Innovation och utmaningar i energisystemet En guideför en proaktiv elnätverksamhet
Erling Gustafsson
Innovationoch utmaningar i energisystemet
En guide förenproaktivelnätverksamhet
Innovationoch utmaningar i energisystemet
En guide förenproaktivelnätverksamhet
”Det är inte tekniken somäravgörande utan hur man använderden smartast”
Erling Gustafsson
©2024 Erling Gustafsson
Förlag:BoD –BooksonDemand, Stockholm, Sverige
Tryck: BoD– BooksonDemand, Norderstedt, Tyskland
Omslagsbild: AdobeStock
ISBN: 978-91-8057-755-7
Teerrmeer r o occh h b begreppp........................................................................................... . 8 F Föörroord d . ...................................................................................................... . 12 L Latthhuund d f för läsaareen..................................................................................... 15 1 Innleeddnning g - en n n nättcchefs s u uttmmaaninngaar . ................................................ 19 2 Drifteens s behov av kunskapp................................................................ 24 2.1Den härkunskapen kommer driftenbehöva.......................25 2.2Det härkan mangöraför attfårättkunskap .......................31 3 K Kuunsskkaap om m a anlääggggnninnggarnnaa................................................................ . 36 3.1Det härbehöverman veta om anläggningarna....................37 3.2Såfår anläggningsansvarigrättkunskap..............................45 4 S Så å l läär r m maan n kännna a n näätets e ekoonoomi i ...................................................... 51 4.1Det behövernätchefen veta om nätets ekonomi..................51 4.2Mer kunskapomnätetsekonomi.......................................58 5 Annaallyyserraadataffööranvväännddbbariinnformmaattiionn............................................. 64 5.1Dataoch databaser............................................................66 5.2Pålitliga prognoser............................................................67 5.3Ett första steg –börja iliten skala.......................................71 5.4Analysersom användbarinformation fördriften ................75 5.5Analysersom nyttig informationomanläggningarna............88 5.6Effektiva analyser förnyanslutningtillelnätet....................93 5.7Analysersom effektiv informationomekonomin.............101 5.9Den svårakonsten attpresentera......................................105 6 S Sttyr r s sjjällvva a n nätet t e effffektiivtt.......................................................... . 1 109 6.1Styrningavdriften..........................................................110 6.2Styrningavarbetet medanläggningarna...........................125 6.3Styrningavnätetsekonomi .............................................141 7 Effekktiv v s sttyyrrniinng g av v orrggaannissaationeen.................................................. . 145 7.1Eneffektivorganisationsmodell.......................................146 7.2Mer atttänka på om organisationen.................................158 8 E Elnätetts s l löönnssaammhhet – en f förrddjuuppniing.......................................... 166
8.1Intäkter..........................................................................168 8.2Operativa kostnader........................................................178 8.3Mer lönsamma anläggningar............................................189 8.3Måste maninvestera förökade intäkter?...........................197 9 Diigiitaal l t trransffoorrmmering g a av e elnnätet t . ..................................................... 201 1 9.1Digital transformation förelnätföretag.............................203 9.2Konkretaexempel på digitaliseratelnät ............................205 1 10 0 Infoormattiionsssääkkeerrhhet f för e elnäättssfföörreetaagg......................................... . 2 211 1 10.1Lagar,förordningaroch direktiv.....................................211 10.2Cybersäkerhet fördistributionsnätet..............................212 10.3Börja digitalisera nu ......................................................215 1 11 1 Så å b bliir d deet enkklaarre.............................................................................. 217 7 11.1Börja medordning ochreda...........................................217 11.2Kommunicera...............................................................221 11.3Byggkultur...................................................................222 S Slutoorrd d . .................................................................................................... 226 6 A Apppeenddiix x A N Nättrrappppoortter r . .......................................................... . 2 227 7 Rapport 1Leveranskvalitetper nätstation ..............................229 Rapport 2Underlag- Hälsorapport pernätstation...................231 Rapport 3Energiförluster pernätstation.................................233 Rapport 4Nätkapacitetper nätstation ....................................234 Rapport 5Ekonomi pernätstation.........................................239 Rapport 6Anläggningarper nätstation...................................243 A Appennddix x B Investerriingsmaallllaar........................................................... 245 5 F Förffaatttaarreenns tack........................................................................................ . 2 253 3 R Reeffereennsseer........................................................................................................ 254 4
