ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Εκτίμηση και διαχείριση δεικτών αξιοπιστίας σε έξυπνα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ της ΓΕΩΡΓΙΑΣ-ΧΑΡΟΥΛΑΣ ΑΝΑΓΝΩΣΤΟΥ Επιβλέπων : Δημήτρης Λαμπρίδης Καθηγητής Α.Π.Θ. Θεσσαλονίκη, Ιούλιος 2014

2

3 ) ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Εκτίμηση και διαχείριση δεικτών αξιοπιστίας σε έξυπνα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ της ΑΝΑΓΝΩΣΤΟΥ ΓΕΩΡΓΙΑΣ-ΧΑΡΟΥΛΑΣ Επιβλέπων : Δημήτρης Λαμπρίδης Καθηγητής Α.Π.Θ. Εγκρίθηκε από την τριμελή εξεταστική επιτροπή την 9 η Ιουλίου (Υπογραφή) (Υπογραφή) (Υπογραφή) Δημήτρης Λαμπρίδης Γρηγόρης Παπαγιάννης Γιώργος Ανδρέου Καθηγητής Α.Π.Θ. Αναπληρωτής Καθηγητής Α.Π.Θ. Λέκτορας Α.Π.Θ. Θεσσαλονίκη, Ιούλιος 2014

4 (Υπογραφή)... ΓΕΩΡΓΙΑ-ΧΑΡΟΥΛΑ ΑΝΑΓΝΩΣΤΟΥ Διπλωματούχος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών Α.Π.Θ All rights reserved.

5 Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον επιβλέποντα καθηγητή κ. Δημήτριο Λαμπρίδη, καθηγητή Α.Π.Θ, τόσο για την ανάθεση της παρούσας διπλωματικής όσο και την εμπιστοσύνη του κατά τη διάρκεια εκπόνησης της. Επιπλέον, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ. Καλλισθένη Σγούρα, Υπ. Διδάκτορα του ΤΗΜΜΥ Α.Π.Θ, για την άριστη συνεργασία μας, την πολύτιμη βοήθεια και τη συνεχή καθοδήγηση που μου παρείχε σε όλη τη διάρκεια διεξαγωγής της εργασίας.

6

7

8 Περίληψη Η παρούσα διπλωματική εργασία ερευνά την έννοια της αξιοπιστίας στα Έξυπνα Δίκτυα Ηλεκτρικής Ενέργειας. Γίνεται περιγραφή των χαρακτηριστικών ενός έξυπνου δικτύου, καθώς και ο τρόπος που αυτά μπορούν να επηρεάσουν την αξιοπιστία του. Επιπλέον, αναφέρονται οι έννοιες της Διαχείρισης Ζήτησης Demand Side Management - DSM) και Απόκρισης Ζήτησης (Demand Response - DR), οι τεχνικές DSM και τα προγράμματα DR, καθώς και οι τρόποι που μπορούν οι καταναλωτές να συμμετάσχουν σε κάποιο από αυτά. Περιγράφονται αναλυτικά οι δείκτες αξιοπιστίας που χρησιμοποιούνται για την αποτίμηση της αξιοπιστίας σε ένα δίκτυο και οι παράγοντες που μπορεί να επηρεάσουν τις τιμές και την ακρίβειά τους. Στη συγκεκριμένη εργασία εξετάζεται αποκλειστικά η επίδραση της διαχείρισης-απόκρισης ζήτησης ως στοιχείο ενός έξυπνου δικτύου που επηρεάζει τα επίπεδα αξιοπιστίας του. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε στο δίκτυο που περιγράφεται από το IEEE Reliability Test System, με τη βοήθεια του προγράμματος NEPLAN. Συγκεκριμένα εφαρμόστηκαν 8 διαφορετικά σενάρια διαχείρισης-απόκρισης ζήτησης σε οικιακούς, εμπορικούς και βιομηχανικούς καταναλωτές, τα οποία περιλάμβαναν περικοπή του φορτίου αιχμής, μετατόπιση της κατανάλωσης προς ώρες χαμηλής ζήτησης, καθώς και ενεργειακή αποδοτικότητα των εγκαταστάσεων και του εξοπλισμού. Κατά τις προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν, υπολογίστηκαν οι δείκτες αξιοπιστίας του υπό μελέτη δικτύου, αλλά και το οικονομικό όφελος που προκύπτει από την εφαρμογή των σεναρίων αυτών. Λέξεις Κλειδιά: Έξυπνα Δίκτυα, Αξιοπιστία, Δείκτες Αξιοπιστίας, Διαχείριση Ζήτησης, Απόκριση Ζήτησης, IEEE Reliability Test System, 24-bus RTS, RTS

9

10 Abstract This thesis examines the concept of reliability in Smart Electricity Grids. There is a description of all the features of a Smart Grid and how they can affect its reliability indices. In addition, there is a reference to the concepts of Demand Side Management (DSM) and Demand Response (DR), to the DSM techniques and DR programs, as well as the ways that consumers are able to participate in any of them. There is also an analysis of the reliability indices used to assess the reliability of a network and the factors that may affect their rates and accuracy. In this work we examine exclusively the impact of demand side management and demand response as parts of an intelligent grid that affects its reliability levels. The study was conducted on the network provided by the IEEE Reliability Test System (RTS), with the use of NEPLAN program. Specifically, 8 different demand response and demand side management scenarios were applied to residential, commercial, and industrial consumers, which included peak load clipping, load shifting to low demand periods and energy efficiency of the facilities and the equipment. In the simulations carried out, the reliability indices of the system under study were calculated, as well as the economic benefits derived from the implementation of these scenarios. Keywords: Smart Grids, Reliability, Reliability Indices, Demand Side Management, Demand Response, IEEE Reliability Test System, 24-bus RTS, RTS

