-kepco which is owned by government. Because the Smart Grid is a vital infrastructure for the Green Growth society, the Green Growth Committee has been consistently supporting to establish nationwide Smart Grid. Green Growth Committee proposed three strategic stages for the Smart Grid development until 2030 as: Designating Smart the Grid pilot city in 2011 Developing consumer side Smart Grid until 2020 Developing complete nationwide Smart Grid until

12 1.2.4 Why promote a smarter grid? Plan for constructing nationwide Smart Grid in Korea was originated from the Low Carbon Green Growth policy which was initiated by President M.B Lee. In the first meeting of the Presidential Committee on Green Growth in February 2009, the Korean government declared three visions for Green Growth such as: 1) Searching for the new growth engines, 2) Improving the quality of life and environment, and 3) Contributing to the world. Along with these visions, the Korean government also declared that it will reduce the CO2 emission by 20 per cent from the amount expected based on business as usual until At the same time, Electric Vehicle deployment plan was also announced. According to this plan, 1 million Electric Vehicles will be in the street until year 2020 and reduce CO2 emission by 6.7 million tons. In addition, efficient energy consumption and renewable energy supply became primary issue to realize the low carbon green growth society. In the meeting of the Green Growth Committee in February 2009, the Korean government declared visions of the Low Carbon Green Growth Society including development of the world first nationwide Smart Grid. Korea has more favourable situations compared to other countries for constructing the Smart Grid. It has dense population, small territory, and advanced IT technology which are essential for the Smart Grid. In addition, the Korean transmission and distribution system is operated by a single company-kepco which is owned by government. Because the Smart Grid is a vital infrastructure for the Green Growth society, the Green Growth Committee has been consistently supporting to establish nationwide Smart Grid. Green Growth Committee proposed three strategic stages for the Smart Grid development until 2030 as: Designating Smart the Grid pilot city in 2011 Developing consumer side Smart Grid until 2020 Developing complete nationwide Smart Grid until 2030 National Smart Grid Road Map of Korea The Smart Grid Promotion Act (described in later section) calls for establishment and revision of a roadmap every five years. As climate change and depletion of fossil fuel continue to accelerate, it has incurred many environmental crises to the world. In this circumstance, global efforts have been continued to cope with the difficulties and Korea is not an exception. Moreover, the Korean government decided to lead the situation with pre-emptive efforts to overcome the crisis. On the other hand, the Korean government also had to consider whether the reduction of CO2 emission may cause to slow down the economic growth. Confronting this problem, the concept of Low Carbon Green Growth was introduced, with which it can reduce CO2 emission and achieve economic development simultaneously. To accomplish this goal, new green technologies centred on the Smart Grid are essential driving forces. And these technologies will create new growth engine for low carbon green growth society. Based on these circumstances, the Korean government established the National Smart Grid Road Map of Korea in January According to the National Smart Grid Road Map, Korea plans to develop the Smart Grid following the three stages as: 1 st Stage : The Smart Grid Test-Bed until Constructing and operating Smart Grid Test-Bed 12

13 - Verifying the Smart Grid technologies 2 nd Stage : Wide area Smart Grid until Expanding Smart Grid across metropolitan areas - Completing customer side Smart Grid 3 rd Stage : Nationwide Smart Grid until Completing a nationwide Smart Grid Figure 1-4 shows the road map for the Smart Grid of Korea until Figure 1-4 National Smart Grid Road Map of Korea In the road map, the implementation technologies of Smart Grid are classified into five major areas considering creation of new business models. Construction plans of each area are designed to follow the 3 stages mentioned above as: Smart Power Grid : Constructing open power platform and automatic recovery system - 1st stage : Developing smart transmission and distribution system technologiesand DC distribution system technologies - 2nd stage : Expanding smart transmission and distribution systems by constructing the Smart Grid across metropolitan areas - 3rd stage : Operating an integrated Smart Grid by building a failure prediction and automatic recovery system Smart Place (Consumer) : Developing AMI and smart Energy Management System - 1st stage : Managing power of the home, Diversifying the consumer choices - 2nd stage : Encouraging consumer side power generation, Managing power of the intelligent building/factory 13

14 - 3rd stage : Constructing zero energy home/building Smart Transportation : Building nationwide EV charging infrastructure and V2G - 1st stage : Developing EV charging technologies, Demonstrating EV charging system and EV - 2nd stage : Expanding EV charging system and EV, Encouraging business related to EV - 3rd stage : Generalizing EV charging system, Diversifying EV charging service Smart Renewable : Constructing large scale renewable energy power generation - 1st stage : Connecting renewable power plant to conventional power system, Operating microgrid test-bed and small scale storage system - 2nd stage : Constructing large scale renewable generation systems, Propagating microgrid test-bed, Operating mid and large scale storage systems - 3rd stage : Commercializing microgrid, Expanding large scale renewable generation system Smart Electricity Service : Developing electricity price system and smart power trading system - 1st stage : Developing and verifying various pricing systems including realtime pricing system - 2nd stage : Implementing nationwide real-time pricing system - 3rd stage : Operating an integrated power trading system In hope to lead the global Smart Grid market, Korea plans to secure the competitiveness in core technologies such as AMI, security, EV charging system, and energy storage system (ESS). Also, the standardization of the Smart Grid is essential for entering the global market. Considering this, the Korean government strongly supports for establishing standardization guide line as well as participating in the international standardization activities. The Korean government proposed a budget plan for developing the Smart Grid. By this plan, 25 billion USD will be invested until According to the road map, the Korean government is in charge of investment for developing the mid-long term technologies and public infrastructure. On the other hand, private companies are expected to increase their investment voluntarily depending on market maturity. Before the market is mature, private companies should invest compulsorily by law. The detail budget plan for nationwide Smart Grid construction until 2030 is shown in Table

15 Table 1-2 Budget Plan of National Smart Grid Road Map of Korea Technology Development (Government/ Private) Infra Establishment (Government/ Private) 1 st Stage( 12) 2 nd Stage( 20) 3 rd Stage( 30) Total (179.2/ 203.7) (33.4/ 683.2) 1,692.9 (659.8/ ) 6,456.2 (419.7/ 6,036.5) 4,271.4 (1,173.9/ 3,097.5) 11,498.9 (0.0/ 11,498.9) 6,347.3 (2,013/ 4,334.3) 18,671.6 (453.1/ 18,218.5) Total 1, , , ,018.9 Unit: Million USD Source: The Ministry of Knowledge Economy, "National Smart Grid Road Map of Korea", January The total benefit is expected as billion USD which is six times greater than the investment. The Smart Grid is expected to provide key solution for the increase of the energy efficiency and CO2 reduction. And it is expected to be a major driving force to create a new growth engine for the Low Carbon Green Growth. Expected benefits until 2030 are summarized as: Reducing energy import- 42,647.9 million USD Reducing CO2 emission million tons Avoiding generation plant construction- 2,900 million USD Increasing export- 44,807.0 million USD Creating domestic market- 67,000 million USD Creating new jobs- 86,008 1 Medium and Long Term Plan: Ministry of Strategy and Finance In the end of 2012, the Ministry of Strategy and Finance established the Medium and Long Term Plan. The ministry analyzed risks which may threaten economic growth of Korea as: 1) Major industries of Korea heavily consume energy while most energy resources are imported from overseas and 2) Expansion of power infrastructure such as power plants and transmission facilities becomes much difficult due to increasing concern for environment and safety. In order to overcome the risks, the ministry proposed three policy directions in the plan: 1) Establishing new energy policy paradigm centered on demand management, 2) Expanding low carbon energy, and 3) Expanding competition principle in energy industry. The goals and strategies of each policy direction are: Establishing New Energy Policy Paradigm centered on Demand Management - Goals : Encouraging early development of the Smart Grid, Bringing up Smart Grid industry as a new growth engine - Strategy : Establishing distributed Smart Grid ecosystem, Improving electricity price system Expanding Low Carbon Energy 1 The Ministry of Knowledge Economy, "National Smart Grid Road Map of Korea", January

16 - Goals : Reducing CO2, Pursuing energy independence - Strategy : Diversifying energy resources, Expanding renewable energies, Introducing non-traditional energy such as shale gas Expanding Competition Principle in Energy Industry - Goals : Implementing open electricity retail market in Smart Grid Hub Cities - Strategy : Promoting high value added and low energy consuming industries 1.3 How to promote a smarter grid Smart Grid Promotion Act Even though the National Smart Grid Road Map was established, there still remained many obstacles disturbing the effective development of the Smart Grid under conventional legal system. In May 2011, the Smart Grid Promotion Act was legislated to eliminate these barriers of conventional law and to achieve following goals: 1) Promoting the construction and utilization of the Smart Grid 2) Encouraging the related industries 3) Coping with the climate change 4) Developing the infrastructure of the Low Carbon Green Growth Industry 5) Devoting to innovating the energy consumption and the national economic development. According to the Smart Grid Promotion Act, the Korean government takes the duties to improve the regulations, promote the investment environments, and prepare the development plans. On the other hand, by this Act, the private companies have to participate and cooperate to the government policy. Major contents of the Smart Grid Promotion Act can be summarized as: Establishing and implementing the Master Plan for the Smart Grid every 5 years (Article 4) Preparing implementation plan every year (Article 5) Supporting the R&D and Human resource (Article 10) Supporting technology verification and standardization (Article 15, 17) Selecting the supporting agency for the Smart Grid (Article 19) Selecting the Smart Grid Hub City (Article 19) Establishing the Korea Smart Grid Association (Article 20) Data Collection, Utilization and Security (Article 21-23) Ensuring interoperability (Article 25) First Five Year Master Plan for Smart Grid In accordance with the Smart Grid Promotion Act, the Korean government established the First Five Year Master Plan for the Smart Grid in July The plan is based on the Na- 16

17 tional Smart Grid Road Map of Korea and includes more detail and concrete procedures until Moreover, the plan also describes specific objectives, policy directions, and overall requirements of mid and long term policy to promote the Smart Grid. The First Five Year Master Plan for the Smart Grid aims to: Eliminating entry barriers through improvement on policy Creating an initial market through government support Planning and implementing technical development Establishing the foundation for new industry development The final policy goal of the plan is to develop 7 smart hub cities by Centred on these hub cities, the Smart Grid will be expanded to the Wide Area Smart Grid by Finally, the world s first nationwide Smart Grid is expected to be implemented in Korea by The strategic goals and related technologies of major areas of the Smart Grid are summarized as: Smart Electricity Service : Acquiring 1,200MW demand resources - Real time pricing - Demand response operating system - Demand response service provider Smart Consumer : Providing smart meters to 50 per cent of consumers - Next generation AMI system - Smart home appliances - Energy management system - Providing about 9,460,000 AMI systems Smart Transportation : Developing 150,000 EV charging stations - EV parts and material technology - Quick and slow charging technology - EV ICT system - Vehicle to grid (V2G) technology - EV charging information system. Smart Transmission and Distribution : Improving electricity reliability by 10 per cent - Smart transmission and distribution technology - Energy storage system - Developing 71 digital substations and 41 smart distribution system Smart Renewable : Replacing 4.2 per cent of total energy - Energy storage technology - Power grid interfacing technology - Energy storage service provider 17

18 Detailed promotion strategies to achieve these goals are also proposed as: System improvement - Introducing the various electricity pricing systems - Expanding the smart demand management - Providing open power market to providers of the Smart Grid service and allowing customers to select electric service provider Market creation - Finding business model from domestic and oversea demonstrations - Supplying core appliance such as AMI, EV, and ESS Technology development - Launching the Smart Grid supporting projects - Establishing detailed plans and strategies Infrastructure development - Establishing standardization and assessment system - Developing the Smart Grid information security techniques - Establishing detailed plans and strategies - Training the Smart Grid specialist - Entering global market based on international cooperation - Promoting consumer participation Figure 1-5 shows goals and strategies of the First Five Year Master Plan. Figure 1-5 Goals and strategies of the First Five Year Master Plan Following the First Five Year Master Plan for the Smart Grid, total 3,235 million USD will be invested. Among this budget, the Korean government will invest 1,565 million USD and private companies will invest 1,670 million USD. The detailed investment plans are: System improvement- 127 million USD 18

19 Market creation- 2,288 million USD Technology development- 698 million USD Infrastructure development- 122 million USD The total benefit is expected as 8,790 million USD, which is about three times greater than the total investment. These expected benefits are summarized as: Value Added- 2,168 million USD Reduction of electricity consumption- 3,392 million USD Avoiding power plant construction- 664 million USD CO2 Reduction- 27 million USD Transmission loss and blackout reduction- 378 million USD Smart meter- 867 million USD EV charging system- 805million USD Energy storage system- 154 million USD Demand response- 335 million USD 2 The investment plan and the expected benefits are summarized in Figure 1-6. Figure 1-6 Investment plan and expected benefit of the First Five Year Master Plan Source: "First Five Year Master Plan for Smart Grid", January Plan for Smart Grid Hub City Development According to the National Smart Grid Road Map, the Korean government planned to establish Smart Grid Hub Cities. Even though the plan was already prepared, the selection of the Smart Grid Hub City was delayed due to the following reasons until the Jeju Smart Grid Test Bed project is completed. 2 "First Five Year Master Plan for Smart Grid", January

20 Lack of difference between Test Bed and Hub City Insufficient technology and the business model validation Immaturity of laws and regulations The plan is updated in the First Five Year Mater Plan for Smart Grid. According to the updated plan, a city in metropolitan areas with the population between 100,000 and 1,000,000 will be selected as a candidate of 7 Smart Grid Hub Cities. The Smart Grid Hub Cities are also classified into three types: 1) Smart Consumer Hub City, 2) Smart Transportation Hub City, and 3) Smart Renewable Hub City. In addition, the selection procedure and the funding strategy are briefly explained Plan for National Smart Grid Development As described in the previous section, the Korean government established the plan to implement the nationwide Smart Grid until 2030 through three stages. In the plan, the Smart Grid technologies are categorized according to creation of new business models: Smart Power Grid, Smart Consumer, Smart Transportation, Smart Renewable, and Smart Electricity Service. The first stage of the plan is to build Smart Grid Test-Bed during In this stage, the following technologies and infrastructures have been developed, tested, and verified in the Test-Bed. Smart Power Grid - Digital Substation Technology - Distribution Automation Technology - Transmission Facility Monitoring Technology Smart Consumer - Smart Home Energy Management System - Diversification of Consumer Choices Smart Transportation - Building EV Charging System - EV Demonstration Operation Smart Renewable - Secure Power Grid Interface Technology - Microgrid Demonstration Site Operation - Small Scale Energy Storage System Operation Smart Electricity Service - Real Time Pricing System Development - Real Time Whole Sale Trading Demonstration - Real Time Demand Response Demonstration 20

21 In the second stage of the plan, the Wide Area Smart Grid including the 7 Smart Hub Cities will be implemented in Korea during , and the following technologies will be developed and verified. Smart Power Grid - Real Time Wide Area Monitoring and Control - Connecting Distributed Generation and Substation System of Storage Smart Consumer - Smart Building/Factory Energy Management System - Consumers Power Production Activation Smart Transportation - EV Supply Expansion - Charging Infrastructure and Services Commercialization Smart Renewable - Renewable Energy Large Scale Supply - Microgrid Demonstration Deployment - Medium and Bulk Storage System Operation Smart Electricity Service - Wholesale Electricity Derivatives Trade - RTP Implementation - Spontaneous Market Participants Appearance Finally, the nationwide Smart Grid will be implemented in Korea by expanding the Wide Area Smart Grid until In order to this, the following technologies are scheduled to be developed in the last stage of the plan. Smart Power Grid - Integrated Energy and Smart Grid Systems Operation Smart Consumer - Zero Energy Home/Building Smart Transportation - Charging Infrastructure Generalization - Diverse EV and Charging Services - V2G Services Smart Renewable - Renewable Energy Generalization - Microgrid Commercialization Smart Electricity Service 21

22 - Various Power Trade Vitalization - Power-based Inter-industry Convergence Market Vitalization - Leading Northeast Asia s Power Market Key Actors Since the Smart Grid Plan was designed to develop the infrastructure for the Low Carbon Green Growth Society, the PCGG is the top-level organization related to the Smart Grid Activities. The committee deliberates on the major plans and policies for the Smart Grid. Under the direction of the PCGG, the practical matters of the Smart Grid are handled mostly by four ministries such as 1) Ministry of Knowledge Economy, 2) Ministry of Strategy and Finance, 3) Ministry of Environment, and 4) Ministry of Educational Science and technology. Particularly, the Smart Grid plans and projects are mainly designed and executed by the MKE, and it controls many affiliated organizations related to the Smart Grid such as KSGA, KSGI, KETEP, and KEPCO. Figure 1-7 Structure of the organizations related to the Smart Grid Presidential Committee on Green Growth The Presidential Committee on Green Growth (PCGG) was established under the supervision of the former president M.B Lee on August 15, The succeeding committee under the leadership of President Park is not announced yet, as of March PCGG was headed by the President and was composed of about 50 members 3. In the committee, there are two co-chairmen. One of them is Prime Minister of Korea and the other chairman is nominated by president. Many experts from diverse fields are also included in this committee. 13 members designated by law are as follows: Minister of Strategy and Finance Minister of Public Administration and Security Minister of Education, Science and Technology Minister of Foreign Affairs and Trade

23 Minister of Culture, Sports and Tourism Minister of Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries Minister of Knowledge Economy Minister of Environment Minister of Gender Equality and Family Minister of Land, Transport and Maritime Affairs Chairperson of Korea Communications Commission Chairperson of Financial Services Commission Assistant Minister for Prime Minister s Office In addition, about 30 members are nominated by president and they belong to one of the following 4 subcommittees: Climate Change & Energy Subcommittee Green Growth & Industry Subcommittee Green Strategy & Institution Subcommittee Green Life Subcommittee PCGG plays essential roles to realize Low Carbon Green Growth society and economy in Korea. PCGG deliberates on the government s major policies, plans, and subjects related to the Green Growth. Moreover, this committee deals with the matters concerning the performance of the Green Growth policies and plans and participates in the global Green Growth cooperation activities. In particular, PCGG recognized that the Smart Grid is the core infrastructure for Low Carbon Green Growth and decided to support in various ways. Main roles of PCGG on the Smart Grid are as follows: The highest deliberative organization for the policy concerning the Smart Grid Establishing national visions and plans for the Smart Grid Coordinating central administrative agencies and local governments when conflicts occur Ministry of Knowledge Economy The Ministry of Knowledge Economy (MKE) was established in February 2008 to oversee international trade issues and embedding traditional goods and services with a premium derived from greater levels of research and innovation intelligence. In addition, It proposes the policies concerning industry, trade and energy and works to encourage foreign investment to Korea. MKE has been trying to achieve its vision of the future such as: 1) Developing future growth engines, 2) Securing sustainable energy agenda, 3) Upgrading quality of life, and 4) Driving force supporting breakthrough technologies and ideas. Especially, the ministry has played the role for major corresponding authority and prepared budgets for the Smart Grid. Also, MKE designs and implements the Smart Grid development plans and projects. The major activities of MKE related to the Smart Grid can be summarized as: 23

24 Establishing the National Smart Grid Roadmap of Korea and the First Five Year Master Plan for Smart Grid Designing and funding the Smart Grid Test-Bed Supervising the Smart Grid related organizations such as KSGI, KSGA, KETEP, and KEPCO Korea Smart Grid Institute The Korea Smart Grid Institute (KSGI) was launched to achieve national energy competiveness and to advance the Smart Grid by MKE in August KSGI is the secretariat organization of Smart Grid initiative and projects in Korea. The institute targets to explore projects on the development of Smart Grid technologies. Led by Board of Directors, there are 6 teams under Director General such as: 1) Policy planning team, 2) Strategy planning & policy team, 3) Demonstration program team, 4) Domestic deployment team, 5) R&D management team, and 6) International cooperation team. The organizational structure of KSGI is shown in Figure 8. Figure 1-8 Organizational structure of KSGI Source: The major role of KSGI is to support the establishment of the government s policies such as legislation, regulation, standards and security of Smart Grid. In addition, KSGI comprehensively manages National Smart Grid Road Map, the Smart Grid Test-Bed, power IT and Smart Grid R&D Projects. The institute assists in deployment of Smart Grid technologies, devices and products such as AMI and EV charging infrastructure. The institute also promotes international cooperation for Smart Grid, business supporting exhibitions, export of Smart Grid project outputs, Smart Grid certification and Smart Grid information security. KSGI makes a suggestion of other policies to support the Smart grid related issues. KSGI has performed various activities since Some of the major activities are as follows: October Hosting the Smart Grid Conference 2009 October Launching the Jeju Smart Grid Test-Bed 24

25 January Establishing the National Smart Grid Road Map May Preparing the Smart Grid Promotion Act August Establishing the ISGAN Secretariat Office June Preparing the First Five Year Master Plan for Smart Grid in Korea July Conducting the AMI and ESS Supply Project 4 Korea Smart Grid Association In response to rapid improvement of Smart Grid technology, The Korea Smart Grid Association (KSGA) was established to develop Smart Grid projects and encourage the Smart Grid industry in The association is a member of the Global Smart Grid Federation. It has focused on facilitating projects for establishing the Smart Grid infrastructure and conducting smart grid research and analysis. Another important task of the KSGA is to deliver ideas and opinions of private sectors in various industries related to the Smart Grid. The status of member companies is shown below Figure 9. Figure 1-9 Member companies belonging to KSGA Source : KSGA KSGA has more than 100 member companies 5. Director of KSGA has the responsibility for general management of the organization. Under the supervision of director, there are 3 departments such as: 1) Planning & management division, 2) Business support division, and 3) Standardization team. The detailed organizational structure of KSGA is shown in Figure

26 Figure 1-10 Organizational structure of KSGA Source : KSGA KSGA takes the role for coordinating government and private sector stakeholders relevant to Smart Grid. In order to perform this role effectively, the association operates working groups related to Smart Grid and hosts industrial workshops. Another important mission of KSGA is to support standardization activities and provide Smart Grid expert training program. The major tasks of the association are can be classified into 5 areas as: Projects for establishing on the Smart Grid infrastructure Research and analysis on the Smart Grid Role as a mediator between the government and private-sector stakeholders Standardization project The Smart Grid expert training system In order to contribute to implementing national Green Growth policy, KSGA has executed many activities which help the development of Smart Grid technology since The association has hosted and attended many forums, conferences, and seminars. The major activities of the KSGA so far include signing of a MOU with a counterpart in US, UK, India and Australia, hosting forums standardization and international events and establishing the Smart Grid Call Centre 5. Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning The Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning (KETEP) was established in May According to the Energy Act, it is the government agency under the joint authority of MKE. The institute has a vision for leading the Low Carbon Green Growth through energy technology R&D. Main mission of KETEP is to innovate in green growth technologies to realize sustainable growth. KETEP has more than 130 employees with annual budgets of 800 million USD (FY 2010) 6. Headed by Director, the organization of the KETEP is composed of Auditor, Assistant Inspector, Energy Technology Policy Center and 3 divisions such as the management planning division, R&D planning division, and R&D Evaluation & management division. Each division has a several teams to perform their task with dispatch

27 KETEP plans, evaluates and manages the national energy R&D projects, including projects relating to smart grid which will be described in the later section. Particularly, it has 3 major roles for the low carbon energy R&D in Korea such as: 1) Developing innovative energy fusion technologies, 2) Supporting overall national energy policies, and 3) Managing the energy related government R&D projects. Moreover, KETEP helps the new technologies move into the market and supports development and deployment of technologies for the energy efficiency. Regional government In the Fundamental Law on the Low Carbon Green Growth, the regional government has duties as: Article 5 : Responsibilities of the regional government - Each regional government shall fully cooperate in the central government s measures for realizing the Low Carbon Green Growth. - Each regional government shall, whenever it formulates and enforces measures for the Low Carbon Green Growth, take into consideration regional characteristics and conditions of the regional government. - Each regional government shall comprehensively consider impacts that its plans and projects have on the Low Carbon Green Growth in the course of formulating of various plans and executing of projects within its jurisdiction and shall intensify education and advocacy of the Low Carbon Green Growth for the regional residents. - Each regional government shall seek for measures necessary for encouraging activities of business entities, residents, and nongovernmental organizations for the Low Carbon Green Growth, such as providing them with information and financial support. Smart Grid is one of the major output of the Green Growth policy. Thus, according to this law, the regional government has to cooperate the Smart Grid activity of the central government. International Smart Grid Action Network The International Smart Grid Action Network (ISGAN) was established at the first Clean Energy Ministerial (CEM) on April At the inaugural ISGAN Executive Meeting in June 2011, Seoul, Korea, KSGI was selected by the Executive Committee as ISGAN s Operating Agent for a 3 year term with option for biannual extensions Research, development and innovation So far the Ministry of Knowledge Economy has developed most of the large scale national projects using the Fundamental Fund of Power Industry, and Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning (KETEP) managed and evaluated those projects. On the other hand, other government organizations such as Ministry of Education, Science and Technology also perform the many projects related to the Smart Grid component technologies. In addition, many private companies have performed researches separately too. The Fundamental Fund of Power Industry was established for demand management, renewable energy support, power industry safety, and power industry R&D. By the 27

28 Electricity Enterprises Act, 3.7 per cent of the electricity price is levied as the Fundamental Fund of Power Industry. In 2012, the total fund was 2,089 million USD, and 21 per cent of the total fund was invested for the R&D. KETEP plays a central role in funding R&D in smart grid related technologies in Korea and has constantly upgraded the level of the Smart Grid technology. Recently, KETEP set up the 6th Basic Plan for Long-Term Electricity Supply and Demand. According to the plan, the Korean government intends to minimize the cost of generation construction by managing the demand actively and secure the reserve suitable for the Korean economy. About 50 per cent of the Fund for the researches supported by KETEP comes from Fundamental Fund of Power Industry. Another 50 per cent comes from private companies joining the project as matching funds. For example, in the Jeju Smart Grid Test-Bed project, the Korean government and the private sectors invested 70 million USD and 170 million USD, respectively. The major activities relevant to Smart Grid are as follows: Developing smart grid core technologies and Test-Bed platform Developing New Power Service using a Superconductor Developing HVDC Technology Developing Energy Storage System for Electric Vehicle Hosting Green Energy Award with MKE Operating the Green Certification System Promoting Offshore Wind Turbine 6 Jeju Smart Grid Test-Bed Project: December 2009 to May 2013 On December 2009, the Korean government launched the Jeju Smart Grid Test-Bed project, which is the most visible Smart Grid project in Korea, to develop and verify the Smart Grid technologies. The Korean government and the private sectors invested 70 million USD and 170 million USD, respectively 7. The Ministry of Knowledge Economy and the Korean Smart Grid Institute manage the project. The Test-Bed is composed of 6,000 homes, 2 substations, and 4 distribution lines and located at town of Gujwa Eub which is north east seashore of Jeju Island 8. At this town, renewable energy technologies are relatively easily tested, because there are abundant renewable energy resources such as wind and solar energies. The project aims to build the world largest and most advanced Smart Grid Test-Bed in order to promote the commercialization and export of the Smart Grid technologies. In the project, the Smart Grid technologies are classified into five areas: Smart Consumer - Advanced Metering Infra Structure(AMI), Energy Management System(EMS) Smart Transportation 7 Ministry of Knowledge Economy, The Construction of JeJu Smart Grid Test-Bed, September

29 - EV Charging Infrastructure, Vehicle to Grid(V2G) Smart Renewable - Microgrid, Energy Storage, Power Quality Smart Power Grid - Smart Transmission and Distribution, Smart Power Communication Network Smart Power Market - Power Trade, Smart Grid Power Market Operation The Korean government, KSGI, KEPCO, Jeju special self-governing province, KSGA, research institutes, academia, and 168 companies participated in the project. In accordance with National Smart Grid Road Map, verified technologies through the Test-Bed will be preferentially promoted to candidate for supply business and national standardization. The competition for participating in the project was 3 to 1. And the company joined the project invested the matching fund. Considering that a participating company can choose partner companies which will cooperate for Smart Grid business in the future, 12 consortiums are organized. Figure 1-11 Jeju Smart Grid Test-Bed Source: Up to now, component technologies and infrastructure have been developed and tested, and TOC has been operated since June Noticeable results of each consortium are summarized as: Smart Consumer 29

30 - SK consortium tested Building Energy Management System (BEMS) business in Jeju University Hospital. - KT consortium constructed and operated AMI using various communication ways in 500 homes. - LG consortium developed Smart appliances which response to electricity price. - KEPCO consortium supplied Smart Meter to 558 homes. Smart Transportation - KEPCO and SK consortiums constructed EV charging infrastructure considering Korean Standards. - GS consortium established operating center in Musucheon charging infrastructure. And the consortium conducted electric vehicle and electric scooter rental businesses Smart Renewable - KEPCO consortium constructed 5 renewable power plants. - POSCO consortium developed EMS for the Energy Storage System (ESS). - Hyundai consortium developed wind power generators and tested cooperation methods with other devices such as ESS and STATCOM. Smart Power Grid - KEPCO consortium constructed 5 new distribution lines for Smart Distribution and installed 14 Phase Measurement Units (PMUs) at generators, transmission lines, and substations for Smart Transmission. Also, the consortium implemented a digital substation system in Seongsan substation. Smart Power Market - KPX consortium tested various price systems and demonstrated power resale service 9. Korea Micro Energy Grid (K-MEG) Project: January 2011 to June 2014 On January 2011, the Korea Micro Energy Grid (K-MEG) project was launched to develop a micro energy grid which is one of the core technologies for the Smart Grid. The K-MEG project is managed by the Ministry of Knowledge Economy and the Office of Strategic R&D Planning. The Korean government and the private companies invested 50 million USD and 30 million USD, respectively 10. The K-MEG project aims to develop a new total energy solution which integrates various energy sources such as heat, electricity, and gas. The detail goals of the project are: Developing the next generation energy technology by utilizing the Smart Grid and Distributed Generation (DG) technologies 9 KSGI, 2009~2011Smart Grid Annual Report, February K-MEG, MKE, K-MEG Brochure 2012, October

