Fleksibilitet i strømnettet: Hva er det og hvorfor trenger vi det?

Fleksibilitet i strømnettet vil bli helt nødvendig for å lykkes med elektrifiseringen av Norge på en samfunnsøkonomisk effektiv og sikker måte. Men hvorfor?

Elektrifisering av transport, industri og store deler av samfunnet kan faktisk stå for så mye som 30% av de nødvendige klimagasskuttene! Men det holder ikke å bare bytte ut bensintanken med batterier og fossile drivstoff med sol-, vind- og vannkraft. Vi er også avhengig av strømnettet som kobler sammen nye typer elektrisk forbruk og ny fornybar kraft. Strømnettet er en muliggjører for det grønne skiftet. Da er det viktig at nettet holde tritt med utviklingen.

Mer fornybar kraft fra ikke-regulerbare kilder som sol og vind, økt strømforbruk og høyere etterspørsel etter effekt setter setter nye krav til driften av, og investeringer, i strømnettet. Høyere strømforbruk og økte effekttopper (de tidene på døgnet det brukes mest strøm samtidig) fører til at strømnettet begynner å få en kapasitetsutfordring. Tradisjonelt har dette blitt løst med å bygge ut flere kraftledninger, men dette er tidkrevende og dyrt. Og som flere av landets nettselskaper har påpekt gjør dagens ordninger for utbygging av strømnett at de ikke klarer å bygge ut strømnettet raskt nok til å henge med på etterspørselen.

Elektrifisering kan stå for så mye som 30% av de nødvendige klimagasskuttene!

Det er flere årsaker til dette, og derfor flere løsninger. Blant annet er det satt ned et utvalg (Nakstad-utvalget) som skal se på de regulatoriske hindrene for raskere nettutbygging. Samtidig må vi forske frem og raskt ta i bruk ny teknologi for å utnytte det strømnettet vi har (og det nye som bygges) på en bedre måte. Det er her fleksibilitet i strømnettet kommer inn i bildet.

Fleksibilitet er er en fellesbetegnelse for mange gode løsninger for hvordan utnytte kapasiteten i strømnettet på best mulig måte. Løsningene kan ligge hos nettselskapene i måten de overvåker og drifter nettet (kalles eksplisitt fleksibilitet) og de kan ligge hos strømkundene som aktivt tilpasser forbruket sitt basert på kapasiteten i nettet (kalles implisitt fleksibilitet). Felles er at alle fleksibilitetsløsningene handler om å få mest mulig ut av strømnettet vi har så vi kan bygge mindre nytt nett. Dette vil både spare samfunnet for økonomiske investeringer og naturinngrep.

Det skal sies at selv om det høres veldig lurt ut å utnytte nettet smartere (og det er det som regel!) er det ikke alltid den mest samfunnsøkonomiske løsningen. Noen ganger er det faktisk mer samfunnsøkonomisk riktig å bygge ut mer nett, og andre ganger må vi gjøre som Ole Brumm og si «ja takk begge deler». Derfor er det viktig å forske på når fleksibilitet er det riktige alternativet sett opp imot tradisjonell nettutbygging, slik at den beste løsningen velges i hvert tilfelle. Her kan du lese mer om når fleksibilitet er et godt alternativ til nettutbygging.

Videre i dette blogginnlegget går vi gjennom ulike former for fleksibilitet, hvorfor fleksibilitet er en god løsning på en del av utfordringene til strømnettet og hvordan SINTEF og NTNU forsker på det gjennom forskningssenteret CINELDI.

Hva definerer vi som fleksibilitet i strømnettet?
Fleksibilitet i strømnettet kan være mange ting. Vi kan for eksempel snakke om både forbrukerfleksibilitet, produsentfleksibilitet, fleksibilitet i nettet selv og energilagring. Vi skal allikevel forsøke å definere fleksibilitet overordnet før vi dykker dypere inn i de ulke typene fleksibilitet.

