Energisystemer

Derudover skal det digitale system kunne hjælpe med at styre energien derhen, hvor der på et givent tidspunkt er mest behov for den, for eksempel når virksomheder starter dagens produktion. Andre energikrævende aktiviteter, der kan udskydes til et andet tidspunkt som eksempelvis opladning af elbiler eller brug af opvaskemaskiner og tørretumblere, sker når produktionen af sol- og vindenergi er stor.

I det smarte energisystem indgår også energi, der hidtil er gået tabt. Det kan for eksempel være overskudsvarme fra processer i virksomheder og fra kølemontre i supermarkeder, der omdannes til opvarmning af bygninger. I det smarte energisystem bliver disse løsninger integreret med hinanden, så de ikke fungerer side om side, men som en fælles helhed.

Fremadrettet er det også væsentligt at tænke smart i udviklingen af nye teknologier, så de kan indgå i energisystemet. Det gælder ikke mindst de kommende power-to-X anlæg, der omdanner strøm fra vedvarende energikilder til brint og andre CO2 neutrale brændstoffer. (link til læs mere om power-to-x). Den proces producerer en del overskudsvarme, der naturligvis skal udnyttes i et smart energisystem. Den veludviklede danske fjernvarmesektor kan bruge denne og anden overskudsvarme til opvarmning af boliger.

Hvad er et smart energisystem?

Et smart energisystem omfatter og forbinder alle vores forskellige energiløsninger, både de eksisterende og de kommende. Det betyder at eksempelvis el-, fjernvarme- og gassystemer ikke som hidtil skal fungere som isolerede siloer, men være koblet tæt sammen.

Grundlaget for hele det smarte energisystem er et digitalt system eller en platform, der kan sikre forbindelse mellem de enkelte dele af energisystemet. Det gælder både mellem de forskellige energiproducerende enheder, for eksempel mellem elværket og fjernvarmecentralen, og med forbrugere.

Hvordan fungerer et smart energisystem?

Et smart energisystem er bygget op omkring en digital platform eller et system som grundlag for at kunne styre energien.

Med det smarte energisystem kobles 100.000 vis af grønne el-, gas- og varmeproducerende energikilder og -forbrugere sammen i et fælles energisystem. Det giver behov for veldefinerede og standardiserede interfaces mellem de forskellige dele af systemet. Alle enheder skal ”tale” samme sprog, benytte samme definitioner og kodning for at kunne udveksle data og udføre opgaver - såsom at flytte energi fra et system til et andet.

Det smarte omfatter også, at vi tænker i forskydninger i energiforbruget, så forsyningsnettene ikke bliver overbelastet på de tidspunkter af døgnet, hvor alle har brug for energien. Det er typisk om morgenen, når vi skal have varmt vand til et bad, og når vi kommer hjem fra arbejde og går i gang med at lave mad, vaske tøj, se fjernsyn osv.

Med intelligent styring kan vi sikre, at opladning af elbiler f.eks. sker på et tidspunkt af døgnet med tilstrækkelig kapacitet i elnettet. Og at elbilerne kan levere el tilbage til nettet, hvis der akut mangler strøm.

På samme måde skal samspillet mellem bygninger og varmesystemet udnyttes. Danske bygninger kan sagtens holde et komfortabelt varmeniveau selv på de koldeste vinterdage, selvom varmen slås fra et par timer om morgenen og først kobles til, når der igen er tilstrækkelig kapacitet i de klimavenlige varmeforsyningsanlæg.

Her skal vi tænke i mulige løsninger allerede nu. Ved hjælp af prognose-modeller, der anvender lokale vejrudsigter, kan man sikre, at varmen i bygninger bliver skruet automatisk op og ned alt efter temperaturer og vindforhold. Eller man kan som i bydelen Nordhavnen i København koble et stort batteri med en kæmpe varmepumpe og koordinere styringen af dem ud fra en helhedsbetragtning. Varmepumpen kan køre konstant mange timer i træk og lagre varmt vand i store beholdere. Batteriet kan slås til og fra og levere ekstra energi, når varmepumpen ikke reagerer hurtigt nok i forhold til at sikre, at der er balance mellem produktion og forbrug i energisystemet. Det kan eksempelvis være ved at udjævne den såkaldte ’kogespids’ i elforbruget, når vi alle skal lave aftensmad samtidig, eller afbøde belastningen på elnettet, hvis der pludselig er mange elbiler, der lader.

Endelig dækker det smarte også over, at digitaliseringen af energinettet gør det muligt for os som private forbrugere at leve mere klimavenligt. Vi kan enten selv eller i fællesskab med naboerne producere, købe, sælge og lagre energi. Det kan være, at vi investerer i solceller, varmepumper eller energilagre og dermed sikrer, at energien udnyttes optimalt.

