Πως η αυξανόμενη χρήση ηλιακών τεχνολογιών επηρεάζει το ηλεκτρικό σύστημα;

Για πολλές δεκαετίες, η καμπύλη της ημερήσιας ζήτησης ηλεκτρικής ισχύος ακολουθούσε μια αρκετά προβλέψιμη μορφή, επιτρέποντας έτσι στους Διαχειριστές του ηλεκτρικού συστήματος να προβλέπουν και ως αποτέλεσμα να ικανοποιούν τις ανάγκες των καταναλωτών ηλεκτρισμού. Με την αυξανόμενη διείσδυση των ηλιακών τεχνολογιών ηλεκτροπαραγωγής στο ηλεκτρικό σύστημα η μορφή της καμπύλης της ημερήσιας ζήτησης ηλεκτρικής ισχύος αναμένεται ότι θα αλλάξει ριζικά, με τέτοιο τρόπο που θα δυσκολεύει τους Διαχειριστές του ηλεκτρικού συστήματος στην ικανοποίηση της ισχύος και στην διατήρηση της αξιοπιστίας του ηλεκτρικού συστήματος.
 
Παραδοσιακά, η καμπύλη της ημερήσιας ζήτησης ηλεκτρικής ισχύος έχει μια προβλέψιμη και διαχειρίσιμη μορφή, γνωστή ως η ‘καμπύλη της καμήλας’, όπως φαίνεται στο Σχεδιάγραμμα 1. Η ζήτηση σε ηλεκτρική ισχύ ποικίλλει κατά τη διάρκεια της ημέρας. Αυτή η αυξομείωση, η οποία οφείλεται στις ανάγκες των καταναλωτών, είναι αρκετά προβλέψιμη. Για παράδειγμα, το πρωί η ζήτηση ηλεκτρικής ισχύος αυξάνεται ώσπου πριν το μεσημέρι αρχίζει να σχηματίζει ένα μικρό κύρτωμα (μια μικρή καμπούρα). Μετά το μεσημέρι η ζήτηση σε ηλεκτρική ισχύ παραμένει στα ίδια επίπεδα και στη συνέχεια αυξάνεται ώσπου να σχηματίσει μια ψηλότερη καμπούρα το βράδυ, όταν όλοι οι καταναλωτές επιστρέφουν στο σπίτι τους και ενεργοποιούν τις ηλεκτρικές συσκευές τους.
 

 
Είναι προφανές ότι το ακριβές σχήμα της καμπύλης της ημερήσιας ζήτησης ηλεκτρικής ισχύος ποικίλει από χώρα σε χώρα, από περιοχή σε περιοχή και από εποχή σε εποχή. Σε κάποιες περιπτώσεις οι καμπούρες είναι πιο έντονες. Σε εύκρατα κλίματα, με λιγότερη θέρμανση και λιγότερη ψύξη, οι καμπούρες είναι πιο επίπεδες. Αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις, οι καμπύλη της ημερήσιας ζήτησης ηλεκτρικής ισχύος έχει μερικά βασικά χαρακτηριστικά, όπως, (α) υπάρχουν δύο καθημερινές καμπούρες, (β) η ζήτηση ισχύος δεν φτάνει ούτε σε πολύ ψηλές αλλά ούτε σε πολύ χαμηλές τιμές κάνοντας τον ημερήσιο προγραμματισμό ηλεκτροπαραγωγής αρκετά διαχειρίσιμο και (γ) ο ρυθμός αύξησης της ζήτησης ισχύος και ο ρυθμός μείωσης της ζήτησης ισχύος είναι σε ομαλά επίπεδα όπου οι μονάδες ηλεκτροπαραγωγής μπορούν να ικανοποιήσουν. Για σχεδόν έναν αιώνα, αυτή είναι η κατάσταση και οι Διαχειριστές του ηλεκτρικού συστήματος έχουν αναπτύξει τα σχετικά εργαλεία για την πρόβλεψη, προγραμματισμό και ικανοποίηση των αναγκών των καταναλωτών.
 