I CINELDI opererer vi med følgende definisjon:

«Fleksibilitet er evne og vilje til å modifisere produksjons- og/eller forbruksmønster, på et individuelt eller aggregert nivå, ofte som en reaksjon på et eksternt signal, for å kunne tilby en tjeneste til kraftsystemet eller opprettholde stabil nettdrift»

Sagt med andre ord kan du si at dagens løsning ikke er særlig fleksibel. Produksjon og forbruk må skje samtidig. Sånn er det ikke nødvendigvis i et fleksibelt nett. Der kan strømmen produseres når det er mest gunstig og lagres i batterier eller andre energilagre til den trengs.

Samtidig som produksjonen blir mer fleksibel vil også forbruket av strøm bli mer fleksibelt. Vi forbrukere vil i større grad styre forbruket vårt slik at vi bruker strøm når det er mest gunstig for nettet. Og ved hjelp av teknologi og styringssystemer vil vi kunne gjøre dette uten at det går utover komforten vår i hverdagen.

Produksjonsfleksibilitet i kraftproduksjonen

Å si at Norge ikke allerede har noe fleksibilitet er feil. Fordi vi er heldige og har mye vannkraft har vi noe produksjonsfleksibilitet: Vi kan lagre vann i magasiner (demninger), for så å produsere strøm av vannet når vi trenger den. Dette er en viktig forutsetning for å opprettholde balansen mellom produksjon og forbruk. Andre land er i stor grad avhengig av fossile kraftverk for å holde balansen i orden mellom produksjon og forbruk av strøm.

Selv om det er noe uutnyttet potensial i vannkraften trenger vi også solkraft og vindkraft for å dekke elektrisitetsbehovet i årene som kommer. Utfordringen er at vindkast og solstråler i motsetning til vanndråper ikke kan lagres til vi har behov for dem. Men etter hvert som vi bygger mer sol- og vindkraft er det akkurat det vi må gjøre – lagre energien. Og det kan vi gjøre i batterier. Produksjonen av sol- og vindkraft blir dermed fleksibel, ettersom vi kan bruke batterier til å lagre energien til vi trenger den, og vi kan bruke batteriene sammen med vannkraften for å holde balansen i orden.

Batteriteknologien er ikke god nok til å gjøre denne jobben helt enda, men vi forsker mye på batterier SINTEF og NTNU. I CINELDI forsker vi for eksempel på hvordan batterisystemer kan integreres i strømnettet. Blant annet ser vi på spennende løsninger som hvordan batteriet i elbilen din kan brukes som back-up i nettet.

Prosumenter og distribuert produksjon

Når strømproduksjonen skjer nærmere strømkundene, og til og med hos strømkundene selv kalles det distribuert produksjon. Denne produksjonen kan for eksempel være fra bygninger med solceller på taket.

En strømkunde som i tillegg til å kjøpe strøm fra markedet (altså slik du og jeg får strøm i dag) også lager sin egen strøm, kalles en prosument. Hvis prosumenten produserer mer strøm enn den trenger, kan den med fremtidens batteriteknologi lagre solenergien til den har behov for å bruke den selv. Eller den kan sende strømmen inn på strømnettet slik at andre kan bruke den. Prosumenter kan dermed bli en svært viktig kilde til fleksibilitet i fremtidens strømnett.

For eksempel, dersom det blir underskudd i nettet, enten fordi etterspørselen etter strøm er høyere enn det kraftprodusentene klarer å produsere, eller fordi strømnettet blir overbelastet, kan prosumentene få beskjed om dette og heller produsere sin egen strøm eller bruke av strømmen den har lagret i batteriene.

Enda bedre er det om prosumenten har overskudd og i tillegg kan levere strøm til nettet og få betalt for det! Motsatt kan det være at det er overskudd i nettet (det produseres mer strøm enn det som forbrukes). Da kan prosumenten lade batteriene sine og få betalt for avlastningen dette gir for nettet.

Det finnes noen prosumenter i dag også, men det forventes at det vil bli mange flere av dem fremover.