11

12 Πίνακας περιεχομένων 1 Εισαγωγή Αντικείμενο διπλωματικής Οργάνωση κειμένου Έξυπνα Δίκτυα (Smart Grids) Προβλήματα στο σύγχρονο συμβατικό δίκτυο Περιγραφή των Έξυπνων Δικτύων Χαρακτηριστικά των έξυπνων Δικτύων Σύγκριση των λειτουργιών και των χαρακτηριστικών ενός έξυπνου κι ενός συμβατικού δικτύου Παραγωγή Μεταφορά και ενεργειακό απόθεμα Διανομή Έξυπνα συστήματα μέτρησης Έξυπνο Σπίτι Συνολικό σύστημα Γενικότερα Έξυπνα Δίκτυα και Αξιοπιστία Επίδραση των βασικών στοιχείων ενός έξυπνου δικτύου στην αξιοπιστία15 3 Διαχείριση Ζήτησης και Απόκριση Ζήτησης Διαχείριση Ζήτησης (Demand Side Management -DSM) Η έννοια της Διαχείρισης ζήτησης Τροποποίηση καμπύλης φορτίου ανάλογα με την τεχνική DSM Απόκριση Ζήτησης(Demand Response - DR) Η έννοια της Απόκρισης Ζήτησης Τύποι δράσεων Απόκρισης Ζήτησης Οφέλη από την Απόκριση Ζήτησης Κόστος της Απόκρισης Ζήτησης Προγράμματα Απόκρισης Ζήτησης... 30

13 3.3 Ενημέρωση καταναλωτών με ανατροφοδότηση πληροφοριών (Feedback) Τρόποι ενημέρωσης καταναλωτών Περιεχόμενο πληροφοριών Στρατηγικές Απόκρισης Ζήτησης Στρατηγικές DR σε οικιακούς καταναλωτές Στρατηγικές DR σε εμπορικούς καταναλωτές Στρατηγικές DR σε βιομηχανικούς καταναλωτές Στρατηγικές DR σε πολύ μεγάλους βιομηχανικούς καταναλωτές Αξιοπιστία στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας Αξιοπιστία και Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας Η έννοια της αξιοπιστίας και η ανάλυση αξιοπιστίας Οφέλη από τη βελτίωση της αξιοπιστίας Για την εταιρία διανομής Για τους παρόχους ηλεκτρικής ενέργειας Για τους καταναλωτές Ευρύτερα κοινωνικά οφέλη Η επίδραση των έξυπνων δικτύων στην αξιοπιστία του συστήματος Δείκτες Αξιοπιστίας Δείκτες εξυπηρέτησης πελατών Δείκτες εξυπηρέτησης φορτίου Τυπικές τιμές δεικτών αξιοπιστίας Παρατηρήσεις στους δείκτες αξιοπιστίας Ενεργειακοί δείκτες Παράμετροι αξιοπιστίας σημείων του δικτύου Αλληλεξάρτηση των δεικτών αξιοπιστίας Πιθανά προβλήματα με τους πρότυπους δείκτες Το κόστος αξιοπιστίας για τον πελάτη Έρευνες γύρω από το κόστος των καταναλωτών Στόχοι Αξιοπιστίας ii

14 4.7.1 Στόχοι των δεικτών αξιοπιστίας Αξιολόγηση με βάση την απόδοση Η επίδραση της απόκρισης ζήτησης στην αξιοπιστία του συστήματος Διάκριση μεταξύ απόκρισης ζήτησης και διακοπών παροχής ρεύματος Δείκτες αξιοπιστίας υπό την επίδραση του DR Μοντελοποίηση του DR για την ανάλυση αξιοπιστίας Απόκριση ζήτησης και ασφάλεια Το Σύστημα Εξέτασης Αξιοπιστίας του ΙΕΕΕ (IEEE Reliability Test System - RTS) Κίνητρα για τη δημιουργία πρότυπων συστημάτων εκτίμησης αξιοπιστίας Περιγραφή του Reliability Test System (RTS) Φορτία του συστήματος Σύστημα Παραγωγής Σύστημα Μεταφοράς Προγραμματισμένες Διακοπές Κυκλώματα σε Κοινή Πορεία ή σε Κοινό Πύργο Το λογισμικό NEPLAN και ανάλυση αξιοπιστίας Μια σύντομη επισκόπηση του Neplan Οι δείκτες αξιοπιστίας που παρέχει το Neplan Καμπύλες φορτίου Ανάλυση αξιοπιστίας στο Neplan Σενάρια διαχείρισης/απόκρισης ζήτησης στο Neplan Δίκτυο προσομοίωσης Κατανομή του φορτίου σε κατηγορίες καταναλωτών Οικονομικό κόστος των καταναλωτών λόγω διακοπών στην παροχή ενέργειας Υπολογισμός των δεικτών αξιοπιστίας του συστήματος χωρίς την εφαρμογή διαχείρισης/απόκρισης ζήτησης Περιγραφή και εφαρμογή σεναρίων DSM/DR Εφαρμογή περικοπής φορτίου (Σενάρια 1-4) iii

15 7.3.2 Εφαρμογή μετατόπισης φορτίου (Σενάρια 5-8) Αποτίμηση των αποτελεσμάτων των σεναρίων DR Οικονομική μελέτη των Σεναρίων DSM/DR Συμπεράσματα Προοπτικές Σύνοψη συμπερασμάτων Προτάσεις για μελλοντική έρευνα Βιβλιογραφία Περιεχόμενα Εικόνων/Πινάκων Περιεχόμενα Εικόνων Περιεχόμενα Πινάκων iv