Termer ochbegrepp
A Aboonnnnemmanngskostnaadeerr:elnätföretagets kostnaderför tillgång till överliggandenät
A Annllääggnniinnggarrnnas s H Hällssotiillstååndd:översiktbildöverskick ochfunktionalitet inätet
A Akkttiv e effffeekktt:kallasävenför "Last" (W)
B Beelassttniinng g ( (SSkkeennbbaar efffeekt): : dentotalaeffekteni ettelsystem, aktiv ochreaktiv effekt,mätti voltampere(VA)
D Data a occh h I Inforrmaatiion:dataäruppmätta mätvärdensom bearbetade, analyseradeblirpraktiskt användbarinformation
D Demmannd d R Reessppoonsse e (Efterfrågestyrning) är en metoddär kunden avtalatomatt justerasin elförbrukningsom svar på elprisnivå eller nätets behov, vilket bidrar till attstabilisera ocheffektivisera elnätet
D Dissttrriibbuttioonssnnäätt:nätet somdistribuerareli låg- ochmellanspänningsnivåer
Drriiftt: : daglig hanteringoch övervakning av nätet
E EBRR:(ElnätBranschensRiktlinjer):innehållernormvärdensom redovisarvad detborde kostaatt utföra investeringaroch åtgärder
Efffeekktffakttor r ( (cos fii)): mäterförhållandetmellanaktiv ochskenbar effekt ielektriskasystem, visarpåeffektiviteten, 1,0ärhög effektivitet
E Efftterrffrågeflexxiibbiilliittett: : viljan hoskunderatt justerasin elförbrukning baseratpåelpriseroch andraincitament
E Ekkonnomissk k e efffeekktt: : finansiellakonsekvenseravbeslutoch aktiviteter inom elnätsverksamhet,som förändring av intäkter ochkostnader
E Enneerrggiikkoostnaadeerr: kostnaderför elnätsföretagrelateradetillanvändning av överliggandenät ochenergiförluster underöverföringtillkunderna
E Enneerrggiifförrlluusstterr: förelnätföretagden energi somgår förlorad under överföringenavenergifrånmottagningsstationentillkunderna
Fllaaskkhhaallsaar: områdeni nätetdär kapacitetenärotillräckligi förhållandetillbelastningen
Haarrmoonniik k d diisttoorsion:vågformerna förspänning ochström ivarje fas, jämförtmedenidealsinusvåg,kvantifierargradenavharmoniskförorening
I Insttaallllerraad d k kaapaaciiteett: dentotalakapaciteten hosallaenheter iett elektriskt system attgenerera, lagraoch överföra energi,reflekterar systemets förmågaatt hanteraenergiövertid
I Insttaallleerrad d effeekktt: : denmaximalamängden elektriskenergisom en anläggning kanproducera underoptimalaförhållanden
I Inteerrmitttteennta a f feell: : periodiska,tillfälliga övergåendefel inätet
I Inveessterriinnggarr::kapitalutläggförattuppgraderaellerutökaelnätetsanläggningar
I Inveesterriinnggssmmoddeellll: : en systematiskmodellför attbestämma varför, varoch hurman skainvestera ielnätet
K Kaapacitteett: hurmycketenergisom kanöverföras inätet,systemets maximala installeradförmåga attöverföraenergi, en grundläggande aspekt förnätetsdesignoch säkerhetskrav
K Kaapacitteettsssstyrnning: attelnätföretagetaktivthanteraroch allokerar nätets kapacitet, inklusiveplanering förframtidalasteroch förebyggandeavöverbelastning
K Kaapacitteettssuutnnyttttjjaanddee: hureffektivt kapacitetenanvänds,balansen mellan maximalkapacitet motriskerför överbelastning.Skillnaden mellan kapacitet (den maximala möjligaanvändningen) och last (aktiveffekt)somärden faktiska förbrukningen, medan belastning (skenbareffekt)är denaktuellaanvändningen
K Kuunndd: avserslutkunden, detvillsägaden sombetalar föratt använda distributionsnätet,tidigarebenämnt 'abonnent'
L Lastt: faktiskanvändaktiv effekt
L Lasstfllööddessvvaarriiaattiion n o occh Laassttpprroofill: : hurelförbrukningen varierar övertid
B Beelasstniinngsfföörrhhåållllannde ( (Skenbareffekt):belastningi hela näteteller större nätavsnitt
L Laasttssttyyrniinngg: : närelnätföretagetjusterarförbrukningen föratt passa nätets kapacitet, inklusiveatt användaenergilagringslösningar
Määtvväärrden n o och Mätdatta:datainsamladfrånnätet förövervakning ochanalys
N Näättsstattion (transformatorstation):med kritiska funktioner somfrånskiljning, mätningoch styrning,har transformatoroch tillhörande infrastruktursom kablar ochmätare
N Nättaannlägggnninggaar: : fysisk infrastruktursom utgörelnätet
N Nätmmanaaggeemmeenntt: atthantera ochövervakaelnätetsfunktionoch prestanda, inklusivetillförlitlighetoch effektivitet,samtplanering av underhålloch uppgraderingar föratt förebyggastörningaroch upprätthålla kvaliteten ieldistributionen
N Nätkkoommpooneenntteerr/anlläägggningar:fysiska delari elnätetsom kablar, transformatorer, mätare etc.