Forbrukerfleksibilitet og utjevning av forbruk

Tradisjonelt sett er vi strømkunder svært lite fleksible med strømbruken vår: Vi bruker strøm akkurat når det passer oss og vi har ikke noen gode insentiver for å tilpasse når og hvordan vi bruker strøm.

Noen ganger er det faktisk mer samfunnsøkonomisk riktig å bygge ut mer nett, og andre ganger må vi gjøre som Ole Brumm og si «ja takk begge deler».

Men etter at de nye smarte strømmålerne ble installert i 2019 ble det enklere for oss strømkunder å tilby fleksibilitet i strømnettet. For eksempel kan timemåling av strømforbruket kan knyttes opp mot timepriser på strøm i kraftmarkedet. Noen av oss har alt begynt å ta i bruk apper og utstyr som kan kobles til HAN-porten på strømmåleren for å følge med på strømprisen. Og mange justerer for eksempel elbilladingen til når strømmen er billigst. Vi strømkunder begynner å bli mer fleksible.

Dette er konturene av en endring vi vil se mer til over de neste årene.

Til tross for økende forbruk, kommer ikke nettet til å være overbelastet hele tiden. Det er i effekttoppene, altså de tidspunktene på døgnet der flest bruker strøm samtidig, at problemet oppstår. På andre tider, der få bruker strøm samtidig, er det mer enn nok plass til overs.

Hvis vi kan fordele forbruket jevnere utover døgnet vil vi derfor kunne utsette eller unngå å bygge nytt nett, fordi vi bruker plassen i nettet smartere. Det er strømkundene som må ta regningen for utbygging av mer nett gjennom økt nettleie, så jo mindre nett vi må bygge ut, jo bedre er det for strømkunden.

Men så er spørsmålene mange stiller seg: Må jeg som strømkunde forholde meg til når på døgnet det er god og dårlig plass i nettet? Og hvorfor skal jeg bry meg om å justere forbruket mitt etter det? Kommer ikke det til å bli en unødvendig belastning på meg i hverdagen? Nei, det trenger det ikke bli.

For eksempel vil automatiske styringssystemer kunne gjøre mye av jobben for deg. Apparater som varmtvannstank og varmekabler i gulvet trenger for eksempel ikke stå på hele tiden, da de har mulighet for å lagre termisk energi i vannet eller betonggulvet. Strømforbruket til disse kan kobles ut når det er dårlig plass i nettet, og kobles inn igjen senere, uten at du får merkbart kaldere vann eller gulv.

Hvordan effekttariffer kan gi mer fleksibilitet i strømnettet

Hvorfor skal du som størmkunde bry deg med å tilpasse forbruket ditt etter strømnettets behov?Jo, fordi du vil kunne spare penger på det.

Et virkemiddel som kommet til å bli tatt i bruk for å jevne ut strømforbruket er effekttariffer. Effekttariffer er enkelt forklart en annen måte å prise nettleien, altså overføringen av strømmen du bruker, enn i dag. Når du bruker mye effekt (altså trenger mye strøm på kort tid) blir det dyrere enn om du fordeler det samme strømforbruket over en lengre periode. I tillegg kan prisene på overføring av strøm variere igjennom døgnet. Dermed blir det dyrere hvis du bruker strøm når det er trangt om plassen i nettet (effekttoppene) enn når det er god plass i nettet.

Du som kunde får altså beskjed om at prisen er høyere i tidsrommene det er trangt om plassen og kan justere forbruket deretter. Det er ikke sånn at nettselskapene skal tjene mer penger på denne løsningen (inntekten deres er strengt regulert og begrenset av myndighetene). Tvert imot så er hensikten å holde kostnadene nede sånn at nettleien ikke øker unødig når vi oppgraderer strømnettet. For en aktiv kunde som utnytter variasjonene i tariffen og strømprisen, for eksempel gjennom automatiske styringssystemer, kan strømutgiftene gå ned.