16 1 Εισαγωγή Ο σύγχρονος τρόπος ζωής είναι άμεσα εξαρτημένος από την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Οι συνεχώς αυξανόμενες ενεργειακές απαιτήσεις, τόσο στο αστικό, όσο και στο βιομηχανικό περιβάλλον, καθιστούν αναγκαία την ύπαρξη ενός αποτελεσματικού συστήματος παραγωγής ενέργειας, αλλά και ενός ισχυρού, αξιόπιστου και ασφαλούς συστήματος μεταφοράς και διανομής. Λόγω όμως της περιορισμένης διαθεσιμότητας και επάρκειας σε συμβατικά καύσιμα, καθώς και λόγω των αυξανόμενων παγκόσμιων ανησυχιών σχετικά με τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις των συμβατικών μονάδων παραγωγής, το ενδιαφέρον γύρω από την αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ) συνεχώς αυξάνεται. Αφενός, οι ΑΠΕ μειώνουν το μέγεθος των παραπάνω προβλημάτων και ταυτόχρονα αποφεύγεται η κατασκευή καινούριων συμβατικών μονάδων παραγωγής, αφετέρου ενισχύουν την πολυπλοκότητα στη διαχείριση και τον έλεγχο των δικτύων. Για τη σωστή λειτουργία των δικτύων και συνεπώς την αδιάλειπτη εξυπηρέτηση των πελατών, απαιτείται η αναβάθμιση των παραδοσιακών Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ), με την αξιοποίηση νέων μεθόδων και τεχνολογιών, ώστε να παρέχεται αμφίδρομη ροή πληροφοριών μεταξύ παροχής και κατανάλωσης, για το βέλτιστο έλεγχο της παραγωγής, της μεταφοράς, της διανομής αλλά και του φορτίου του συστήματος. Η ανάγκη αυτή οδηγεί στη δημιουργία των έξυπνων δικτύων.

17 Μεταξύ των βασικών στοιχείων ενός Έξυπνου Δικτύου περιλαμβάνονται η διείσδυση των ΑΠΕ, οι συσκευές αποθήκευσης ενέργειας, τα ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς, καθώς και οι μηχανισμοί Διαχείρισης και Απόκρισης Ζήτησης. Η Διαχείριση Ζήτησης (Demand Side Management - DSM) και η Απόκριση Ζήτησης (Demand Response - DR) αναπτύχθηκαν λόγω της ανάγκης για αποσυμφόρηση των ηλεκτρικών δικτύων κατά τις περιόδους αιχμής και της προσπάθειας περιορισμού των αυξημένων σφαλμάτων εξαιτίας αυτών, αλλά και λόγω της επιτακτικής ανάγκης για εξοικονόμηση ενέργειας. Οι εφαρμογές του DR αναφέρονται είτε σε μειώσεις του φορτίου αιχμής είτε σε μετατόπισης της ενεργειακής κατανάλωσης προς ώρες χαμηλής ζήτησης ενέργειας, ως απόκριση σε οικονομικά κίνητρα από το διαχειριστή του δικτύου. Βασικός στόχος μιας εταιρίας παροχής ηλεκτρισμού είναι η αδιάλειπτη τροφοδοσία των πελατών της. Ωστόσο, οι ξαφνικές διακοπές που μπορεί να συμβούν σε ένα δίκτυο μειώνουν την αξιοπιστία του, προκαλώντας ενοχλήσεις ή και υλικές/ οικονομικές ζημιές στου καταναλωτές. Οι διακοπές αυτές μπορεί να είναι αποτέλεσμα ελαττωματικών εξαρτημάτων, εσφαλμένης σχεδίασης, κακών καιρικών συνθηκών, γήρανσης του εξοπλισμού, ελλιπούς συντήρησης ή υπερφόρτωσης του δικτύου λόγω αυξημένων ενεργειακών απαιτήσεων των καταναλωτών. Εφόσον μέσω των μηχανισμών DSM και DR επιτυγχάνεται μείωση της ζητούμενης ενέργειας κατά τις περιόδους αιχμής, αλλά και γενικότερα αποδοτικότερη καταναλωτική συμπεριφορά των πελατών, η καμπύλη φορτίου αποκτά μια περισσότερο επίπεδη μορφή και οι απρογραμμάτιστες διακοπές που οφείλονται σε υπερφορτίσεις του δικτύου περιορίζονται. Απόρροια αυτού είναι η ενίσχυση της αξιοπιστίας του συστήματος και η παροχή υπηρεσιών υψηλότερης ποιότητας. Προκύπτουν, λοιπόν, πολύπλευρα οφέλη, οικονομικά και ποιοτικά, τόσο για τους συμμετέχοντες στα προγράμματα DR όσο και για τους υπόλοιπους καταναλωτές, για την επιχείρηση ηλεκτροδότησης, αλλά και για το περιβάλλον. 1.1 Αντικείμενο διπλωματικής Στην παρούσα διπλωματική εξετάζονται οι μεταβολές στα επίπεδα αξιοπιστίας σε ένα έξυπνο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Ένα έξυπνο δίκτυο περιλαμβάνει 2

18 πολλούς παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν θετικά την αξιοπιστία του συστήματος, ωστόσο στην τρέχουσα διπλωματική μελετάται αποκλειστικά η επίδραση της εφαρμογής τεχνικών διαχείρισης και απόκρισης ζήτησης. Η εκτίμηση της αξιοπιστίας πραγματοποιείται με τη χρήση ορισμένων δεικτών αξιοπιστίας, που υπολογίζονται μέσω του προγράμματος NEPLAN. Επιπλέον, υπολογίζεται το κόστος μη εξυπηρετούμενης ενέργειας για κάθε κατηγορία καταναλωτών (οικιακοί, εμπορικοί, βιομηχανικοί), για την αποτίμηση της αξιοπιστίας σε νομισματικές μονάδες. Το δίκτυο που χρησιμοποιήθηκε είναι το IEEE Reliability Test System (RTS), το οποίο αποτελεί ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο σύστημα αναφοράς για τις έρευνες σχετικά με τις μεθόδους εκτίμησης και διαχείρισης της αξιοπιστίας. 1.2 Οργάνωση κειμένου Σκοπός της διπλωματικής είναι η μελέτη της επίδρασης του μηχανισμού απόκρισης ζήτησης στην αξιοπιστία ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Αρχικά συγκεντρώθηκε βιβλιογραφία σχετική με τις έννοιες που σχετίζονται με το θέμα της εργασίας και κατόπιν πραγματοποιήθηκαν οι απαραίτητες προσομοιώσεις στο δίκτυο μελέτης και διαχείρισης της αξιοπιστίας του (IEEE Reliability Test System), εφαρμόζοντας διαφορετικά σενάρια απόκρισης ζήτησης στα φορτία των καταναλωτών. Η διάρθρωση του κειμένου είναι η εξής: Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται και περιγράφεται η έννοια του έξυπνου δικτύου, τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά του, οι κύριες διαφορές του από το συμβατικό δίκτυο και η επίδραση των βασικών στοιχείων του στην αξιοπιστία. Στο κεφάλαιο 3 περιγράφονται αναλυτικά οι μηχανισμοί της Διαχείρισης και της Απόκρισης Ζήτησης (Demand Response - DR). Αναφέρονται τα κυριότερα οφέλη τους, οι στρατηγικές και τα είδη των προγραμμάτων DR που έχουν εφαρμοστεί, καθώς και οι τρόποι ενημέρωσης των καταναλωτών που συμμετέχουν στα προγράμματα DR. 3