31 Commercializing the energy efficiency complex technology Developing an optimal total energy solution Developing a custom ready solution for target market Improving building energy consumption by 30per cent Validating the solutions in domestic and overseas buildings In the K-MEG project, five consortiums including 80 companies are involved: Business Model Commercialization, Total Energy Management System, Energy Production Grid, Energy Consumption Management System, and Open Test Bed applying DC Distribution Technology. The object and corresponding companies of each consortium are: Business model commercialization (SAMSUNG C&T + 21 Companies) - Demonstrating 11 business models, establishing security system and standardization for cooperation Total energy management system (olleh KT + 11 Companies) - Designing the integrated system which collects the information of energy consumption and developing metering system Energy production grid (HYOSUNG + 13 Companies) - Developing optimal resource dispatch program and building energy management system software Energy consumption management system (NARA + 20 Companies) - Developing energy analysis tool and building energy measurement module Open test bed applying DC distribution technology (KD Power + 15 Companies) - Installing DC generation and DC distribution system, constructing AC/DC converter system 12. Moreover, various domestic and oversea demonstration sites as summarized in Table 1-4 have been being implemented to validate the energy solution developed by the K-MEG project. Table 1-3 Demonstration sites of the K-MEG project Energy Grid Heat Grid Gas Grid Off Grid Guro Digital Industrial Complex Seoul National University Sejong City CITRIS HQ (US) VTT Aalto University (Finland) Banwol Industrial Complex Sihwa Industrial Complex Geumwang Industrial Complex VTT Aalto University (Finland) Gyeong Ki Small Business Supporting Center PE-IGG PV Off-Grid (Myanmar) Source: K-MEG, MKE, K-MEG Brochure 2012, October

32 1.3.7 Business development and export promotion According to the First Five Year Master Plan for the Smart Grid, the Korean government s activities to create the Smart Grid market are classified into three types as: Domestic Demonstration - Verifying the Smart Grid technologies and creating business model from the Jeju Test Bed and the Korean Micro Energy Grid projects - Establishing utilization plans for new demonstration sites after completion of the projects Oversea Demonstration - Establishing strategies and measures for the oversea demonstration - Proceeding with joint demonstration projects Core equipment supply - Providing smart meters to 50 per cent of consumers - Developing 150,000 EV charging stations - Supplying Energy Storage Systems (ESSs) with cumulative capacity of 20 million kwh Smart Grid Hub City - Establishing plans to implement 7 Smart Grid Hub Cities - Supplying AMI, ESS, and EV charging infrastructure on the 7 Smart Grid Hub Cities Korean Agency for Technology and Standards (KATS), the affiliated organization under the Ministry of Knowledge Economy, constituted Korea-EU Smart Grid Cooperation Agency to develop new business areas in the Smart Grid and support domestic companies to enter the global market. For the Technical Standardization of the Smart Grid, KATS constructed various private-oriented cooperation relationship with Germany and France, which are leading countries in renewable energy, EV, and EV charging system technologies. In order to form a partnership on civilian levels with the United States, Smart Grid Standardization Forum (SGSF) in Korea signed the MOU with the Smart Grid Interoperability Panel of the United States for the Technical Standardization. SGSF has taken an active part in the Technical Standardization of the Smart Grid. Main roles of SGSF are as follows: Coordinating standardization consensus on civilian level Developing standardization in home and abroad Cooperating on the international standardization SGSF promotes the Technical Standardization of the Smart Grid through private consensus, gathering opinion of industry, and standardization company-owned. The organization of SGSF is shown in Figure Particularly noteworthy is that KSGA is the secretariat office of SGSF. 32

33 Also, SGSF has supported developing standardization of the Jeju Smart Grid Test-Bed. With these efforts, the Korean Smart Grid was selected as a model of the East Asia and the West Pacific in October MKE adopted National Standards Coordinator (NSC) of the Smart Grid to enhance industrial competitiveness. NSC takes the role for coordinating and managing the Technical Standardization. Specially, NSC provides 1:1 consultation and support for medium and small-sized enterprises. In 2012, NSC established mid and long term master plan of standardization. And NSC is to create a virtuous circle between R&D and Standardization. Also, NSC supported cooperation of standardization in home and abroad. Smart Grid Standardization Forum Operating Committee Forum Secretariat Office (KSGA) Policy Department Smart Place Department Smart Transporation Department Smart Renewable Department Smart Power Grid Department Smart Energy Service Department Standardization Policy Standardization Road Map AMI Smart Home/ Building/Factory Smart Appliance Charging Infrastructure V2G Photovoltaic Wind Power Fuel Cell Smart Distribution Micro Grid Power Electronic Application Security Power Market Demand Response Figure 1-12 Organization chart of the Smart Grid Standardization Forum Source : KATS The main purpose of the Korean government is to preoccupy the global Smart Grid market. For this purpose, the Korean government legislated for the Smart Grid Promotion Act (SGPA) and organized KSGI and KSGA for organizing the private companies. Major task of KSGA is working with private sectors in various industries with projects related to the Smart Grid. KSGA accumulates their ideas and needs of industries and submit them to the government. Korea has advanced Information and Communication Technology in addition to advanced Electric Power Technologies. The Smart Grid is a system of systems. Integration of various area technologies is essential task. The Korean government has strong leadership over industries. This leadership is one of the most competitive advantages over other countries. However, the Smart Grid market is not mature yet and export of SG technologies is still in small scale. Nevertheless Korea technology of AMI, LED, and Lithium Battery already hold strong position in the global market. 33

34 1.3.8 Regulation One of the challenges to secure funding for the smart grid project is to design a legal, regulatory and tax framework necessary to provide sufficient incentives for the private sector to commit to the projects and to set up the new infrastructure that will be needed. The Smart Grid Promotion Act provides administrative and financial assistant from the government for an entity that develops the Smart Grid Technology and compensates investment costs of the Smart Grid provider to secure public interests using government funds including the Fundamental Fund of Power Industry. The Act on the Promotion of the Development, Use and Diffusion of new and Renewable Energy allows Minister of Knowledge Economy to give preferential subsidies from the Electrical Industry Foundation Fund for the difference between the standard price and the power trade price, if the power trade price of electricity supplied by new and renewable energy power generation is lower than the standard price, the will. The following incentives are also mentioned in the Smart Grid plans and expected to be enacted in the future; subsidy to implement the EV charging infrastructure, tax relief for the ESSs and low interest loans for construction of manufacturing facilities. Other regulations supporting investment by the private sector are: Building Act, mandating floor area ratio of the Smart Building to be increased by 3.5 per cent. Special Tax Treatment Control Act, 10 per cent of the investment costs shall be deduced from its income or corporation taxes for entities that invests in manufacturing facilities for Renewable Energy systems Special Tax Treatment Control Act, Local Tax Treatment Control Act, Enforcement Decree of the Urban Railway Act, provides maximum 3,700 USD tax incentive per vehicle to an EV purchaser Consumer engagement One of the primary concerns of the Korean Government is the consumer engagement. Because the Smart Grid makes bidirectional information change possible between the customers and the electric power suppliers, consumer engagement is a critical factor for success in the Smart Grid. To expand consumer choice, the Korean government made plans for introducing the real time electric price system and competitive electricity market. At the Jeju test-bed, measures to promote consumer awareness and engagement is implemented. Major purpose of 5 Exhibition Halls in Jeju Test-Bed is to draw the interest of people for the Smart Grid. Visitors to the Exhibition Halls can experience and operate the new environment of the Smart Grid system. Especially, LG Living Hall is designed as condominium. Visitors can stay in the LG Living Hall equipped with AMI and Smart Appliances with reservation. Real time price system has been tested in the Jeju Test-Bed. Virtual real time price signal is provided to the customers using AMI, and customers voluntarily change their power consumption. And smart appliances can be programmed to respond to the price signal automatically. However, mandatory measure was not taken in the Test-Bed. 34

35 Rolling Blackout and Emergency Exercise The 9.15 rolling blackout occurred on September 15, 2011 in Korea. The critical reason of the blackout was that the reserve was not sufficient because demand was increased too rapidly. If demand could be managed, the blackout would not occur million homes suffered from this blackout during 4hours 45minutes while 4,000MW load was rejected 11. After this blackout, the Korean government has conducted national exercise preparing for blackout twice. The first national exercise was held on June 21, As shown in Figure 1-13, actual demand was reduced by 8 per cent compared to the forecasted demand. The second national exercise was held on January 10, 2013 and the result is shown in Figure Actual demand was reduced by 10 per cent compared to the forecasted demand 11. In the two exercises, when the Korean government gave the signal about lack of reserve to the customers, they reduced their demand. This fact verifies that the information can change the demand. If the price information is given to customers using the Smart Grid, customers will respond to the information and reduce their demand 12. Figure 1-13 Result of national exercise preparing for blackout Source: KPX 11 Electimes, 9.15 rolling blackout after 1 year..., October Ministry of Knowledge Economy, Report for the power Industry & power outage response, June

36 Figure 1-14 Result of national exercise preparing for blackout Source: KPX 1.4 Main observations and concluding remarks Challenges After the Declaration of Low Carbon Green Growth as the new national vision, the Smart Grid technology of Korea has been remarkably improved through the joint efforts of the Korean government and private sectors. In order to advance to the next stage of the Smart Grid, Korean has to overcome the challenges faced as: Control tower Budget Technology development Electric Power Industry Restructuring As explained before, the Smart Grid technology is the convergence technology of power technologies and information and telecommunication technologies. Therefore, many organizations, companies, and ministries must engage with the Smart Grid industry. In this respect, the control tower supervising many parties is necessary for effective management of Smart grid resources. It is important that the control tower is able to harmonize a conflict among groups associated with Smart Grid. Now, the presidential Committee on Green Growth is playing a role of the control tower in Korea. In market terms, the Smart Grid will support a whole new range of product offerings, services, and opportunities that create value for users. Since the Smart Grid industry is a large-scale project composed of many industries, authorities, organizations and stakeholders, the Smart Grid needs a long-term support for market creation. Because the market in Korea is not matured yet, the continuing government support is still essential. Budget for building the Smart Grid in Korea can be provided from: Fundamental fund of power industry (3.7 per cent of electric price in Korea) Tax Investment of government owned companies 36

37 Investment of private companies The component technologies for the Smart Grid have been developed continuously in many countries including Korea. For the successful implementation of the Smart Grid, the development of the integration technology is also essential, because the Smart Grid is a convergence system the system. Moreover, the establishing standards for interoperability are essential not only for the implementation of the Smart Grid but also for promoting the Smart Grid market. Therefore, to advance the next stage of the Smart Grid, Korea will develop the component technology, develop the system integration technology, and establish standards without discrimination. In the initial stage of the Smart Grid, the monopolistic power industry and low electricity price in Korea are advantages of developing the Smart Grid technologies. However, the structure along with the low electricity price may be barriers to further development of Smart Grid. Recently, the Korean government has showed plans to restructure the electric power industry and secure budget for the Smart Grid. President G.H Park promised to reform the monopoly in electricity market in Korea 13. Furthermore, by adopting the real-time electricity price system, the Korean government will give consumer a cost information at any given time and a choice for usage of electricity Opportunities Since the Presidential Committee on Green Growth was established, the Korean government has made great efforts to build the nationwide Smart Grid. With these efforts, the Jeju Smart Grid Test Bed Project, which is one of the most noticeable Smart Grid project in Korea, was implemented. As the project ends in 2013, the Korean government is preparing the next stage of the Smart Grid. For successful implementation of the Smart Grid, following conditions should be satisfied: 1) Interest of people on the Smart Grid needs to be escalated. 2) An initial market has to be created. 3) Technical leadership must be increased. Jeju Island is one of the best places satisfying these conditions. The population of the island is about 584,000, and about 8,740,000 tourists visit this island each year to enjoy beautiful scenery of Jeju Island. Jeju Island is a suitable place for creating an initial market and promoting the Smart Grid. In a technical point of view, Jeju Island is also one of the best places to develop the Smart Grid in Korea. The total power demand of the Jeju Island is about 600 MW that is the largest power demand among Korean islands. As shown in Figure 1-15, the power system of Jeju Island is almost isolated from the main grid and connected to the main grid by two 400 MW HVDC systems. Thus, the Smart Grid on Jeju Island can be tested without effecting on the main grid. In addition, because the size of Jeju Island is small enough to travel all around it on a single charge, it is relatively easy to install EV charging infrastructure and to promote the diffusion of EVs. 13 The Korea Times, Will gov t break KEPCO monopoly?, January

38 Figure 1-15 Simple sketch of Jeju Island In a political point of view, it is easy to settle legal and institutional framework for the Smart Electricity Service, because Jeju Island is a special self-governing province. In addition, the island has abundant renewable energy resources such as wind and solar energies. Based on these conditions of Jeju Island, it is proposed to upgrade the Jeju Smart Grid Test Bed to the Jeju Global Smart Grid Platform. The main strategies of Jeju Smart Grid Platform are as: Declaring Carbon Free Green Island Establishing Jeju Island as a Smart Grid Hub City Installing EV charging stations all around Jeju Island Replacing official vehicle with EV Implementing Renewable Energy Generation Complex on large scale Demonstrating new Smart Grid Technologies such as fuel cell and Smart Appliance. Replacing street lights with LED Seung il Moon, Smart Grid of Korea: As a Platform of the Low-Carbon Green Growth Society, Green Growth New Engines of Growth, National Research Council for Economics, Humanities, and Social Sciences, May

39 Figure 1-16 Jeju Global Smart Grid Platform Source: Seung il Moon, Smart Grid of Korea: As a Platform of the Low-Carbon Green Growth Society, Green Growth New Engines of Growth, National Research Council for Economics, Humanities, and Social Sciences, May 2012 As shown in Figure 1-16, the platform includes various Smart Grid technologies such as: 1) smart distribution and transmission, 2) smart home, 3) smart metering, 4) DC transmission, 4) efficiently operated thermal plants, 5) smart transportation, 6) active demand response by consumer, and 7) smart renewable. And the control center will supervise the overall system. With the platform, the initial green technology market can be created, and the technology for the nationwide Smart Grid can be developed, tested, and verified. Furthermore, the platform will play a key role of standardization, and Korea will be able to establish leadership as ISGAN secretariat country The road ahead 22nd and Final Green Growth Committee under President Lee The final Presidential Committee on Green Growth chaired by the previous President held on February 2013 to evaluate the achievements of the Green Growth during the Leeadministration. During the last 4 years, the Korean government legislated for the Green Growth such as: 1) Fundamental Law for Low Carbon Green Growth, 2) Smart Grid Promotion Act, 3) Green Building Promotion Act, and 4) Green House Gas Trading Act. And organizations such as 1) GGGI, 2) GTC, and 3) Green Growth Committee were established. With effort of the Green Growth Committee, R&D investment has increased by 26.2 per cent each year and level of green technology also increased from 51 per cent to 79 per cent compared to top level of world. Lithium battery technology is ranked number one in the world and LED technology is ranked number two in the world. The committee also surveyed the public awareness for Green Growth policy. According to the survey, about 94.6 per cent of Koreans feel the seriousness of climate change and about 97.2 per cent of Koreans agree with Green Growth policy. The Presidential Committee on Green Growth has also emphasized that electricity price and water price have to be increased to reasonable level. Now, because the prices are low and does not provide incentive for conservation, it causes excessive consumption of electricity and water. To prevent inefficiency energy allocation, these prices should be 39

40 increased step by step. For low-income group, welfare should be prepared considering the suffering from the increased electricity price. And, to reduce CO2 emission, green tax will be reformed. Transport tax will be abolished and carbon tax will be introduced. Carbon tax will be used for investment of Green Growth. Also, the Committee proposed the Smart Grid as one of the Green Growth Mega Project. According to the plan, the Smart Grid Hub City Project in 7 Metropolitan Areas is expected to be accelerated. Under the new presidency The 18th Korean presidential election was held on December 19, All candidates for the presidency emphasized the Smart Grid, renewable energy, and secure power supply. Among them, Geun-hye Park, a member of the Saenuri party, won the presidential election. The new president pointed out some obstacle to developing the Smart Grid as: 1) Poor government performance compared to the plan due to uncertainty for renewable energy investment, 2) Inefficiency of resource allocation due to monopolistic structure in gas and power industry, and 3) Low demand management effects due to unreasonable electric price. Moreover, the President pledged the following policies to encourage and promote the Renewable Energies and the Smart Grid: To rewrite the Resource Map of Available Renewable Energy To establish Strategic Plan for accomplishing the National Target of Renewable Energy (2020, 2030) To construct the infrastructure for Promoting Renewable Energy Supply such as Smart Grid and Energy Storage System To reform Electric Price System for Effective Demand Management To eliminate Inefficiency of Monopolistic Structure in Gas and Power Industry To develop Robust Supply and Demand Market with Fair Competition It is expected that strong supports to the Smart Grid will be continued in the new government. President Park, immediately after inauguration as the new President in February 2013, established the Ministry of Future Creation and Science (MFCS). It is not clear whether the Smart Grid activities will belong to the MFCS, nevertheless, MFCS is expected to cover the convergence technologies based on ICT, and the Smart Grid is the convergence of ICT and energy technologies. It is possible that the Smart Grid initiatives may be moved to the MFCS. 40

41 2 Japan 2.1 Swedish summary Japans har en global ledarposition inom många områden relaterade till smart elanvändning, t ex energilagring, elfordon samt övervakning och intelligens hos konsumentprodukter. Istället är det produktion och infrastruktur som är den svaga och sårbara länken i kedjan för ett smart elsystem i landet. Detta blev särskilt tydligt i samband med trippelkatastrofen i mars De hårt reglerade och regionalt isolerade strukturerna för elproduktion och distribution visade stora brister, och reformer och åtgärder för tryggad energiförsörjning har hamnat överst på agendan för regering, näringsliv och allmänhet. Tidigare har Japan haft ett läge där regionala monopol säkrat tillgång på el något som prioriterats före valfrihet och låg kostnad. Nu råder en situation där en tredjedel av tillförseln plötsligt ryckts undan (genom stängning av 48 av 50 kärnkraftverk), kostnaderna för importerade bränslen ökar lavinartat och energibesparingar blivit del av vardagen för gemene man. I ljuset av detta blir smarta elnät i Japan ett medel för robust, effektiv och oberoende elförsörjning, såväl för landet i sin helhet som för enskilda hushåll. Redan innan mars 2011 gjordes mycket för att främja smarta elnät i Japan, och arbetet fortskrider. Det mesta sker på lokal/regional nivå, och i enskilda produkter, där eventuella nationella brister blir mindre tydliga. Flera demonstrationsprojekt är igång för att visa på smarta städer där helhetskoncept för förnybar och effektiv elförsörjning integreras i byggnader, transporter och hos användarna. Japanska företag är långt framme med tekniska innovationer nära slutkonsumenten, genom utvecklade smarta mätare och inbyggd intelligens i produkter som t ex värmepumpar och luftkonditionering. Sådana produkter behöver en fri japansk elmarknad för att nå sin fulla potential, och frågan är hur länge tillverkarna vill vänta. Exportmöjligheter till, i den bemärkelsen, modernare länder som Sverige är en möjlighet. Japan är också en av de främsta nationerna när det gäller el- och hybridfordon, som kliver fram som ett viktigt inslag i ett smart elsamhälle genom såväl belastningsutjämning för samhället i stort som trygghet för enskilda eller grupper av hushåll med hjälp av möjligheten att lagra och ladda energi i batterierna. Det är i dessa perspektiv man ska förstå Japans förhoppning om smart cities som en stor exportpotential och ny tillväxtmotor. I nuläget visar såväl invånare som industri att de är beredda att bidra till en säkrad och effektiv energiförsörjning, men stöd från regeringen är viktigt. Användningen av energi ligger stabilt ca 10 procent under den genomsnittliga användningen för mars 2011, framförallt genom ökad medvetenhet och ändrat beteende. Nu tas nästa steg, bl a genom subventioner från regeringen för att få hushåll att installera smarta mätare och själva styra sin energianvändning. Genom införandet av inmatningstariffer sommaren 2012 hoppas man stimulera en ökning av förnybar elproduktion. Ytterligare pilotprojekt för att stärka regioner sjösätts. Arbetet med standardisering fortskrider och satsningar görs på förstärkt forskning inom bl a batteriteknologi. För att åtgärda ett av de största hindren för ett smart elnät i Japan, den omoderna infrastrukturen, finns en trestegsplan framtagen, Electricity System Reform. Den går ut på att införa en nationell stamnätsoperatör (TSO) och liberalisera marknaden så att den blir öppen för elproduktion, t ex av förnybar energi, och försäljning. Utmaningar finns i tröghet och försiktighet i reformer, kombinerat med de befintliga elbolagens stora inflytande. Med ny regering sedan i vintras återvänder kraftbolagens vänner till parlamentet, och reformplanen har ifrågasatts. Landets övriga industri, och storkonsumenter av el, hörs inte med krav 41

42 på valfrihet och lägre elpriser. Kanske är det såväl rädslan för osäker eltillgång som viktiga relationer till den mäktiga elindustrin som bidrar till tystnaden. 2.2 Background The Japanese electricity system Ten privately own utility companies dominate the Japanese electricity grid, each with regional monopoly in practise. These utilities manage the whole process from purchase of fuel and infrastructure, to collection of fees from users. The utility companies are free to pass most costs, as well as a margin calculated as a rate of return on invested capital, on to electricity consumers. This has created an incentive for utility companies to invest in expensive capital, and low incentives to save money 15. Historically, the Japanese utilities have had a mandate to keep expanding electricity supply to keep up with societal demand. This has resulted in a capital-heavy, stable grid with relatively high electricity prices. Figure 2-1 Illustration of structure of Japanese electricity consumption (9 utility companies) Source: Adapted from (Kasama, 2013) The Japanese electricity grid is further divided into two grids with different frequencies, western Japan using a 60Hz frequency while eastern Japan uses a 50Hz frequency. There is only limited connectivity between these grids, and generally every regional utility maintains enough production capacity to satisfy the demand of its customers. The Japanese electricity consumers are separated into three groups, each accounting for roughly a third of the total energy consumption. The first is the large-scale industrial segment of consumers with contracts for 500kW or more. The second group mainly consists of multi-tenant buildings or small-sized industrial facilities. The third largest group is mostly single-household residential houses. The first group has relatively high expenses for electricity, so these have already many energy-efficiency enhancing features installed in their facilities. This group has also shown great capacity to reduce consumption when necessary. In the summer of 2011 when electricity scarcity was acute on the TEPCO grid, this group outperformed the others and achieved a maximum peak-load reduction of 29per cent, compared to the second group achieving a 19per cent reduction and residential consumers 6per cent (Swedish Agency For Growth Policy Analysis, 2012) 16 (Swedish Agency For Growth Policy Analysis, 2012) 42

43 Figure 2-2 Electricity grid and interconnection and electricity power generating capacity in 2011 Source: Swedish Agency For Growth Policy Analysis, 2012 Changing energy mix At the time of the disaster in March 2011, nuclear power was a major source of power in Japan, providing around 30per cent of the country s electricity, and the government was planning on expanding nuclear power to decrease reliance on expensive imports of fossil fuels 17. At the present stage, it is still uncertain what the role of nuclear power will be in Japan, but it is clear that renewable energy sources will become more important in the future. Japan is a laggard among OECD countries when it comes to introduction of renewable energy sources. A key challenge of Japan in developing its renewable energy supply is that the areas with the highest potential for renewable energy generation are generally those with sparse population and less energy demand. For instance Hokkaido, the northernmost of the four large islands of Japan, has a large potential for wind power but not many people live there. In order to develop bigger wind farms there proper infrastructure needs to be built to ensure that electricity can be moved across regions, something which the regional structure of the Japanese electricity system inhibits. Electricity stability has been a main goal of Japan s electricity providers, and they have achieved a grid remarkable for its stability, built open careful monitoring and control by 17 (World Nuclear Association, 2013) 43

44 the regional monopolies 18. In this context, breaking up the monopolies and introducing renewables has been opposed, as this would probably bring some degree of instability. To enhance the rate of introduction of renewables, the Japanese government introduced a feed-in tariff for renewable energy in July This tariff system, similar to that of Germany, forces electricity utilities to purchase renewable energy at set prices. The price set by the government was however significantly higher than in other countries, for example about three times that of Germany in the case of solar power. This has created a huge boost to the Japanese solar market, with Japanese banks anticipating an eightfold increase of investments in solar power facilities 19. While the new government has already lowered the set price for solar power to reflect decreasing cost of solar cells, there is still expected to be a renewable energy boom in Japan in the coming years 20. Figure 2-3 Japan s energy mix from 1971 to 2009 Source: International Energy Agency (2011) Key components for Smart Grid in Japan While the underlying concept of smart grid technology is shared globally, different regions of the world have different emphasis on components and functions of smart grids. The particularities of the Japanese smart grid concept largely reflect the underlying goals previously stated, and technology areas in which Japanese firms have a competitive edge. Smart Community and Smart House The introduction of renewable energy is a key goal of Japanese smart grid developments. The definition from the New Energy and Industrial Technology Development Organization 18 (Swedish Agency For Growth Policy Analysis, 2012) 19 (Watanabe, Sato, & Kawamoto, 2013) 20 (Maruyama & Taneichi, 2013) 44

45 (NEDO) of the Japanese government describing smart grid as a transmission and distribution grid to promote the stability of electric power supply by using ICT while introducing [a] huge amount of renewable energy 21 is an example of this focus. In this sense, the Japanese focus is quite similar to the global mainstream. However, in Japan, the smart grid concept is mostly discussed in connection with the broader concept of smart community. Smart community, which has a focus on integration of different sectors and functions, incorporates production and distribution of heat, communication and even sometimes food or other biomass products. In this context, it should be noted that the Japanese utility grids other than electricity, having been long privatized, are not well developed compared to many Western countries. Hot water is very seldom distributed, and there exists many administrative and legislative barriers to building distribution infrastructure. The Japanese gas grid is even in comparison to its electricity grid fragmented. There is no linkage to the Asian mainland, rather there is a number of non-connecting gas grids each served by a port for international import of LNG 22. Gas is widely used for heating, but outside of metropolitan areas, most urban areas are not covered by gas grids. The smart community concept also contains a focus on resilience in face of natural disasters. Because of the traumatic experience of 2011 and the following energy crisis, a focus on resilience is more relevant than ever in Japan. Thus there is a very strong focus on modularity and localization of energy production in most smart community projects. Another linked concept is smart house, which is often brought up in connection with smart grid and smart community in Japan. A smart house means in Japan a house with functions to lower carbon emissions. This is not limited to only the building itself, but incorporates appliances, management systems, attached renewable energy sources and sometimes also vehicles. Mostly smart house also incorporates an element of communication between different appliances, the resident and society outside, so as to make the whole home a more carbon-smart module. In this sense, smart house is used interchangeably with House Energy Management System (HEMS, see below). The smart house concept is very attractive for Japanese electronic appliance producers, who have a competitive edge in energy-saving technology as well as wireless communication. Also, it is attractive for real estate developers, like for example Sekisui House Co. Ltd., who can access new lucrative niche markets through constructing pricey smart houses. Energy Management Systems (EMS) and smart meters Many Japanese companies and projects target creating Home Energy Management Systems (HEMS), Building 23 Energy Management Systems (BEMS), Factory Energy Management Systems (FEMS) and overarching Community Energy Management Systems (CEMS). HEMS is in Japan often equated with the smart house concept, a very broad umbrella for different technologies used to reduce and to make more efficient the use of energy in residential buildings. HEMS includes relatively simple technology such as switchable sockets and dimmable lights as well as capital-heavy sophisticated technology such as residential energy storage batteries, residential PV or solar water heaters, residential EV 21 (Shinkawa, 2010) 22 (Energy Delta Institute) 23 Mainly relates to commercial or public-service facilities such as offices, schools or hospitals 45

46 charges and electricity consumption monitors 24. In the most restricted sense, HEMS is the hardware and software system that links all of these functions together. Japanese electronics suppliers have a long history of engagement with HEMS technology, and have developed national standards for wireless communication between HEMS units through the ECHONET consortium (see below). The role of the smart meter is to visualize energy usage for consumers. Being a key to large-scale demand-response, smart meters can play a big role in stabilizing grids dependent on renewable energy or facing natural disasters. Energy Storage A main focus in all Japanese smart grid and smart communities projects is the importance of energy storage. After the 3/11 accident when energy shortage was a fact the stakeholders in Japan no longer believes that it is enough to create energy to meet the demand. Energy also needs to be stored, both for resilience against disasters as well as to stabilize fluctuating energy supply from renewables such as PV and wind turbines. Energy storage have so far mainly been used as an emergency energy source but in the smart communities demonstrated by the Japanese government in co-operation with Japanese companies, HEMS have been equipped with batteries to ensure that energy consumption can be cut off during peak demand hours 25. The Japanese government has high ambitions for the energy storage market, and hopes to capture 50per cent of the global market. Japanese companies have a competitive edge already in manufacturing sodium sulphur, lithium ion and redox flow batteries. In a first-ever large-scale trial in Yokohama, there has also been installed a new system for integrating dispersed residential and large-size batteries into a unified source of back-up power for the grid 26. What is also gaining interest in Japan is the Vehicle to Home (V2H) concept where EVs are used as mobile storage batteries that can be connected to the energy system of the house, and the Vehicle to X (V2X) concept where EVs can be connected as battery for also industrial and commercial facilities Main Actors and Networks Overview Fig 2-4 gives an overview of the main collaborative platforms of the Japanese smart grid innovation system. A detailed description of the actors follows. One cluster is the smart house and HEMS-related collaborative platforms. These focus on standardization and commercialization of smart appliances and residential units. The actors most engaged in these networks are the electronics producers, who stand to gain much from a developing domestic and global market for such appliances. The electricity utility companies are also active here, as it is probable that they will be forced to deploy HEMS, and the technology on this side of the smart community spectrum is the least intrusive on their grids. Another cluster is the large-scale domestic demonstration projects, notably the Smart City and Future City initiatives. Here major corporations, local governments, academia and the government collaborate to produce the most impressive and far-reaching applications of 24 (Tokyo Cosmos Electric Co.,Ltd.) 25 (EnergyTrend, 2012) 26 (Uetake, 2013) 27 (Sumitomo Corporation, 2012) (Hirai, 2013) 46

47 smart grid technology. Importantly, the electricity utility companies are not very present in these platforms. A similar cluster is the overseas demonstration projects, aiming at opening foreign markets for Japanese smart grid technology. Lastly, JSCA is an important platform for enhancing the development of Japanese smart grid technology, both domestically and for accessing foreign markets. The Japanese government is a member of the International Smart Grid Action Network (ISGAN) and has signed cooperation agreements with South Korea and USA on facilitating international standardization. Figure 2-4 Overview of main actors and collaborative networks within Japanese smart grid innovations The Ministry of Economy, Trade and Industry (METI) The Ministry of Economy, Trade and Industry (METI) is in charge of policy planning on smart grid innovation. METI is in charge of a very broad policy area, and has strong links with the Japanese private sector. New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) Under METI is the New Energy and Industrial Technology Development Organization, (NEDO) which is Japan s largest public R&D funding and management organization. NEDO was formed in 1980 to promote development and introduction of new energy technologies in Japan. The budget for NEDO for fiscal 2012 is SEK 8,4 billion (JPY Exchange rate of 1 SEK = JPY, from 20 March 2013 used henceforth 47