Mikronett og fleksibilitet

At vi får mer distribuert produksjon og bedre muligheter til å lagre strøm åpner også opp for mikronett. Et mikronett er i praksis en liten versjon av det nasjonale energisystemet. Mikronettet har både produksjon, forbruk og lagring av strøm, og kan fungere helt alene, eller som en del av hovednettet.

Fordelen med mikronettet er at det kan kobles av hovednettet ved behov. Det betyr at om det er et strømbrudd som normalt ville ha påvirket området mikronettet dekker, kan mikronettet koble seg av hovednettet og operere på egen hånd, helt uberørt av strømstansen. I alle fall for en viss periode inntil den vanlige forsyningen er på plass igjen.

En annen fordel med mikronett er at det kan bidra til å utsette eller unngå dyre og tidkrevende nettinvesteringer, akkurat som forbrukerfleksibilitet. I stedet for å bygge nye kabler fra en kraftprodusent langt unna, kan man bygge mer lokal strømproduksjon, for eksempel i form av solceller, installere batterier for balansering, og skape et lokalt mikronett.

Fleksibilitetsmarkeder og systemtjenester

Det er en kjent regel at det alltid må være balanse mellom forbruk og produksjon i kraftsystemet. Elektrifiseringen av samfunnet og økt andel distribuert produksjon gjør det vanskeligere å opprettholde den balansen. I tillegg øker sannsynligheten for flaskehalser i strømnettet, noe som igjen vil både kunne gi problemer med spenningskvaliteten og overbelastning.

For å sikre et stabilt og balansert kraftsystem der forsyningssikkerheten ivaretas, brukes det som kalles systemtjenester. Eksempler på systemtjenester er nettopp balansetjenester, spenningsregulering og håndtering av flaskehalser i nettet.

Om få år vil både systemoperatøren Statnett og nettselskapene bruke mer fleksibelt forbruk i ulike tjenester for nettet, slik at strømmen holder den kvaliteten som trengs. Dette øker behovet for koordinering mellom Statnett og nettselskapene, for både planlegging og drift av nettet.

Vil du gå i dybden på hvordan fleksibilitet kan brukes i systemtjenester bør du lese dette blogginnlegget «Når er det riktig å bruke fleksibilitet i kraftsystemet?».

Fleksibilitetsmarkeder er viktige for å gjøre strømnettet fleksibelt

Skal vi lykkes med å inkludere de fleksible ressursene i ulike systemtjenester trenger vi avtaler mellom tilbydere av fleksibilitet og forbrukskundene. Dette kan gjøres gjennom egne markedsbaserte løsninger, for eksempel via en markedsplass for handel med fleksibilitet. NODES er et eksempel på en slik markedsplass. I CINELDI-senteret gjør vi pilotprosjekter for å teste handel med fleksibilitet på NODES sin markedsplass.

På en markedsplass kan fleksibilitetstilbydere, for eksempel en kunde som kan redusere forbruket sitt (den har kanskje strøm fra solcellene sine lagret i batterier) eller en aggregator (noen som har tilgang på fleksible ressurser på vegne av mange kunder), legge inn bud på hvor mye fleksibilitet de kan bidra med til et gitt tidspunkt, og ønsket pris for dette.

Tilsvarende kan kjøper av fleksibilitet, for eksempel et nettselskap som har behov for at forbruket reduseres, legge inn bud på hvor mye fleksibilitet de ønsker å kjøpe til et gitt tidspunkt og hva de vil betale forbrukerne for dette. En grunn til at et nettselskap ønsker å redusere forbruket kan eksempelvis være fordi de forventer overlast på en trafo i løpet av det neste døgnet.

Når et bud blir valgt, vil kunden/aggregatoren få beskjed om dette, og redusere forbruket ut fra avtalt volum og til avtalt pris. Dette er et eksempel på hvordan kunder kan være en viktig ressurs for strømnettet ved å bidra med fleksibilitet i forbruket sitt, eller gjennom å samspille med nettet på produksjon og lager av elektrisitet slik som prosumenter gjør.