19 Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύεται η έννοια της αξιοπιστίας ενός δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. Αναφέρονται τα οφέλη που προκύπτουν από την ενίσχυση της αξιοπιστίας ενός συστήματος, η επίδραση των έξυπνων δικτύων και ειδικότερα της απόκρισης ζήτησης στα επίπεδα αξιοπιστίας, καθώς και το κόστος αξιοπιστίας για τον πελάτη. Επιπλέον, γίνεται αναλυτική περιγραφή των δεικτών αξιοπιστίας σε ένα ηλεκτρικό δίκτυο, καθώς και των παραμέτρων που μπορεί επηρεάσουν τη διαδικασία εκτίμησής τους. Το πέμπτο κεφάλαιο περιγράφει το υπό μελέτη σύστημα, IEEE Reliability Test System (RTS-79). Δίνονται όλες οι απαραίτητες πληροφορίες για την ανάλυση αξιοπιστίας σχετικά με τα φορτία του συστήματος, το σύστημα παραγωγής και μεταφοράς, τα χαρακτηριστικά αξιοπιστίας των συνιστωσών του δικτύου, καθώς και του κόστους μη εξυπηρετούμενης ενέργειας για κάθε κατηγορία καταναλωτών. Στο κεφάλαιο 6 παρουσιάζεται εν συντομία το πρόγραμμα NEPLAN, που χρησιμοποιήθηκε κατά το προσομοιωτικό μέρος της διπλωματικής. Επίσης, γίνεται μια αναφορά στις καμπύλες φορτίου και στις παραμέτρους που τις επηρεάζουν, καθώς και της μεθόδου που εφαρμόστηκε ώστε αυτές να ληφθούν υπ όψιν στο NEPLAN κατά τη διαδικασία προσομοίωσης του δικτύου που μελετάται. Στο κεφάλαιο 7 παρουσιάζεται αρχικά το δίκτυο IEEE 24-bus RTS, όπως αυτό προσομοιώθηκε στο πρόγραμμα NEPLAN και στη συνέχεια περιγράφονται αναλυτικά τα σενάρια διαχείρισης/απόκρισης ζήτησης που εφαρμόστηκαν σε αυτό και τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή τους. Στο όγδοο κεφάλαιο παρατίθεται μια οικονομική μελέτη σχετικά με τις μεταβολές στο ποσοστό της οικονομικής ζημιάς (κόστος αξιοπιστίας) που υφίσταται η επιχείρηση ηλεκτρισμού επί των εισπράξεών της από την ενέργεια που παρέχει στους πελάτες της, καθώς και της μεταβολής των εισπράξεών της, εξαιτίας της εφαρμογής των σεναρίων DSM/DR. Τέλος, στο κεφάλαιο 9 συνοψίζονται τα συμπεράσματα των πειραμάτων και προτείνονται διάφορες ιδέες για μελλοντική έρευνα. 4

20 2 Έξυπνα Δίκτυα (Smart Grids) 2.1 Προβλήματα στο σύγχρονο συμβατικό δίκτυο Μια σημαντική πρόκληση που απασχολεί τη δομή και τη λειτουργία των σημερινών Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας είναι το ενεργειακό πρόβλημα. Η προσπάθεια του ανθρώπου για συνεχή άνοδο του βιοτικού του επιπέδου και η βιομηχανική ανάπτυξη οδήγησαν στην ταχεία αύξηση της ενεργειακής ζήτησης. Δεδομένου ότι η ενέργεια που χρησιμοποιείται σήμερα προέρχεται από ορυκτές καύσιμες ύλες, όπως γαιάνθρακες, πετρέλαιο, φυσικό αέριο και σχάσιμα πυρηνικά υλικά, η αύξηση της ενεργειακής ζήτησης φέρνει την παγκόσμια κοινότητα αντιμέτωπη με δύο σημαντικά προβλήματα: α) τη διαθεσιμότητα και την επάρκεια των ορυκτών καυσίμων και β) τις επιπτώσεις στο περιβάλλον. [5] Το παραπάνω πρόβλημα εντείνεται λόγω της ραγδαίας αύξησης της ηλεκτρικής ζήτησης από τους καταναλωτές, αλλά και της χαμηλής απόδοσης και των υψηλών απωλειών του συστήματος. Επιπλέον, η ενσωμάτωση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας αφενός προωθεί την προσπάθεια για μείωση της ρύπανσης του περιβάλλοντος, ωστόσο προσθέτει καινούριες προκλήσεις στο σύστημα, διότι ενδέχεται να δημιουργήσει προβλήματα στο συμβατικό δίκτυο γύρω από το ενεργειακό ισοζύγιο. Ακόμη, σημαντική επίδραση στη λειτουργία του δικτύου 5