N NIIS ( (Neetwwoorrk k annd d I Innformmatiioon n Seeccuurityy): system förcentral dokumentationavanläggningsdata
N Nytt kunddbbeetteeeennddee: förelnätsbranschen menaskundernas förändrade elanvändningsmönster somlokalproducerad energi,laddstolpar, energilageroch smarta,energieffektiva lösningari hemmet
O Opptimeerra e ellfföörbbrrukknningenn:att användaelpådet mest effektivaoch ekonomiska sättet, minska totalförbrukningen ochanvända energieffektiv utrustning föratt sänkakostnader ochmiljöpåverkan
R RMMS (Rooot M Mean n S Squarree): mått på genomsnittlig effekt förväxelspänning ellerström,viktigt förbedömning av elkvalitet
S SAAIDI (SSyssteem A Average I Innterrrruupption n D Durattiion n Innddeexx): mätergenomsnittlig avbrottstidper kund föratt bedöma elnätsföretagets tillgänglighet
S SAAIFI (Syyssteem m A Aveerraagge e I Inntteerrruption n F Freeqquenncy y Indeexx)):index sommäterfrekvensenavelavbrott somdrabbar kunder,används förprestandabedömningavelnätsföretag
SCCAADDA A (SupervisoryControl AndDataAcquisition):övervakningsdrifts-och kontrollsystem,centraltför hanteringavelkvalitetoch nätövervakning ielnätsföretag
Saammmmannlaaggrriing:I alla installationer skiljerman på installeradeffekt ochsammanlagring.Eftersominteallaelapparateranvänds på full effekt samtidigträknasnormalt medensammanlagringsfaktorsom är mindre än 1.
S Skkeennbbaar e efffekktt:samma sombelastning(VA)
U Unndderhhålll l ielnätsbranschen: Efterfrågestyrtunderhållsvarar på akuta problem. . Tillståndsbaseratunderhåll(CBM)använderdataför att övervakautrustningoch planeraunderhåll. Planeratunderhållföljerett fast schema. Förebyggandeunderhållsyftar till attproaktivt undvikaframtidaproblem, eftersattunderhålluppstårvid försummatunderhåll ochkan leda till högrekostnader ochnedsatt funktionalitet.
Förord
Elnätföretag meddistributionsnät, står underett stortförändringstryck. Kunder ställerhögre krav på,inteenbartutlovad elöverföring medrättkvalitet, utan ocksåatt manska kunna ta emot kundernas produceradeenergioch ienframtid leverera olikatjänstersom stöd förefterfrågeflexibilitet. Elnätenärockså en avgörandedel av energiomställningenmot ettfossilfritt samhälle ochdärmedensamhällskritisk infrastruktursom politikeroch myndighetergärna ställerkravpå ochvillvaramed attstyra över[1].Distributionsnätets funktion som enbart en passiv transportöravelfråncentralaanläggningartillkunder iperiferin är snartöver. Istället kommerdistributionsnätetatt behöva ha en roll medenmycketmer aktivoch dynamisk funktion förhela energisystemet.
Trycketpåelnätensförändringärstort tekniskt,funktionellt och ekonomiskt,och detväxer.Elnäten harenmonopolställninginom sitt koncessionsområdemed speciellaföretagsekonomiskaförutsättningar attdriva verksamheten.Mitti detenormaförändringstryckär elnätchefenansvarigför atthantera hela förändringen samtidigtsom dendagliga driftenmåste fungera. Ochdet skagöras medgod ekonomi,nöjda kunder ochägare.Det är verkligeningen lätt situation. Mångaansvariga frågar sigvar manska börjaoch hurman skaffarsig rätt,aktuell informationför attsmartastoch enklastrusta nätetidag ochför framtiden. Hurkan mananvända allnyteknikoch digital transformation föratt säkerställa etteffektivt nät? Kanman fortsätta attarbetasom tidigare ellerbehöver manutvecklanya metoderoch rutiner? Hurska manbedriva etteffektivt ochlönsamt nät? Frågornaärmånga ochosäkerheten ofta stor,men detgår atthantera!