Για την κάλυψη της ελάχιστης ηλεκτρικής ισχύος που χρειάζεται να παράγεται σε συνεχή βάση, δηλαδή το φορτίο βάσης, χρησιμοποιούνται μεγάλες μονάδες ηλεκτροπαραγωγής, συνήθως ατμοστρόβιλοι, οι οποίες τίθενται σε λειτουργία για όλο το εικοσιτετράωρο. Αυτές οι μονάδες ηλεκτροπαραγωγής έχουν αργή ανταπόκριση στην αυξομείωση στης ηλεκτρικής ισχύος και έχουν ψηλό κόστος για το ξεκίνημά και το σταμάτημά τους, όμως έχουν χαμηλό κόστος κατά την διάρκεια της λειτουργία τους. Για την κάλυψη της ενδιάμεσης ηλεκτρικής ισχύος που χρειάζεται να παράγεται, δηλαδή το ενδιάμεσο φορτίο, χρησιμοποιούνται οι αμέσως επόμενες πιο οικονομικές μονάδες ηλεκτροπαραγωγής. Για την ικανοποίηση της ζήτησης ηλεκτρικής ισχύος της δεύτερης καμπούρας, δηλαδή της μέγιστης ζήτησης ισχύος της ημέρας, χρησιμοποιούνται μονάδες ηλεκτροπαραγωγής αιχμής. Συνήθως, γίνεται χρήση αεριοστρόβιλων, οι οποίοι έχουν ψηλό λειτουργικό κόστος. Προσφέρουν όμως ευελιξία αφού έχουν γρήγορη ανταπόκριση στο ρυθμό αύξησης της ζήτησης ισχύος και στο ρυθμό μείωσης της ζήτησης ισχύος κατά την διάρκεια της μέγιστης ζήτησης.
 
Όλα πήγαιναν καλά μέχρι που οι ανεμογεννήτριες και οι ηλιακές τεχνολογίες ηλεκτροπαραγωγής άρχισαν να χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Και οι δύο τεχνολογίες δημιουργούν διαφορετικές επιδράσεις στη καμπύλη της ημερήσιας ζήτησης ηλεκτρικής ισχύος όμως σε αυτό το άρθρο θα επικεντρωθούμε μόνο στην επίδραση των ηλιακών τεχνολογιών ηλεκτροπαραγωγής. Οι ηλιακές τεχνολογίες ηλεκτροπαραγωγής χωρίς συστήματα αποθήκευσης ενέργειας δεν μπορούν να λάβουν μέρος στον ημερήσιο προγραμματισμό παραγωγής ηλεκτρισμού. Αν και η παραγωγή τους μπορεί να είναι προβλέψιμη αφού το ηλιακό δυναμικό είναι διαθέσιμο σε συγκεκριμένες ώρες κατά τη διάρκεια της ημέρας (από το πρωί μέχρι το απόγευμα) εντούτοις, για λόγους αξιοπιστίας του ηλεκτρικού συστήματος δεν μπορεί να ληφθεί υπόψη.
 
Με άλλα λόγια, από την πλευρά των Διαχειριστών του ηλεκτρικού συστήματος, οι ηλιακές τεχνολογίες ηλεκτροπαραγωγής δεν θεωρούνται ως συνηθισμένες μονάδες ηλεκτροπαραγωγής, οι οποίες είναι ελεγχόμενες και μπορούν να προγραμματιστούν για παραγωγή ηλεκτρισμού σε συγκεκριμένες ώρες και συγκεκριμένη ισχύ κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η παραγωγή τους θεωρείται ως μείωση στη ζήτηση για αυτό οι Διαχειριστές του ηλεκτρικού συστήματος δεν είναι αναγκασμένοι να ικανοποιήσουν την συνολική ζήτηση ηλεκτρικής ισχύος. Χρειάζεται να ικανοποιούν τη συνολική ζήτηση ηλεκτρικής ισχύος πλην την παραγόμενη ισχύ από τις ηλιακές τεχνολογίες γνωστή ως ‘καθαρή ζήτηση ηλεκτρικής ισχύος’.
 