48 123.6 billion) 29. Typically, NEDO projects go on for three to five years. Before year 2000, NEDO-supported research on electricity grids focused on how to incorporate single renewable energy producers. There was a time-lag between Japanese policy promoting the construction of renewables, and promotion of the technology necessary to incorporate them into the Japanese grid. During the period , NEDO focused on inclusion of large-scale or multiple renewable energy producers. After 2010, NEDO has turned to a broader focus on the Smart Community concept, with more attention to EMS and Smart Home appliances 30. Japan Smart Community Alliance (JSCA) In April 2010 the Japan Smart Community Alliance (JSCA) was formed by METI with NEDO as the secretariat. The aim of JSCA is to encourage public and private sector discussion of common goals such as global standardization and sustainable system development. The alliance also encourages collaboration between Japanese companies in order to achieve competitive advantages in the global market for smart grid. In February 2013, 408 companies were part of the organization, and Toshiba is currently the president of the alliance 31. Under the president there is a board that consists of other large well known Japanese corporations such as Hitachi, Mitsubishi Electric, Panasonic, Tokyo Gas and Toyota to name a few. METI is still very involved in the organization but the aim is for METI to stop the involvement and for JCSA to be an organization of only corporations. METI does not support JSCA financially and the organization is completely funded by participation fees. Within JSCA four working groups have been created to address different aspects. International Strategy Working Group Identifies domestic and international smart grid trends and study and develop strategies to support Japanese companies in their international deployment activities International Standardization Working Group Aim is to achieve international standardization, collaborates with organizations in Europe and USA. Roadmap Working Group Promote technology development as part of social system Smart House & Building Working Group Aim to commercialize smart house technology Municipalities Japanese municipalities ( 地 区 町 村 ) are essential stakeholders in the development of smart grids in Japan. After 3/11 Japanese municipalities have grown increasingly interested in smart community and smart grid technology, to ensure a resilient society in face of natural disasters. The Japanese smart community vision includes an increased importance of the local level, so municipalities play a key role in most of the larger smart grid developments in Japan. Municipalities have therefore also initiated collaborative efforts with academia and industry, to develop smart grid solutions. An example of this is the project initiated by Toshima Ward in Tokyo Metropolis, which engaged the AES Center of the Tokyo Institute 29 (New Energy and Industrial Technology Development Organization, 2012) 30 (Morozumi, 2010) 31 (Japan Smart Community Alliance, 2013) 48

49 of Technology and Tokyo Gas Co., Ltd. to integrate a new commercial development into a smart energy grid 32. Public opinion Decision makers on the municipal level in Japan are very sensitive to local popular movements including NIMBYs (Not In My Back Yard movements against infrastructure development that is accepted to be good for society, but opposed because of being located too close to homes of the protesters). This makes local administration less likely to speak loudly of planned smart grid developments if they include infrastructure investments. However, municipalities in the disaster-struck areas and municipalities with many affluent, eco-aware citizens are more likely to be enthusiastic about developing and showcasing smart grid technology. Electric and electronic industry Most of the smart grid developments in Japan are driven by major conglomerates, like Hitachi, Toshiba and Mitsubishi, who have access to expertise in various different aspects of smart grid technology 33. Utilities The regional utility monopolies in Japan still control most parts of energy production and distribution in Japan. TEPCO, the largest of the utilities, has not been very enthusiastic about smart grid developments, arguing that the Japanese grid already has the stability and infrastructure sophistication necessary 34. Especially after the March 11 disaster, the electricity utility companies in Japan have very limited funds, and have pulled out of some smart-grid related activities. The smart community concept offers a way to open up for more development and new markets for other utilities. On the other hand, gas utilities such as Tokyo Gas Co., Ltd. are active players in smart community development, especially when involving residential fuel cell electricity/heat cogeneration, an area that can significantly increase the importance of gas as a utility in Japan. Local Smart Community Associations In some areas, local associations for business and research institutes involved in smart grid or smart house developments have been arranged. One example is the Yokohama Smart Community association. This is an association of local businesses who work in collaboration with the smart grid initiatives, and act as suppliers for some of the corporations involved 35. As most smart grid technologies are being developed by large companies, associations like these represent an opportunity for SMEs to also be involved, and local governments investing in smart grids can use them to ensure some economic windfall from investments stays in the region. 32 (Hirai, 2013) 33 (Office of Energy and Environmental Industries of the USA Department of Commerce, 2012) 34 (Dasher, 2012) 35 (Uetake, 2013) 49

50 ECHONET Consortium The Energy Conservation and Homecare Network (ECHONET) Consortium has been working since 1997 in developing standards for software and hardware for remote control or monitoring of home appliances 36. As of January 2013, the Consortium has eight core members representing some of the largest electronics producers in Japan such as Panasonic, Sharp and Toshiba, as well as Japan s largest utility company, TEPCO 37. HEMS Alliance HEMS Alliance, launched in July 2011, is an alliance of 10 companies including most of the core members of the ECHONET Consortium, including TEPCO. The goal of HEMS alliance is to assist in the development and marketing of HEMS systems 38. HEMS Alliance grew out of the shared difficulties of the companies in carrying out a project demonstrating the efficiency of PV, commissioned by the Agency for Natural Resources and Energy, a body under METI. For security and liability reasons, the companies realized that a common open platform was necessary, as well as a regulatory framework to deal with cases in which one component of a HEMS malfunctions 39. Academia Japanese academic and research institutes are much involved in Japanese smart grid initiatives, especially the more large-scale projects. At Tokyo Institute of Technology, the International Research Center of Advanced Energy Systems for Sustainability (AES Center) provides a platform for collaborative research together with both public and private stakeholders 40. AES Center has teamed up with four major Japanese corporations to create research units focusing on energy for transportation (ENEOS), CEMS and HEMS (NTT), heat and electricity cogeneration (Tokyo Gas) and vehicle-to-grid or house systems (Mitsubishi Corporation). Earlier AES had the same kind of collaboration with TEPCO, but this has been withdrawn as TEPCO lacked funding after the disaster in AES Center also works with many other stakeholders, including other corporations and municipalities, to create smart grid solutions. 2.3 Why promote a smarter grid? Driving forces The rationale for the Japanese government and businesses to invest in smart grid technology can be divided into three broad objectives. To achieve energy security and resilience To increase the amount of renewables in the Japanese energy mix To find a new growth engine and new business opportunities for Japanese firms. All these goals relate to fundamental challenges the Japanese economy and society is facing. These are most importantly disaster vulnerability, high dependency on foreign en- 36 (ECHONET Consortium) 37 (ECHONET Consortium) 38 (KDDI, 2011) 39 (Semiconportal, 2011) 40 (Hirai, 2013) 50

51 ergy, public pressure for a new energy mix, a sluggish economy and high economic competition. It is therefore not surprising that the Japanese government considers smart grid technology a priority area. While Japan has always been a country plagued by natural disasters, the 2011 earthquake and following tsunami, nuclear crisis and energy crisis brought disaster resilience and energy security on the agenda in Japan more strongly than ever Need for change Establishing smart grids in Japan has not been easy because of the structure of the utility market 41. Starting in 1995, METI launched a series of reforms to end the monopoly and liberalise the market, and the Japanese Energy Stock Exchange was introduced in The reform would enable retail competition, but in practice, however, only 3,6 per cent of the electricity was generated by other suppliers then the ten regional monopolies in Following the disaster in March 2011, the energy system revealed its weaknesses. The regional structure of the system hinders transmission of electricity throughout different regions. Due to the strong price control, there are little alternatives to guide user demand by tariffs, and the system has limits for how it digests changes in energy supply, eg from renewable sources. The energy policy is now a top-priority policy area in Japan, and a number of strategies have been drawn up to address Japan s acute problems of energy security. Many projects were already aiming at developing smart grid technology. The 2011 disaster gave extra weight to these projects and sometimes changed the focus. For example the Yokohama Smart City Project shifted focus slightly from integration of PV energy towards energy conservation and integration of energy storage units. As Japanese businesses and households had to change electricity consumption patterns due to lack of supply in the months after the Fukushima accident, there was a renewed interest from different actors in solutions for energy saving 42. Table 2-1 Energy strategies DPJ government New Growth Strategy Strategic Energy Plan (June) Great Eastern Earthquake and Fukushima disaster (March) New Growth Strategy Revision (June) The Rebirth of Japan (Dec) Comprehensive Strategy for the Rebirth of Japan (July) Innovative Strategy for Energy and the Environment (Sept) New LDP government (Dec) Revisions of strategies Direction to reform Electricity System (Q1) Upper house election. New economic growth strategy expected (July) In June 2010 the Ministry of Economy, Trade and Industry (METI) announced the new Strategic Energy Plan of Japan. The Plan placed a new emphasis on restructuring the structure of the Japanese energy industry, aiming for Japan to fundamentally change its energy 41 (Ling, Sugihara, & Mukaidono, 2012) 42 (Uetake, 2013) 51

52 supply and demand system by To achieve this goal, the Plan envisions the introduction of various smart grid features, such as: Cross-sectional policy efforts and consideration of special zones for the promotion of smart grid development, Demonstration projects in Japan and overseas, Strategic international standardization, and Promoting the development and installation of smart meters and energy management systems with the aim of reaching all electricity users in Japan in the 2020s 44. After the disaster in March 2011, a new growth strategy called Rebirth of Japan was formulated, decided upon by the cabinet in December. The Rebirth of Japan strategy included the following goals directly relating to smart grid innovation: Enhancement of overseas deployment of Japanese infrastructure systems, such as smart grids Establish smart communities in the disaster-struck areas 45 In July 2012, the Comprehensive Strategy for the Rebirth of Japan was announced, which gave more detailed targets and policy measures related to the Rebirth of Japan strategy. The Comprehensive Strategy envisions Japan as employing 1.4 million in the environmental industries, capturing 50 per cent of the global electricity storage battery market, and becoming a major exporter of infrastructure 46. To achieve this, the Comprehensive Strategy calls on the government to Achieve 80per cent of total energy consumers use smart meters by 2017, Introduce dynamic pricing systems, and Work for international standardization of EMS technology and storage batteries 47 The Rebirth of Japan initiated the development of a new strategy also to decentralize the Japanese electricity system and better promote renewables, which was launched in September 14, 2012 as the Innovative Strategy for Energy and the Environment 48. This strategy called for Introducing HEMS/BEMS and market mechanisms to reduce peak load Utilizing the outcome of demonstration projects to achieve energy-efficiency Government efforts to create opportunities and remove obstacles for renewables to connect to the electricity grid. Until the March 11 disaster, the Japanese government decided in agreement with the 10 utility companies what energy mix would be suitable for Japan. The Innovative Strategy aims for the break-up of this pattern of governance to a more market-oriented process, in order to allow for renewable energy power generation companies to be able to become more competitive 49. Since December 2012, Japan has a new government headed again by the Liberal Democratic Party. This will influence the overall strategy, and in particular there are question 43 (Ministry of Economy, Trade and Industry, 2010) 44 (Ministry of Economy, Trade and Industry, 2010) 45 (National Policy Unit, 2011) 46 (National Policy Unit, 2012) 47 (National Policy Unit, 2012) 48 (National Policy Unit, 2012) 49 (National Policy Unit, 2012) 52

53 marks on the unbundling on generation and distribution of energy and the plan for change of energy mix. So far (March 2013) the direction of Japanese energy policy is uncertain, and the change in government has of yet not influenced the direction of Japanese smart grid initiatives to any greater extent. 2.4 How to promote a smarter grid Government measures Grid reforms The Electricity System Reform 50 is a three-step action plan, managed by METI, to liberalise the electricity market. The first step is to establish a new entity to secure nation-wide transmission operation as soon as possible, which according to plan is in The next step is to extend the retail competition to include residential sector, due in Until now, it has only been large consumers such as industries and real estates (e.g. supermarkets, office buildings) that have had the opportunity to choose. The final step, planned for is to activate generation competition and to unbundle the transmission/distribution sector using a TSO concept comparable to e.g. Sweden. Introducing smart meters with subsidies and standardisation Introducing smart meters is one of the key strategies in the Japanese smart grid/community development. Many of the governmental demonstration projects involve installing smart meters at homes so that the citizens can watch their energy consumption more closely. Between May 2010 and February 2011, METI operated an investigation committee to consider framework for promoting and utilizing smart meters. The final report was delivered in February 2011, but the committee was reconvened after March 11 and instructed to have concentrated discussion to consider domestic standardization of smart meters and HEMS, as a tool for energy conservation and to nurture as a new and upcoming industry. The same year, METI introduced subsidies for homeowners to install HEMS. For two years through fiscal 2013, the government is offering SEK (100,000 yen) subsidies for home energy management systems meeting its standards. All devices selected as eligible for the national subsidy are Japanese products using ECHONET standards 51. Yokohama, as a part of its Smart City and Future City projects, has also introduced additional subsidies for a limited amount of residents 52 TEPCO, under the instigation of the government, is due to deploy 17 million smart meters throughout its service area before 2020, and to invite tenders from both domestic and international firms. The TEPCO smart meter scheme, estimated to be worth SEK 20 billion (JPY 300 billion), will be based on an international standard and is likely to expand the Japanese market for smart meters rapidly. It has invited some interest from foreign companies such as the American firm Itron Inc 53. It has been indicated in Japanese press that the government intends to use the TEPCO roll-out of smart meters to develop a national smart meter requirement Agency for Natural and Energy Resources, METI, (Ministry of Economy, Trade and Industry, 2012) 52 ( 横 浜 グリーンパワー, 2012) 53 (Kawakami & Akira, 2012) 54 (The Global Smart Grid Federation, 2012) 53

54 The standardization process of smart grid has been on the agenda of the Japanese government s for a long time. For both smart grid and HEMS, standards are a fundamental tool in achieving the desired interoperability. A strategy group was founded by METI in 2009 and in January 2010 it released a road map on Smart Grid Standardization where 26 focus areas were chosen, including distribution system control equipment and EV charging infrastructure 55. In March 2012 Japan signed an agreement with US on increased cooperation and information sharing for international standardization on smart grids 56. Several companies are responding to the governmental incentives 57, and in spring 2013 there will be several systems launched that meet the standard requirement from the government and cost equally to the subsidies. In a new system delivered by IBM Japan Ltd. and Tama Home Co, electricity, gas and water usage data is consolidated and managed on a cloud. Users can check their data anytime via smartphone or tablet. Lixil Group Corp. and Sharp Corp., will offer a system that can e.g. determine whether to use solar power or gas to heat up water. As mentioned, there has been collaboration on standardization on HEMS on-going since 1997 within the ECHONET Consortium, and in the HEMS Alliance since ECHO- NET s main accomplishment is the communication protocol ECHONET-Lite for smart house appliances, which has been adopted by major Japanese electronics producers. There are already many ECHONET-ready appliances in Japan, for example 10 million airconditioning units, which could potentially be linked to an ECHONET-using HEMS and CEMS 58. METI is actively supporting ECHONET-Lite, and opened in 2012 an ECHONET test centre at the Kanagawa Institute of Technology, available for Japanese SMEs wanting to test ECHONET-Lite appliances. In collaboration with JSCA, METI has also decided to champion ECHONET-Lite as a global standard for smart home appliances and smart meters. ECHONET itself is also trying to promote the Japanese standards abroad, so as to improve the international competitiveness of Japanese products. However, the Japanese standard has been attacked for being overly insular, and risks pushing Japanese manufacturers into a separated technological ecosystem in a similar way to what happened with mobile phones earlier Demo- and pilot projects Renewable energy During the period NEDO promoted domestic projects aiming at developing grid-connecting technologies for renewable energy projects. Some examples are a clustered PV demonstration in Ota City, a mega solar project in Wakkanai, a wind power stabilizing demonstration in Tomamae, micro grid demonstrations in the Aichi, Aomori and Kyoto prefectures and power quality management facilities in the Gunma and Miyagi prefectures. Smart Cities In 2010 four large scale pilot projects were started by METI in different areas of Japan. These were called Next-Generation Energy and Social Systems Demonstration Areas, 55 (CEN/CENELEC/ETSI, 2011) 56 (New Energy and Industrial Technology Development Organization, 2012) 57 Nikkei, March 19, 2013, Short news Growth Analysis week 12, (International Electrotechnical Commission, 2011) 59 (Global Energy Policy Research, 2012) 54

55 later known as Smart Cities. The budget for the Smart City project in 2011 was SEK 1.23 billion (JPY 18.2 billion). In addition to the smart grid related projects by METI, projects within other ministries were also to be incorporated such as communications, environment, agriculture and forestry 60. The Smart City projects focus on creating evidence for the practicability of different smart grid technologies, and therefore includes many different social experiments to measure consumer response to technology. The Smart City projects are all headed by a coordinating corporation, which receives support from METI and coordinates with other partners 61. The Toyota City project focuses on the household sector, and aims to introduce a variety of eco-smart alternatives for residents, as well as incentives to use them. The aim of the project is to ensure maximize reduction of CO2 emissions through citizen involvement. However, most of the activities have so far concentrated on installation of various smart grid services. One a compact EV share-car scheme accessed via a smart phone application developed by Toyota 62, which is connected to a CEMS and a battery power storage unit, which allows the system to avoid using the grid at peak demand hours 63. The Kansai Science City project aims at developing HEMS and BEMS connected through a CEMS, as well as EV charging facilities connected to the smart grid. The project has also extended to non-residential consumers of electricity, such as hotel guests. Currently, a test project is running at a hotel, where 5 designated Eco-Rooms are equipped with energy and heat monitors, as well as a desired consumption target, that the lodger is asked to keep within. This project aims to measure the potential of visualization of consumption and grid status in reducing electricity consumption 64. The Kitakyushu City project also aims at setting up HEMS, BEMS and CEMS, and is heavily focus on visualization and data connectivity. The Kitakyushu grid operates a small dynamic pricing experiment, including 230 households and 50 offices. Within this trial, a smart phone application linked to the CEMS has been established, which can provide consumers with real-time price information even when not at home, and features a power saving ranking table. Preliminary results of the trial showed that most users checked the application at least once per day during the first two months of the trial 65. The trial also tested security systems to protect the privacy of consumers. 60 (Ling, Sugihara, & Mukaidono, 2012), (Ministry of Economy, Trade and Industry, 2010) 61 (Uetake, 2013) 62 (Japan Smart City, 2012) 63 (Japan Smart City, 2013) 64 (Japan Smart City, 2012) 65 (Japan Smart City, 2013) 55

56 Figure 2-5 Example screens from the Kitakyushu City smartphone application Source: Japan Smart City The Yokohama Smart City Project aims at introducing energy management systems for homes, apartment blocks, commercial buildings as well as factories, and to introduce overarching CEMS. PV cells, storage batteries and EVs are also being introduced to test the system s adaptability to energy fluctuations. The project incorporates areas within the central business district of Yokohama, as well as suburban and peri-urban areas 66. Included in the Yokohama project are also energy management systems incorporating whole apartment blocks, including common areas as well as the HEMS of each apartment, which is significant as most technology developed so far focuses on isolated residential houses, while many Japanese live in apartment blocks 67. The project will also start a demonstration project in 2013 involving 10 private households using EVs linked to HEMS using V2H technology, allowing EV batteries to be used for household consumption. Future City Projects The Future City 68 initiative was one of the 21 National strategic projects of the New Growth Strategy that the Cabinet approved in June The aim of this initiative was to tackle various issues focusing on urban sustainability, green innovation and Japan s aging society problem 69. The initiative is being run by the Regional Revitalization Office, and collaborates with a wide range of governmental departments, academic organizations, private corporations and local governments. 11 cities were chosen and 7 of them incorporate smart grid developments as a core goal. The initiative also overlaps with the Smart City projects in that Kitakyushu City and Yokohama City are both receiving funds from both programs. Most of the cities participating in the initiative were severely hit by the March 11 disaster, and thus parts of the initiative are connected to Japan s recovery efforts. 66 (Japan Smart City) 67 (Uetake, 2013) 68 In Japanese 環 境 未 来 都 市, literally Environment Future City 69 (Public Relations Office, Government of Japan, 2011) 56

57 The Kesen Region, an area that was struck by the tsunami following the earthquake, is constructing a mega solar power plan, distributed power generation and storage facilities and a smart grid-connected transportation system, to ensure a resilient power grid in face of natural disasters 70. Iwanuma City in Miyagi Prefecture is also incorporating a localized PV grid with storage capacities as part of a wide revitalization strategy 71. The Kashiwanoha Campus City project in Chiba prefecture is of special notice, as the real estate developer Mitsui Fudosan Co., Ltd., is leading the project with a clear commercial interest. This project focuses on a rural area with significant urbanization pressure because of the recent establishment of campuses for the two major national universities, the University of Tokyo and Chiba University. Mitsui Fudosan is building smart-grid-integrated residential and commercial facilities in this emerging urban centre, in collaboration with the two universities and the municipalities, with the aim of increasing land and property prices 72. If this project emerges as economically successful, it has the potential of stimulating more private investment in smart grid development in Japan. Energy Storage Japan is at the top of the world s leader in energy storage and battery technology development. Besides large efforts on the research and development as such, Japan has also been asserting itself in the standardization of energy storage. The Japanese government in cooperation with Toshiba and Hitachi managed to secure the right to chair the International Electrotechnical Commission technical committee on electrical energy storage, which is set to develop the international standards for smart grid energy storage units. The committee is scheduled to hold its first international meeting in summer Business development and export promotion Private Sector Smart Communities Some private organizations have also eyed holistic smart grid projects with the intention of making a profit, in a similar way to Mitsui Fudosan Co. Ltd. in the Kashiwanoha Campus City project, described in the previous sector. Two of the most interesting ventures manifest the multidimensional stakeholder pattern for smart grid technology and includes a consumer electronics producer and a real estate developer. Panasonic is an electronics company that has more expertise on the consumer side of smart grid technology than on the grid and energy production side. However, the company has a competitive edge in creating sophisticated and energy-efficient home appliances and has therefore a strong interest in smart grid development. It has spearheaded the Fujisawa Sustainable Smart Town 73 in Kanagawa prefecture, together with Fujisawa City and 11 other partner companies 74. This project, to be operated as an individual company, is aimed at making a profit, and will provide residents with various services within different areas energy, security, mobility and healthcare. Teriha Smart Town is a residential development being constructed by Sekisui House Co. on Teriha Island by Fukuoka City, Fukuoka prefecture. This suburban-style development 70 (FutureCity) 71 (FutureCity) 72 (Hirai, 2013) (Japan Today, 2012) 57

58 features detached houses equipped with HEMS, EV charging infrastructure, PV panels, fuel cell generators and batteries, all connected to a CEMS and can be interfaced with a smartphone app. The selling price of these houses is projected to average at around SEK 4 million (JPY 60 million) 75, considerably higher than the average price for similar newly built housing in the area. Export opportunities One of the goals for smart grid development in Japan is to be able to export smart grid technology, energy management systems and smart house technology. To assist this goal, NEDO is conducting several smart community demonstration projects abroad, showcasing various Japanese technologies for creating a low carbon society. The aim of the projects is to adapt the technologies and systems to environments outside of Japan, to ensure that Japanese products will fit climactic, social and infrastructure conditions outside of Japan. In addition to preparing for export of the system, NEDO conducts projects abroad because Japanese utility companies and Japanese regulations tend to be very strict with regulating the grid for any experimental reasons. In some cases of projects abroad, NEDO has been awarded much freedom in introducing new components to the grid, in exchange for promises of future investment in the region affected. Los Alamos and Albuquerque, New Mexico, USA The projects in New Mexico are carried out as collaboration between NEDO, State of New Mexico government and two laboratories operating under the authority of the US Department of energy. NEDO has budgeted SEK 325 million (JPY 4.8 billion) for the five year fiscal period , and has selected 19 Japanese companies that will demonstrate smart grid and smart house projects at the Los Alamos site, and 9 companies that will demonstrate commercial smart grid applications at the Albuquerque site 76. The project in Los Alamos is a one of the most advanced smart grid demonstration sites in the world for supply and demand control, and includes renewable energy storage technology as well as smart grid and smart house applications. The smart grid project is joint project between the Los Alamos County Department of Public Utilities, METI as well as major international corporations 77. Construction was completed in 2012 and full-scale operations started in October the same year. To illustrate the potentials of smart grid and smart house technology in face of energy fluctuations, a micro-grid powered by up to 75per cent by PV energy, power storage batteries and a demonstration smart house has been installed by NEDO. The project in Albuquerque is to link an existing three-story commercial building with a micro grid, including PV generators, a gas-engine generator as well as a battery system. The building itself will include various demand-response applications, focusing on airconditioning appliances, to simulate how demand-response could operate for commercial consumers 78. It is NEDO s hope that the projects in New Mexico will contribute to the dissemination of Japanese smart grid and smart house technologies, and contribute to international standardization (Sekisui House, Ltd.) 76 (New Energy and Industrial Technology Development Organization, 2012) 77 (Los Alamos County) 78 (Tokyo Gas, 2012) 79 (New Energy and Industrial Technology Development Organization, 2012) 58

59 Figure 2-6 NEDO smart grid demonstration in Los Alamos Source: (New Energy and Industrial Technology Development Organization, 2011) Malaga, Spain The Japan-Spain Innovation Program, founded by NEDO and the Centre for Industrial Technological Development of the Spanish Government in 2008, aims to promote a smart community demonstration project in Malaga, Spain. The project involves a consortium of Japanese and Spanish companies, including Mitsubishi Heavy Industries Ltd, Mitsubishi Corporation and Hitachi Ltd. The project focuses on establishing EV charging infrastructure as well as a power system able to stabilize the power supply for EVs 80. Other projects NEDO also has a project in Hawaii that focuses on creating an island grid model, a project in China, Gongqingcheng for exploring advanced smart community applications in small and medium sized cities and a project in Lyon where the focus lies on BEMS, an EV sharing system and a CEMS. NEDO has also had smart grid-related projects in France, Germany, United Kingdom, Singapore, Malaysia, Vietnam and India. Overseas Feasibility Studies for Emerging Markets. In March 2012 METI launched a program of supporting private companies in conducting feasibility studies on deploying the Japanese smart community concept abroad, with a focus on emerging economies. 18 projects were selected, mostly situated in East and South-East Asia but also including Turkey, Romania, Saudi Arabia and Australia. The hope of the Japanese government is that the dialogues started through these feasibility 80 (New Energy and Industrial Technology Development Organization, 2012) 59

60 studies will help efforts to export Japanese infrastructure solutions abroad, especially in emerging countries in Asia 81. Some of these studies have proceeded into becoming NEDOfunded demonstration projects, such as the Smart Community Demonstration Project in Java, Indonesia, in which Sumitomo Corporation, Fuji Electric Co., Ltd., Mitsubishi Electric Corporation and NTT Communications Corporation will demonstrate Japanese smart grid technology and FEMS in an industrial park in the suburbs of Jakarta 82. The Japan International Co-operation Agency (JICA), Japan s official development assistance agency, and JBIC, an affiliated public financial institute for development and export loans, have both some involvement in the smart-grid efforts directed at developing countries. JICA has signed a partnership with Yokohama City s Y-PORT institution 83, which aims at sharing Yokohama s urbanization experience with other rapidly growing Asian and African cities 84. Already, JICA and Y-PORT have liaised with the city of Da Nang in Vietnam to visit Yokama s smart grid facilities. Japan Business Federation has also argued for more yen loans to smart-grid projects in developing countries that are trying to introduce renewable energy, including in Africa Consumer engagement Consumer engagement with smart grid technology in Japan is generally thought of as consumers investing in and using the technology. So for example the Yokohama Smart City Project mostly talks of consumer engagement in terms of number of private households installing HEMS 86. A recent survey by Accenture identified Japanese electricity consumers as some of the most cost-conscious in the world 87. Indeed, cost seems to be a determining factor for consumer interest in smart grid technology. In the case of Yokohama, cost mattered much for both private households and companies in joining smart grid activities. The introduction of new subsidies from the central government made it much easier for Yokohama city to find partners interested in using HEMS and BEMS 88. There is therefore much more involvement of suppliers and city authorities in the smart grid activities. At the same time, there seems to exist a limited market for involving consumers through the sale of high-cost cutting-edge solutions, such as the Teriha project of Sekisui House. As awareness is gradually growing about what HEMS and smart house mean in Japan, probably because of the on-going energy crisis and advertising from suppliers, consumers are growing more interested in investing in HEMS and other smart grid technology. In the case of Yokohama, the city is therefore now considering how to raise more awareness about smart grid as a whole, and try to make citizens more engaged on energy saving on the community level 89. As the success of the energy saving awareness-raising campaign after the Fukushima accident showed, the Japanese society has the capacity to mobilize its citizens and corporations to change electricity consumption behaviour. If local communities both develop technical solutions and awareness of importance of community-wide 81 (Ministry of Economy, Trade and industry, 2012) 82 (Sumitomo Corporation, 2012) (Japan International Cooperation Agency, 2011) 85 (Keidanren, 2013) 86 (Uetake, 2013) 87 (Accenture, 2010) 88 (Uetake, 2013) 89 (Uetake, 2013) 60

61 engagement on energy saving, a new form of consumer engagement in smart grids could emerge. Making smart grid profitable for the consumer Many of the smart grid projects, especially within the Smart City framework, are designed as social experiments in which consumer response to different incentive systems is tested. In this setting, mock pricing schemes have been initiated to emulate a pricing system based on supply and demand on the grid. These mock prising schemes have been funded by the government. Preliminary from the Keihanna Smart City Project has singled out critical peak pricing as the most effective incentive method for households to do load shifting or peak shaving, and this has been found much more effective than just visualization of consumption. As Japan s plans for de-bundling of the energy market goes on, the findings from these social experiments might add weight to the argument for deregulation. The findings will also indicate the potentials for countries such as Sweden where dynamic pricing is already possible. There are also hopes from some actors in Japan such as METI that spin-off services connected to smart grid will make smart grid investments more profitable for consumers. Many spin-off businesses are expected to emerge as the communications system and basic platform of smart grid is installed. Especially, the data and communication capabilities are expected to be of additional use for customers. Examples are security services or electrical hardware maintenance services responding to electricity consumption information provided from smart homes 90. In the area of health and security, real estate developers like Sekisui House are already using automated surveillance and service systems. These components could easily be linked to an energy management system, which could expand the meaning of smart grid and smart house in Japan even further. 2.5 Main observations and concluding remarks Challenges The issues of energy security and meeting climate goals are key problems in Japan, and will be at the centre of attention of the political establishment for a long time. Japan needs to prepare and develop its electricity infrastructure on one hand and allow introduction of large-scale renewable electricity in order to support targets for electricity stability, independence from imported energy and reducing green house gases. This will require a realignment of its policy targets, liberalisation of the energy market, and incentives for investments in the infrastructure needed. The plans for liberalisation and unbundling of production/transmission, that took place in Sweden over 20 years ago, is planned for , and even this timeframe is under debate at present due to the recent change in government. Today, the legal, political and economic complexities of the Japanese grid make a far less inviting market for new entrances. Another major challenge for smart grid development is how to make sure that Japanese consumers see an economic rationale for investing in smart grid technology. As METI is well aware, the Japanese consumer will not respond well to a hike in electricity prices, with no other value added than a lesser carbon footprint. Therefore, it is important that the proliferation of communicating devices in Japanese consumers home will create a market for data and data-related services, so that consumers will find additional benefits to using 90 (Kasama, 2013) 61