Detärdehär frågorna somjag vill behandla iden härboken.Jag harvaltatt itextenanvända ”jag”som avsändare, trotsatt jagalltid harfåttminaerfarenheteroch kompetenstillsammans medandra, somkunder, kollegoroch medarbetare. Medmin erfarenhet från stora
omställningaravandra branscher, till exempelfastighetsbranschen på 80-talet ochriskkapitalbranschen på 00-talet,har jagdragitnytta av överförbara kunskaper, metoderoch slutsatser menmed anpassning till just distributionsnätbranschen. Denhar varitmittfokus detsenaste decenniet. Mycket handlaromatt skaffa sigendetaljeradkunskap om nuläget– attvetavar manverkligen står idag istället föratt anta ellerförlita sigpåteoretiskaberäkningar.Att ha en stabil plattform av kunskapatt utgå från närman sedanutvecklar sina strategier och planer förframtiden är grunden.
Jagvändermig iförstahandtillelnätchefer,men även andrarolleri energikoncernerhar nognytta av attförstådistributionsnätet utmaning ienergiomställningen.Helaverksamhetenbehöverbyta fokus, från reaktiva avhjälpandeåtgärdertillproaktiva ochförebyggande, föratt klarakravenpånätetsnya funktion.Och då behövs ocksåstödoch förståelse från högsta ledningen.
Jagutgår från densituation ochdefrågeställningarsom jagmöter isamtalmed nätcheferoch driftsansvarigamen ocksåfrånrapporter ochstudier från till exempelEnergiforsk,Power Circle ochuniversitet. Jaghar valt bort rent tekniska lösningaroch beskrivningar, eftersom detkan andrasåmycketbättreänjag.
Iminakontakter medelnätbranschenmötsjag av mångatermer (ord)och begrepp(innebörd)men somanvänds helt olikaavolika personer.Därförfinns ”Termeroch begrepp” somtydliggörhur jag haranväntord ochinnebördi denhär boken. Innanman kommer till själva texten harjag ocksålagten lathundsomintroducerar läsarentillhur jag tolkar mångatermeroch begreppsom används olika, ochför mignågot förvirrande, ibranschen.Jag hoppas detska hjälpa läsarentillstörre förståelse.
Istället förtekniskabeskrivningar harjag hållit migtillnågot man kankalla nätmanagement– hurska nätverksamhetenledas ochstyras rent operativtför attsäkerställa hela nätets funktion,lönsamhet och långsiktigaöverlevnad. Tillsammansmed kunder harjag ocksåi
praktiken, utvecklatoch testat lösningarsom finnsbeskrivna.Det är alltså inga teoretiska beräkningareller önskedrömmar utan verklighetenjag beskriver. Ambitionen medden härboken är attinspirera ochgenätansvariganågra praktiska, konkreta ochutvecklingsbara verktygför etteffektivt nätmanagement. Trotsden osäkerhetmånga nätcheferkänneridagfinns detändåenenorm möjlighetatt ta kontrollöverutveckling, attblienmästare-inteettoffer,för omgivningenskravoch påtryckningar. Ochtänkpåatt grundentillframgångär attbörja medatt göra detenkla,billiga ochsnabba åtgärderna,då skapas utrymmeoch resurser förföljandemer komplexa lösningar. Stockholmi februari 2024,ErlingGustafsson
Lathund förläsaren
Iden härboken använder jagmånga olikael- ochenergirelaterade termer,frångrundläggande begreppsom 'last' och'belastning'till merkomplexasom 'skenbar effekt'och 'energiflöden'.Denna lathund är avsedd atttjäna somenguide förläsareatt lättarenavigera ienergisektornstekniskavokabulär ochförstådessnyanser.
Jag harförsökatt vara så korrektoch konsekvent sommöjligt i beskrivningarnaavelnätet menstött på ettantal utmaningar,givet attjag inte är en tekniskexpertinomelnätsområdet.Att navigera blandmånga tekniska termerna ochbegrepp är inte lätt, särskilt somdeanvänds olikaavolika personer ochi olikasituationer.För att underlätta förläsaren beskriverden härlathunden hurvissa termer ochbegrepp användsi boken. Elnätsexperter harkanskeinvändningar motmin användning,men detärmittsättatt förstå ochstrukturera dem. Mångatermeroch begrepphittarman iföregåendelista. Härkompletterarjag mennågra fler beskrivningar.