LÆS OGSÅ: Vi overser lavthængende frugter i den grønne omstilling.

Hvorfor skal vi have et smart energisystem?

Når vi i fremtiden skal basere vores energiforsyning på fossilfri kilder, kræver det smarte energisystemer, som dels kan sikre den bedst mulige udnyttelse af vedvarende energi, dels kan sikre os adgang til energi på de tidspunkter, hvor solen ikke skinner, eller vinden ikke blæser. Til det har vi brug for at kunne lagre energi, når der bliver produceret mere, end der bliver forbrugt – og til at kunne skabe balance mellem produktion og forbrug i energisystemet, så vi ikke havner i en mangelsituation. Det kan vi sikre med et smart energisystem.

Det handler først og fremmest om at få skabt det rette digitale fundament, et digitalt styresystem, så de mange enheder, der indgår i energiforsyningen, kan styres intelligent. Det er enheder som vindmølle- og solcelleparker, elnettet og fjernvarmenettet, overskudsvarme fra eksempelvis virksomheder og muligheden for at udnytte elbilers batterier, når elforsyningen er lav. Med et digitalt styresystem, kan vi sikre fleksibiliteten og stabiliteten i systemet.

Vi skal også forberede, hvordan vi allerede nu kan integrere fremtidige teknologier og særligt power-to-x i det smarte energisystem. Power-to-x bruger vi til at omdanne strøm til flydende, CO2-neutrale brændstoffer. I den proces frigives en masse varme, der skal udnyttes til energi, ligesom de brændstoffer, der produceres, naturligvis skal indgå i energisystemet. De skal bl.a. bruges til at lagre energien til de perioder, hvor vejret begrænser produktionen af sol- og vindenergi.

Derudover kan vi begrænse vores udledning af klimagasser ved allerede nu at tænke vores eksisterende energiløsninger, el, fjernvarme og gas, sammen og anvende digitaliseringen til smarte løsninger.

Hvad er perspektiverne i smarte energisystemer?

I Danmark er vi langt med at inddrage grønne energikilder i vores energiforsyning. Derudover er vi et af de lande, der er længst fremme med digitalisering. 

Vi har stor viden om de enkelte dele af det smarte energisystem, eksempelvis om elnettet. Men vores forskellige energisystemer som el, gas og varme er endnu ikke tilstrækkeligt sammentænkt. Der er tiltag rundt omkring i landet til at starte den udvikling, men endnu er den på ’kravlestadiet’ og kræver nye initiativer og indsatser for at blive fuldt udviklet.

De enkelte komponenter, der indgår i smarte energisystemer, er udviklet til at operere i et isoleret system, eksempelvis elnettet. Når komponenterne sættes sammen på tværs af sektorerne, opstår der en meget større kompleksitet, hvor komponenterne skal kunne operere på en anden måde, end de hidtil har gjort.

Vi har derfor brug for større viden om, hvordan komponenterne kan fungere sammen. I takt med at et enormt stort antal komponenter og undersystemer bliver forbundet, skal deres drift optimeres og automatiseres bl.a. ved brug af kunstig intelligens, som er et vigtigt forskningsområde inden for energi.

Men vi mangler først og fremmest at udvikle en platform - eller digitalt styresystem - der gør det muligt at styre og koordinere de mange enheder og derved sikre fleksibiliteten og stabiliteten i systemet. Enhederne omfatter både mere end 100.000 grønne el-, gas- og varmeproducerende energikilder og alle varmeproducerende forbrugere, der skal kobles sammen i et fælles energisystem. Vi skal udvikle styresystemet til denne kobling og skabe standardiserede interfaces, så systemerne kan ’tale sammen’ og udveksle de nødvendige data og opgaver. Her spiller også lovgivning og regler ind, da der i øjeblikket er restriktioner for, hvordan eksempelvis forsyningsselskabernes data om produktion og forbrug kan stilles til rådighed for et smart energisystem.

Hvis vi sætter ind og får løst de udfordringer, har vi med Danmarks fremtrædende placering inden for grøn energiteknologi mulighed for at udnytte og fastholde vores nuværende frontposition inden for smart energi. Det varer ikke længe, før resten af verden har brug for og efterspørger samme ekspertise, når energiforsyninger skal gøres bæredygtige og kunne sammenkoble forskellige energikilder og –forbrugere.

LÆS OGSÅ: Power-to-X: Smart sektorkobling og lokal opbakning kan gøre os verdensførende.

Læs mere i ’Smarte Energisystemer er vejen frem: DTU Sektorudviklingsrapportsektorrapport´.