Και όσο η διείσδυση των ηλιακών τεχνολογιών ηλεκτροπαραγωγής θα μεγαλώνει η καμπύλη της ‘καθαρής ζήτησης ηλεκτρικής ισχύος’ θα αλλάζει μορφή από την μέχρι σήμερα γνωστή μορφή της ‘καμπύλης της καμήλας’. Όταν η διείσδυση φτάσει σε ψηλά επίπεδα τότε η καμπύλη της ‘καθαρής ζήτησης ηλεκτρικής ισχύος’ θα έχει τη μορφή της ‘καμπύλης της πάπιας’, όπως φαίνεται στο Σχεδιάγραμμα 2. Με λίγα λόγια η ‘καμπύλη της πάπιας’ αναφέρεται στην επίδραση που έχουν οι ηλιακές τεχνολογίες παραγωγής ηλεκτρισμού στην ημερήσια καμπύλη της ζήτησης ηλεκτρικής ισχύος. Για αυτό, όλα τα ενδιαφερόμενα μέρη που εμπλέκονται με την παραγωγή ηλεκτρισμού από ηλιακές τεχνολογίες πρέπει να γνωρίζουν για το αποτέλεσμα της ‘καμπύλης της πάπιας’.

 

Με την αυξημένη χρήση ηλιακών τεχνολογιών παραγωγής η ‘καθαρή ζήτηση ηλεκτρικής ισχύος’ κατά τις ώρες διαθεσιμότητας του ηλιακού δυναμικού θα μειώνεται. Συνάμα, όσο περνά ο χρόνος, όταν η διείσδυση των ηλιακών τεχνολογιών θα αυξηθεί σημαντικά το αποτέλεσμα θα γίνεται πιο έντονο με τελικό αποτέλεσμα η καμπύλη της ‘καθαρής ζήτησης ηλεκτρικής ισχύος’ να αλλάξει μορφή από την ‘καμπύλη της καμήλας’ στη ‘καμπύλη της πάπιας΄!
 
Και αυτή η μετάβαση δεν θα είναι ομαλή αφού μεταξύ άλλων χρειάζεται να επιλυθούν τρία σημαντικά τεχνικά θέματα έτσι ώστε να διασφαλίζεται η αξιοπιστία του ηλεκτρικού συστήματος, όπως, (α) αντιμετώπιση απότομων ή/και ψηλών ρυθμών αύξησης ή μείωσης ηλεκτρικής ισχύος από τις συμβατικές τεχνολογίες ηλεκτροπαραγωγής, όπου κατά τη διάρκεια του πρωινού η ηλιακή παραγωγή αυξάνεται απότομα και κατά το απόγευμα η ηλιακή παραγωγή μειώνεται απότομα, (β) έλεγχος της υπερπαραγωγής ηλεκτρικής ισχύος και μείωση των πιθανών περικοπών ηλιακής παραγωγής, όπου χωρίς μακροπρόθεσμο σχεδιασμό πιθανόν σε κάποιες περιπτώσεις μέσα στο έτος η παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος από ηλιακές τεχνολογίες να είναι μεγαλύτερη από την συνολική ζήτηση ηλεκτρικής ισχύος (περίπτωση Χαβάης) και (γ) αποτελεσματική ρύθμιση της συχνότητας κατά την διάρκεια αύξησης και μείωσης της ηλιακής παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος. Για την επίλυση των πιο πάνω χρειάζεται η ένταξη, σε ένα ηλεκτρικό σύστημα, ευέλικτων μονάδων ηλεκτροπαραγωγής συνδυασμένες με μονάδες αποθήκευσης ενέργειας.

Δρ. Ανδρέας Πουλλικκάς
Πρόεδρος Ρυθμιστικής Αρχής Ενέργειας Κύπρου