L Laasttsstyrniing, e ennerggiifförbrukknniinngg, e ellanväännddnninngg, , enerrggiförhålllland deen o occh h e enneergiuuttnnyytttjande e Användningen av termen "laststyrning" istället för"belastningsstyrning"kan bero på språkligakonventionerinomelnät."Last"och "belastning" användsoftaomväxlande. "Laststyrning" harbliviten meretablerad term inom branschen. Denrefererar till metoderför attstyra ochanpassa elanvändningen (aktiv effekt)för atthantera nätbelastningenmer effektivt, särskilt underperioderavhög belastning.Såävenom"belastningsstyrning" tekniskt sett skulle vara en korrekt term,är"laststyrning"mer allmäntaccepterad och använd idetta sammanhang.
Energiförbrukningkan betraktassom samma saksom aktiveffekt övertid.
➢ AktivEffekt(Watt,W): är en ögonblicksbild av energianvändningen videnspecifiktidpunkt, visarhur mycket el somanvänds just då
➢ Energiförbrukning(Kilowattimmar,kWh): är en ackumulerad aktiveffektövertid,ger en totalbildavhur mycket energi
somhar förbrukats underenvissperiod, vilket är viktigtför faktureringoch energiövervakning
➢ Elanvändning:ärett bredarebegrepp somkan inkluderabåde
denaktivaeffektenvid en giventidpunktoch dentotalaenergiförbrukningenövertid
De härtermernahjälper till attgeenmer nyanseradbildavenergiförhållanden ochmöjliggörmer specifik kommunikationoch analys av energistyrning och-planering.
Akttiiv e efffeekt-relateradetermer: effektförbrukning, energiutnyttjande, effektanvändning,Watt(W)
Skennbbaar r effekktt-relateradetermer: totaleffekt, effektkapacitet, effektbelastning,Voltampere(VA)
Skaman vara korrekt kanman inte bara addera aktivoch reaktiv effekt föratt få skenbareffekt. Aktiveffekt(P) ochreaktiv effekt (Q)ärvinkelrättmot varandra ienfas.För attberäkna skenbar effekt (S)används Pythagoras sats.Skenbar effekt är hypotenusan ienrätvinkligtriangeldär aktivoch reaktiveffektutgör de två andrasidorna.Det berorpåfasförskjutningen mellanspänning och strömi ettväxelströmssystem.
Termen "energiutnyttjande"används ofta istället för"effektutnyttjande" eftersom denger en meromfattandebildavhur energi användsöver tid. Energiutnyttjande(oftast mätt ikilowattimmar, kWh) tarhänsyntillbådemängden effekt somanvänds (aktiv effekt)och hur längeden används, vilket gerenmer fullständigförståelseför energiförbrukningoch -effektivitet. Effektutnyttjandehänvisarmer till
Innnovatiioon n o och h u uttmmaaningar r i e ett nyttt t e eneergisysteem - E En g guuidde e för r e en p prooakttiiv v elnäättverkkssaammhet är en praktisk guideför elnätcheferoch andra chefer ienergikoncerner ochelnätföretagsom måstehantera utmaningarna medden storaenergiomställningen. Bokenärfokuserad på distributionsnätets roll iövergångentillenmer hållbar energiframtid. Detärelnätverksamhetens operativafunktionoch effektivitet sombeskrivsmed praktiskaexempel och konkreta rådoch inte tekniska instruktioner. Syftet är attunderlätta distributionsnätetsparadigmskifte, från en reaktivoch passivtransportör av el från storacentralaanläggningtillkunderna, till en merdynamiskoch proaktiv aktör, nödvändigi framtidens ökadeelkonsumtion. Medett effektivt nätmanagementsom säkerställer inte bara ettdriftsäkeroch hållbar, utan ocksåenekonomisktlönsam, verksamhet kannätchefen blienmästare och inte ettoffer iden snabba omställningenavenergisystemet. Författarenhar underett helt yrkesliv arbetatmed strategisk affärsutveckling ochorganisationsförändringar ibranscher understort förändringstryck,som fastighetsbranschen, finansbranschenoch underdet senastedryga decenniet i energibranschenmed fokuspådistributionsnätet. Iboken harkunskap, erfarenhet ochinsikterfrånmånga olikaverksamhetermed olikabehov och förutsättningarsmältssammantillkonkretabeskrivningar ochanvändbara rådför elnätföretag.