62 smart technology. To achieve this goal, standardization and openness of communication platforms and protocols such as ECHONET-Lite must be continued. On the other hand, security and privacy is an important issue, which is not yet being fully discussed. Moreover, the electricity pricing system in Japan must be reformed so that consumers can gain more from load shifting or peak shaving. Standardization is regarded as a key issue in Japan, but the balance between national and international standardization must be kept to avoid Japanese smart grid technology becoming another Galapagos, as happened earlier with cell phones. It is worth noting that even though HEMS using the ECHONET-Lite protocol is only rarely sold in Japan, there is already millions of ECHONET-Lite ready air-conditioners installed in homes and offices. If an alternative communication standard for residential smart products appears internationally, Japanese manufacturers will face difficult choices. A major challenge that many actors name is the persistence of administrative obstacles in installing smart grid technology. Especially getting permits for installing components that cross either below or above roads is a difficult and a time-consuming process, which has slowed down many smart grid projects. Kitakyushu Smart City Project has filed an official request to simplify this process in the interest of making smart grid development easier Opportunities Japan is one of the world leading countries on research and innovations related to the energy value chain; from renewable energy such as solar and geothermal, energy storage in batteries and fuel cells, new generation vehicles like electric and hybrid cars, to applications of energy management systems and consumer electronics. Furthermore the awareness and driving force for conserving energy has been proven, both in industry and among households. There are good reasons why the Japanese government consider the energy related sector to be an important part of the country s growth engine. On the side of integrating consumers into smart grid technology, Japan is poised well to develop further. Japan has a high level of engagement with the smart house concept, and compared to other countries, there is a larger focus on home appliances and residential facilities, when discussing smart grids. As already discussed, the Japanese industry is allready highly energy-efficient. From the national perspective, there is a lot of low-hanging fruit to be gained from focusing on residential energy-efficiency. From the point of view of electric producers, the electric and communication system existing in Japanese homes is far less restricted than the Japanese power grid. There are little preventing conglomerates with both ICT and electronic appliance competencies from selling smart house systems. Through large-scale demonstration projects, Japan has been able to mobilize several different stakeholders in developing smart grid technology together. This means that many actors are engaged in smart grid technology, and a broad interest in the concept has developed. Some private companies already expect to be able to make a profit from large-scale smart grid investments, as Panasonic s project in Fujisawa, Sekisui House s project in Fukuoka and Mitsui Fudosan s project in Kashiwanoha shows. Japan has a head start in the appliance sector, with many companies already selling HEMS-ready appliances. This means that relatively little investment is needed for the average Japanese consumer to be able to start manage his/her energy consumption in a smarter way using HEMS. 91 (Uetake, 2013) 62

63 There are already government plans for liberation of the energy market and action for stimulate introduction of renewable energy through the Feed In Tariffs. As the Abe-cabinet seems intent on conducting a fiscally expansive policy, it is likely that other energy related business areas will receive a great amount of government support. As affordability seems to be crucial for consumer engagement, continued or increased subsidies could greatly expand the market. The Japanese government is also actively supporting the export capacity if its own industry through overseas demonstration projects. These, coupled with a commitment to international standardization, have the potential to open up global markets to Japanese smart grid products. Especially in the area of energy storage and integration of energy storage in smart grids, Japan has a big opportunity to tap into a market that is expected to expanding rapidly in coming years. That Japan is targeting emerging economies in Asia can also be a huge boon for its industry, as the energy market in South-East Asia is set to boom in the coming years. It is also possible that Japan start to strongly promote the development of smart grids through its development assistance activities, as the involvement of JICA in Yokohama s Y-PORT project and the opinions voiced for introducing more smart-grid technology in Japanese aid projects. This would lead to a quite different role for smart-grids than currently envisioned, and could bring important business opportunities for Japanese companies The road ahead While some incentives are already in place and being planned, it is still too early to tell how Japan s new energy policy will look like, and this is unlikely to change before the elections for the upper house of the Diet in summer However, although phase and details might be under consideration, the direction towards electricity security and resilient smart communities seems well anchored. The on-going and planned pilot project on domestic and international sites will show the potential of Japanese knowledge and innovation ability to flourish. However, the need for domestic reforms calls on features that are not known to be Japanese strenghts; e.g. flexibility, swift administrative reforms, international perspective and cost efficiency. This will challenge Japan s ability to harvest the growth opportunities. Smart grids is a concept that involves many sectors, and maybe the large and slow energy utilities at the domestic market will be the last to be fully on board, whereas innovative companies from other sectors that work close to customers and are used to competition might show the way. The latter might also cease the opportunities abroad and grow on the international market, where smart grids societies are about to take off. In any case, the standardisation of the new grid related technologies is key for smarter systems, allowing open innovation across the globe. 2.6 Bibliography 横 浜 グリーンパワー. (2012). Retrieved February 8, 2013, from Yokohama City: Accenture. (2010). Understanding Consumer Preferences in Energy Efficiency. Accenture. CEN/CENELEC/ETSI. (2011). Final report of the CEN/CENELEC/ETSI Joint Working Group on Standards for Smart Grids. 63

64 Dasher, R. B. (2012). The Outlook for Smart Grids. In E. Johnston, Fresh Currents - Japan's flow from a nuclear past to a renewable future (pp ). Kyoto: Kyoto Journal, Heian-kyo Media. ECHONET Consortium. (n.d.). Application Areas. Retrieved February 12, 2013, from ECHONET Consortium. (n.d.). List of Members. Retrieved February 12, 2013, from ECHONET Consortium: Energy Delta Institute. (n.d.). Energy Knowledge - Japan. Retrieved February 18, 2013, from Energy Business School: EnergyTrend. (2012, July 6). Analysis on Energy Storage System: Lighter and more Family-Friendly. Retrieved February 13, 2013, from EnergyTrend: FutureCity. (n.d.). Kesen Regional FutureCity Brief Summary. Retrieved February 13, 2013, from FutureCity: FutureCity. (n.d.). Reconstruction with Love and Hope - Brief Summary. Retrieved February 13, 2013, from FutureCity: _en.pdf Global Energy Policy Research. (2012, April 20). Opinion Paper on Basic Specifications for Smart Meter Communications Issued by TEPCO. Retrieved February 15, 2013, from Global Energy Policy Research: Hirai, T. (2013, February 18). Professor, Tokyo Institute of Technology. (I. Tanaka, & M. Karlsson, Interviewers) International Electrotechnical Commission. (2011, June). Standards for intelligent homes - European and Asian perspectives. Retrieved February 15, 2013, from e-tech: Japan International Cooperation Agency. (2011, October 25). Comprehensive Partnership Agreement Signed with the City of Yokohama. Retrieved February 26, 2013, from JICA Press Releases: Japan Smart City. (2012, December 11). Optimizing the use of electricity and heat for a building complex containing tenants and a hotel. Retrieved February 13, 2013, from Japan Smart City: Japan Smart City. (2012, December 12). Urban car sharing for short trips. Retrieved February 13, 2013, from Japan Smart City: Japan Smart City. (2013, January 8). ICT supporting the creation of services catering to the viewpoints of local residents. Retrieved February 13, 2013, from Japan Smart City: 64

65 Japan Smart City. (2013, February 8). Restraining electrical power peaks when simultaneously recharging multiple PHVs and EVs. Retrieved February 13, 2013, from Japan Smart City: Japan Smart City. (n.d.). The Yokohama Smart City Project. Retrieved February 20, 2013, from Japan Smart City: Japan Smart Community Alliance. (2013, February 8). Membership. Retrieved February 13, 2013, from Japan Smart Community Alliance: Japan Today. (2012, October 3). Panasonic gets OK for construction of Fujisawa Sustainable Smart Town. Retrieved February 22, 2013, from Japan Today: Kasama, D. (2013, February 14). 経 済 産 業 省 より 講 演 経 済 産 業 省 における スマート コミュニティ 政 策 全 般 ( 海 外 国 内 を 含 め)( 仮 題 ). EUSI, NECA International Symposium - The Strategic Cooperation between the EU and Japan for the Development of Smart Community and the Safety of Electrical Control System. Tokyo, Japan. Kawakami, A., & Akira, S. (2012, December 2012). Tepco takes bids for 300 billion smart-meter project. The Nikkei Weekly, p. 10. KDDI. (2011, July 12). HEMS アライアンスの 立 ち 上 げについて. Retrieved February 12, 2013, from KDDI: Keidanren. (2013, January 22). Contributing to Sustainable Growth in Sub- Saharan Africa:The Business Community's Africa Strategy towards TICAD V. Retrieved February 26, 2013, from Keidanren: Ling, A. P., Sugihara, K., & Mukaidono, M. (2012). The Japanese Smart Grid Initiatives, Investments, and Collaborations. International Journal of Advanced Computer Science and Applications, 3(7). Los Alamos County. (n.d.). Los Alamos Smart Grid. Retrieved February 13, 2013, from Los Alamos County: Maruyama, S., & Taneichi, F. (2013, January 22). 再 生 可 能 エネルギー: 太 陽 光 価 格 引 き 下 げへ 経 産 省 買 い 取 り37 38 円 程 度. Retrieved Fenruary 21, 2013, from Mainichi Shimbun: Ministry of Economy, Trade and Industry. (2010, August 11). Announcement of master plans for the Demonstration of Next-Generation Energy and Social Systems. Retrieved February 13, 2013, from Ministry of Economy, Trade and Industry: Ministry of Economy, Trade and Industry. (2010, June). The Strategic Energy Plan of Japan [Summary]. Retrieved February 12, 2013, from Ministry of 65

66 Economy, Trade and Industry: Ministry of Economy, Trade and industry. (2012, November 5). Launching international feasibility studies on "Smart Community". Retrieved February 12, 2013, from Ministry of Economy, Trade and industry: Ministry of Economy, Trade and Industry. (2012, April). Selected Devices to be Subsidized in the Project to Promote Introduction of the Home Energy Management System (HEMS). Retrieved February 8, 2013, from Ministry of Economy, Trade and Industry: Morozumi, S. (2010, October 12). NEDO s Grid Connection Related Research Activities. Retrieved February 13, 2013, from Expert Group on New and Renewable Energy Technologies: Morozumi.pdf National Policy Unit. (2011, December 24). Strategy for Rebirth of Japan. Retrieved February 12, 2013, from National Policy Unit: National Policy Unit. (2012, July 31). Comprehensive Strategy for the Rebirth of Japan. Retrieved February 31, 2013, from National Policy Unit: National Policy Unit. (2012, September 14). Innovative Strategy for Energy and the Environment. Retrieved February 12, 2013, from National Policy Unit: New Energy and Industrial Technology Development Organization. (2011, September). Annual Report Retrieved February 13, 2013, from New Energy and Industrial Technology Development Organization: New Energy and Industrial Technology Development Organization. (2012, March 22). Japan-U.S. Cooperation for Smart Grid International Standardization. Retrieved February 12, 2013, from New Energy and Industrial Technology Development Organization: Japan-U.S. Cooperation for Smart Grid International Standardization New Energy and Industrial Technology Development Organization. (2012, September 18). Launch of Smart Grid Demonstration Site in Los Alamos - Japan-U.S. Collaborative Smart Grid Project in New Mexico. Retrieved February 13, 2013, from New Energy and Industrial Technology Development Organization: New Energy and Industrial Technology Development Organization. (2012, May 24). NEDO and CDTI to Support Companies Participating in Smart Community System Demonstration Project in Malaga, Spain. Retrieved February 13, 2013, from New Energy and Industrial Technology Development Organization: New Energy and Industrial Technology Development Organization. (2012, October 26). NEDO Project Activities and Budget. Retrieved February 13, 2013, 66

67 from New Energy and Industrial Technology Development Organization: Office of Energy and Environmental Industries of the USA Department of Commerce. (2012, December). Japan s Electricity Market and Opportunities for U.S. Renewable Energy and Smart Grid Exporters. Retrieved February 22, 2013, from Manufacturing and Services Market Intelligence: _ pdf Public Relations Office, Government of Japan. (2011, February). The Future City Concept. Retrieved February 13, 2013, from Highlighting JAPAN Newsletter February 2011: Sekisui House, Ltd. (n.d.). 物 件 概 要. Retrieved February 18, 2013, from Teriha Smart Town: Semiconportal. (2011, July 12). Semiconportal. Retrieved February 12, 2013, from 10 companies team for home energy management platform: Shinkawa, T. (2010). Smart Grid and Beyond. Retrieved from ved=0cc4qfjaa&url=http%3a%2f%2fwww.bnef.com%2fpresentation s%2fdownload%2f28&ei=zfuzubbuhsx_4qshzyggba&usg=afqjc NFUtc2bInT8zymNrv3lEq8QOIV2rA&bvm=bv ,d.bGE Sumitomo Corporation. (2012, November 5). Commission from NEDO to Run Smart Community Demonstration Project in Java, Indonesia. Retrieved February 13, 2013, from Sumitomo Corporation: Sumitomo Corporation. (2012, October 1). Sumitomo Corporation News. Retrieved Febrary 13, 2013, from Sumitomo Corporation: pdf Swedish Agency For Growth Policy Analysis. (2012). Energy Crisis Management Following the 2011 Natural Disaster in Japan. Östersund. The Global Smart Grid Federation. (2012). The Global Smart Grid Federation 2012 Report. Canada. Tokyo Cosmos Electric Co.,Ltd. (n.d.). HEMS とは,BEMS とは,FEMS と は,CEMS とは. Retrieved February 12, 2013, from TOCOS-Wireless.com: Tokyo Electric Power Company. (2012, July 12). Result of the Request for Comments on the Specification of Smart Meters and Our "Basic Concept". Retrieved February 2012, 2013, from TEPCO News: Tokyo Gas. (2012, May 18). Nine Japanese Companies Launch Japan-U.S. Collaborative Smart Grid Demonstration Project in Business District of 67

68 Albuquerque, New Mexico. Retrieved February 13, 2013, from Tokyo Gas: Watanabe, C., Sato, S., & Kawamoto, S. (2013, February 7). Japan Banks Follow Goldman to $19 Billion Solar Market. Retrieved February 21, 2013, from Bloomberg: World Nuclear Association. (2013, January). Nuclear Power in Japan. Retrieved February 21, 2013, from World Nuclear Association: 68

69 3 USA 3.1 Sammanfattning Det amerikanska elnätet står inför stora utmaningar och är statt i omvandling. Delar av nätet är ålderstiget och sårbart, delvis på grund av eftersatta investeringar och underhåll. Förbättrad tillförlitlighet är mot bakgrund av återkommande elavbrott problem en central fråga 92 vilket förstärks av ökande insikter om klimatförändringarnas effekter och cyberhotet. Mål för ökande andel förnybar energi i många delstater bidrar också till omvandlingstrycket. Men bilden är splittrad och situationen ser väldigt olika ut i olika delar av landet. Fysisk infrastruktur, elmarknader och regelverk utgör en komplex mosaik med åtskilliga och ibland överlappande lager. Medan vissa regioner ligger långt fram och har ett starkt omvandlingstryck särskilt Kalifornien, Texas och östkusten ligger andra efter i modernisering av marknader och infrastruktur. Den splittrade bilden förstärks av uppdelningen i makt och befogenheter mellan den federala nivån och delstaterna. Stimulanspaketet från 2009 med 4,5 miljarder USD till smarta nät har varit ett viktigt verktyg för den federala nivån. De federala myndigheterna har också viktiga roller i bland annat marknadstillsyn och regler för eltransmission, forskningsfinansiering och som sammankallande kraft i utvecklingsfrågor. Kvarstår gör ändå att delstaterna har en central roll och sitter på många av nycklarna, både vad gäller lokala elmarknader och regelverket för lokal eldistribution. Ett exempel där balansen mellan federal och delstatlig kompetens prövas gäller planering och tillståndsprövning för transmission av el, särskilt viktigt när det gäller transmission från glesbefolkade centrala regioner med goda förutsättningar för vind och sol till konsumtionscentra vid kusterna. En central utmaning i många delstater gäller att skapa regelverk och affärsmodeller som möjliggör långsiktiga investeringar i elnät och kraft, men som också driver på innovation, energieffektivisering och ökad integration av förnybart. I flertalet delstater är diskussion mellan elbolag och reglerande myndigheter om villkoren för kostnadstäckning för investeringar återkommande inslag. Utmaningarna är stora för bolagen att identifiera rätt typ av investeringar i en policykontext som kompliceras av ökande inslag av lokal, förnybar energi och snabb teknisk utveckling. På avreglerade marknader är investeringsvillkoren problematiska även på grund av korta kontrakt. Överlag omprövas och testas reglering, marknader, teknik och nya aktörer. Stort fokus har legat på att driva på installation av smarta elmätare (täckningen nationellt är nu ca 25 procent, med stor regional variation) som ett första nödvändigt steg i det smarta nätet. Regionalt har det förekommit starka reaktioner på grund av integritets- och hälsoskäl; opt-out är nu en möjlighet i bland annat Kalifornien. I och med höga kostnader för utbyggnad av ny reglerkraft är minskade effekttoppar en viktig drivkraft. Utvecklingen för demand-response har varit snabb de senaste åren särskilt på grossistmarknaden samt för industri- och företagskunder där innovativa marknadsmodeller vuxit fram, medan hushållssidan generellt ligger efter. Det finns dock flera 92 Se till exempel för detaljerade rapporter om flera av de senaste årens stora elavbrott 69

70 utvecklingsprojekt och intressanta exempel även där, med kundengagemang och dynamisk prissättning som gett stora effekter. En annan tendens är utvecklingen av mikroelnät som drivs både av institutioner som vill ha ökad tillförlitlighet och större fokus på förnybart samt försvarets behov av leveranssäkerhet i särskilda situationer, men som också ses som ett verktyg för ökad resiliens i elnätet överlag, särskilt i ljuset av klimatförändringar och cyberhot. 3.2 Bakgrund Det amerikanska elnätet Det amerikanska elsystemet betjänar cirka 132 miljoner hushåll, 19 miljoner kommersiella kunder och industrier 93 genom kilometer högspänningsledningar (transmission) och mer än 9 miljoner kilometer lågspänningsledningar (distribution). Cirka 3200 elbolag av tre generella typer levererar elektricitet till slutkunderna: privatägda (ägs av privata investerare), offentliga (ägs av federala, delstatliga eller kommunala myndigheter), och kooperativ (ägs gemensamt av elkunderna). Privatägda elbolag utgör mindre än tio procent av antalet bolag men dominerar den amerikanska elmarknaden och står för cirka 42 procent av elproduktionen och 66 procent av elförsäljningen samt äger 66 procent av landets transmissionsnät. Resterande delas mellan federala, delstatliga och kommunala ägare och kooperativ; relativa förhållanden varierar naturligtvis mellan delstaterna. Slutligen står rena elhandelsbolag som säljer elektricitet på grossistmarknader och alltså inte tillhandahåller försäljning och distribution till slutkund för åtta procent av den amerikanska elförsäljningen. 94 På den högsta nivån består elsystemet i kontinentala USA av tre oberoende synkroniserade nät: the Eastern Interconnection, the Western Interconnection, och the Electric Reliability Council of Texas. Dessa nät är bara förenade genom ett fåtal likströmsledningar med låg kapacitet, som visas nedan. 93 US Energy Information Administration, EIA Annual Electric Power Industry Report Massachusetts Institute of Technology, MIT Study on the Future of the Electric Grid,

71 Figur 3-1 Det amerikanska elnätet 95 De tre övergripande elnäten är uppdelade i tio regionala tillförlitlighetsnämnder (Error! Reference source not found., som i sin tur är indelade i cirka 24 subregionala tillförlitlighetsorganisationer, vars verksamhet koordineras the North American Electric Reliability Council (NERC). Tillförlitlighetsorganisationerna etablerades på 1960-talet för att driva igenom, följa upp och samordna tillförlitlighetskriterier för elnätet och koordinera den långsiktiga planeringen hos de regionala elbolagen. 96 Figur 3-2 Regionala tillförlitlighetsnämnder National Public Radio, Visualizing The U.S. Electric Grid, P.L. Joskow,Transmission Policy in the US, North American Reliability Corporation,

72 Utöver detta finns tio organiserade eltransmissionsområden/elgrossistmarknader (figur 1.2) där priset på elektricitet sätts genom att marknadsaktörer köper och säljer elektricitet. Elmarknaderna drivs av så kallade independent system operators (ISOs, non-profit) och regional transmission organizations (RTOs, vinstdrivande) som koordinerar och övervakar deras funktionalitet. 98 De områden där det inte finns en ISO/RTO utgör fortfarande vertikalt integrerade marknader. Figur 3-3 Nordamerikanska grossistmarknader för elektricitet Det politiska landskapet och viktiga aktörer Fram till mitten av 1990-talet dominerades den amerikanska elindustrin av reglerade monopol av vertikalt integrerade elbolag med ensamrätt att producera, distribuera och sälja elektricitet till alla konsumenter i deras distributionsområde. Sedan slutet av 1990-talet och framöver har den federala regeringen dock främjat avreglering och konkurrens i både grossist- och detaljhandeln, bland annat genom att splittra de vertikala elbolagen och främja framväxten av grossistmarknader för elhandel. Övergången till en avreglerad elmarknad har dock varit långsam och fragmenterad över hela USA, delvis på grund av att staterna, och inte den federala regeringen, har det huvudsakliga ansvaret för att reglera elindustrin. Den federala regeringen saknar tydliga och enhetliga nationella lagar för elindustrin, samt de verktyg som behövs för att genomdriva en nödvändig omstrukturering och utveckling av grossistmarknader. Istället har USA framförallt förlitat sig på enskilda statliga initiativ och stödåtgärder av federala regleringsmyndigheter, såsom Federal Energy Regulatory Commission, samt federala institutioner som Department of Energy. Som en följd av denna fragmenterade lagstiftning lever bara ungefär hälften av den amerikanska befolkningen i stater som infört hela eller större delen av den federala statens avregleringspolitik; organiserade grossistmarknader omfattar två tredjedelar av den amerikanska befolkningen, men endast 14 stater har någon form av konkurrens inom detaljhandeln för elektricitet, till exempel genom att erbjuda kunderna att välja elleverantör. De 98 Massachusetts Institute of Technology, MIT Study on the Future of the Electric Grid, Federal Energy Regulatory Commission,

73 regionala skillnaderna beror bland annat på delstaternas historiska kontext, elförsörjningssystem, kostnadsstruktur, politiska prioriteringar och förutsättningarna för olika typer av förnybar energi. I den ena änden av liberaliseringsspektrumet ligger sydöstra USA, inklusive Florida, Alabama, Georgia med flera, som saknar konkurrens på elmarknaden och vars elbolag fortfarande är vertikalt integrerade producenter och distributörer av elektricitet. I andra änden finns Texas och Kalifornien, som båda genomfört långtgående avregleringar sedan talet. Texas är den delstat som genomfört de mest långtgående avregleringarna, mycket tack vare aktivt arbete på delstatsnivå för att öka konkurrensen, och man har idag delat upp verksamheten inom produktion, transmission/distribution och försäljning av elektricitet i olika bolag. Kalifornien har avreglerat elproduktionen, men man har behållit samtidigt reglerade elbolag och distributionsnät. I övriga delstater har man genomfört vissa förändringar av elmarknaderna, till exempel genom att ha konkurrens på elkraftmarknaden eller genom att ha en ny modell för reglering genom ISO:erna, men ändå behålla vertikalt integrerade produktions- och distributionsbolag. Federal lagstiftning och politik för smarta elnät Obama-administrationens fokusskifte inom el- och energipolitiken, från liberalisering och avreglering och mot smarta elnät och infrastrukturuppgradering, manifesteras huvudsakligen i The Energy Independence and Security Act of 2007 och The American Recovery and Reinvestment Act of Avsnitt XIII av The Energy Independence and Security Act of 2007 (EISA) fastställer politiken för smarta elnät: to support the modernization of the nation s electricity transmission and distribution system[s] to maintain a reliable and secure electricity infrastructure. Lagen anger även en rad aktiviteter för den federala nivån inom smarta elnät, såsom koordinerad forskning, utveckling, demonstration och informationskampanjer samt federala mål och stödjande arbetsgrupper för smarta elnät. Lagen ger dock endast ca 100 miljoner dollar i fonder per år för att stödja initiativ för smarta elnät. The American Recovery and Reinvestment Act of 2009 (ARRA), stimulanspaketet som genomfördes för att motverka effekterna av finanskrisen, innehöll även delar för att implementera delar av EISA och accelerera utvecklingen av ett smarta elnät över hela USA. Totalt avsattes $ 4,5 miljarder i bidrag för projekt inom smarta elnät, varav $ 3,4 för projekt för att modernisera elnätet. Lagen fördelar också cirka 400 miljoner dollar till ARPA-E (utvecklad efter DARPA) för mer traditionella och långsiktiga grundforskningsoch utvecklingsprojekt, varav ett antal relaterar till elektricitet. The Department of Energy har ansvar för att fördela för medlen för projekt inom smarta elnät och har idag fördelat samtliga $ 3,4 miljarder till elbolag över hela USA för ett brett spektrum av projekt inom elnätmodernisering. Elbolagen har också bidragit med $ 4,4 miljarder i medfinansiering, vilket ger en total investeringsvolym på $ 7,9 miljarder. Delstatlig lagstiftning och politik för smarta elnät Lagstiftare och myndigheter på delstatsnivå är fortfarande de mest inflytelserika politiska aktörerna inom den amerikanska elindustrin, trots federal politik och finansiering. Den federala politiken har dock lett till att ett flertal delstater kräver att elbolagen genomför investeringar för att modernisera elnäten och inkluderar kostnaderna genom att höja de reglerade priserna som elbolagen kan ta betalt av sina kunder. Nedan visas tre kartor över 73

74 lagstiftning och reglering per den december 2011 (senaste kompletta informationen) inom tre centrala områden för smarta elnät per delstat. Figur 3-4 Lagstiftning och reglering inom smarta mätare och avancerad mätinfrastruktur (AMI) per delstat, december Noter: Adopted AMI Requirements: In addition to direct orders to deploy AMI, this includes orders from the state public utility commissions directing utilities to file deployment plan, but excludes regulation or laws that serve only to authorize or simply promote AMI deployment. Pending AMI Studies: Includes states in which the legislature or public utility commission is studying the effects of pilot programs and large scale deployments. Figur 3-5 Lagstiftning och reglering för demand response per delstat, december Noter: DP = Dynamic Pricing, EE = Energy Efficiency. Dynamic Pricing Requirement: Includes orders mandating that utilities offer dynamic pricing. Dynamic Pricing Study: Includes states which have indicated in a proceeding to address adoption of PURPA Standard 14 of EPAct 2005 that they would investigate time of use (TOU) rates on a utility-by-utility basis. Energy Efficiency Requirement: Includes rules requiring the development of programs, development of standards, and rules requiring the incorporation of energy efficiency into the Integrated Resource Planning (IRP) process. 100 US Energy Information Administration, Smart Grid Legislative and Regulatory Policies and Case Studies, Ibid. 74

75 Figur 3-6 Lagstiftning och reglering för net metering och distribuerad elproduktion per delstat, december Noter: Net Metering or Distributed Generation Requirement: Includes rules requiring utilities to offer net metering or distributed generation and rules guiding which types of systems qualify. This also includes the rules throughout the states supporting homeowners rights to solar and wind access for creating distributed generation systems on their property. Amerikanska investeringar i smarta elnät drivs också av standarder för andelen förnybar energi som elbolagen måste tillhandahålla. Kartan nedan visar att majoriteten av amerikanska delstater har inför dessa så kallade renewable portfolio standards (RPS) för att snabba på övergången till nya, kolneutrala energikällor. I januari 2013 hade 30 delstater, inklusive District of Columbia, infört obligatoriska RPS i varierande omfattning. Kaliforniens målsättning på 33 procent år 2020 är landets hösta, medan Michigans på 10 procent år 2015 är den lägsta nivån. Integrationen av förnybara energikällor ställer elnäten inför helt nya utmaningar och främjar införandet av teknologier och lösningar som förknippas med smarta elnät, såsom de som visats ovan. 102 Ibid 75

76 Figur 3-7 Förekomst av obligatoriska (standards) och frivilliga (goals) målsättningar för förnybar energi per delstat, januari Centrala aktörer Som nämnts är det amerikanska politiska landskapet kring elproduktion och överföring splittrat och dessutom med tonvikt på den delstatliga nivån. Nedan ges dock en överblick av ansvarsområden för de mest centrala federala och delstatlig aktörerna inom området. Department of Energy (DOE) Leder det nationella arbetet med smarta nät, fördelar och följer upp ARRAs $4,5 miljarder till elnätsmodernisering och leder verksamheten inom ARPA-E och annan forskning. Federal Energy Regulatory Commission (FERC) Administrerar priser och villkor för överföring och grossistförsäljning i mellanstatlig elhandel, godkänner och genomdriver obligatoriska tillförlitlighetsstandarder, driver införandet av de interoperabilitetstandarder och protokoll som krävs för att säkerställa funktionaliteten och interoperabiliteten hos ett smart elnät i överföringen av elkraft mellan staterna och i regionala och grossistmarknader för elhandel. National Institute of Standards and Technology (NIST) Utvecklar interoperabilitetstandarder för teknologier och utrustning som ingår i smarta elnät och utforskar förutsättningarna för ett cyber-security ramverk North American Electric Reliability Council (NERC) Organisation som fått i uppdrag av FERC att ansvara för att utveckla och följa upp tillförlitlighetsstandarder.för elkraftmarknaden. 103 U.S. Energy Information Administration: besökt

