Utmaningar och möjligheter vid 100% förnybar elproduktion

Relevanta dokument
Eleffekt 100% förnybart SERO Årsmöte och Seminarium 2016 CCC Karlstad 22 april 2016

Skånes Energiting tisdag 11 april, 2013 Malmömässan i Hyllie. Lennart Söder Professor, Elektriska Energisystem, KTH

NEPP fredag 14 juni, 2013 Klara Strand. Lennart Söder Professor, Elektriska Energisystem, KTH

Hur blåser vindarna. Potential, vad kan man göra, vad får man plats med och tekniska möjligheter. Power Väst - Chalmers, 5 september 2014

Energiomställning i Sverige: Utmaningar och möjligheter vid 100% förnybar elproduktion Umeå Universitet 11 februari 2016

Vilken påverkan har en ökad andel variabel elproduktion?:

100% förnybar energi i det Svenska El-Energisystemet Svensk Vindkraftförening 30 års Jubileum och stämma, Kalmar-salen, Kalmar

Vindkraften ger systemtjänster, men hur skapas incitamenten?

KTH Sustainability Research Day 100 procent förnybar elproduktion: Från omöjligt till main stream

Energiomställning i Sverige: 100% förnybart elsystem till 2040 måste vi vänta till 2040? Sustainable Innovation - Frukostseminarium 17 november 2016

Ett robust och leveranssäkert elsystem vad säger forskningen?

Korttidsplanering av. mängder vindkraft

100 % förnybar el i Sverige (och en del annat)

Vägval i Effektfrågan: Förutsättningar för en energy-only-marknad och aktiva konsumenter

Kraftvärmens roll i framtidens energisystem. Per Ljung

Balansering av elsystemet - nu och i framtiden

System planning, EG2050 introduction. Lennart Söder Professor in Electric Power Systems

Vindkraftens roll i omställningen av energisystemet i Sverige

NEPP - IVL SEMINARIUM Reglering av vindkraft - balanshållning. Strandvägen 7A: 20 november 2014 Professor Lennart Söder

Energirelaterad fordonsforskning 2016: Vätgas från el ur ett kraftnätsperspektiv

Jenny Miltell, Smarta elnät ABB gör det möjligt

Energisäkerhetsaspekter på förnybar, distribuerad och intermittent elproduktion

Elen och elsystemet spelar en allt mer central roll i omställningen av energisystemet

SolEl som en del av det Smarta Elnätet och det Aktiva huset

Energiomställning i Sverige: Utmaningar och möjligheter vid 100% förnybar elproduktion Umeå Universitet 17 december 2014

NEPP - North European Energy Perspectives Project

Vattenkraften har en centrala roll i kraftsystemet

Kraftbalansen i Sverige under timmen med högst elförbrukning

Elsystemet en utblick

Indikatorer för utvecklingen av de Europeiska energisystemen

Solenergi och vindkraft i energisystemet

KRAFTPRODUKTION SAMT ÖVERFÖRING AV EL Guy-Raymond Mondzo, ÅF

Reglering av ett framtida kraftsystem

100% FÖRNYBART MED FJÄRRVÄRME OCH KRAFTVÄRME

MJ1145-Energisystem VT 2015 Föreläsning om att hålla balans i elnät: L2-L3. Kraftsystemet = en lång cykel. Syftet med ett kraftsystem:

Globala energitrender, klimat - och lite vatten

Så påverkas energisystemet av en storskalig expansion av solel

Hållbart Energisystem Smarta Elnät

Kjell Jansson VD, Svensk Energi

EFFEKTRESERVEN 2016/2017

Nya driftförutsättningar för Svensk kärnkraft. Kjell Ringdahl EON Kärnkraft Sverige AB

Den svenska värmemarknaden

Trygg Energi. Pathways to Sustainable European Energy Systems. Filip Johnsson

Kraftläget bildsvit 2, svensk text

Kraftläget bildsvit 2, svensk text

Kraftläget bildsvit 2, svensk text

Kraftläget bildsvit 2, svensk text

Bioenergi för energisektorn - Sverige, Norden och EU. Resultat från forskningsprojekt Bo Rydén, Profu

Näringslivstillväxt inom vindenergin. Matthias Rapp Svensk Vindenergi

Hela effektutmaningen

Energiledarkonferensen Så här ser elproduktionen ut 2030

När blir det elbrist i Europa och Sverige? Fredrik Dolff, Västra Götalandsregionen Staffan Jacobsson, Chalmers

PM - Hur mycket baskraft behövs?