21 αναμένεται να έχει η διείσδυση των ηλεκτρικών οχημάτων στην αγορά, καθώς πρόκειται να αποτελέσει ένα μεγάλο επιπρόσθετο φορτίο. 2.1 Κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας (έτη ) Το σημερινό ηλεκτρικό δίκτυο χαρακτηρίζεται από μονόδρομη επικοινωνία -μόνο από τους καταναλωτές προς τις επιχειρήσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και τους διαχειριστές του συστήματος- και η προσαρμογή στις μεταβολές της ζήτησης πραγματοποιείται μέσω της ρύθμισης της παραγωγής προς τα πάνω ή προς τα κάτω. Επιπλέον, η απαιτούμενη ισχύς οφείλει να παρέχεται την ίδια ακριβώς χρονική στιγμή που ζητείται, γεγονός που σημαίνει ότι η αξιόπιστη λειτουργία του ηλεκτρικού συστήματος απαιτεί τέλεια εξισορρόπηση μεταξύ προσφοράς και ζήτησης σε πραγματικό χρόνο. Σε περίπτωση που οι ηλεκτροπαραγωγικές επιχειρήσεις δεν μπορούν να ανταποκριθούν στις ανάγκες, μπορεί να προκύψουν προβλήματα στην εύρυθμη λειτουργία του συστήματος (πχ. διακοπές στην ηλεκτροδότηση), μειώνοντας τόσο την αξιοπιστία του όσο και την ασφάλεια του, και προκαλώντας φυσικά δυσαρέσκεια, ακόμη και υλικές ή χρηματικές βλάβες στους καταναλωτές. Προκύπτει, λοιπόν, η ανάγκη για τροποποίηση και αναβάθμιση των υφιστάμενων συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας, προκειμένου να αντιμετωπιστούν οι παραπάνω προκλήσεις, με το βέλτιστο δυνατό τρόπο. 6

22 2.2 Περιγραφή των Έξυπνων Δικτύων Στην ψηφιακή εποχή που ζούμε, υπάρχει η δυνατότητα και η ανάγκη μετάβασης σε ένα ταχύτερο, πιο έξυπνο ηλεκτρικό δίκτυο, που θα μπορεί να παρέχει καλύτερη ποιότητα ρεύματος με επικοινωνία διπλής κατεύθυνσης, που θα εξισορροπεί την προσφορά και τη ζήτηση σε πραγματικό χρόνο, εξομαλύνοντας τις αιχμές της ζήτησης, και που θα καθιστά τους πελάτες ενεργούς συμμέτοχους στην παραγωγή και την κατανάλωση ηλεκτρισμού. Η τάση αυτή οδηγεί στην καθιέρωση των ευφυών ή έξυπνων δικτύων. [1] 2.2 Ροή ισχύος σε ένα συμβατικό και σε ένα έξυπνο δίκτυο Η γενική ιδέα για το έξυπνο δίκτυο ξεκίνησε από τη λειτουργία των προηγμένων μετρητικών υποδομών για τη βελτίωση της διαχείρισης ζήτησης, της ενεργειακής απόδοσης και την ύπαρξη ενός ηλεκτρικού δικτύου που μπορεί να θεραπεύεται μόνο του, ενισχύοντας έτσι την αξιοπιστία του συστήματος και την αντιμετώπιση φυσικών καταστροφών και επικίνδυνων καταστάσεων. Ωστόσο, διάφοροι λόγοι οδήγησαν σε μια ευρύτερη έννοια γύρω από τα έξυπνα δίκτυα. Τέτοιοι λόγοι είναι α) η έμφαση για την προστασία του περιβάλλοντος, συμπεριλαμβάνοντας τις ανανεώσιμές πηγές ενέργειας (ηλιακή, αιολική κτλ.) και την απόκριση ζήτησης β) η τάση για καλύτερη αξιοποίηση του εξοπλισμού διατηρώντας την αξιοπιστία του συστήματος, ακόμη και 7

23 για λειτουργία σε κρίσιμες καταστάσεις (περίοδοι αιχμής, σφάλματα κτλ.) και γ) η ανάγκη για μεγαλύτερο εύρος επιλογών από τη μεριά του πελάτη.[2] Οι Ευρωπαϊκές Ρυθμιστικές Αρχές για την Ηλεκτρική Ενέργεια αναφέρουν ως έξυπνα δίκτυα τα ηλεκτρικά δίκτυα που μπορούν έξυπνα να ενσωματώσουν τη συμπεριφορά και τις δράσεις όλων των χρηστών που συνδέονται με αυτά - παραγωγοί, καταναλωτές ή και τα δύο ταυτόχρονα - με σκοπό την αποτελεσματική διανομή βιώσιμου, οικονομικού και ασφαλούς ηλεκτρισμού. [3] Στην Αμερική, χρησιμοποιείται ένας διαφορετικός ορισμός, που σχετίζεται περισσότερο με τους στόχους που θέτονται γύρω από ένα έξυπνο δίκτυο, με κύριο άξονα την ασφάλεια του συστήματος. Σύμφωνα λοιπόν με αυτόν τον ορισμό, ένα έξυπνο δίκτυο πρέπει να διαθέτει ένα επίπεδο απόδοσης και ορισμένα χαρακτηριστικά όπως αυτοίαση από γεγονότα διαταραχής της ισχύος, δυνατότητα ενεργού συμμετοχής των καταναλωτών στην απόκριση ζήτησης, ελαστική αντιμετώπιση και λειτουργία απέναντι σε υλικές και εξωτερικές επιθέσεις, παροχή ποιότητας στην ισχύ σύμφωνα με τις ανάγκες του 21 ου αιώνα, διευκόλυνση όλων των διαθέσιμων επιλογών στις μεθόδους παραγωγής και αποθήκευσης, δυνατότητα ενσωμάτωσης νέων προϊόντων, υπηρεσιών και αγορών, βελτιστοποίηση των στοιχείων ενεργητικού και αποτελεσματική λειτουργία. [4] Αναλυτικότερα, το έξυπνο δίκτυο επιτρέπει την αποδοτικότερη χρήση της υπάρχουσας εγκατεστημένης ισχύος και της υποδομής μεταφοράς και διανομής ενέργειας, με μείωση των απωλειών στις ηλεκτρικές γραμμές μέσω της εκτενέστερης χρήσης τοπικής, αποκεντρωμένης ηλεκτροπαραγωγής. Καθώς αυξάνεται το ποσοστό παραγωγής από ποικίλες ανανεώσιμες πηγές, ένα έξυπνο δίκτυο μπορεί να χειριστεί καλύτερα τις αυξομειώσεις του παραγόμενου ρεύματος σε περιπτώσεις ελάττωσης της παραγωγής από ΑΠΕ, για παράδειγμα λόγω μειωμένης ηλιοφάνειας ή ανέμων. Θα επιτρέψει επίσης στα ηλεκτρικά οχήματα να αποθηκεύουν ρεύμα για τις μετακινήσεις τους ή να το πωλούν πίσω στο δίκτυο όταν αυτό απαιτείται. Οι έξυπνες τεχνολογίες συμπεριλαμβανομένων των έξυπνων μετρητών, των αυτόματων συστημάτων ελέγχου, των ψηφιακών αισθητήρων και εργαλείων ανάλυσης δεδομένων θα δείχνουν στους καταναλωτές την τιμολόγηση σε πραγματικό χρόνο και θα τους επιτρέπουν να εξοικονομούν χρήματα και ενέργεια κλείνοντας ηλεκτρικές συσκευές, συστήματα θέρμανσης και ψύξης ολόκληρων κτιρίων, ή βιομηχανικά φορτία σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές ή όταν η τιμή του 8