77 Delstatliga lagstiftare och energimyndigheter lagstiftar, implementerar och överser de delstatliga målsättningarna inom smarta elnät och förnybar energi, samt omsätter i vissa fall den federala statens målsättningar till delstatlig lagstiftning Delstatliga regulatoriska myndigheter reglerar elbolagen i delstaten, bland annat genom att besluta om investeringar, priser och villkor för elbolag med monopol Drivkrafter för amerikansk politik inom smarta nät Amerikanska satsningar inom smarta elnät är ett resultat av ett antal konvergerande utmaningar och trender som tillsammans både ställer krav på och möjliggör infrastrukturmodernisering. För det första är dagens amerikanska elnät och tillhörande utrustning föråldrade, delvis på grund av att industristrukturen och regleringsmodellen inte har främjat investeringar för att uppgradera nätinfrastrukturen. Till exempel minskade investeringarna i transmissionsinfrastruktur med 50 procent under sista fjärdedelen av 1900-talet. Detta är en bidragande orsak till elnätets försämrade pålitlighet och återkommande elavbrott under de senaste tjugo åren; under andra halvan av 1990-talet var antalet elavbrott som påverkade mer än kunder 41 procent fler än under första halvan av 1990-talet. 104 Totalt beräknas elavbrotten kosta den amerikanska ekonomin $150 miljarder årligen. 105 Detta problem förstärks av att amerikansk elkonsumtion förväntas öka med 28 procent mellan 2011 och 2040, något som ställer ytterligare krav på infrastrukturen. 106 Ett ökat fokus på USAs förmåga att vara självförsörjande på energi är en andra faktor som driver politiken för smarta nät. Denna vilja har tagit en allt större roll i amerikansk energipolitik de senaste åren, bland annat som ett resultat av höjda priser på olja och andra energiråvaror, osäkerheter i omvärlden och ökad amerikansk protektionism. Viljan att vara energioberoende driver politik och satsningar inom bland annat förnybar energi och distribuerad elproduktion, som i sin tur driver investeringar i smarta elnät. En ökad förståelse för klimatförändringarna och önskan att minska utsläppen av växthusgaser späder på detta. Investeringar i smarta nät drivs också mer direkt av insatser för att öka självförsörjandet på energi och minska utsläppen av koldioxid eftersom en modern infrastruktur förväntas vara mer effektiv med färre förluster och lägre peak load, vilket minskar behovet av ytterligare investeringar i kraftverk. Nationell säkerhet är en fjärde viktig drivkraft för smartare nät. Idag finns i USA en rädsla för cyber- och terroristattacker mot amerikanska intressen, och dagens analoga och relativt ömtåliga elnät ses som en svag punkt. En modernisering av infrastrukturen anses nödvändig för att försvara USAs nationella säkerhet och värja sig mot framtida attacker. Att minska effekterna av klimat- och väderrelaterade katastrofer såsom orkanerna Katrina och Sandy förstärker drivkraften att investera i en robustare och säkrare infrastruktur. Politik och satsningar för att skapa inhemska och gröna jobb spelar också in i moderniseringen av elnätet. Att uppgradera infrastruktur kräver betydande arbetsinsatser, varav många dessutom måste utföras på plats och bidrar därmed till att skapa amerikanska arbetstillfällen. Dessutom hoppas man att teknikleverantörerna ska kunna exportera sina produkter och lösningar till andra länder med liknande behov och skapa export och tillväxt. Slutligen bidrar snabb teknikutveckling och förändrat konsumentbeteende till att skapa förutsättningar för investeringar och nytänkande kring elnätets funktionalitet. De flesta nya 104 Department of Energy, What the Smart Grid Means to Americans 105 Electric Advisory Committee, Smart Grid: Enabler of the New Energy Economy, U.S. Energy Information Administration, Annual Energy Outlook 2013 Early Release Overview,

78 funktionaliteter som planeras inom smarta nät är helt beroende av de senaste årens innovationer och snabba utveckling inom data, kommunikations- och informationsteknik. I och med dessa lösningar kan man också kapitalisera på ett ökat intressen och engagemang hos kunderna, bland annat drivet av höjda energipriser, mer lättillgänglig information, fler 107, 108 el- och hybridbilar och en ökande andel hushåll med egen elproduktion. 3.3 Insatser för att främja smarta nät Forskning, utveckling och innovation DOE, ARRA och finansiering av smarta nät ARRA-satsningen på smarta elnät som inleddes 2009 omfattar sammanlagt ca 4,5 miljarder USD, varav 3,4 miljarder i investeringsstöd för teknisk infrastruktur (SGIG - Smart Grid Investment Programs) och 600 miljoner USD i stöd till demonstrationsanläggningar för smarta nät (SGDP Smart Grid Demonstration Programs) samt ytterligare några mindre program för utbildning, standards, planering m.m. Satsningen administreras av Department of Energy. Ramarna för satsningen kunde tas fram på kort tid i och med att den huvudsakligen finansierar program och åtgärder som möjliggjorts redan i EISA Electricty Infrastructure Security Act som kom 2007 men bara ackompanjerades av begränsade medel för genomförande. Stödet till investeringar inom SGIG kan uppgå till 50 procent av projektkostnaderna. Det fördelades i slutet av 2009 till 99 ansökningar efter en kort urvalsprocess. Alla typer av elbolag finns med bland stödmottagarna i ungefär lika antal men 75 procent av medlen gick till investerarägda utilities. De fysiska investeringarna inleddes 2010 och genomförs parallellt med uppföljning och utvärdering under en femårsperiod. Figur 3-8 Tidplan för ARRA-satsningen Projekten fördelar sig på fyra kategorier: Transmission, 19 projekt, 600 miljoner US, gäller bl.a. installation bland annat av 800 s.k. PMUs, Phase Monitoring Units (fanns tidigare i något hundratal i hela USA. Genom att mäta fasvinkeln, ett slags elnätets EKG, möjliggörs avancerad 107 California Utility Vision and Roadmap for the Smart Grid of 2020, Electric Advisory Committee, Smart Grid: Enabler of the New Energy Economy,

79 styrning, upptäckt av fel/hotande överbelastning och insats av korrigerande åtgärder). Distribution, 57 projekt, 2 miljarder USD, gäller bl.a. installation av automastiska brytare och kapacitorer. Mätning, 66 projekt, 4 miljarder USD, bl.a. installation av 15 miljoner smarta mätare Energistyrning/apparater, 66 projekt, bl.a. installation av 7000 displayer för styrning, termostarer m.m. Investeringsprogrammen åtföljs av mätning av effekter och ekonomisk nytta, bl.a. för att ge kunskapsunderlag för kommande (osubventionerade) investeringar. Initiala dokumenterade besparingar har bland annat handlat om minskade kostnader för mätaravläsning men det kommer också andra intressanta resultat, t.ex. Oklahoma Gas and Electric som med styrutrustning i hemmen och dynamisk prissättning visat på upp till 30 procent besparingspotential i toppbelastning 109. Projekten inom SGDP syftar till att visa hur befintliga och nya tekniker kan användas i ett innovativt sammanhang, och förutsätter integrerade projekt med flera deltagare. Medlen fördelades till 32 projekt inom de två kategorierna regionala demonstrationsprojekt respektive energilagring. Pecan Street i Austin Texas, som redovisas på annat ställe i denna rapport, är ett exempel på projekt inom SGDP. En allmän uppfattning är att ARRA-finansieringen, även om den bara utgör en mindre del av investeringsbehovet i det amerikanska elnätet 110, har bidragit till att snabba på uppgradering och modernisering. DOE jobbar nu med analys och dokumentation av resultat 111 samt att ta fram modeller för hur resultaten från projektuppföljningar kan nyttiggöras respektive hur man kan underlätta t.ex. samverkan och erfarenhetsutbyte mellan projekten. Genomförande av EISAs regler kring smarta nät och ARRA:s projektgenomförande dokumenteras löpande och rapporteras återkommande till bl.a. till kongressen 112. Samtidigt finns frågetecken kring vad som kommer att hända med aktiviterer och investeringar i nätet när ARRA klingar av uppstår ett vakuum eller fortsätter elbolag och andra aktörer att investera på samma nivå? Att märka är även att ARRA innehåller annan finansiering som angränsar till smarta nät, t.ex. ett FUD-program på 2,4 miljarder USD som syftar till att åstadkomma 30 centra för produktion av batterier och annan elfordonsutrustning. Utöver ARRA driver och finansierar DOE forskning och demonstration kring olika aspekter av smarta nät, inkl microgrids, DOE driver även ett antal nationella laboratorier som har viktiga roller inom grundforskning och utveckling inom förnybar energi och smarta elnät, inkl. bl.a. Lawrence Livermore och Lawrence Berkeley i Kalifornien, National Renewable Energy Laboratory (NREL) i Colorado och Argonne National Laboratory i Illinois De genomsnittliga investeringarna under 10-årsperioden uppgick till ca 62 miljarder USD per år, se t.ex se t.ex

80 För att åstadkomma bättre samordning kring smarta nät på den federela nivån har också DOE med stöd av EISA-lagen skapat the Smart Grid Task Force 113 för bättre koordinering av statliga aktiviteter. 11 federala myndigheter ingår i arbetet, utöver DOE bland andra NIST, FERC, EPA (Environmental Protection Agency) och DHS (Department for Homeland Security), Forskning inom smarta nät i Kalifornien I Kalifornien bedrivs forskning inom områden som är direkt relevanta för smarta elnät. California Energy Commission, den mest centrala offentliga policyinstitutionen för energi i delstaten, har sin egen forskningsavdelning där man bland annat studerar elsystemet och smarta elnät. Forskningen inom smarta nät ligger under kommissionens övergripande forskningsprogram Energy Technology Systems Integration som har som syfte att utveckla innovativa energilösningar för att förbättra och expandera det kaliforniska elnätet. Inom smarta elnät forskar man inom fyra huvudområden: demand response, energilagring, tranmission och distribution, samt säkerhet. Kommissionen har ett multidisciplinärt arbetssätt och arbetar tätt med delstatens elbolag, universitet och forskningscentra i genomförandet av projekten. Forskningen inom demand response har som syfte att stötta utvecklingen av teknologier, program och strategier som möjliggör ett dynamiskt elnät som balanserar och hanterar tillgången och priset på elektricitet genom att förändra kundernas elförbrukning såväl som elproduktion i realtid och med automatik. Inom energilagring studerar man framtida behov av lagringslösningar i och med ökande integration av förnybara energikällor, kostnader och nyttor för befintliga lagringsteknologier, samt vilka drivkrafter och hinder som påverkar användningen av tillgängliga lagringsteknologier. Inom det tredje området, transmission och distribution, samarbetar kommissionen tätt med delstatens elbolag för att introducera dubbelriktade kommunikationslösningar, smarta mätare och distribuerad elproduktion med syfte att förbättra effektiviteten, kapaciteten och pålitligheten hos elnätet, möjliggöra för integration av förnybara energikällor och utöka automatisering. Inom det fjärde området, säkerhet, söker man lösningar för att säkerställa elnätets robusthet, tålighet och motståndskraft mot cyberattacker, störningar i energitillförsel och andra hot mot infrastrukturen. Lawrence Berkeley National Lab är ett annat av Kaliforniens kunskapscentra inom smarta nät. Lawrence Berkeley National Lab är ett av DOEs 17 nationella forskningscentra som finansieras av federala skattemedel. Labbet ligger på campusområdet för University of California, Berkeley och drivs av University of California åt DOE. Forskningen inom smarta elnät bedrivs bland annat inom ramen för The Demand Response Research Center, som bildades av California Energy Commission under våren Centret stöttar kommissionens egen verksamhet inom demand response, och forskar framförallt inom integration och kommunikation av delstatens energisystem och elnät, samt lösningar för demand response för hushåll, företag, industrier och jordbruk i Kalifornien. Centret arbetar också aktivt med att stötta samarbetet mellan olika aktörer, inklusive elbolag, teknikleverantörer och konsumenter. 114 The Electric Power Research Institute (EPRI) är en tredje forskningsaktör inom smarta nät med verksamhet huvudsakligen i Kalifornien. EPRI är en icke-vinstdrivande organisation som bedriver forsknings-, utvecklings- och demonstrationsprojekt i samarbete med forskare, ingenjörer och elbolag. EPRIs verksamhet spänner över i stort sett alla områden av Demand Response Research Center, besökt

81 produktion, distribution och användning av elektricitet, och man har även stöttat California Energy Commission i deras utveckling av strategier och policies för smarta elnät. 115 Verksamheten finansieras genom bidrag från medlemmarna, som idag är fler än tusen stycken, varav majoriteten är elbolag. 116 NIST och utveckling av standarder för smarta nät. NIST, the National Institute of Standards and Technology 117, är en myndighet under Department of Commerce med uppgifter som spänner från teknologisk grundforskning till arbete med mätningsfrågor och standardisering för att underlätta tillväxt och ekonomisk säkerhet. Utveckling av standarder är en central fråga för snart sagt alla aspekter av det smarta nätet, både för att möjliggöra interoperabilitet, det vill säga att olika komponenter i nätet ska kunna kommunicera med varandra och samverka i system och för att säkerställa att man kan upprätthålla adekvata säkerhetsnivåer i ett nät som styrs till stor del med elektronisk kommunikation. NIST ges ett formellt uppdrag att koordinera utveckling av standarder i EISA 118. Vidare ges i samma lag FERC i uppdrag att fastställa de standarder som tas fram i ett formellt beslut när kommissionen bedömer att det finns tillräcklig konsensus kring dem. NISTs uppdrag bygger på mjuk samordning och koordinering och frivillig medverkan från elbransch och andra aktörer. Det finns i USA en stark presumtion för frivillighet och näringslivets egen utveckling av och beslutsrätt kring de standarder man kan och vill enas om. NISTs roll och trovärdighet bygger på att organisationen har en stor egen expertkunskap (delvis baserat på den egna forskningen) samt att man uppfattas som en neutral medlare och mäklare. Arbetet med standardisering inom smarta nät genomförs genom att i dialog med olika intressentgrupper identifiera de områden och applikationer där standarder behövs, inventera befintliga standarder som kan användas eller anpassas samt definiera områden där nya standards behöver utvecklas. En lång rad viktiga standarder har tagits fram eller är under utveckling. Som exempel kan nämnas OpenADR, ursprungligen framtagen vid Lawrence Berkeley Lab i Kalifornien, som används bland annat för demand-response och energistyrningssystem för fastigheter. För smarta hushållsprodukter har t.ex. ZigBee använts, nu på väg att ersättas av wifi-baserade SEP2. För att effektivisera och stärka arbetet med standardisering för smarta nät lät NIST 2009 kalla samman The Smart Grid Interoperability Panel, SGIP, med 750 medlemmar från näringsliv, elbransch, offentlig sektor, akademi m.fl. SGIP är ett public-private partnership som syftar till att snabba på arbetet, ge vägledning och specificera tester och certifiering av utrustning som ska användas på elnätet. SGIP finansierades initialt med ARRA-medel, men i och med att dessa nu tar slut är man i färd med att lämna över ansvaret för finansiering av arbetet till den privata sektorn det återstår att se hur denna process löper vidare. FERC har i sin tur i ett beslut från 2011 konstaterat att det ännu inte finns en sådan konsensus kring de standardgrupper som NIST arbetat med att det finns förutsättningar för att fastställa ett regelverk. FERC uppmanar 115 EPRI, Our Business, besökt EPRI, Our Members, besökt NIST har ca 3000 anställda tekniker och forskare och ytterligare ett par tusen gästforskare från akademi och näringsliv. Flera Nobelpristagare har under årens lopp haft NIST som bas för sin forskning. 118 The Energy Independence and Security Act of

82 istället branschen att fortsätta att delta i NIST:s arbete med frivillig samordning kring standarder. Den amerikanska standardutvecklingen har primärt fokus på de nationella behoven, men i och med att flera multinationella bolag liksom smarta nät-organisationer från bl.a. Japan, Indien och Taiwan finns med i SGIP sker ändå en viss internationell koordinering. USA deltar ju för övrigt också i ISGAN och andra internationella organ på smarta nät-området. Lagstiftning, myndigheter, elbolag och demonstrationsprojekt i Kalifornien Kalifornien är den delstat som arbetat mest aktivt med smarta elnät, mycket tack vare proaktiv lagstiftning inom energi- och elektricitetsområdet. California Energy Commission ansvarar för utformandet, implementeringen och översynen av Kaliforniens politik inom smarta elnät, och ger även rekommendationer till guvernören och lagstiftarna. California Public Utilities Commission (CPUC), å andra sidan, reglerar elbolagens verksamhet direkt, bland annat genom att granska och godkänna deras investeringsplaner och prishöjningar. Den mest konkreta lagstiftningen inom smarta elnät, Senate Bill No. 17 (SB 17), antogs av Kaliforniens kongress under Lagen etablerar att Kalifornien har som avsikt att modernisera sitt elektriska transmissions- och distributionsnät för att upprätthålla en säker, pålitlig och effektiv elförsörjning med en infrastruktur som kan möta framtida efterfrågeökningar. Kaliforniens mer exakta målsättningar beträffande smarta nät är: 120 Skapa en smart energiinfrastruktur som erbjuder miljömässiga vinster, låga kostnader och pålitlig elöverföring Möjliggöra integration av förnybara energikällor, demand response och energilagring Förbättra kapacitet, nyttjande och prestanda hos befintliga och nya transmissions- och distributionssystem Förbättra pålitligheten för hela elsystemet Stärka konsumenterna genom att möjliggöra för distribuerad elproduktion, elbilar och hemnätverk som tillåter för konsumenterna att tillgodose sina energibehov och sänka sina elkostnader Lagen kräver också att privatägda elbolag och offentligt ägda elbolag med mer än kunder lämnar in en plan för investeringar och utveckling inom smarta elnät under till CPUC för godkännande, samt årliga uppdateringar av arbetets fortgång från och med 2011 (så kallade smart grid deployment plans). Syftet med dessa planer är både att etablera en gemensam vision och att ge en översikt av specifika satsningar för att möta Kaliforniens målsättningar för smarta elnät. Planerna är detaljerade; elbolagen måste årligen sammanfatta: (1) deras användning av teknologier för smarta nät; (2) i vilken utsträckning man har genomfört de smarta elnätsinvesteringar som specificerats i tidigare tioårsplaner; (3) kostnader och fördelar med investeringarna för kunderna; (4) nuvarande utbyggnads- och investeringsinitiativ; (5) uppdateringar av utvärderingar av säkerhets- och integritetsrisker; (6) uppfyllelse av säkerhetsregler, riktlinjer och standarder Senate Bill No. 17, Padilla. Electricity: smart grid systems 120 California Energy Commission, Smart Grid, Southern California Edison Company s Annual Report on the Status of Smart Grid Investments

83 Ett ytterligare antal delstatslagar och policies utöver SB 17 verkar också genom att stimulera investeringar i smarta elnät hos elbolagen. En av de mest centrala är som sagt Kaliforniens ambitiösa standarder för förnybar energi som kräver att 33 procent av samtliga elbolags elektricitetsproduktion kommer från förnybara energikällor år I mars 2012 genererade Kaliforniens tre största elbolag Pacific Gas and Electric, San Diego Gas and Electric och Southern California Edison, som tillsammans står för 68 procent av delstatens elförsäljning, drygt 20 procent av sin elektricitet från förnybara källor. 122 Assembly Bill 32 (AB 32) 123, som sätter delstatens målsättningar för att minska utsläppen av växthusgaser, Guvernör Browns uttalade målsättning att Kalifornien ska ha totalt MW distribuerad elproduktionskapacitet år 2020 (räcker för att driva ungefär 3 miljoner hushåll under ett år), samt delstatsprogramen för finansiering av solceller för hushåll, California Solar Initiative och New Solar Homes Partnership, driver också på utbyggnaden av smart elnät. Slutligen ger den starka marknadsutvecklingen inom elektriska fordon (PEV) ytterligare incitament för elbolagen, trots att det inte drivs lika tydligt från politiskt håll. I juli 2012 fanns det ungefär elbilar i Kalifornien, vilket motsvarar 35 procent av alla elbilar I USA, och cirka tusen nya elbilar säljs i delstaten varje månad. 124 Figur 3-9 Kaliforniens privatägda elbolag och deras distributionsområden 122 CPUC Renewable Portfolio Standards Quarterly Report, 1 st and 2 nd Quarter Assembly Bill No. 32, Nunez. Air pollution: greenhouse gases: California Global Warming Solutions Act of California Center for Sustainable Energy, California PEV Owner Survey,

84 Delstatspolitikernas målsättningar och lagkrav ställer nya typer av krav på elnäten och elbolagens verksamhet, och driver därigenom storskaliga investeringar i teknologi för smarta elnät. Tabellen nedan ger en översikt av summorna som investerats av elbolagen inom de sex dimensionerna av smart elnät som CPUC kräver att elbolagen redovisar sina projekt inom i samtliga planer. Tabell 3-1 Investeringar inom smarta elnät hos Kaliforniens tre största elbolag, 1 juli juni 2012, miljoner USD och kunder 125 Customer Engagement/Empowerment Distribution Automation/Reliability Transmission Automation/Reliability Asset Management & Operational Efficiency Pacific Gas and Electric* Southern California Edison San Diego Gas and Electric (86%) 26,9 (21%) 71,8 (46%) 71,4 (3%) 41,4 (32%) 10,3 (7%) 220,5 (8%) 35,5 (27%) 2,7 (2%) 70,8 (2%) - 46,5 (30%) Security (Physical and Cyber) 19,4 (1%) 8,6 (7%) 12,7 (8%) Integrated and Cross-Cutting Systems Totala investeringar inom smarta elnät 21,3 (1%) 16,8 (13%) 12,3 (8%) 2 850,4 129,2 156,2 Omsättning (2011) Antal kunder (2011), miljoner 5,233 4,921 1,391 *Siffrorna för Pacific Gas and Electric inkluderar samtliga investeringar inom smarta elnät, och inte bara de för perioden 1 juli juni 2012 som för övriga elbolag. Detta är på grund av brist på tillgänglighet av årlig data för Pacific Gas and Electric. Utöver dessa årliga siffror har de tre elbolagen uppskattat totala kostnader för att implementera smarta nät-teknologier. Pacific Gas and Electric uppskattar att genomförandet av alla föreslagna projekt inom smarta elnät som de redovisar i sin Smart Grid Deployment Plan kommer kräva inkrementella kapitalinvesteringar i spannet $800 miljoner till $1,25 miljarder från 2011 till 2030, vilket innebär årliga investeringar på $25 till $40 miljoner. 128 Southern California Edison är mer konservativa i sin skattning och redovisar bara kostnader för perioden systematiskt; totalt uppgår investeringsbehovet under perioden till $535 miljoner, med årliga kostnader på mellan $110 och $165 miljoner. 129 Slutligen skattar San Diego Gas and Electric sina totala investeringsbehov för perioden till mellan $3,5 och $3,6 miljarder Pacific Gas and Electric Company, Smart Grid Annual Report 2012; Southern California Edison Company s Annual Report on the Status of Smart Grid Investments 2012; San Diego Gas and Electric, Smart Grid Deployment Plan 2012 Annual Report 126 Varav $2 253 miljoner har spenderats på installation av smarta mätare 127 US Energy Information Administration, EIA Annual Electric Power Industry Report Pacific Gas and Electric Smart Grid Deployment Plan Southern California Edison Smart Grid Deployment Plan San Diego Gas and Electric Smart Grid Deployment Plan

85 Alla elbolag betonar dok att kostnadsprognoserna dras med betydande osäkerheter, framförallt för investeringar mer än fem år fram i tiden. Till exempel involverar många projekt helt nya teknologier för vilka accepterade marknadspriser ännu inte har utvecklats, och dessutom beror behovet av investeringar i stor utsträckning på utvecklingar utanför elbolagens kontroll, såsom politiska målsättningar och kundernas anammande av solceller och elektriska fordon. Huvuddelen av projekten inom smarta nät som i dagsläget genomförs hos de tre elbolagen är av typen pilot- och demonstrationsprojekt, snarare än de mer storskaliga uppgraderingar som förväntas framöver. 131 Idag bedriver samtliga elbolag test- och pilotprojekt för olika teknologier och lösningar, både isolerat och i kombination, för att utvärdera utrustningens funktionalitet, effekter på elnätet, kostnader och nyttor, samt i vilken del av elsystemet som de gör mest nytta för lägst kostnad. Dessa utvärderingar kommer ligga till grund för fortsatta investeringsplaner och affärsmodeller samt för elbolagens prishöjningsförslag till CPUC. Southern California Edison bedriver idag projektet Irvine Smart Grid Demonstration, ett av de största demonstrationsprojekten i Kalifornien, som även erhållit $39,6 miljoner i anslag från ARRA. Projektet genomförs mellan februari 2010 och december 2014 och har en total budget på $79,2 miljoner. Projektets mål är att testa och verifiera hur ett antal smarta nät teknologier verkar tillsammans i ett integrerat system, att kvantifiera kostnader och nyttor med teknologierna, att testa och validera skalbarheten hos de olika delarna av nätet, och demonstrera funktionaliteten hos så kallade zero net energy hushåll. 132 För att uppnå detta fokuserar man på fyra delområden: (1) smarta konsumentutrustningar för energi; (2) distributionssystemet för år 2020; (3) säkra energinätverk; och (4) framtidens arbetskraft Investeringar och affärsmodeller för smarta nät Att utveckla välfungerade affärsmodeller för storskaliga investeringar är en central utmaning för modernisering av det amerikanska elnätet. Det regulatoriska landskapet och de marknadsmässiga strukturerna inom elindustrin har bidragit till att dagens elbolag är relativt riskobenägna med fokus på att minimera kostnaderna, snarare än att investera i stora infrastrukturuppgraderingar. Av dessa anledningar är i princip alla elbolag intresserade av investeringar i smarta teknologier som sänker deras driftskostnader, ökar automatiseringsgraden och minskar peak load, men de faktorer som gör investeringar attraktiva utöver detta varierar med elbolagens specifika situation. Bland annat avgör kostnadsstrukturerna, status på den befintliga infrastrukturen, ägarförhållanden, marknadsstruktur, den regulatoriska situationen, lagstiftningskrav, geografiskt läge och kundengagemang vilka typer av investeringar som är intressanta. Trots dessa skillnader finns det ett antal utmaningar inom finansiering som är allmänna för hela elindustrin idag. För det första innebär investeringarna stora kapitalkostnader i relativt inflexibla system (framförallt för hårdvara), något som både skapar problem med att erhålla tillräckligt med finansiering och spär på elbolagens obenägenhet att ta risker. För det andra har dagens regulatoriska ramverk i många fall en inbromsande effekt, både i och med deras långa 131 Installation av smarta mätare hos majoriteten av Kaliforniens elkunder är det enda storskaliga projekt inom smarta nät som genomförts de senaste åren (se avsnitt 2.3.3). 132 Department of Energy, Irvine Smart Grid Demonstration, Southern California Edison Company s Annual Report on the Status of Smart Grid Investments

86 tidscykler relativt marknads- och teknikutveckling samt deras ofta konservativa skattningar av omfattningen av de kostnader och risker som elbolagen kan erhålla genom prishöjningar och att samhälleliga nyttor sällan tas med i beräkningarna. Även själva karaktären hos teknologierna inom smarta elnät innebär nya utmaningar för elbolagen. Många av de tekniska lösningar som möjliggör smarta nät befinner sig ännu i tidiga utvecklingsstadier och är både relativt dyra och riskfyllda. För att möta detta måste elbolagen engagera sig mer i forskning, utveckling och testning av nya teknologier än man gjort tidigare. 134 Slutligen är teknologierna inom smarta elnät av en annan typ än de som elbolagen traditionellt investerat i. Historiskt har elbolagen investerat i uppgradering av infrastrukturen för att förbättra pålitligheten, öka effektiviteten och förstärka säkerheten, men smarta nät kräver investeringar inom helt nya områden såsom mjukvara, kommunikationslösningar, analyskapacitet, konsumentverktyg och utbildning med mera. 135 Smarta elnät innebär inte bara en uppgradering av elnäten, utan en omstöpning av elbolagens hela verksamhet. För att bemöta dessa utmaningar anammar elbolagen olika strategier. Till exempel utförs omfattande pilot- och demonstrationsprojekt används för att validera teknologierna, testa hur de fungerar tillsammans, vilka effekter de har på elnätet samt utvärdera deras kostnader och nyttor. Sådana projekt är centrala för att minska teknologirisker och bygga mer korrekta finansiella kalkyler inför storskaliga investeringar. En annan strategi som förekommer är att samarbeta tätt med teknikleverantörer, som verkar på en snabbare och mer flexibel marknad utan regulatoriska hinder, och därför kan ta större risker och agera kvickare. Partnerskap med leverantörerna innebär således ett sätt för elbolagen att delta i utveckling och test av nya teknologier och lösningar, men utan att behöva stå för hela risken och kostnaden. Leverantörerna får, å sin sida, tillgång till testmöjligheter och kan sedan skala upp försäljningen till hela branschen, något som elbolagen av naturliga skäl inte kan göra Konsumentengagemang inom smarta nät Införandet av smarta mätare Smarta mätare infördes som federal policy i The Energy Policy Act of 2005 (EPACT), som innehåller ett avsnitt som heter Smart Metering. Avsnittet kräver bland annat att samtliga delstater och ickereglerade elbolag ska utvärdera och överväga att tillhandahålla tidbaserad prissättning och avancerad mätning till alla kunder. Den federala lagstiftningen utökades ytterligare i och med The Energy Independence and Security Act of 2007 (EISA), som betonar behovet av demand response och smarta mätare för att uppgradera elnätet och engagera konsumenterna. Fram till december 2011 hade totalt elva delstater anammat egen lagstiftning och planer för smarta mätare och avancerad mätinfrastruktur (se figur 3) för att implementera den federala lagstiftningen. Ytterligare tre delstater var på väg att införa lagstiftning, medan 25 delstater genomförde studier för att utvärdera möjligheten att inför lagstiftning. Enbart elva stater saknade konkreta studier och regler för smarta mätare. Elbolagen har investerat kraftigt i installationen av smarta mätare, delvis som resultat av de federala och delstatliga lagstiftningarna hade 493 elbolag installerat 37,3 miljoner 134 World Economic Forum, Accelerating Smart Grid Investment, California Energy Commission, California Utility Vision and Roadmap for the Smart Grid of 2020,