100% Förnybart - vad innebär det för elsystemet? Helena Nielsen, Strategy & Market Intelligence

Hur kan elmarknaden komma att utvecklas?

HUR UTVECKLAS ELPRISERNA? Lina Palm, Energidirektör Skogsindustrierna

Bioenergi Sveriges största energislag!

Integration av vindkraft och behov av framtida nätutbyggnad. Ulf Moberg, Teknisk Direktör

ENERGY Professor Elisabeth Rachlew. Global and Swedish Trends in Energy Supply and Energy Use. Energirike Haugesund, 5 aug.

Europas framtida energimarknad. Mikael Odenberger och Maria Grahn Energi och Miljö, Chalmers

Den här presentationen kommer att handla om något som numer är ett hett ämnesområde nere på kontinenten nämligen power-to-gas eller på svenska

POTENTIAL ATT UTVECKLA VATTENKRAFTEN - FRÅN ENERGI TILL ENERGI OCH EFFEKT

Konsekvenser av höjda kvotnivåer i elcertfikatsystemet på elmarknaden

På väg mot en elförsörjning baserad på enbart förnybar el i Sverige

Omställningen av energisystemet och digitalisering Energiforsks Digitaliseringsprojekt, Workshop 20e mars, Sthlm. Thomas Unger, Profu

Marknadsanalys av vindkraft

Utmaningar och vägval för det svenska elsystemet

Vindkraft, en ren energikälla som skapar arbetstillfällen och exportintäkter

E.ON och klimatfrågan Hur ska vi nå 50 % till 2030? Malmö, April 2008 Mattias Örtenvik, Miljöchef E.ON Nordic

Sammanställning av Lennart Söders kommentarer till KVA:s uttalanden om vindkraft.

Solekonomi. Mot en solekonomi. Avancerad energiproduktion Energieffektiv produktion och/eller låga utsläpp

Systemutmaningar, driftsäkerhet och flexibilitet

Stor potential för effektivisering. förnybar energi

Finansiella risker på dagens elmarknad

Fuel for thought energi, transporter och nollutsläpp 2050 LARS J. NILSSON - MILJÖ- OCH ENERGISYSTEM, LUNDS UNIVERSITET

Dags för en ny elmarknadsreform?

Händelser i kraftsystemet v v

Effektbalansen i Sverige kalla vinterdagar

Kraftläget bildsvit 2, svensk text

Kraftläget bildsvit 2, svensk text

Kraftläget bildsvit 2, svensk text

Kraftläget bildsvit 2, svensk text

Släpp loss potentialen i Europas småskaliga vattenkraft!

Smart Energisystem. IVA Internet of Things 10 April Bo Normark

Kraftläget bildsvit 2, svensk text

Kontrollskrivning 1 i EG2050 Systemplanering, 6 februari 2014, 9:00-10:00, Q31, Q33, Q34, Q36

NORDIC GRID DISTURBANCE STATISTICS 2012

Making electricity clean

Vattenkraften i kraftsystemet

Prisbildning på den nordiska elmarknaden

Country report: Sweden

VATTENKRAFTENS FÖRMÅGA ATT BALANSERA STORA MÄNGDER VINDKRAFT

Viktig information för transmittrar med option /A1 Gold-Plated Diaphragm

Föreningen Vattens Hydrologisektion

Vindkraft ur markägarens synpunkt

Hur uthållig är det nordiska elsystemet för låga systempriser? Frank Krönert

Energiforskningens roll i klimatfrågan exempel från Chalmers

Webbregistrering pa kurs och termin

Kommentarer till rapporten 100 procent förnybar elenergi år ? samt till repliker på denna. av Lennart Söder, KTH, Upplaga:

Consumer attitudes regarding durability and labelling

Transkript:

Utmaningar och möjligheter vid 100% förnybar elproduktion Uppsala StandUp for Wind 6 oktober 2015 Lennart Söder Professor Elektriska Energisystem, KTH

Projektering & Etablering Konstruktion & Produktion Drift & Underhåll Nätintegration

3

4

Finns det några problem med att få regler- och balanskraften att räcka till vid mycket stora mängder vindkraft? 5

Finns det några problem med att få regler- och balanskraften att räcka till vid mycket stora mängder vindkraft? Ja 6

Finns det några problem med att få regler- och balanskraften att räcka till vid mycket stora mängder vindkraft? Ja, men 7

Elsystemet så fungerar det! 1 Ge konsumenter el när de önskar. 2 Ansluten utrustning måste fungera. Håll kontinuerlig balans mellan produk- tion och konsumtion. Håll spänning för kunderna. Avreglerad marknad => konkurrens Reglerade monopol. Effekt = Ström * Spänning

Tre utmaningar i ett kraftsystem med stor andel sol- och vindkraft: C1: Håll den kontinuerliga balansen C2: Hantera situationer med stor mängd variabel produktion. C3: Hantera situationer med liten mängd variabel produktion. 9

Sveriges elproduktion år 2011 Vindkraft Kärnkraft Kraftvärme Ind. Kraftvärme Vattenkraft Kondens

Svensk Elproduktion: Totalt 145,6 TWh (Framtiden: samma nivå som 2011) 40%

Upplaga av rapport: 22 juni 2014 Studerar: Balansering från timme till timme. Ingen kärnkraft. Hög vind+sol / låg elförbrukning Låg vind+sol / hög elförbrukning Vattenkraftsreglering Effektvärden kommenteras Överföring Kan laddas ner från KTH:s hemsida enligt nedan EXCEL-fil för beräkningar http://kth.diva-portal.org/smash/record.jsf?searchid=1&pid=diva2:727697

Körningen av elsystemet timme till timme C1: Klara kontinuerliga variationer inklusive hög produktion (C2) och låg produktion (C3) 1. Elförbrukning samt vindkraft och solkraft blir vad den blir 2. Kraftvärmen körs så konstant som möjligt 3. Resten (max=12951 MW, min=1875 MW) tas av vattenkraften 4. Om inte detta räcker behövs mer.

MWh/h Effektvärde = möjligt bidrag vid stort behov. 2.5 2 x 10 4 Man måste vikta ihop olika situationer. 1.5 1 0.5 0 Elförbrukning Vattenkraft Vindkraft Solkraft Värmekraft 50 100 150 200 250 300 350 400 Förbrukning från 14 januari till 30 januari Ibland blåser det mycket eller för lite lite vid hög förbrukning. Ibland fungerar inte värmekraftverk vid hög förbrukning. Högsta förbrukning 1992-2011

Possible ways to cover extra needs a. Flexible demand b. Import c. Gasturbines (e.g. bio-fuelled) d. Use batteries or other storage e. Flexible electric vehicles or V2G f. Extra CHP capacity (Top-spool-technology)

Energinivå [MWh/h] C3: Underskotts-situation (årsbasis) 5000 4000 3000 Max nivå: 5081.27 MW Antal timmar med behov: 765 h Energi: 1.259 TWh 2000 1000 0 0 500 1000 1500 Antal timmar med behov av mer produktion Kostnad för detta: 1,5 öre/kwh

MWh/h Effekt och energi (varierande behov-sommar) 16000 14000 12000 10000 Elförbrukning Vattenkraft Vindkraft Solkraft Värmekraft 100% förnybart Låg förbrukning 8000 Mycket sol 6000 4000 2000 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Förbrukning från 1 augusti till 10 augusti Behov av t.ex. export eller lager eller flexibel kons.