24 ρεύματος ξεπερνά ένα προκαθορισμένο ποσό ή όταν υπάρχει πτώση παραγωγής στις μεγάλες αιολικές μονάδες. Πιλοτικά προγράμματα που έχουν εφαρμοστεί έχουν αποδείξει σημαντική εξοικονόμηση χρημάτων για τους καταναλωτές και μειώσεις στη ζήτηση ενέργειας. Τα έξυπνα δίκτυα μπορούν ακόμη να βοηθήσουν στη εξυπηρέτηση φορτίων σε περιόδους χαμηλής ζήτησης, όταν οι απώλειες των ηλεκτρικών γραμμών είναι μικρότερες και δεν λειτουργούν τα πλέον ρυπογόνα και λιγότερο αποδοτικά εργοστάσια. Επίσης, επιτρέπουν στους ελεγκτές του δικτύου να προβλέπουν και να αντιμετωπίζουν άμεσα τα προβλήματα που προκύπτουν σε αυτό. Ωστόσο, η πλήρης ανάπτυξη των έξυπνων ηλεκτρικών δικτύων χρειάζεται ακόμα χρόνια, ανάλογα με τις πολιτικές που θα θεσπιστούν. Όμως, πολλές χώρες και περιοχές βρίσκονται ήδη σε καλό δρόμο. Τα κράτη μέλη έχουν κληθεί να συμφωνήσουν σε ελάχιστες λειτουργικές προδιαγραφές κοινοτικής κλίμακας, όσον αφορά την έξυπνη μέτρηση της κατανάλωσης, που θα επιτρέψει σε φορείς εκμετάλλευσης δικτύων, προμηθευτές και ιδίως στους καταναλωτές να διαχειρίζονται αποτελεσματικά τις ενεργειακές τους ανάγκες. [6] 2.3 Χαρακτηριστικά των έξυπνων Δικτύων Εικόνα 2.3 Χαρακτηριστικά και στοιχεία του Έξυπνου Δικτύου 9

25 Ορισμένα καθοριστικά χαρακτηριστικά που συναντώνται στα περισσότερα έξυπνα δίκτυα είναι: [7] [8] Διασύνδεση μεταξύ των συσκευών του καταναλωτή και των τυπικών ενεργητικών στοιχείων σε ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας (παραγωγή, μεταφορά και διανομή) Η αμφίδρομη επικοινωνία θα επιτρέπει στον καταναλωτή να ελέγχει καλύτερα την χρήση ηλεκτρικής ενέργειας, δίνοντάς του παράλληλα τη δυνατότητα περισσότερων επιλογών. Επιπλέον, αυτή η μορφή επικοινωνίας θα διευκολύνει τη διαδικασία Διαχείρισης/Απόκρισης Ζήτησης, δίνοντας στο διαχειριστή του δικτύου τη δυνατότητα για καλύτερο ελέγχου των φορτίων του συστήματος και συνεπώς μεγαλύτερη ευελιξία στη λειτουργική συμπεριφορά του συστήματος. Το έξυπνο δίκτυο θα είναι τουλάχιστον ημιαυτόνομο Με την χρησιμοποίηση έξυπνων συστημάτων (εξελιγμένοι αισθητήρες) και τη συνεχή παρακολούθηση του δικτύου ενεργοποιείται η απόκριση σε διάφορα ερεθίσματα, με την ελάχιστη ανθρώπινη παρέμβαση. Το έξυπνο δίκτυο αξιοποιεί με το βέλτιστο τρόπο τον εξοπλισμό του συστήματος ενέργειας Οι στρατηγικές απόκρισης βελτιστοποιούν τη ροή ισχύος στο υπάρχον δίκτυο μεταφοράς, ενισχύοντας την αξιοπιστία του, ενώ παράλληλα αναβάλλονται επεκτάσεις των δικτύων μεταφοράς και η κατασκευή επιπλέον σταθμών παραγωγής. Εξαιτίας της ύπαρξης της αμφίδρομης επικοινωνίας σε ώρες αιχμής και στην πιθανή απόκριση του καταναλωτή στα σήματα αυξημένων χρεώσεων, ενδέχεται το μέγιστο φορτίο να μειωθεί, συνεπώς μειώνεται και η ανάγκη χρησιμοποίησης ακριβότερων και ευέλικτων μονάδων παραγωγής. Το έξυπνο δίκτυο θα υποστηρίζει καλύτερα την ενσωμάτωση της διανεμημένης παραγωγής στο συμβατικό σύστημα παραγωγής Το έξυπνο δίκτυο δεν περιλαμβάνει μόνο μεγάλες, κεντρικές μονάδες παραγωγής, αλλά ευνοεί την ενσωμάτωση των αποκεντρωμένων μονάδων παραγωγής ενέργειας, όπως ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, συμπαραγωγή θερμότητας και ηλεκτρισμού μικρής κλίμακας, και αποθήκευση ενέργειας. Έτσι, οι καταναλωτές (οικιακοί, 10