87 smarta mätare. Cirka 77 procent av installationerna utfördes av privatägda elbolag och cirka 90 procent av installationerna genomfördes hos hushåll. I statistiken ingår mätare som åtminstone mäter och dokumenterar elförbrukning varje timme och tillhandahåller informationen till både kunden och elbolaget en gång per dag. Definitionen spänner alltså över enkla mätare som enbart tar mått på elförbrukning per timme till realtids mätare med tvåvägs kommunikation och kapacitet att både mäta och sända data ögonblickligen. Tabell 3-2 Antal kunder med smarta mätare per elbolags- och kundtyp, Elbolagstyp (antal med program för smarta mätare) Hushåll Företag Industrier Totalt Privatägda (73) Kooperativ (311) Kommunala (84) , Offentliga och delstatliga (24) Antal elkunder med smarta mätare Totalt antal elkunder Andel med smarta mätare 25% 19% 19% 25% Installationerna av smarta mätare har också orsakat ett antal konflikter i USA de senaste åren. Kritiken har framförallt riktat in sig på högre elkostnader efter installation, hälsorisker och integritetshot. Kalifornien är en av de delstater där smarta mätare installerats flitigast, men också där oppositionen mot dem varit som starkast. 137 Delstatens elbolag startade installationen av smarta mätare 2006, år 2011 hade de tre största elbolagen tillsammans installerat 9,8 miljoner smarta elmätare, vilket motsvarar cirka 85 procent av deras elkunder. 138 Framförallt Pacific Gas and Electric har haft problem med motstånd mot smarta mätare, delvis eftersom de var först i delstaten med storskalig installation; de första mätarna installerades redan Elkunderna har undrat vad mätarnas egentliga syfte är samt på vilket sett de gynnas av installationen. Motståndarna hävdar bland annat att elräkningarna för flertalet kunder har höjts markant efter installationen, att mätarna avger elektromagnetisk och radiostrålning som orsakar hälsoskador och att elbolagen får tillgång till privat och känslig information. För att bemöta kritiken har Pacific Gas and Electric låtit testa mätarna, men utan att hitta några fel, samt drivit flera marknadsföringskampanjer för att upplysa 139, 140, 141,142 konsumenterna om nyttan med smarta mätare. 136 US Energy Information Administration, EIA Annual Electric Power Industry Report CPUC, Advanced Meters: How Customers Benefit, Ibid 139 New York Times, Smart Meters Draw Complaints of Inaccuracy, , besökt Forbes, , Not-So-Smart Meters Overbilling Californians, besökt New York Times, Health Concerns Over 'Smart' Electric Meters Gain Traction in Calif., , besökt

88 CPUC och delstatssenaten har infört två lagar för att reglera användandet av smarta mätare, delvis som ett resultat av dessa konflikter. I september 2010 godkändes Senate Bill No. 1476, och CPUC utvecklade sedermera regleringar för de privatägda elbolagens hantering av konsumentdata som genereras av smarta mätare. I och med detta blev Kalifornien den första delstaten i USA att implementera integritetsregler för smarta mätare. Idag diskuteras liknande regler i ett antal ytterligare delstater, bland annat Colorado, Maine, Texas och Ohio. Reglerna kräver att bland annat elbolagen informerar kunderna om syftet med datainsamlingen, hur man planerar att använda informationen, hur länge man kommer behålla den, och hur kunderna kan auktorisera tredjepartsanvändare att ta del av deras data. 143 Slutligen införde Kalifornien under 2012 möjligheten för konsumenter att hoppa av (optout) övergången till smarta mätare och därmed behålla sina analoga mätare. Kunderna hos de tre största elbolagen kan idag återgå till analog mätning för en engångskostnad på $75 och en månadskostnad på $10. Kostnaderna motiveras av behovet att byta tillbaka till en analog mätare och att införa manuella mätningar. 144 Delstaten Maine, vars elbolag också var tidiga med installation av smarta mätare, har också infört en möjlighet för konsumenterna att återgå till analoga mätare. 145 Smart Grid Consumer Collaborative Smart Grid Consumer Collaborative (SGCC) är en icke-vinstdrivande organisation som verkar för att öka kunskapen kring behoven och önskningarna hos USAs energikonsumenter, utöka samarbetet och utbytet inom branschen och utbilda konsumenterna om nyttorna med smarta elnät. 146 Organisationen grundades i mars 2010 för att skapa en plattform för att engagera, utbilda och arbeta med konsumenterna kring många av de omvälvande förändringar som industrin står inför idag, med distribuerad elproduktion, elbilar, förnybar energi, smarta mätare, och så vidare. Idag har man cirka 50 medlemmar, fördelat i princip lika mellan de tre medlemskategorierna elbolag, teknikleverantörer och icke-statliga organisationer. SGCC tar betalt av sina medlemmar för att utföra konsumentforskning, och genomför tre till fem projekt per år. Forskningen fokuserar på att undersöka konsumenternas förståelse för och attityd gentemot smarta elnät, att förstå vad konsumenterna vill ha ut av smarta elnät och sina elbolag, och att visa på goda exempel på arbete för att engagera konsumenterna hos elbolagen. Under 2013 kommer SGCC bland annat genomföra studier för att (1) kartlägga konsumenternas kunskap om smarta elnät, demand response och tidsberoende prissättning, (2) analysera vad kunderna värderar i relation till smarta nät och därmed vilka erbjudanden (value propositions) som kunderna förväntas värdera högst, samt (3) undersöka hur elbolagen ska kunna förmedla mer indirekta fördelar med smarta elnät på ett bättre sätt, t.ex. att 142 National Geographic News, Who s Watching? Privacy Concerns Persist as Smart Meters Roll Out, ,besökt CPUC, 2011 Smart Grid Report, CPUC, CPUC Approves Analog Meters For Pg&E Customers Electing To Opt-Out Of Smart Meter Service, Docket No: A , MPUC Decides Smart Meter Investigation, , besökt Smart Grid Consumer Collaborative, Mission, besökt

89 man slipper bygga ett nytt kolkraftverk på grund av investeringar i effektiviseringsåtgärder. 147 Kundengagemang och utbildning i Kalifornien Kalifornien ligger långt fram även inom kundengagemang och utbildning; visionen för smarta elnät har ett tydligt fokus på att stärka konsumenterna och öppna upp elmarknaden genom att ge elkunderna information och verktyg för att ta en aktiv roll inom elmarknaden. Som exempel nämns att kunderna behöver information om både deras elförbrukning och priset på el, fler möjligheter i valet av tariffer och program beroende på livsstil och budget, smarta mätare för att minska energikostnader, samt teknologier för att själva producera och lagra elektricitet, såsom solceller och batterier. Dessa och liknande lösningar på konsumentsidan ses som centrala för att delstaten som helhet ska uppnå sina politiska målsättningar inom förnybar energi, energieffektivisering, distribuerad elproduktion, minskade utsläpp av växthusgaser och ett mer pålitligt elnät överlag. 148 Följaktligen driver California Energy Commission och CPUC behovet av kundengagemang i smarta teknologier aktivt och i samarbete med elbolagen. Till exempel måste elbolagens tioårsplaner för smarta elnät innehålla beskrivningar av hur man arbetar för att nå ut till och utbilda kunderna och på vilket sätt man lär sig av erfarenheter och forskning kring konsumentbeteende. Man betonar att elkundernas utveckling från att vara passiva mottagare av elektricitet till aktiva deltagare i både produktion och distribution av elektricitet av nödvändighet kräver engagemang så väl som utbildning av kunderna. 149 CPUCs regler för att skydda elkundernas information och integritet i och med införandet av smarta mätare och möjligheten för kunder att återgå till analoga mätare är andra exempel på hur delstaten verkar för att skydda konsumenterna och ge dem viss kontroll över utvecklingen inom smart elnät. Kaliforniens dominerande elbolag Pacific Gas and Electric, San Diego Gas & Electric och Southerns California Edison arbetar alla med att nå ut till, informera och utbilda kunderna, men betonar samtidigt att det är en pågående, och många gånger utmanande, process. Elnätsmoderninseringen kräver en radikal förändring i elbolagens interaktion med sina kunder, från att kretsa kring betalning av räkningar och hantering av strömavbrott till att hantera kunderna som elproducenter och samarbetspartners. Detta kräver i sin tur omorganisering och nytänkande inom elbolagen, något som har visat sig vara en lång process. Installationen av smarta mätare är idag den mest konkreta och storskaliga kundorienterade aktiviteten hos elbolagen i Kalifornien. Alla tre elbolag genomför eller planerar projekt för att tillhandahålla kunderna information om deras elförbrukning och priser online, utveckla effektiva lösningar inom demand response och dynamisk prissättning som ett verktyg för att balansera tillgången och efterfrågan på elektricitet, lansera home-area networks (HAN) som tillsammans med smarta mätare ger kunderna möjlighet att följa sin elförbrukning i realtid, utbilda konsumenterna om laddning, priser och program för elbilar, samt olika plattformar för bredare marknadsföring och interaktion med kunderna. Pacific Gas and Electric och San Diego Gas & Electric har dessutom, som de två första elbolagen i USA, lanserat Green Button initiativet till alla kunder via deras hemsida Smart Grid Consumer Collaborative, 2013 SGCC Consumer Engagement Research, California Energy Commission, California Utility Vision and Roadmap for the Smart Grid of 2020, CPUC, 2011 Smart Grid Report, About Green Button, besökt

90 Green Button är en industriledd satsning som svar på The White House Office of Science and Technology Policys uppmaning till elbolagen att förse kunderna med lättförståelig och standardiserad elförbrukningsdata och räkningar genom en grön knapp på elbolagens hemsida. Green Button lanserades i september 2011 och baseras på en gemensam teknisk standard som utvecklats i samarbete mellan elindustrin och NIST. Texas och Pecan Street Texas är som nämnts tidigare en av de delstater som ligger längst fram när det gäller modernisering och avreglering av elmarknaden. Texas har en särskild ställning på den amerikanska elmarknaden i och med på egen hand utgör ett av landets tre övergripande elområden. ERCOT, Electric Reliability Council of Texas, täcker större delen av delstaten med ca 85 procent av elanvändningen. Parallellt med olje- och gasindustrins dominans har man också satsat på förnybar energi införde Texas en renewable portfolio standard och ett elcertifikatssystem. Satsningarna på förnybart har framför allt gällt vindkraft, och man var 2010 största delstat i det segmentet med MW installerad kapacitet (att jämföra med cirka MW i Sverige). I och med det mesta av vindkraftutbyggnaden har skett i västra Texas har den också medfört utmaningar i ny transmissionskapacitet till städerna i de östra delarna. Ett verktyg man arbetar med för att främja utbyggnad av vindkraft och transmissionslinjer är så kallade Competitive Renewable Energy Zones, CREZ, som identifierar optimala lägen för vindkraftsutbyggnad och parallellt planerar och finansierar den transmissionskapacitet som krävs för utbyggnaden 151. Texas har varit drivande i att införa konkurrens på elmarknaden även i distributionsledet. Avregleringen inleddes 1999 under dåvarande guvernören George W. Bush genom Texas Senate Bill S.B.7. och är fullständigt genomförd, och kraftproduktion, elnät och transmission och elförsäljning sker i separata bolag. Ett starkt fokus på installation av smarta mätare har varit ett led i att möjliggöra en flexibel marknad och leverantörsbyten. Särskild lagstiftning har möjliggjort för TexasPUC att driva på installationerna, men delstaten ligger fortfarande efter Kalifornien i andel kunder med smarta mätare, andelen var procent för delstaten som helhet. En särskild hemsida har utvecklats för kundinformation och hjälpmedel för att styra energianvändning 152. Texas är även en av de marknader där det sker en snabb utveckling kring innovation och konkurrens på företagsmarknaden, det genomförs även flera demonstrations- och utvecklingsprojekt för smarta nät. Utvecklingen drivs primärt i de fyra största städerna Austin, Dallas, Houston och San Antonio, med sammanlagt ett tiotal smarta nät-projekt 153. I huvudstaden Austin finns Pecan street Inc, ett integrerat pilotprojekt för smarta elnät som beskrivs övergripande nedan. Pecan Street Inc Pecan Street Inc 154 är en forsknings-, utvecklings och demonstrationsorganisation för smarta elnät kopplad till staden Austin, University of Texas, Austin Energy och handelskammaren i Austin, Environmental Defense Fund m.fl. Arbetet startade 2008 som ett idéförslag för hur Austin skulle kunna stärka sitt arbete med hållbar utveckling och förnybar energi och samtidigt skapa en testbed för att främja teknisk utveckling och företa

91 gande kring smarta elnät. Ett konsortium bildades för att ta projektet vidare. Med stöd av drygt 10 miljoner USD i projektmedel 155 från Department of Energy s ARRA-stimulanspaket för smarta elnät har ett antal åtgärder genomförts: Ungefär 500 hushåll (varav merparten i Mueller, en ny stadsdel med hållbarhetsprofil och miljöklassade byggnader) har försetts med mätutrustning som mäter och skickar vidare information om elanvändningen i realtid (man mäter även användning av gas och vatten) samt applikationer för information och styrning av energianvändningen 210 hushåll har med extra investeringsstöd från ARRA-medlen installerat solpaneler med en samlad effekt på 1,1 MW Ett sextiotal plugin-elbilar (huvudsakligen Chevrolet Volt) ingår i projektet. 250 extra elmätare har installerats för att kunna skugga de data som går in till Austin Energy och skapa ett parallellt utility-nätverk. Man bygger en laboratoriebyggnad där olika miljöteknikapplikationer och innovativa företag (bränsleceller, små gaskombikraftverk mm.) ska kunna testas och demonstreras. Figur 3-10 Pecan Street Inc / Mueller, Austin Ett grundläggande syfte med Pecan Street är att utifrån de ovanstående applikationerna samla data för att möjliggöra forskning och analys av hur teknik och elnät fungerar och används, inklusive hur beteenden samverkar med det smarta nätet och med olika prissignaler och annan information. Projektet omfattar både befintliga och nybyggda hus, inklusive miljöklassade byggnader, man har tagit med gas- och vattenfrågor, inte bara el. Ett antal forskningsresultat har publicerats gällande användarbeteende och effekt av olika installationer. Pecan har nyligen inlett försök med nya dynamiska prissättningsmodeller för att studera demand-response effekter. Man tar fram en ny app som hushållen ska kunna använda för att följa energianvändningen. Utöver forskning har man som ett andra fokusområde kommersialisering av miljöteknik. En byggnad är under uppförande för tester och demonstrations-verksamhet. Det finns en idé att utveckla certifieringstjänster för utrustning för smarta elnät Trots att fysisk planering och hållbarhet inte är utmärkande för Texas överlag driver Austin stad alltså hållbart byggande och hållbar utveckling, åtminstone inom vissa områden, även elbolaget Austin Energy ligger långt framme i modernisering av elnätet. Pecan har i

92 dagsläget sexton anställda och samarbetar med en rad teknik- och energiföretag, däribland Intel, Sony, Oracle, LG, Landis&Gyr. I ett större perspektiv hoppas man att Pecan Street ska locka företagsetableringar och verksamheter kopplade till smarta nät och förnybar energi till Austin och bidra till stadens näringslivsutveckling, med koppling till University of Texas inkubatorverksamhet i Austin. Det är dock oklart vilka effekter projektet än så länge haft på det området. Demand-response Olika typer av demand-response (d/r) program har funnits på den amerikanska elmarknaden sedan årtionden. De tidiga modellerna handlade t.ex. om att kraftbolagen vid behov kunde stänga av enskilda stora förbrukare och enklare tidsbaserade tariffer som styr konsumtionen mot tider med lägre efterfrågan. Behovet av och förutsättningarna för - mer aktiva d/r- program står nu i fokus i och med ökande toppbelastningar, inflödet av variabel förnybar energi och höga kostnader för ny produktionskapacitet. Under de senaste fem åren har totalt tillgänglig d/r-kapacitet fördubblats och uppskattas nu till drygt MW, motsvarande ca 9 procent av det nationella toppbelastningsbehovet 156. Den snabbaste tillväxten i d/r har skett på kraftmarknaderna och hos industri och företagskunder, som under den senaste tvåårsperioden växte med cirka 30 procent medan utvecklingen på hushållssidan har varit svagare, under motsvarande period ca 13 procent. D/r på kraftmarknaden är aktuellt i de regioner som har konkurrensutsatt marknaden (och där det finns en ISO eller RTO som sköter kraftbalans och marknadsplats för elproducenterna, vilket gäller för ca 60 procent av USA). Utvecklingen drivs i stor utveckling av s.k. aggregators, företag som köper d/r från enskilda elkunder, paketerar dessa och säljer d/r på kraftbörsen. När effektbehovet ökar kan balansmyndigheten istället för att starta upp nya kraftverk kalla in d/r-leverantören som drar ned effekten hos de anslutna företagen. Dessa får betalt på olika sätt för att delta. Ett tiotal sådana aggregator-företag har vuxit fram under senare år. Utöver d/r mäkleriet erbjuder de energieffektiviseringstjänster till sina kunder, utvecklar och installerar utrustning och styrsystem för d/r och energy management. EnerNOC som är verksamt i bl.a. RTO:n PJM:s område på östkusten samt i ERCOT i Texas är ett av ledande företag, och PJM en av de ledande marknaderna 157. EnerNOC startade 2003, har nu en omsättning på ca 2 miljarder kronor och 600 anställda och driver d/r hos ca kundinstallationer. En förutsättning för d/r på denna marknad är alltså att avregleringen är genomförd och det finns spänningar mellan den federala nivån och delstater som ännu inte gått över till en konkurrensbaserad kraftmarknad. Delar av kraftindustrin och andra bedömare anser också att FERC överkompenserar d/r. I ett beslut för två år sedan fastställde FERC regler 158 som innebär att d/r ska ersättas med samma belopp som reguljär kraft på kraftmarknaderna. D/r på hushållssidan har alltså inte vuxit lika snabbt, med vissa undantag, bland annat i Kalifornien som beskrivs på annat ställe i rapporten. I PJMs område på östkusten har antalet hushållskunder med tidsbaserade tariffer vuxit med knappt en miljon på bara två år. Oklahoma Gas and Energy genomför (tillsammans med företaget Silver Spring och delvis med stöd av ARRA-finansiering) ett stort d/r program riktat mot hushåll och företagskunder och räknar med att substantiellt minska behovet av nybyggd kraft med hjälp av d/r Assessment of Demand Response and Advanced Metering, FERC 157 PJM rapporterade drygt MW i d/r-kapacitet 2012, en tillväxt på 50% på två år. 158 FERC Order No. 745 Demand Response Compensation in Organized Wholesale Energy Markets 92

93 Automatiserad d/r i byggnader (primärt större fastigheter men på sikt även småföretagskunder och villor) bedöms vara ett segment med ordentlig tillväxtpotential på den amerikanska marknaden, och på sikt också en konkurrent till dagens aggregators. Potentialen för d/r för hela USA bedöms på lång sikt vara stor. I en studie som FERC utförde resulterade det mest ambitiösa scenariot i princip i nolltillväxt i elkraftbehov över en tioårsperiod Microgrids Intresset för mikroelnät 160 växer i USA. Utvecklingen drivs av flera faktorer och en rad olika aktörer är engagerade. Från den federala nivån medverkar och finansierar t.ex. både Department of Energy, DOE 161 och Department of Defense 162 forskning, utveckling och demonstration av mikronät. DOE (nedan) redovisar ett femtiotal pilotprojekt, många med någon form av federal medverkan. Figur 3-11 DOE karta över pilotprojekt för mikroelnät Det finns flera drivkrafter för utvecklingen, det gäller både behovet av försörjningstrygghet, ökande inslag av småskalig, lokal energiproduktion, fokus på cybersäkerhetsfrågor och miljöfrågor/minskat fossilbränsleberoende. Man kan urskilja flera olika kategorier användare som intresserar sig för mikronät. En kategori är sjukhus, fängelser, universitetcampus och andra större institutioner, som kanske även har backup-kraft i form av dieselgeneratorer, och som nu ser en möjlighet att få en större kontroll över sin energianvändning genom ett mikronät med ökade styrmöjligheter och med ökade inslag av lokal, förnybar energiproduktion genom ex.vis solpaneler. Även större företag kan ha liknande motiv för att skapa ett mikronät. 159 A NATIONAL ASSESSMENT OF DEMAND RESPONSE POTENTIAL, FERC Ett mikroelnät definieras av Department of Energy som en grupp sammankopplade elförbrukare och distribuerade elproduktionsanläggningar inom ett tydligt avgränsat elområde som agerar som en enskild, kontrollerbar enhet i förhållande till det stora elnätet. Ett mikronät kan anslutas till och kopplas ifrån elnätet och fungera både nätanslutet och som en avskild enhet. 161 Smart Grid Research & Development Multi-Year Program Plan , DOE

94 Figur 3-12 Mikroelnätsprojekt för fängelset Santa Rita Energiföretag, hårdvaruleverantörer och forskningsinstitutioner kan genom ett mikronät skapa förutsättningar för att utveckla och testa smarta elnät i praktiken. En annan kategori gäller mer ideellt drivna organisationer och individer, som t.ex. genom att koppla bort sig från det stora nätet kan få en högre grad av självförsörjning och större inslag av förnybar energi. En grundläggande faktor i USA torde vara problemen med strömavbrott. Genom att elnätet inte alltid upplevs som tillförlitligt finns incitament att säkra strömförsörjningen på annat vis. Även från myndigheternas sida finns det ett stort intresse för mikronäten, t.ex. om de kan bidra till strömförsörjningen vid strömavbrott. I dagsläget stängs solpaneler av från nätet vid strömavbrott eftersom man inte har system som hanterar småskalig input till nätet i extrema lägen. NIST arbetar med utveckling av standards för hur lokala nät kan samspela med det stora nätet. I ett vidare perspektiv kan ett perspektiv av många, små sammankopplade nät kanske bidra till större resiliens för systemet. Erfarenheterna av Superstorm Sandy och den förväntat ökade frekvensen av extrema väderfenomen förstärker utvecklingen. En parallell utveckling gäller s.k. outage management, mer intelligent styrning kring hur och vilka kraftförbrukare som ska stängas ner från nätet vid ett strömavrott/akut läge för att minska de samlade effekterna. Även militären har som nämnts stora intressen i utveckling av mikronät; för tryggad kraftförsörjning och minskat beroende av försörjningslinjer för bränsle över långa avstånd till militärbaser och läger, men även för t.ex. patruller på uppdrag, som är alltmer beroende av ström för teknisk utrustning och kommunikation. USA:s militär är också som världens enskilt största oljekonsument även av ekonomiska och säkerhetsmässiga skäl starkt engagerad i utveckling av alternativ till fossil energi. 94

95 3.4 Huvudsakliga observationer och slutsatser Utmaningar Utmaningarna för fortsatt modernisering av det amerikanska elnätet faller inom tre huvudsakliga kategorier: juridiska och regulatoriska, ekonomiska och konsumentrelaterade. Juridiska och regulatoriska Den komplexa och delvis splittrade juridiska strukturen inom USAs elmarknad försvårar nationella initiativ och samordning. Elbolagen regleras av delstaterna, som också sätter den övergripande lagstiftningen kring infrastruktur, energi och elektricitet, och inriktningen på politiken varierar som nämnts avsevärt mellan delstaterna. Detta medför naturligtvis svårigheter i att driva en nationell politik för smarta nät, men, och kanske mer allvarligt, att delstaterna riskerar att driva olika initiativ oberoende av varandra och missa chanser för samordning och samarbete som kan sänka kostnaderna och/eller öka effektiviteten. 163 Dock är det kanske framförallt inom delstaterna som utmaningarna med nuvarande lagstiftning och regleringar visar sig tydligast. Majoriteten av amerikanska elbolag sätter fortfarande sina priser genom förhandlingar med delstatliga myndigheter, något som i kombination med elbolagens marknadsstruktur driver fram en affärsmodell för elbolagen som fokuserar på kostnadskontroll och ovilja att ta risker och göra stora investeringar. Att skapa ett regulatoriskt ramverk som möjliggör för elbolagen att göra stora investeringar i elnätet samtidigt som kunderna känner en tillförlit till att de nödvändiga prishöjningarna är rimliga är en stor utmaning inför framtiden. Elbolagen klagar också på att regleringsmyndigheternas cykler är för långa i relation till teknikutvecklingen i Kalifornien bestäms elbolagens investeringar och prishöjningar vart tredje år något som försvårar deras arbete. Ytterligare en utmaning gäller balansen mellan den federala nivåns befogenheter relativt delstaternas. Ett exempel gäller regelverket för investeringar i eltransmission över delstatsgränser, ett område som blir än viktigare ökande produktion av förnybar energi i centrala delar av USA. Ett annat exempel gäller hur till exempel federal skattestimulans för förnybar energi samspelar eller motverkar med delstatliga regleringar. Ekonomiska Förutsättningarna för investeringar i smarta nät är en grundläggande utmaning idag, och ett resultat av elbolagens marknadsvillkor, det regulatoriska ramverket och oprövad teknologi. För det första innebär investeringarna stora kapitalkostnader i relativt oflexibla system (framförallt för hårdvara), något som både skapar problem med att erhålla tillräckligt med finansiering och spär på elbolagens obenägenhet att ta risker. För det andra har dagens regulatoriska ramverk i många fall en inbromsande effekt, som beskrivs ovan. 164 Även själva karaktären hos teknologierna inom smart elnät innebär nya utmaningar för elbolagen. Många av de tekniska lösningar som möjliggör smarta nät befinner sig ännu i tidiga utvecklingsstadier och är både relativt dyra och riskfyllda. För att möta detta måste elbolagen engagera sig mer i forskning, utveckling och testning av nya teknologier än man gjort tidigare. Teknologierna inom smarta elnät är också av en annan typ än de som elbolagen traditionellt investerat i. Smarta nät kräver investeringar inom helt nya områden såsom 163 Electric Advisory Committee, Smart Grid: Enabler of the New Energy Economy, Ibid 95

96 mjukvara, kommunikationslösningar, analyskapacitet, konsumentverktyg och utbildning med mera. Förutsättningarna för federala investeringar och medverkan i forskning och utveckling skärps i och med att ARRA-pengarna tar slut och federala och delstatliga budgetar skruvas åt. Även om ARRA-medlen bara stått för en begränsad del av investeringsbehovet har de medfört ökade möjligheter att driva på tester och utvecklingsverksamhet. Konsumentrelaterade Konsumentengagemang är centralt för smarta nät och elbolagen måste idag radikalt omforma interaktionen med sina kunder. Som nämnts har införandet av smarta mätare mötts med viss skepsis från konsumenterna, och delstatspolitiker har svarat med att införa lagstiftning för att skydda kundernas valmöjlighet, integritet och data. Energieffektivisering och demand-response riktat mot industrier och större förbrukare har gjort vissa framsteg, men det återstår att på bred front hitta modeller för hur hushållen ska engageras i det smarta nätet och investeringarna i smarta mätare användas för annat än bara rationalisering av mätaravläsningar. Utvecklingen för demand-response har varit snabb de senaste åren särskilt på grossistmarknaden samt för industri- och företagskunder där innovativa marknadsmodeller vuxit fram, medan hushållssidan generellt ligger efter. En särfråga gäller hur motstånd mot smarta mätare överhuvudtaget i vissa regioner ska överkommas Möjligheter Flera av utmaningarna utgör omvänt också möjligheter. För det första står smarta och säkra elnät fortsatt högt upp på den politiska agendan i USA. President Obama har flera gånger återkommit till behovet att investera i eftersatt infrastruktur och vidta åtgärder mot cyberhotet. Även om den federala politiken har liten möjlighet att direkt påverka situationen inom delstaterna har den en viktig roll som visionär, samordnare och finansiär av strategiska satsningar. Även om det inte finns en heltäckande nationell energipolitik så finns det åtminstone genom EP, EISA och ARRA nationell lagstiftning som ger de federala myndigheterna ett visst mandat i frågor kopplade till elnätet. Myndigheterna har också i många fall varit framgångsrika i att samla elbransch och delstater. Ett exempel klan vara NIST:s arbete med standarder i samverkan med näringslivet. USA har också, genom bland annat de nationella laboratorierna kopplade till DOE, forskningsresurser i världsklass som tar sig an elnätet och som bör kunna ge betydande spin-offs. USA:s näringsliv har drivit på nya marknadslösningar på kraftmarknaderna och det finns exempel på innovativa företag som skapar kundlösningar på nya sätt, till exempel EnerNOC och Silver Spring Networks. Ett växande engagemang för energi och elnätsfrågor från Silicon Valley borde kunna skapa intressanta lösningar för privat och företagsmarknaderna för förnybar energi och energieffektivisering/demand-response. Mångfalden av olika regelverk och aktörer samt utbredd konkurrens mellan olika delstater utgör också en test-bed för att hitta de bästa lösningarna. Även om situationen i delstaterna varierar och monopol och reglering dröjer kvar finns det trots allt många exempel på aktörer som ligger långt framme, och ett stort antal pilotprojekt och initiativ för smarta elnät som sedan kan spridas vidare till andra delar av USA 96

97 3.4.3 Vägen framåt Vägen framåt kommer troligtvis att innehålla en fortsatt gradvis utveckling av delstaternas regelverk på väg mot avreglering och konkurrens och fortsatt innovation och prövande av olika angreppssätt för att å ena sidan hitta affärsmodeller för investeringar i nät och kraft, å andra sidan engagera hushåll och företag i (automatiserad) energieffektivisering och optimering av energianvändning. En fortsatt snabb teknologisk utveckling förväntas också framöver. Kostnadsminskningar för sol, vind och andra energiformer kommer sannolikt att medföra ökande inslag av både storskalig regional och nationell såväl som småskalig förnybar energi som ska integreras i nätet och som skärper utmaningen, men som ger utrymme för innovationer. Elbilar och alternativa drivmedel lär komma att utgöra en definierande faktor i ett land med stort bilberoende, som dessutom nu satsar stort på forskning och industrietablering inom till exempel batteriteknologi. Om grundforskningen kring energilagring får kommersiellt gångbara genombrott kan också det få stora inverkningar på nätets funktion Om USA drabbas av fler superstormar lär trycket på ökad resiliens i elnät och annan infrastruktur kvarstå eller växa detsamma gäller cyberhotet. En intressant fråga gäller utvecklingen av microgrids är dagens intresse primärt en funktion av det befintliga elnätets låga tillförlitlighet och önskan om större kontroll av lokala förnybara energikällor eller är mikronät i själva verket en framtida utvecklingsmodell? 97