MWh/h C2: Överskotts-situation (augusti) 16000 14000 12000 Elförbrukning Vattenkraft Vindkraft Solkraft Värmekraft 10000 8000 6000 4000 2000 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Förbrukning från 1 augusti till 10 augusti Nu OK: pga 83% gräns, min-vattenkraft, min-kraftvärme

Energinivå [MWh/h] C2: Överskott under ett år 9000 8000 7000 Max nivå: 9510 MW Antal timmar med behov: 860 h 6000 5000 4000 3000 2000 1000 Energivolym: 1.63 TWh 0 0 200 400 600 800 1000 1200 Antal timmar med överskott/möjlighet till export

Svängmassa och reglerkraft Svängmassa: Vid snabba ändringar (konsumtion/ produktion) balanseras detta av upplagrad energi i generatorer kopplade till nätet. Reglerkraft: Vid alla ändringar (konsumtion/ produktion) balanseras detta av att andra kraftverk måste ändra sin produktion på samma sätt.

Energy level [MWh/h] Hydro power: Duration curves (test + 2008 + 2011) 14000 12000 10000 8000 6000 4000 solar-wind scenario 2008 2011 2000 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Number of hours with hydro power < certain energy level Min level: 1875 MW: Needed during 860 hours Max level: 12951 MW: Needed during 765 hours

Slutsatser: Detaljsimulering av extremsituationer har gjorts Vattenkraften klarar dessa situationer med den modell som använts (tim-simulering inkl domar) Viktigt att vattenkraften kan regleras (dagens domar) Ännu inga oöverstigliga hinder funna Dock intressanta utmaningar / möjliga effektiviseringar. Dvs Hur ska man göra?

Användning av överskott från sol+vind i fjärrvärmenätet.

[MW] Fjärrvärme-användning över året 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Stockholm fjärrväremeleverens under 2012

Effektnivå [MW] Användning av överskotts-el 12000 10000 januari februari mars april maj juni juli augusti september oktober november december 8000 6000 4000 2000 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Timme på året med nivå över 75 procent av förbrukning

Andra sätt att använda överskott a. Exportera b. Gör om el till gas c. Ersätt pellets/ved i pannor i hemmen d. Ladda batterier e. Ladda elbilar Dock: Överskottet är oregelbundet och ibland mycket stort!

General internal transmission challenge A. Voltage stability limits between areas B. Q-control important C. More transmission required, but low utilization time D. Challenge to identify future transmission capacity with less nuclear E. Detailed hydro simulation takes 10 minutes per week.

Transmission situation (Jan 21 Feb 1)

Transmission: Yearly duration : today 7000 MW

Impact on power system operation from not perfect wind forecasts NEPP, September 18, 2015 Lennart Söder Professor in Electric Power Systems, KTH

Forecast example Sweden performed noon day before

Forecast example Sweden: %- error

Forecasts in Germany: RMSE-%- error

Possible challenges because of not always reliable forecasts The issue here is to study extra impact caused by uncertainty Sweden has long rivers with many hydro power stations. One possible extra impact is that one plan according to, e.g. low wind power, and then one releases some reservoirs in order to have enough water downstream. But then there is a lot of wind power, so the water is not needed Q1: How common is this? Q2: But forecasts can continuously be updated. How to consider this?

Nordisk vattenkraft Under 2012 var den nordiska vattenkraftsproduktionen 237 TWh. Detta motsvarar en tillrinning om ca 4,5 TWh/vecka Ett stort regn varannan vecka motsvarar 9 TWh

Identifierade vindkrafts-projekt i Sverige: Identifierade vindkrafts-projekt: 45000 MW ( 100 TWh/year) Installerad effekt iday: Vattenkraft: 16000 MW ( 65 TWh) Kärnkraft: 9000 MW ( 65 TWh) totalt 25000 MW

Current (2011) Swedish Power System Source TWh - 2011 Energy % - 2011 Hydro 66,0 44,9 16197 Nuclear 58,0 39,5 9363 Wind 6,1 4,2 2899 Solar 0 0 0 CHP-Ind 6,4 4,4 1240 CHP-distr. 9,4 6,4 3551 Condens 1,01 0,7 3197 Total 146,9 100 36447 MW-capacity - 2011

Studied Swedish Power System Source TWh Energy % MW-max Hydro 65,7 45,1 12951 Nuclear 0 0 0 Wind 46,8 32,1 15633 Solar 11,6 8,0 9148 CHP-Ind 6,4 4,4 1240 CHP-distr. 13,9 9,5 4127 Other 1,3 0,9 5081 Total 139,9 100 48180