26 εμπορικοί, βιομηχανικοί) μπορούν να εξετάσουν την πιθανότητα εγκατάστασης εξοπλισμού τοπικής παραγωγής στο χώρο τους. Για την ακρίβεια, ένας πελάτης μπορεί να λειτουργεί ως πάροχος ενέργειας αντί για καταναλωτής (prosumer). Δυνατότητα πληροφόρησης και συμμετοχής των καταναλωτών Οι καταναλωτές μπορούν αν βοηθήσουν στο ισοζύγιο μεταξύ παροχής και ζήτησης, και να ενισχύσουν την αξιοπιστία του συστήματος, μεταβάλλοντας τον τρόπο που χρησιμοποιούν και αγοράζουν ενέργεια. Οι μεταβολές αυτές είναι αποτέλεσμα των επιλογών που δίνονται στους ίδιους τους καταναλωτές ωθώντας τους σε διαφορετικές καταναλωτικές συμπεριφορές και πρότυπα. Οι παραπάνω επιλογές περιλαμβάνουν νέες τεχνολογίες, καινούριες πληροφορίες σχετικά με τη χρήση του ηλεκτρισμού, νέες μορφές τιμολόγησης της ηλεκτρικής ενέργειας και διάφορα κίνητρα για συμμετοχή. Διευκόλυνση ενσωμάτωσης νέων προϊόντων, υπηρεσιών και αγορών Οι αγορές που έχουν σχεδιαστεί σωστά και λειτουργούν αποτελεσματικά, δίνουν τη δυνατότητα στον καταναλωτή να επιλέξει μεταξύ ανταγωνιστικών υπηρεσιών που διατίθενται. Ορισμένα από τα στοιχεία του δικτύου που απαιτούν διαχείριση είναι η ροή της ενέργειας, η ικανότητα παραγωγής, η τοποθεσία, ο χρόνος, ο ρυθμός μεταβολής και η ποιότητα της. Οι αγορές μπορούν να παίξουν καθοριστικό ρόλο στη διαχείριση των παραπάνω μεταβλητών. Οι διαχειριστές, οι ιδιοκτήτες/επιχειρηματίες και οι καταναλωτές χρειάζονται ευελιξία ώστε να τροποποιήσουν τους υφιστάμενους κανόνες λειτουργίας των επιχειρήσεων προσαρμόζοντάς τους στη λειτουργία και τις συνθήκες της αγοράς. Το έξυπνό δίκτυο παρέχει διαφορετικά επίπεδα ποιότητας ισχύος Όλες οι εμπορικές επιχειρήσεις, καθώς και όλοι οι οικιακοί καταναλωτές δεν απαιτούν την ίδια ποιότητα ισχύος. Ένα έξυπνο δίκτυο μπορεί να ποικίλει σχετικά με το βαθμό ποιότητας και τιμής στην ενέργεια που προμηθεύει. Το κόστος των ασφαλίστρων για την ποιότητα της ενέργειας περιλαμβάνεται στο συμβόλαιο με την εταιρία ηλεκτρισμού. Προηγμένες μέθοδοι ελέγχου εξασφαλίζουν τη γρήγορη διάγνωση και διαχείριση των γεγονότων που επηρεάζουν την ποιότητα της ισχύος, 11

27 όπως φωτισμός, υπερτάσεις κατά τη μεταγωγή ενός διακόπτη, σφάλματα γραμμής και πηγές αρμονικών. Το έξυπνο δίκτυο είναι ελαστικό σε διαταραχές, επιθέσεις και φυσικές καταστροφές Η ελαστικότητα αναφέρεται στην ικανότητα του συστήματος να αντιδρά σε απρόσμενα γεγονότα, απομονώνοντας τα προβληματικά στοιχεία, ενώ το υπόλοιπο σύστημα επαναφέρεται σε κανονική λειτουργία. Αυτές οι λειτουργίες αυτό-ίασης συμβάλλουν στη μείωση των διακοπών που υφίστανται οι καταναλωτές και βοηθούν τους παρόχους να διαχειρίζονται καλύτερα την υποδομή του συστήματος διανομής. 2.4 Σύγκριση των λειτουργιών και των χαρακτηριστικών ενός έξυπνου κι ενός συμβατικού δικτύου Ένα έξυπνο δίκτυο παρουσιάζει ορισμένες διαφορές σε σχέση με ένα παραδοσιακό ως προς τις λειτουργίες που εκτελούνται, στους παρακάτω τομείς: [10][35] Παραγωγή Το σημερινό δίκτυο αποτελείται από εργοστάσια παραγωγής μεγάλης κλίμακας, ενώ το έξυπνο δίκτυο θα ενσωματώνει τη διανεμημένη παραγωγή, κυρίως ανανεώσιμες πηγές και μικρής κλίμακας εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και εικονικές μονάδες παραγωγής, συνδεδεμένες μέσω τεχνολογιών πληροφορίας και επικοινωνίας Μεταφορά και ενεργειακό απόθεμα Στα συμβατικά ΣΗΕ η ζήτηση τριτογενούς ισχύος πραγματοποιείται τηλεφωνικά, ενώ στα έξυπνα δίκτυα υπάρχει εξισορρόπηση της ροής ισχύος διεθνώς. Ακόμη, υπάρχει η δυνατότητα ζήτησης τριτογενούς αποθέματος μέσω ευρυζωνικής σύνδεσης, καθώς και αυτόματη διεύθυνση της ζήτησης με έξυπνο λογισμικό Διανομή Στα κλασικά δίκτυα η παροχή ενέργειας έπεται της ζήτησης, ενώ το σύστημα διανομής αποτελεί ένα «μαύρο κουτί». Αντίθετα, σε ένα ευφυές δίκτυο η ζήτηση προσαρμόζεται στην κατάσταση που βρίσκεται η παραγωγή (DSM, 12