98 4 Kina 4.1 Inledning och sammanfattning Utvecklingen av smart grid i Kina drivs av flera pågående processer. En övergripande drivkraft är den växande energiefterfrågan i landet, pådriven av urbanisering och den fortsatt höga tillväxten. Samtidigt är det existerande elnätet undermåligt och i starkt behov av en modernisering. Exempelvis vid ett i Kina omtalat snöoväder 2008 paralyserades transmissionssystemen i mer än en tredjedel av landets provinser och elförsörjningen till fler än 170 större kinesiska städer avbröts. Utveklingen av smart grid i Kina är också en viktig del i arbetet med viktiga nationella ekonomiska- och miljörelaterade målsättningar. Kina vill höja andelen förnybar energi i den primära energikonsumtionen till 15 procent år I den nuvarande femårsplanen ( ) har den kinesiska regeringen satt upp målet att förbättra landets energieffektivitet med 16 procent. Det finns även en målsättning att reducera koldioxidintensiteten fram till 2020, med 2005 som baslinje, med procent. Man kan sammantaget se det som att uppbyggnaden av smart grid kommer bistå kinesiska regeringen att möta behov av modernisering och utbyggnad för att hantera ökad efterfrågan samtidigt som man kan diversifiera energimixen och förbättra energieffektiviteten. Utbyggd smart grid ger dessutom ökad säkerhet för Kina att hantera förändringar i globala energipriser. En ytterligare anledning som ökat i prioritet under senare tid är exportpotentialen för smart grid-relaterade produkter och tjänster. De kinesiska planerna liksom investeringarna är omfattande. Fram till 2015 ska man exempelvis ha byggt km UHV överföring. Vad som skiljer den kinesiska smart grid-uppbyggnaden från exempelvis den svenska är att medan det i Sverige handlar om att försmarta det existerande kraftnätet handlar det i Kina huvudsakligen om att bygga nytt. Det finns dock en osäkerhet huruvida planerna kommer att lyckas särskilt inom utsatt tid. Utveckling på teknikfrontens framkant är utmaningar som man i Kina inte är särskilt vana att hantera och i den mån man tidigare hanterat sådana har resultaten varit varierande. Medan exempelvis uppbyggnaden av höghastighetsjärnväg varit relativt lyckad har tidigare planer för kärnkraftsutbyggnad misslyckats grovt. 4.2 Bakgrund: Energigeografi och storskalighet En övergripande problematik för Kina vad gäller energiförsörjning är landets storlek i kombination med att man inom landet härbärgerar stora obalanser. I de västra relativt glesbefolkande delarna finns det gott om energiresurser i olika former (fossilt såväl som förnybart). Exempelvis härstammar stora delar av Kinas vattenkraft från de sydvästra delarna, medan kolet kommer från de västliga och nordvästliga delarna. Det är dock i de östra mer tätbefolkade och industrialiserade delarna av Kina som man finner de flesta slutanvändarna områden som själva är fattiga på energiresurser. Vad gäller den viktigaste energiråvaran, kolet, har den historiskt (och fortfarande) till stora delar transporterats framförallt på järnväg tvärs över hela landet, från fyndigheterna i väst och nordväst till kraftverken vid de större kinesiska städerna. Man skulle kunna resonera att UHV-överföring där man placerar kraftverket nära källan för energiråvaran skulle erbjuda en smidig lösning på problematiken. Det är också enligt den principen som de kinesiska planerna för smart grid-utbyggnad har fastlagts. Det finns 98

99 dock en del problem med detta. Ett problem gäller att det i många fall i de västra delarna av landet saknas de stora vattenvolymer som behövs för kolkraftsproduktion. Det har även påståtts att det är mer energieffektivt att fortsätta transportera kolet på järnväg över landet, trots de stora sträckorna. Det ska även vara mer ekonomiskt att bygga nya transportsystem än att uppföra nya kolkraftverk österut för att ersätta de existerande i de västra delarna. 165 Resonemanget pekar på att det finns fortfarande stora frågetecken kring den kinesiska utbyggnaden. Det kan också börja anas en tveksamhet med utvecklingen av UHV-överföringar, där ett färre antal UHV-projekt godkänts av den instans inom regeringen som har sådant ansvar. Dock finns inget som pekar på att projektet i dess helhet är ifrågasatt. Det finns vidare en storskalighet i de kinesiska smart grid-planerna; med stora kraftöverföringssystem samt stora vind- och solkraftsparker m.m. Det bekräftas också i den plan som kinesiska regeringen lade fram 2012 för industrialisering och FoU för smart grid (som vi återkommer till längre fram), där huvudfokus för planen är att bygga storskaliga system som kan integrera förnybar energi som vars kraftproduktion varierar över tid(vindkraft och solenergi). Det finns för tillfället fyra större UHV-överföringar i Kina, tre med likström en med växelström (den första 1000 kv UHV AC i kommersiell drift i världen). De tre sträckningarna, se nedan, har fungerat som en ryggrad i den kinesiska smart grid-uppbyggnaden. Som ytterligare ett exempel på storskaligheten i de kinesiska planerna kan nämnas det första integrerade demonstrationsprojekt för vindkraft och solenergi som färdigställdes och togs i drift i december Det är det största i världen i sitt slag och som förutom den integrerade kraftproduktionen inbegriper den även lagring och smart kraftöverföring. Projektet, som utförs i Zhangbei i Hebeiprovinsen, hade en initial investering på 3,3 miljarder RMB (något mer i SEK) och har en installerad kapacitet på 100 MW vindkraft, 40 MW solenergi och möjligheter till 20 MW kraftlagring. Figur 4-1 Karta över UHV-överföringar i Kina 165 Yanshan Yu, Jin Yang & Ben Chen, The Smart Grid in China A Review, Energies (2012). 99

100 En anledning till storskaligheten är just den kinesiska energigeografiska situationen där energiresurser återfinns långt från slutkonsumenterna, vilket gör transmissionsfrågor över långa sträckor väldigt centrala. En annan bidragande anledning är att i städerna och runt dessa är land en knapp resurs vilket är en hindrande faktor för att kunna bygga mer lokala kraftnät. Även om enskilda kinesiska konsumenter kan installera exempelvis solceller på hustak och ansluta dessa till kraftnätet är det ännu inte vanligt förekommande i städerna. (Enligt SGCC saknas i dagsläget också tillräckliga ekonomiska incitament). Det medför att man istället bygger upp stora kraftparker för vindkraft och solenergi belägna i mer isolerade delar av landet. En tredje anledning till storskaligheten, som utvecklas mer i nästa stycke, är att Kina är fortfarande i ett tidigt skede i de tekniska investeringarna kring smart grid, vilket ger ett fokus på stora kraftöverföringar. 4.3 Smartare nät i tre steg Utvecklingen kring smart grid i Kina ska enligt de kinesiska planerna framskrida i tre faser. Den första fasen, som gällde fram till 2010 var en förberedande fas, där standarder utformades, viss teknologi och utrustning utvecklades och pilotprojekt implementerades. I den andra fasen, som kommer pågå fram till 2015, kommer fokus vara på uppbyggnad av ett nationellt kraftöverföringsnät inklusive ledning och administration, spridning av smarta elmätare och laddningsstationer för el- och hybridfordon. I den tredje och avslutande fasen som sträcker sig mellan åren , ska alla planerade kolkraft-, vattenkraft-, kärnkraft- och vindkraftverk vara integrerade i ett pålitligt samt smart utformat kraftöverföringsnätverk. Man kan något grovt se de tre faserna som att den inledande handlade om planering och tidiga försök, den andra om uppbyggnad och den tredje om optimering. 166 Det ska påpekas att det inte är en skarp linje mellan de olika faserna. Det pågår fortfarande en hel del utformning av standarder, pilotprojekt, utveckling av utrustning etc., trots att detta egentligen tillhörde första fasen. 4.4 Huvudsakliga aktörer Som mycket i Kina fungerar även smart grid på så sätt att det är inte en monolitisk struktur där inriktningar pekas ut top-down, vilket det kinesiska systemet ofta kan ge sken av för externa betraktare. Det är snarast så att, trots att det finns uppsatta nationella mål, drivs den huvudsakliga utvecklingen av olika lobbying-organisationer (de allra flesta av dessa är offentliga aktörer) som på olika sätt försöker påverka utformningen av området utifrån egna intressen. Dessa organisationer försöker inte självklart påverka utvecklingen åt samma håll. Konkurrensen mellan dessa är dessutom skarp. Inte bara mellan företag utan även mellan forskningsinstitutioner och olika provinser etc. Även de centrala ministeriernas organ har ofta olika agendor och kan ha svårt att samarbeta. Brist på koordinering framhålls ofta som ett övergripande problem. De viktigaste aktörerna och deras viktigaste uppgifter kan delas in i nedanstående: China: Rise of the Smart Grid, Special Report by Zpryme Smart Grid Insight (2011). 167 Se David Xu, Michael Wang, Claudia Wu &Kevin Chan, The Evolution of the Smart Grid in China (2010). 100

101 Centralmakten Detta inbeggriper olika ministerier, främst National Energy Administration (NEA) inom National Development and Reform Commission (NDRC) och Ministry of Science and Technology (MOST). Även Ministry of Industry and Information Technology (MIIT) har en viss roll. - Sätta upp målsättningar - Driva pilotprojekt - Skapa stöttande policies - Utveckla industriella kluster En i sammanhanget viktig aspekt är NEAs roll att sätta energipriser. Vid den Nationella folkkongressen 2013 meddelades att NEA nu även hade kompetensen för elpriser, vilket tidigare legat utanför organisationen. Kraftverksbolagen Det finns två stora i Kina, State Grid Corporation of China (SGCC) som äger ca 80 procent av kraftnätet och China Southern Grid CO (CSG) resterande. CSG bildades i början av 2000 talet för att bryta upp State Grids monopol. - Skapa standarder - Systemperspektivet - Öka kapaciteten Globala leverantörer av utrustning och tjänster - Tillhandahålla de bästa lösningarna Lokala leverantörer av utrustning och tjänster - Uppgradera tekniken - Driva ner kostnader Forskningsinstitutioner - Kunskapsutveckling och rådgivning State Grid Corporation of China Det största av de två kinesiska kraftnätsbolagen, State Grid Corporation of China (SGCC), har ett huvudansvar för att driva på utveckling och implementering av smart grid i Kina. Det förtjänar därför en djupare beskrivning. SGCC är ett statligt ägt kinesiskt företag (SOE) som har monopol på kraftöverföring i 26 kinesiska provinser som tillsammans täcker 88 procent av landets landyta. Detta kan också uttryckas som att av de sex regionala kraftnäten i Kina opererar SGCC fem, medan det sjätte opereras av China Southern Power Grid Co (CSG). SGCC har över 250 miljoner kunder och tillhandahåller sammanlagt 101

102 elektricitet till mer än en miljard människor. I sin tur har SGCC under sig fem regionala kraftnätsbolag, 26 provinsiella elkraftföretag, 5 forskningsinstitut och 22 andra dotterbolag. Det är världens enskilt största kraftbolag och utsågs som ett av topp-10 bland världens största företag enligt Fortune. SGCC har fram till relativt nyligen haft en närmast blockerande inverkan på utvecklingen av smart grid i Kina. Detta kan förefalla paradoxalt med tanke på deras centrala roll och uppdrag inom centrala delar av smart grid-utvecklingen i Kina. Enligt vissa bedömare kan SGCC tidigare ljumma inställning härledas till att företaget befunnit sig i en slags sweet spot där man ekonomiskt gynnats kraftigt av det tidigare uppbyggda kraftnätet, och att ett uppbyggt smart grid kunde hota detta. Att man under senare tid ändrat uppfattning ska, enligt samma bedömare, vara ett resultat av ökade påtryckningar från regeringen på SGCC att genomföra sitt smart grid-uppdrag i kombination med att företagsledningen har insett den framtida exportpotentialen vilken vi återkommer till. 168 I samband med den Nationella Folkkongressen i mars 2013 meddelades att det förs diskussioner om att bryta upp SGCC i fem nya statliga företag, byggda på de regionala strukturerna. Detta vore ett sätt att i högre utsträckning konkurrensutsätta det kinesiska kraftnätet. 169 Det är dock oklart när och ens om detta kommer genomföras. 4.5 Kunskapsutveckling Femårsplan för FoU I början av maj 2012 publicerade kinesiska Vetenskaps- och Teknikministeriet (MOST) en särskild plan: Smart Grid Major Science and Technology Industrialization Projects. 170 Planen kopplades till den övergripande 12:e femårsplanen som gäller för perioden Planen för smart grid täcker i princip alla aspekter: kraftproduktion, kraftöverföring, distribution, konsumtion och kontroll (sannolikt i betydelsen övervakning och ledning). Förhoppningen är att nå genombrott i de mest centrala teknologierna inom smart grid särskilt nio prioriterade områden pekas ut, så som exempelvis storskalig energilagring och intelligent överföringsteknologi och utrustning. Samtliga nio utpekade områden har en väldigt teknisk prägel vilket vanligen är fallet då Kina försöker avancera ett sociotekniskt system, d.v.s. de mer samhälleliga perspektiven får stå tillbaka. Huvudsakligt fokus i planen kan beskrivas som att i ett storskaligt system kunna ansluta förnybar energiteknik vars bidrag till kraftnätet varierar över tid (vindkraft, solenergi ). 171 Det har nämnts att från kinesiska regeringen kommer man inom femårsperioden satsa 100 miljoner RMB på FoU av smart grid. 172 (Sådana siffror brukar ofta vara i underkant av de verkliga satsningarna). Syftet med FoU-planen är inte enbart att driva på den kinesiska smart grid-uppbyggnaden. I gällande femårsplan ( ) nämns särskilt sju strategiska framtidsbranscher (Strategic Emerging Industries) med målet att öka dessas bidrag till BNP från dagens fem procent till åtta procent år 2015 och därefter 15 procent år Fem av framtidsbranscherna har koppling till energifrågor och även direkt till smart grid. Ett parallellt syfte 168 Möte DOE, US Embassy i Kina, Caixin, Lihui Xu & Jochen Alleyne, 2012 China Smart Grid Outlook: Special Planning of 12 th Five-Year Plan on Smart Grid Major Science & Technology Industrialization Projects (2012). 171 Ibid. 172 Andy Bae, China s Smart Grid Spearhead, Navigant Research

103 är därför att utveckla den kinesiska industrin inom detta område. Sex industrier pekas ut som särskilt involverade av de kinesiska planerna för smart grid-industrialisering: Tillverkning av förnybar energiteknik (vindkraft, solceller ) Materialteknisk industri (exempelvis fotoelektrisk omvandlingsmaterial., energilagringsmaterial, isoleringsmaterial, supraledare, nanomaterial) Tillverkningsindustri för infrastruktur (typ transformatorer) Informations- och kommunikationsteknikrelaterad industri; sensorer, mjukvara etc. El- och hybridfordon Hemelektronikindustri Vi återkommer mer till frågorna om exportpotential och dylikt längre fram Forskningsinstituten Vad gäller forskningsinstitutionerna involverade i smart grid-utvecklingen består de av institut inom de kinesiska akademierna, universitet och forskningsinstitutioner kopplade till kraftnätsbolagen. Mest känd av de institut som verkar inom smart grid-området förefaller Energy Power Reseach Institute, EPRI vara, vilket är ett av de fem forskningsinstituten under SGCC. Det är givet att SGCC har en central roll för kunskapsutvecklingen på området. Det har gjorts gällande att CSG egentligen haft ett mer progressivt synsätt på smart grid än SGCC och därför varit mer pådrivande än SGCC på området. 173 Detta har dock inte kunnat bekräftas. Ofta skapar universiteten särskilda forskningsinstitut som ägnar sig åt smart grid. Ett sådant exempel är State Energy Smart Grid R&D Center vid Shanghai Jiaotong University. Två andra exempel på universitet med uppmärksammad forskning på området är Zhejiang University (Hangzhou) och Southeast University (Nanjing). År 2010 startade China s Academy Science (CAS) en särskild Advisory Group on Smart Grid med syfte att bistå regeringen med att planera den framtida smart grid-utvecklingen. Två kommentarer bör göras. Det finns i Kina en väldigt stark konkurrens mellan olika forskningsinstitutioner. Detta uppmuntras också av den kinesiska centralmakten som en metod att få forskare etc. att utveckla området. Andra sidan av samma mynt är att det saknas en tydlig central koordinering och spridningen av forskningsresultat är inte optimal. Det tål även att upprepas att generellt har FoU kring den typ av sociotekniska system som smart grid representerar ett hårt tekniskt fokus, medan mjukare delar får stå tillbaka. Ett institut med tvärvetenskaplig approach är Smart Grid Management Technology Research Institute under Shanghai University of Electric Power Institute for Smart Grid Technology De utländska företagen Det finns många utländska företag som aktivt deltar i den kinesiska smart grid-utbyggnaden, som ABB, Alstom, Siemens, IBM m.fl. Målsättningen för företagen är givetvis att kunna tjäna pengar på den kinesiska utbyggnaden. Vid sidan av detta fyller de en viktig roll för den kinesiska kunskapsuppbyggnaden. Att bidra med forskning är också en av vägarna in på den kinesiska marknaden som inte alltid är lättillgänglig för utländska aktörer. (se mer nedan). Sedan 1995 har exempelvis 173 Hävdades bl.a. vid intervju med energiansvariga vid amerikanska ambassaden vid intervju,

104 IBM haft ett forskningsinstut i Kina och öppnade ytterligare ett år Detta har möjliggjort för företaget att skapa med det kinesiska energibolaget ENN Group med fokus på intelligent och innovativ energi service. IBM är för tillfället involverade i nio pilotprojekt i Kina och fler är på gång. Andra exempel är GE och staden Yangzhou där man tillsammans ska forska kring energieffektivitet och dessutom bygga en demonstrationsanläggning. Siemens har ett strategiskt samarbete med State Grid Energy Research Institute. För tillfället kan man säga att kinesiska företag kan producera enklare och mellan-avancerad utrustning, men man är fortfarande beroende av utländsk kompetens vad gäller mer avancerad utrustning. Vid direkt fråga till ABB om eventuell oro för teknik-kopiering av samma typ som förekommit inom många andra områden där utländska företag verkat i Kina, menade företaget att det inte var en stor källa för oro då teknologin är så pass avancerad att den inte lätt låter sig kopieras på samma sätt som exempelvis solceller Standardisering och pilotprojekt En viktig del av kunskapsutvecklingen sker genom standardiseringsarbetet. I december 2010 bildades National Smart Grid Standardization Promotion Group under gemensamt ledarskap av NEA och en av Kinas standardardiseringsorganisationer, Standardization Administration of China (SAC). Under sig har gruppen tre undergrupper med skiftande ansvarsområden kopplade till smart grid och standardisering. Dessa ansvaras i sin tur av andra organisationer, såsom China Electric Council (CEC) och China Electric Equipment Industrial Association (CEEIA). I juni 2010, alltså strax innan det nationella standardiseringsarbetet påbörjades, startade SGCC arbetet med att utveckla en egen utrustningsstandard för smart grid-teknologier (Det är i Kina ganska vanligt med företagsstandarder). Den bedrivs utifrån 8 aspekter av smart grid, 26 specifika teknikområden och 92 standardserier. SGCC arbetar med standardisering i sin roll som teknikbeställare. Man följer standardiseringsprocessen på nationell nivå, men är mer detaljerad (den nationella nivån är ofta vag). SGCCs standardiseringsarbete och det nationella arbetet på samma område har beröringspunkter genom att SGCC också har ett inflytande över arbetet med de nationella standarderna. Förutom att man är direkt inbegripet i arbetet på fyra standardområden deltar SGCC också i arbetet med 22 industriella standarder inom smart grid-området. För att kunna leverera måste underleverantörerna anpassa sig till de utvecklade standarderna. Ett starkt incitament för anpassning till standarderna är att State Grid är just nu världens största beställare av smart grid-komponenter. Det finns också utländska företag djupt involverade i standardiseringsprocessen inom SGCC. Vid möte med det amerikanska energidepartementets (DOE) utsända i Kina pekade de på flera amerikanska företag som är inbäddade i SGCC och försöker påverka standardiseringsprocessen. Samtidigt, påpekade SGCC, sker mycket av standardiseringen på jungfrulig mark inom smart grid-området. Det innebär att man i Kina är på teknikfronten vad gäller denna typ av utveckling. Detta förefaller särskilt gälla olika utrustningar relaterade till 1000 kv överföring. Som ofta i den kinesiska kontexten spelar pilotprojekt en betydande roll för kunskapsutvecklingen i ett stort perspektiv. På nationell nivå har SGCC 286 olika projekt kopplat till smart grid. (Det har nämnts flera olika siffror för antalet pilotprojekt i landet). De implementeras också i olika geografiskt avgränsade områden. Två är större och integre- 174 Möte med representanter vid ABB China,

105 rar flera teknologier: ön Chongming nära Shanghai och den betydligt större ön tillika provinsen Hainan längst ner i södra Kina. Oftast har projekten ett smalt teknikfokus, men det finns exempel på mer tvärgående projekt som exempelvis smart city projektet som anordnas i fem kinesiska städer (eller snarare stadsdelar inom städer). I en första fas inom projektet fokuserades på tolv olika delprojekt med bäring på sådant som värme, kyla och elektricitet. I projektets andra fas, som började i år och ska vara till 2015, integreras de tolv delprojekten i mer helhetliga lösningar. 175 De flesta av pilotprojekten har pekats ut och beslutats på nationell nivå, för att sedan appliceras i utvalda områden, men lokala och provinsiella avdelningar av SGCC kan också föreslå egna projekt, vilka måste godkännas på nationell nivå. Det finns en koppling mellan arbetet att utforma de olika standarderna och de olika pilotprojekt som SGCC bedriver runt om i Kina. Pilotprojekten används som en metod att driva på standardiseringsutvecklingen, liksom policy- och teknikutvecklingen i stort. 4.6 Marknad och export Enligt uppskattningar kommer marknaden för smart grid i Kina årligen växa med närmare 30 procent och 2015 omfatta över 61 miljarder USD. 176 Redan i dagsläget är Kina den största marknaden i världen på området. Samtidigt ska man ha klart för sig att en generell trend i Kina har varit att inhemska företag gynnas allt mer över utländska företag. Smart grid ansluter väl till de kinesiska strategierna inom det som kallas indigenous innovations, som bl.a. genom offentliga upphandlingar syftar till att gynna kinesiskutvecklad teknik framför utländsk sådan. Det finns två huvudsakliga vägar in på den kinesiska smart grid-marknaden för utländska företag. Antingen kan man öppna forskningsinstitut i Kina eller så kan man ingå ett JV med ett kinesiskt företag. Några exempel på utländska företag som öppnat forskningsinstitut har nämnts redan tidigare. Vad gäller JV så är det vanligaste med SGCC. Sådana samarbeten har Alstom och GE (där även CAS ingår). ABB har 38 fabriker och JV i Kina, bland annat ett samarbete med Guodian Nanjing Automation Co (typiskt nog har ABB 49 procent av JV). Vidare har Landis +Gyr flera samarbeten, ett med Jiangsu Power Grid och ett annat med Heilongjiangprovinsen och ett tredje med Huawei. Man kan säga att detta är en variant av den ofta förekommande kinesiska strategin att byta överföring av utländsk teknologi mot tillgång till den kinesiska marknaden. Oavsett begränsningar i marknadstillträde förväntas T&D (transmission & distribution) utgöra den enskilt största marknadsandelen av utbyggnaden One grid to rule them all Den enorma omfattningen av Kinas smart grid-satsning ger tidigare oanade möjligheter, inte minst utifrån att det i Kina inte handlar om att uppgradera ett befintligt nät utan att bygga ett nytt från grunden. Den ena potentiella effekten gäller det tryck på teknikutveckling som den kinesiska utbyggnaden skapar. Det andra gäller möjligheter till skalekonomiska fördelar som kan driva ner kostnaderna för teknologin på hela den globala marknaden. 175 Möte med State Grids Peking-avdelning, Xu et al (2010). 105

106 Som nämnts när det kinesiska ledarskapets förhoppningar att genom att uppgradera till ett smartare elnät kommer man även kunna bidra till att flytta den kinesiska ekonomin uppåt i värdekedjan. Teknikutvecklingen som sker i Kina kommer skapa nya kinesiska standarder med kinesisk IPR utvecklat till låga priser för den kinesiska uppbyggnaden av smart grid. Detta kommer också eventuellt ge State Grid stora fördelar när de går ut i världen i syfte att sälja kinesiska elprodukter; övriga världen måste anpassa sig till de kinesiska standarderna. Konkurrenternas produkter kommer dessutom, utifrån de kinesiska förhoppningarna, att ha ett betydligt högre pris. Denna strategi har stundom kommit att kallas för one grid to rule them all -strategin. Exempelvis ska representanter från State Grid ha uttryckt att man siktar på hälften av den globala marknaden för infrastrukturen kring el- och hybridfordon år Konsumtion och konsumentengagemang Utvecklingen av smart grid i Kina har gått väldigt fort. Hittills har fokus huvudsakligen varit på att utveckla och rulla ut teknologi i stor skala, främst kring fyra UHV-kanaler från västra delarna av landet till de östra. Konsumtionsaspekter nära slutkonsumenterna får ännu så länge sägas vara i sin linda, möjligen med undantag för mätarteknik som nu i stor skala delas ut runt om i landet (se mer nedan). Utifrån de tre faser av smart grid-uppbyggnad i Kina som nämnts tidigare inses att det egentligen är först efter 2015 som man på allvar kommer att intressera sig för frågor nära slutkonsumenterna. Till detta ska läggas några ytterligare dimensioner som har inverkan på konsumtionsaspekter kring smart grid i Kina - varav några berörts tidigare: Kina fokuserar generellt på tekniska aspekter, medan de mjukare delarna av utvecklingen, såsom exempelvis användar- och konsumtionsperspektiv, får stå tillbaka. Detta är även fallet för smart grid. Det har, som nämnts, varit ett fokus på storskaliga aspekter i de kinesiska planerna för smart grid-utbyggnad. Även om enskilda kinesiska konsumenter kan installera exempelvis solceller på hustak och ansluta dessa till kraftnätet är det ännu inte vanligt förekommande i städerna. (Enligt SGCC saknas i dagsläget också tillräckliga ekonomiska incitament, vilket man trodde skulle komma att förändras framöver). Det har funnits ett fundamentalt annorlunda förhållningssätt kring elförsörjning i Kina jämfört med exempelvis Sverige. Något grovhugget kan man säga att staten tillhandahållit elkraft i den utsträckning man förmår eller finner passande - inte att elektricitet nödvändigtvis ska finnas i tillräcklig utsträckning för slutkonsumenter. Tydligast framgick detta i samband med att Kina 2010 kämpade för att uppfylla de dåvarande målsättningarna i femårsplanen för energieffektivitet, vilket ledde till att man i flera industrisektorer eller regioner (särskilt södra delarna av landet) stängde av elförsörjningen. För att motverka att produktionen avbröts skaffade sig många industrier då dieselaggregat med sämre klimateffekter än kolproducerad elkraft. Samtidigt kan man notera att kraven på kontinuerlig elkraft från både konsumenter ökat i takt med landets utveckling och att landets ledning förefaller omvärderat detta Möte DOE, US Embassy i Kina, underströk dåvarande vice premiärministern (numera premiärminister) Li Keqiang behovet att långsiktigt tillhandahålla stabil energiförsörjning. Caixin,

107 På grund av låga och statligt reglerade energipriser så är det inte kostnader som driver på utvecklingen nära kunderna, utan snarare konsumtionsvolymer. (Dock finns en trend mot ökad avreglering av energipriser). Som ett exempel på hur man i Kina därför tacklar den här typen av utmaningar utlyste 2012 några kinesiska ministerier en tävling mellan olika pilotstäder hur mycket energi man kunde spara. Tävlingen består av två klasser, en för långsiktiga lösningar, vilket verkar avse mer tekniska lösningar. I den andra deltävlingen ligger fokus på kortsiktiga lösningar, vilket inte specificeras ytterligare men sannolikt har med lösningar att göra. Ett annat exempel: för några år sedan infördes tvingande åtgärder att officiella byggnader i Kina måste spara 30 procent energi. Detta pekar på att Kina dels fokuserar på konsumtionsvolymer snarare än pris och dels söker lokala lösningar. Nedan är dock några aspekter kring smart grid som har beröring med konsumtion Peak loads Även om elpris sätts på nationell nivå har man på flera platser infört skiftande elpriser över dygnet; i exempelvis Shanghai ska dagspriset för elektricitet vara tre gånger högre än nattpriset för att på så sätt balansera dygnsförbrukningen. Det finns några pilotprojekt som särskilt syftar till att reducera peak loads i Kina: 179 Ett pilotprojekt för att minska peak-loads, vilka i vissa delar av Kina har lett till strömavbrott, är att låta större konsumenter, företrädesvis industrier, att vid sådana tillfällen få en bestämd tilldelning av elektricitet, som de sedan själva får prioritera hur de ska handskas med. När det är dags för konsumenterna att börja tänka på elektricitetsanvändningen skickar kraftbolaget ett SMS till företaget. Då kan företaget exempelvis stänga av hissar, sänka luftkonditionering eller minska belysning etc. Ett annat pilotprojekt som man arbetar med i fyra städer, Peking, Shanghai, Nanchang och Yinchuang (max 200 konsumenter per stad) är att hushåll kan låta installera särskild utrustning till sina luftkonditioneringsapparater som ger kraftbolaget möjlighet att vid peak load stänga av luftkonditioneringen under kortare tid. De som tillåter att sådan utrustning installeras får någon form av ekonomisk Ekonomiska incitament finns att även installera sådan utrustning i flera luftkonditioneringsapparater, om man har fler än en Mätarteknik Med början 2011 har Kina påbörjat implementering av Automatic Meter Reader (AMR). Enbart under 2011 var målsättningen att leverera miljoner sådana mätare. För ett mer avgränsat geografiskt område som Peking, hade man fram till och med 2012 installerat 1,8 miljoner smartmätare och man planerar att i år installera ytterligare 1,2 miljoner. Man har även börjat leverera leverera mer avancerade Advanced Meter Infrastructure (AMI), vilka tillåter tvåvägskommunikation mellan mätare och central. År 2015 ska samtliga sex miljoner hushåll i Peking ha AMI. Det kan uppfattas som att det finns en enorm potential för export av mätare, men marknaden är i princip stängd för aktörer som vid sidan av att kunna erbjuda högkvalitativa 179 Utifrån samtal med State Grid,

108 produkter (mätare) till lågt pris och med uppbyggd servicestruktur i Kina också måste ha synnerligen goda relationer med relevanta avdelningar inom kraftnätsbolagen EPC Vad gäller s.k. EPC, där företag arbetar med att reducera energianvändning hos stora konsumenter och tar betalt i relation till hur mycket energianvändning man minskar användningen med, eller en snarlik affärsmodell där man kan hyra eller köpa in energibesparande utrustning av särskilda företag, har dessa utvecklats väldigt kraftigt i Kina. Från att 2001 enbart funnits tre sådana företag i Kina finns numera över Subventioner för energieffektiva produkter Det utgår en hel del statliga subventioner för energieffektiva produkter i Kina. Det finns särskilda kataloger som preciserar dessa (oftast kinesisktillverkade produkter). Subventionerna är inte direkt kopplade till uppbyggnaden av smart grid i landet. Men både subventionerna och smart grid-uppbyggnaden är viktiga beståndsdelar i samma övergripande strävan mot förbättrad energieffektivitet och har därför beröringspunker. Det finns flera sådana subventioneringsprogram. Ett sådant program ger 400 RMB för inköp av energieffektiva vitvaror. Ett annat fokuserar på luftkonditioneringsapparater osv. Det har även skett en enstaka gratis utdelningar av låg-energilampor till privathushåll. Exempelvis ska det i Peking vid ett tillfälle 2012 ha delats ut omkring fem sådana lampor. Andra åtgärder för att förbättra energieffektiviteten är bland annat att stötta större kinesiska företag att bli mer energieffektiva genom att vid sidan av subventionerade produktkataloger bl.a. koppla ansträngningarna till nivåer på skatter och lånemöjligheter samt stänga produktionsenheter (fabriker och kolkraftverk) som har en föråldrad och ineffektiv teknik. Tidigare har dessa kunnat flytta tillverkningen inåt landet men detta kommer inte längre vara tillåtet Byggstandarder Det finns sedan en tid tillbaka tydliga byggstandarder för energieffektiva hus (nybyggnation). Det finns också projekt som ska bidra till att bygga om äldre byggnader; generellt har energihänsyn haft en låg prioritet i det kinesiska boendet. Ett dilemma är dock att dessa byggstandarder ofta inte efterföljs. Det har delvis med bristande kunskap att göra, men även att många byggherrar inte anser det viktigt samt att priset på el är så pass lågt att det inte finns tillräckliga incitament att bygga energisnålt. Det finns därför en hel del demonstrationsprojekt som ska kunna sprida kunskaper om energisnåla hus runt om i Kina Laddningsstationer för elbilar Från att i dagsläget sälja omkring fordon per år ska Kina fram till 2015 ha lyckats få en halv miljon s.k. ny energi-fordon (huvudsakligen el- och hybridfordon) på de kinesiska vägarna och fem miljoner fram till år I den 12:e femårsplanen pekas ny energifordon ut som en av sju strategiska framtidssektorer. För infrastruktur för el- och hybridfordonen har den kinesiska regeringen satt upp som mål byggande av mer än laddningspelare Å ena sidan finns det uppgifter att de 108

109 kvantitativa aspekterna av denna målsättning inte utvecklas som man hoppats. 180 Å andra sidan utvecklas, enligt SGCC, de mer kvalitativa aspekterna starkare. Det verkar t.o.m. finnas en viss stolthet över arbetet med laddningsinfrastruktur inom SGCC; man lyfte exempelvis fram de 60 avancerade laddningsstationer man byggt i Peking (för att serva 900 fordon, mestadels taxibilar). Det finns obekräftade uppgifter att SGCC siktar på att ha 50 procent av den globala marknaden för laddningsinfrastruktur år Huvudsakliga observationer och slutsatser Utvecklingen av smart grid i Kina drivs av flera aspekter: fortsatt ökande energiefterfrågan, undermåligt kraftnät, behov att integrera förnybara energikällor i kraftnätet, förbättra energieffektivitet samt framtida exportpotential för smart grid-relaterade produkter och tjänster. Man kan sammantaget se det som att uppbyggnaden av smart grid kommer bistå kinesiska regeringen att möta behov av modernisering och utbyggnad för att hantera ökad efterfrågan samtidigt som man kan diversifiera energimixen och förbättra energieffektiviteten Höga ambitioner.. De kinesiska planerna liksom investeringarna är omfattande. Fram till 2015 ska man exempelvis ha byggt km UHV överföring. Som ofta är fallet i Kina är smart griduppbyggnaden till stora delar ett tekniskt projekt medan andra aspekter inte är lika prioriterade. Det finns även en storskalighet i de kinesiska smart grid-planerna med stora kraftöverföringssystem samt stora vind- och solkraftsparker m.m. En anledning till storskaligheten är den energigeografiska situationen där energiresurser återfinns långt från slutkonsumenterna, vilket gör transmissionsfrågor över långa sträckor centrala. En annan bidragande anledning är att i städerna är land en knapp resurs vilket är en hindrande faktor för att kunna bygga mer lokala kraftnät. En ytterligare anledning är att Kina är fortfarande i ett tidigt skede i de tekniska investeringarna kring smart grid, vilket ger ett fokus på stora transmissionsfrågor Men många hinder på vägen Det finns, trots uppsatta nationella mål, fortfarande stora frågetecken kring den kinesiska utbyggnaden. Utvecklingen drivs av olika lobbyingorganisationer (de allra flesta av dessa är offentliga aktörer) som på olika sätt försöker påverka utvecklingen utifrån egna intressen eller ståndpunkter. Det finns en väldigt stark konkurrens mellan aktörerna. Andra sidan av samma mynt är att det saknas en tydlig koordinering och spridningen av exempelvis forskningsresultat är inte optimal. Det kinesiska innovationssystemet kring smart grid får därför sägas vara komplext, formbart och till stora delar oförutsägbart. I början av maj 2012 publicerade kinesiska Vetenskaps- och Teknikministeriet (MOST) en särskild plan: Smart Grid Major Science and Technology Industrialization Projects. Förhoppningen är att nå genombrott i de mest centrala teknologierna inom smart grid; särskilt nio prioriterade områden pekas ut, så som exempelvis storskalig energilagring och intelligent överföringsteknologi och utrustning. Det har nämnts att från kinesiska regeringen kommer man inom femårsperioden satsa 100 miljoner RMB på FoU av smart grid. 180 Up to 2011 less than five percent of the 2015 target for the infrastructure roll out had been completed. Recharging China s electric vehicle aspirations / A perspective on revitalizing China s electric vehicle industry, McKinsey & Company report (April 2012). 109

110 Det tål att upprepas att generellt har FoU kring den typ av sociotekniska system som smart grid får sägas representera ett hårt teknikfokus, medan mjukare delar får stå tillbaka. Syftet med FoU-planen är inte enbart att driva på den kinesiska smart grid-uppbyggnaden. I gällande femårsplan ( ) nämns särskilt sju strategiska framtidsbranscher (Strategic Emerging Industries). Fem av dessa har koppling till energifrågor och även direkt till smart grid. Det kinesiska ledarskapets förhoppningar är att genom att uppgradera till ett smartare elnät kommer man kunna driva teknikutveckling och innovation på området och på så vis bidra till att flytta den kinesiska ekonomin uppåt i värdekedjan. Sex industrier pekades ut som särskilt involverade av de kinesiska planerna för smart grid-industrialisering: Internationalisering och standarder en nyckelfråga Redan i dagsläget är Kina den största marknaden i världen för smart grid. Samtidigt ska man ha klart för sig att en generell trend i Kina har varit att inhemska företag gynnas allt mer över utländska företag. Smart grid ansluter väl till de kinesiska strategierna för indigenous innovations, som bl.a. genom offentliga upphandlingar syftar till att gynna kinesiskutvecklad teknik framför utländsk sådan. Det finns två accepterade vägar för utländska företag in på den kinesiska smart grid-marknaden. Antingen kan man öppna forskningsinstitut i Kina eller så kan man ingå ett JV med ett kinesiskt företag. Den enorma omfattningen av Kinas smart grid-satsning ger tidigare oanade möjligheter, inte minst utifrån att det i Kina inte handlar om att uppgradera ett befintligt nät utan att bygga ett nytt från grunden. Den ena potentiella effekten gäller det tryck på teknikutveckling som den kinesiska utbyggnaden skapar. Det andra gäller möjligheter till skalekonomiska fördelar som kan driva ner kostnaderna för teknologin på hela den globala marknaden. Utveklingen kommer sannolikt leda till skapandet av nya kinesiska standarder med kinesisk IPR utvecklat till låga priser. Detta kommer också ge State Grid stora fördelar när de vill sälja kinesiska elprodukter; övriga världen måste anpassa sig till de kinesiska standarderna. Denna strategi har stundom kommit att kallas för one grid to rule them all -strategin Outvecklat konsumentengagemang Aspekter nära slutkonsumenterna får ännu så länge sägas vara i sin linda, möjligen med undantag för mätarteknik som nu i stor skala introduceras ut runt om i landet. Det är uppenbart att den kinesiska regeringens prissättande funktion har en viss hämmande funktion på detta område, vilket gör att det är svårt att hitta tydliga ekonomiska incitament. Ett pilotprojekt för att minska peak-loads är att låta industrier få en bestämd tilldelning av elektricitet, som de sedan själva får prioritera hur de ska handskas med. Då kan företaget exempelvis stänga av hissar, sänka luftkonditionering eller minska belysning etc. Ett annat pilotprojekt är att hushåll kan låta installera särskild utrustning till sina luftkonditioneringsapparater som ger kraftbolaget möjlighet att vid peak load stänga av luftkonditioneringen under kortare tid. EPC har utvecklats snabbt i Kina. Från att 2001 enbart funnits tre sådana företag finns numera över Det vidare en hel del statliga subventioner för energieffektiva produkter i Kina. Det finns särskilda kataloger som preciserar dessa (oftast kinesisktillverkade produkter). Subventionerna är inte direkt kopplade till uppbyggnaden av smart grid i landet. Men både subventionerna och smart griduppbyggnaden är viktiga beståndsdelar i samma övergripande strävan mot förbättrad 110

111 energieffektivitet och har därför beröringspunker. Det finns flera sådana subventioneringsprogram. Ett sådant program ger 400 RMB för inköp av energieffektiva vitvaror. Ett annat fokuserar på luftkonditioneringsapparater osv. 111

112 5 Indien 5.1 Summary Between July 30 th and August 1 st, 2012, two back-to-back grid failures in northern India left approximately 620 million people without power, and cost the country hundreds of crores worth of lost business 181. The failure of the northern, eastern, and north-eastern grids was a watershed event for India, and brought to light the extent of the country s fragile position vis-à-vis grid management, generation, and transmission capacity. Smart grid development has begun, to some degree, within existing policy frameworks such as the 2008 Restructured-Accelerated Power Development and Reforms Programme (R-ADRP), which was put forward by the Ministry of Power to reduce losses and introduce IT enabled accounting and monitoring systems. It is estimated that India will emerge as the world s 3 rd largest smart grid market after the USA and China, with the need for the installation of 130 million smart meters by 2021, and an estimated market valuation of 1.4 billion euros 182. In 2010, the India Smart Grid Forum (ISGF) was constituted, an inter-ministeral group to oversee the development of India s smart grid ambition, was constituted. Supported by the India Smart Grid Task Force (ISGTF), a draft Smart Grid Mission roadmap has been drafted scheduled to commence in 2014 and continue until The draft NSGM includes a large-scale testing and research phase, before widespread implementation. Fourteen pilot projects, involving both public and private actors in joint partnership, will to be the main force pushing the smart grid discussion. The R-ADRP is being seen as a way to gradually introduce smart grid sub-components, such as smart meters, and ICT measures. In addition to the exponential scale up of ICT communications processes, smart grid development is a cost intensive proposition that involves extensive re-engineering of the India s existing aged and inefficient grid infrastructure, in addition to the exponential scale up of ICT communication processes. Regulators continue to be risk-averse, and the ambition of India s smart grid future will depend on the results of the current phase of careful research. Much like parallel discussions in the country on energy development and energy savings, proof-of-concept is needed in order to develop the confidence of the market as well as the consumer. India s story of grid development will be one of gradualism, and democratic consensus building. 5.2 Background Approximately 400 million people do not have any access to power 183, and of those households that do, a vast majority do not have consistent, stable access. India s demand for power is set to quadruple by India s capacity addition has been exponential, since the 2003 Electricity Act, which introduced a greater degree of competition into the sector with private sector participation 184. However, despite this, capacity addition this has not 181 Sharma, Amol, Saurabh Chaturvedi, and Santanu Choudhary, India Power Network Breaks Down, Wall Street Journal blog, August 2, 2013 available at (2011) India Smart Grid Legacy, ZPRYME 183 (2013), Dutta Sandeep and Shalabh Srivastava, Smart Grid: Roadmap for the Future: an Accenture point of view, Accenture 184 Ministry of Power, Government of India, available at 112

113 been enough to keep up with demand. In 2009, the recorded energy shortfall was estimated at 289,000 crores (SEK 33.5 billion 185 ) or 6 per cent of the GDP 186. In the measured power shortage was 8.5 per cent (79,313 million units) and in it is estimated to be 9.3 per cent (91946 million units) and 10.6 per cent during peak demand (14856 million units) 187. This, taken together with a national average for aggregate technical and commercial losses of 24 per cent 188, it is clear to understand that the discussion on Smart Grids, in India, is borne from the urgent requirements for loss reduction, peak power management, and efficient movement across generation, transmission, and distribution. Smart grids for India are part of a larger landscape of India s ambition for economic growth, energy access, and energy security. Smart grids provide a potential two-way delivery mechanism for parallel discussions on renewable energy, ultra mega power plants, energy-efficiency and off grid rural electrification. Although India has the third largest grid system in the world, with 82,355 circuit km of electrical transmission lines and a current installed capacity stands at 211GW 189. However per capita consumption is still below 1,000 kwh/year, which is just one quarter of the world average 190. Strengthening India s generation, transmission and distribution network has been a priority for the country since Independence. But until 2003 the sector was dominated by public sector monopolies, financial and technical mis-management. With the introduction of the Electricity Act (2003) the sector was opened up to private sector competition and the potential for robust market development. Table 5-1 Additional capacity by Plan Period Plan Period 10 th Plan ( ) 54,000 MW 11 th Plan ( ) 62,000 MW Total capacity Addition 12 th Plan ( ) 90,000 MW 191 Source: Annual Report , Ministry of Power, Government of India India has linked economic growth and human development to a concurrent increase in the per capita use of energy. With an average growth rate of 6 per cent per year, India has continued to assert that growth will be based on coal as a primary energy source. In 2011, electricity generated from coal, natural gas, and oil comprised up to 65 per cent India s energy supply. Capacity addition has continued to grow between the 10 th to 12 th plan (Table 1). However, with the expected increase in energy demand set to triple by 2030, and with the rising cost of coal, India will have to look at other ways of meeting its energy demand. Renewable energy development, energy efficiency actions, and smart grid deployment are all parts of a discussion that is driven by the country s growth ambition last accessed on March 23, (2009), WÄRTSILÄ, The Real Cost of Power, available at wartstila.com 187 (2013), Central Electricity Authority, Ministry of Power, Load Generation Balance Report , available at Vijay L. Sonavane, Member (tech) MERC Mumbai, Presentation given at India Smart Grid Day, 17 Jan, Ministry of Power, Government of India, available at Ministry of Power, Government of India, available at Estimated 113

114 Figure 5-1 Political Economy of Power Source: E3 and RAP Energy is on India s list of Concurrent subjects. Concurrent subjects require shared decision making between the Central and state governments. The Power Grid Corporation of India, a public transmission utility, and under the Ministry of Power mandates standard setting between public utilities (Diagram 1). Power distribution is carried both by state utilities and private distribution companies. State Electricity Boards (SEBs), state owned utility companies, are responsible for the distribution of power to both rural and urban consumers. Average aggregate technical and commercial losses (AT&C), in India s power sector are estimated to be up to 25 per cent of power generated with some states having as high as 50 per cent. But the capacity of weak SEBs to find funds to meet the technical challenges of grid management has also contributed to the worsening situations of energy distribution. 192 Many of the state utilities are in debt due to extreme mis-management. Additionally however, as state entities, SEBs are often required to provide highly subsidised and often altogether unmetered power to vote banks such as the agricultural sector. Political pressure, and populist actions have resulted in pushing inefficient SEBs even further into debt. The Restructured Accelerated Power Development Programme (R-APDRP), first introduced by the Government of India in 2008 in the Eleventh Plan, and carried on into the Twelfth Plan cycle ( ) aims to reduce AT&C losses to below 15 per cent. It also focuses on the importance of adopting Information Communication Technology (ICT) innovation for accounting and baseline data collection 193. Twenty per cent of the US $10 billion set aside by the Ministry of Power for R-APDRP is for ICT development. R-AP- DRP is seen by many as the first step to make India smart-grid ready. 192 SEB bailout; throwing good money after bad, via September 24, 2012, last accessed (2008) Ministry of Power, Government of India, Guidelines for the Re-structured Acceleratd Power Development and Reforms Programme (APDRP) during XI Plan, available at 114

115 5.2.1 Why promote a smarter grid? Demand for energy exceeded supply by 10 per cent during peak periods between , and this is estimated to increase in In 2011, India imported 85 million tonnes of coal and this is set to grow to 185 million tonnes in As part of its strategy to meet increasing demands, 16 coal fired Ultra Mega Power Plants have been envisioned by the Government, with generation of over 4000 MW per plant 195. As coal prices increase, so too does the economic value of integrating demand side management, and efficient distribution as key components of an overall strategy for energy security and access. This has led to pro-active development of renewable energy programmes, and an estimated doubling of renewable generation of up to 30 GW by The Ministry of Power has set the objective of power for all during the Twelfth Plan period with no power outages taking place by Outages continue to cost the country Smart grids in the Indian context is seen to be attractive in its potential to, through interactive high-end communication, reduce transmission and distribution losses, manage peak power through demand response, integrate and manage the planned increase in electric vehicles as well as integrate renewables and distributed generation efficiently. 5.3 How to promote a smarter grid With recognition of the fragmented situation of India s electricity supply chain, the Ministry of Power has not yet taken the decision to set in place a specific framework for smart grid deployment. R-APDRP is seen to be the initiative around which Smart Grid friendly projects can start. The India Smart Grid Forum (ISGF), a public private initiative to support the Government, has prepared a smart grid vision and roadmap with an estimated budget of INR 31,419 crore (SEK 37.7 billion) 196 ISGF however has made clear the need for transparent signalling by the government in order for market confidence to be realised, in order to make some of the larger and more costly infrastructure changes that need to come with Smart Grid development. A proposal for a National Smart Grid Mission has been tabled, with the Ministry of Power. The Government has made clear its inability to support large-scale public programmes, bringing the need for the market to be the first mover in the smart grid debate 197. It is understood that in order for the Government to take a risk by approving a policy with a substantive budget implication, there is a need for political will to be built around the actual potential of Smart Grid deployment. Not unlike the advent of the country s solar mission and other renewable energy initiative, the Government is unlikely to make a decision without robust proof of concept. For this reason, critical emphasis is put on the pilot projects, submitted by state utilities 198. For the immediate short-term, and with 2014 being an election year, it will be the resultsbased pilot projects, and the development by the state utilities that will create a cross party robust argument for smart grids in India , Indian Chamber of Commerce, The Indian Coal Sector: Challenges and future outlook, presented at November th India Coal Summit 195 Power Finance Corporation, available at (2013) India Smart Grid Forum, Smart Grid Vision and Roadmap for India (benchmarking with other countries) Final Recommendations from ISGF, presented at India Smart Grid Day, Jan 18, Kumar, Manoj, Austerity in India: defense and welfare to be slashed, Reuters, Jan 13, Interview with Prakash Nayak, ISGF, Chair Renewables and Microgrids, March 22,

116 5.3.1 Research, development and innovation 14 projects have been shortlisted by the Ministry of Power and ISGF for deployment as part of the R-APDRP, with a budget of 400 crore (SEK 48 billion), with 50 per cent being given as a grant by the Central government. The remaining 50 per cent is to be put forward by the Utilities themselves (table 2). The purpose of the pilot projects is to demonstrate confidence in the potential of smart grid deployment. As can be seen from the pilot projects selected, the main focus of the demonstration sites to dates is on smart metering for load management. As the pilot projects comes within the auspices of R-APDRP, with the overall objective of reducing aggregate technical and commercial losses, it is not surprising that there is a stronger focus on accounting, rather than demand response. Although the Government might not have taken any explicit steps to promote the requested Smart Grid Mission, by virtue of making available support for projects under R-APDRP for smart grid development, there is implicit support for the continuation of Smart Grid discussions within India. All stakeholders interviewed were of the opinion that the pilot projects provide two potentially valuable outcomes. The first would be to provide utilities the capacity required to value the potential that expanded smart grid deployment could provide. The second outcome would be the larger importance of providing evidence-based support to the Central Government for extending institutionalised support for smart grid deployment. The pilot projects, covering both industrial and residential areas, are set to begin operations in mid Table 5-2 Smart Grid Pilot Projects as part of R-ADPRP Sl No Utility Area Proposed Functions 1 CESC Mysore Mysore AMI/OM/PLM /MG/DG 2 APCPDCL, AP Jeedimetla IND Estate AMI/PLM/OM/ PQ 3 APDCL, Assam Guwahati PLM/AMI/OM PQ/DQ 4 UGVCL, Gujarat 5 MSEDCL, Maha. 6 UHBVN, Haryana Naroda AMI/OM/PLM/ PQ Consumer Nos Baramati AMI/ROM Panipat City AMI/PLM TSECL, Tripura Agartala AMI/PLM HPSEP, Himachal Nahan AMI/OM/PLM/ PQ 9 Puducheri Puducheri AMI 87, JVVNL, Rajasthan 11 PSPCL, Punjab Malimandi, A SAR 12 CSPDCL, C GAD 650 VKIA, Jaipur AMI/PLM 508 OM 9000 Siltara AMI/PLM KSEB, Kerala AMI 25, WBSEDCL, Silguru Town AMI/PLM 4,

117 Sl No Utility Area Proposed Functions West Bengal Consumer Nos AMI: Advanced Metering Infrastructure OM: Outage Management PLM: Peak load management PQ: power quality DG: Distributed generation MG: micro grid Source: Proof-of-concept projects have been game-changers for the understanding of the savings potential of smart grid deployment, and ensuring continued political momentum for ultimate smart grid institutional support. In 2009, the Mangalore Electricity Supply Company (MESCOM) had taken on a proof of concept study, with technical partner Centre for Study of Science, Technology and Policy (C-STEP) project of providing lifeline supply of power during reduced supply or outages. The study, covering 100 households, demonstrated that consumers were willing to pay a small premium to have uninterrupted supply. It also highlighted the ability of consumers to change behaviour, in a very short period of time, when the right incentives were provided 199. The US Trade and Development Agency, in 2011 provided a grant of US $ 686, 447 to the New Delhi Power Limited (NDPL), with technical partner General Electric (GE) introduced smart grid pilot project. The project objective was to increase power reliability and reduce outage recovery time across the distribution network. NPDL chose GE Energy s PowerOn system to increase power reliability and reduce outage recovery time across its distribution network of North & North West Delhi. GE s PowerOn OMS will be integrated with the previously installed GE Energy Smallworld geospatial information system (GIS) and NDPL s existing distribution management system to drive power reliability and quality. Losses have been reduced from 54 per cent to approximately 18 per cent in the span of 5 years 200. This was done with additional support of the US Trade and Development Agency with a grant of INR 37 million (SEK 4.4 million). Renewable Energy/Grid Interface Currently 12 per cent of installed electricity generation capacity is through renewable energy, with 70 per cent being provided by wind. During the 12 th Plan period ( ), and as a result of aggressive policy initiatives, the expected capacity addition for grid connected renewable energy is set to be 41 GW, bringing the total installed capacity to 66 GW (Table 3). Renewable energy (RE) development is geographically specific. Of India s 28 states and 7 Union territories, RE rich states are mainly Tamil Nadu, Karnataka and Andhra Pradesh in the South, Gujarat and Maharashtra in the West and Rajasthan and Himachal Pradesh in the north. In parallel with the increased ambition of RE development, the Government of India has also pushed for increased transmission of RE beyond home state purchase. Ceiling limited will be set for home state purchase of renewable energy. 199 Interview with Rahul Tongia, Advisor India Smart Grid Forum, March 21, GE Pressroom, available at 117

118 Table 5-3 Projected Renewable Energy addition for 12th and 13th Plan Source: Green Energy Corridor, Power Grid Corporation of India Ltd. The Government of India has undertaken a larger mapping and feasibility study to determine how best to develop smart grid functionality to better ensure grid stability with the future increased injection of renewable energy sources. Given the fluctuating nature of supply from renewable energy, the negative correlation between RE generation and peak demand, and the mandated requirement of increased inter-state transmission and distribution, the study presents technical, regulatory and software recommendations 201 Power Grid Corporation of India Ltd., under the instruction of the Ministry of New and Renewable Energy and Forum of Regulators, has prepared a roadmap for effective integration of increased RE capacity addition to the grid from The report emphasises the need for Transmission system strengthening for intra and inter state lines. This is set to be done by increasing the number of pooling stations, between 132kV and 400kV) as well as high capacity hybrid corridors (400kV 765kV) with increased use of both High Voltage Direct Current (HVDC) and Alternating Current (AC) Renewable Energy Mangement Centres to be developed and co-located with state and regional load dispatch centres, with data being collected at the plant level onwards Smart Meters and forecasting hardware the need for metering to be accurate for smart grid development is critical. As part of R-ADPRP 130 million meters are planned for deployment, however questions of inter-operability between new and old systems need to be further addressed Communication software the role of ICT is integral for RE injection and load management. The choice of technology, limited in R-ADPRP to GPRS and GIS will need to be expanded in order to provide backward looking analysis, and to take into account that only 10 per cent of India today has access to internet and 3G connectivity

119 The Green Energy Report estimates the cost of developing effective systems for renewable energy integration would be INR 42,000 crore (SEK 50.5 billion) 202. Development around smart mini-grids, where energy demand is effectively managed by a diverse range of energy sources such as solar, wind, and hydro is at early stages in India. Mini-grids are seen as a means to extending energy access to those areas that are unlikely to be easily grid connected, in remote and rural areas of the country. However, mini-grids are also discussed as emergency back up, and isolated units, in the case of widespread power outage for largescale consumers. The first pilot project to understand the viability of the smart micro-grid is been commissioned by the Ministry of New and Renewable Energy, and the Ministry of Power and being implemented by The Energy and Resources Institute, New Delhi (Diagram 3) 203. Of the 14 pilot projects selected by the Ministry of Power for smart grid development, the city of Mysore has chosen to test micro-grid applicaion for grid connected areas, and as an emergency energy storage solution. Figure 5-2 Smart Micro Grid Schematic, at The Energy Resources Institute (TERI) Campus Source: The Energy Resources Institute, Business development and export promotion Although India s smart grid mission has not yet been rolled out, steps have been taken to put in place to develop smart grid correlated action. There is clear recognition that improvements in grid infrastructure, technology and software can help India leapfrog its energy requirements. Although the market is still in its nascent states, the presence of private sector players, as part of the Public Private Partnership The India Smart Grid Forum represents the potential value of the market, when first official steps are taken. 130 million meters are to set to be 202 (2012), Power Grid Corporation of India Ltd., Report on Green Energy Corridor Transmission Plan for Envisioned Renewable Capacity, available at Press Information Bureau, Renewable Energy Smart Grid System Commissioned, Government of India, July 1, 2011, available at 119

120 installed by Ericsson India, in 2010, developed a new vertical for the business development for smart grids given the extensive role of ICT in smart grid deployment. Despite the high level of business opportunity in the development of smart grids, in India, the current state of market confidence is mixed (Diagram 4). The immediate business case is seen in the areas of integration of renewables and power load optimisation. These areas can be tackled through the use and deployment of ICT technologies, with high level of returns. In this way, smart meters is seen to be the necessary first step in the development of smart grids, in India, to allow for detection of efficiency losses. This first step in data management would also permit stakeholders to better understand the potential of extended smart grid deployment. Figure 5-3 Business perspective of Smart Grid investment opportunities Source: Boston Consulting Group and GESI Smarter 2020 A parallel motivation for smart grid development is the recently released National Electric Mobility Mission, 2013 (NEM). NEM envisions 6.7 million electric vehicles by Concerns about peak load management, and the opportunity to develop vehicle to grid energy storage is one of the motivations to develop the smart grid discussions. Apart from smart meters, the investment will be geared towards grid automation, communication infrastructure, IT systems and hardware; home area network, and system integration. India Smart Grid spending is likely to touch about Rs. 9,500 crore (SEK 50 billion) by 2015 from the current level of Rs. 5,500 crore (SEK 4.2 billion) Regulation Although the draft National Smart Grid Mission has not been cleared by Government, there is a strong recognition that institutionalising smart grid development will take place after there is strong enough evidence to demonstrate the possibility of realisation of transmission and distribution loss reduction, increased household engagement and support 120

121 for smart grid development, and greater capacity by utilities to keep pace with the required management of ICT communication for two way demand management. The draft Smart Grid Mission has been prepared by ISGF. Table 5-4 Draft Roadmap National Smart Grid Mission Draft Roadmap 12 th Five Year Plan and Smart Grid Deployment Smart Utilities 1. Enabling programmes and projects in distribution utilities to reduce AT&C losses to below 15 % by 2017, below 12% by 2022, and below 10 % by Development of reliable, secure and resilient grid supported by a strong communication infrastructure, by Utility specific roadmap for implementation of smart grid technologies across the utility by Integrated technology trials, through a set of smart grid pilot projects by 2015; rollout of smart grids in all urban areas by 2020, and nationwide by Effective information exchange platform that can be shared by all market participants, including prosumers, in real time which will lead to the development of energy markets Smart Policies 1. Formulation of policies and programmes by 2013, for mandatory demand response (DR) infrastructure for all customers with load above 1MW, above 500 kw by 2015, 100kW by 2017, and above 20kW by Investment in R&D, training and capacity programmes for creation of adequate resource pools for developing and implementing smart grid technologies 3. Development of appropriate standards for grid development and active involvement of international and national experts in development of standards Total Cost INR 31,419 crore / SEK 37.7 billion Source: Presentation by India Smart Grid Forum, National Smart Grid Mission (NSGM), India Smart Grid Day Jan Consumer engagement The vision of the Ministry of Power is to have Power for All by 2027, with minimised outages and stable connectivity. This is to be done through both infrastructure upgrades as well as demand side management. The ISGF has developed the concept of the prosumer or pro-active consumers that have the information and the ability to choose their energy options, at the household level. Discussion on consumer engagement, within the smart grid arena in India, has focused on the extensive awareness required to work with consumers, such that they will be able engage fully and contribute to the required benefits of smart grid deployment. However studies have shown that consumers across India are struggling with power outages that last 3 hours per day on average and sometimes last whole days. Most households, to cope with these outages, have power backup in the form of diesel generators for larger appliances and battery inverters for basic appliance use. Use of these back-up systems effectively amounts to a premium each household is required to pay to benefit from relatively undisturbed power connection. It was understood that the use of these backups actually costs consumer more than they would have paid in areas where power distribution had been privatized and available 24hours per day, without outage concerns (Figure 5-4). 121

122 Figure 5-4 Real cost of power for households with and without 24x7 supply Source: WÄRTSILÄ, Real Cost of Power 5.4 Main observations and concluding remarks Smart grids provide a way in which India can leapfrog electricity transmission and distribution, through load management, demand response, and energy efficiency. Smart grids is a necessity for India to be able to meet its growing demand for electricity, and its limited ability to meet this with coal and business as usual action. Feedback from stakeholders makes the strong case for smart grid development in India. Private sector actors have made their interest clear, with their participation in the India Smart Grid Forum. The Government of India however are still hesitant about moving forward with a formal institutionalised framework of smart grid deployment. This is as much a question of political economy with the current state of management of state utilities, as it is one of financial feasibility. Although the market for smart grids in India is forecasted to develop into the third largest market worldwide, by 2020, the lack of specific regulation will delay the confidence of market actors to move forward. It will be the selected pilot projects that will provide the bottom up, proof-of-concept that is required for confidence building of all stakeholders. It will also serve to provide the beleaguered utilities an understanding of options available for effective management. 122