28 άμεσος έλεγχος φορτίου) και επιπλέον παρέχεται καλύτερη γνώση της κατάστασης του δικτύου, καθώς και των πιθανών σημείων με χαμηλή ποιότητα ισχύος Έξυπνα συστήματα μέτρησης Ένα συμβατικό δίκτυο περιλαμβάνει απλούς, τυπικούς μετρητές και ελάχιστους αισθητήρες, δε διαθέτει παρακολούθηση και αμφίδρομη ροή πληροφοριών. Αντίθετα τα έξυπνα δίκτυα χρησιμοποιούν ψηφιακές διατάξεις, πληθώρα αισθητήρων, φορητές συσκευές έλεγχου και χαρακτηρίζονται από αμφίδρομη επικοινωνία και δυνατότητα εξοικονόμησης ενέργειας. Εμπόδιο: ανεπαρκής γνώση ή έλλειψη χρηματοοικονομικών πόρων από τους καταναλωτές για νέες δυνατότητες μέσω τεχνολογιών πληροφόρησης και επικοινωνίας, έλλειψη τυποποίησης και διαλειτουργικότητας Έξυπνο Σπίτι Στο σημερινό δίκτυο ο έλεγχος της θέρμανσης και των συσκευών γίνεται χειροκίνητα, ενώ στα μελλοντικά δίκτυα ο παραπάνω έλεγχος θα πραγματοποιείται με έξυπνο τρόπο. Επιπλέον, θα πραγματοποιείται εξοικονόμηση ενέργειας. Εμπόδιο: ανεπαρκής γνώση ή έλλειψη χρηματοοικονομικών πόρων από τους καταναλωτές για νέες δυνατότητες μέσω τεχνολογιών πληροφόρησης και επικοινωνίας Συνολικό σύστημα Στα κλασικά συστήματα ενέργειας δεν υπάρχει συνεχής ροή πληροφορίας από την παραγωγή στην κατανάλωση, σε αντίθεση με τα έξυπνα δίκτυα, στα οποία εκτός από την ύπαρξη συνεχούς ροής, υπάρχει και μόνιμη πρόσβαση στις σχετικές πληροφορίες. Εμπόδιο: δεν υπάρχουν κοινά πρότυπα, απαιτείται η εξασφάλιση της προστασίας των δεδομένων Γενικότερα Το έξυπνο δίκτυο είναι προσαρμοστικό και έχει την δυνατότητα αυτοίασης. Εστιάζει στην πρόληψη, ανιχνεύει πιθανά προβλήματα και αποκρίνεται άμεσα χωρίς να επιδρά στον καταναλωτή. Αντιθέτως, στο συμβατικό δίκτυο υπάρχουν δυσλειτουργίες που συχνά καταλήγουν σε εκτεταμένες διακοπές ρεύματος (blackouts) ώστε να αποτρέπονται περαιτέρω ζημιές. Οι καταναλωτές σε ένα έξυπνο δίκτυο διαθέτουν ένα εύρος επιλογών όσον αφορά την κατανάλωση και τον τρόπο τιμολόγησής τους, είναι ενημερωμένοι 13

29 και συμμετέχουν ενεργά στην αγορά ενέργειας, κάτι που δεν ισχύει στο παραδοσιακό ΣΗΕ. Το υπάρχον δίκτυο είναι ευάλωτο σε καταπονήσεις και φυσικές καταστροφές, ενώ το έξυπνο δίκτυο είναι ανθεκτικό σε τέτοιους κινδύνους με δυνατότητες γρήγορης αποκατάστασης των σφαλμάτων. Το συμβατικό δίκτυο εστιάζει στην αδιάλειπτη προσφορά ηλεκτρικής ενέργειας, χωρίς να επικεντρώνεται σε θέματα ποιότητας της παρεχόμενης ενέργειας. Αντίθετα, μεταξύ των στόχων ενός ευφυούς δικτύου είναι η ικανοποίηση των απαιτήσεων των καταναλωτών προσφέροντας είτε υψηλής ποιότητας ηλεκτρική ενέργεια είτε διαφορετικές ποιότητες σε διαφορετικές τιμές. Εικόνα 2.4 Τοπολογίες ενός παραδοσιακού κι ενός έξυπνου δικτύου 2.5 Έξυπνα Δίκτυα και Αξιοπιστία Τα σύγχρονα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας σχεδιάζονται και λειτουργούν με βασικό γνώμονα την αξιοπιστία του συστήματος, εξαιτίας που κόστους που υφίστανται οι 14

30 καταναλωτές λόγω διακοπών. Οι προκλήσεις σχετικά με τα θέματα αξιοπιστίας στα σημερινά δίκτυα ενέργειας αυξάνονται συνεχώς, ενώ οι παράγοντες στους οποίους οφείλονται είναι: Η επιδείνωση της συμφόρησης του δικτύου διανομής, εξαιτίας της αβεβαιότητας, της ποικιλομορφίας και της ενέργειας που προέρχεται από πηγές διανεμημένης παραγωγής. Η ροή φορτίου διαδραματίζεται σε πραγματικό χρόνο και ενδέχεται να διαφέρει σημαντικά από αυτή που υπολογίζεται σε μια θεωρητική ανάλυση. Περισσότερες και μεγαλύτερες μεταφορές σε ακόμη μακρύτερες αποστάσεις, οι οποίες αυξάνουν την αστάθεια και μειώνουν τα περιθώρια αξιοπιστίας. Το γεγονός ότι το σύστημα λειτουργεί "στα όρια" σε περισσότερες περιοχές και με μεγαλύτερη συχνότητα, λόγω ανεπαρκών επενδύσεων και περιορισμένων εγκαταστάσεων αύξηση της ενεργειακής κατανάλωσης και του φορτίου αιχμής, περιορίζοντας την ικανότητα μεταφοράς ισχύος γήρανση της υποδομής μεγιστοποίηση στη χρήση του εξοπλισμού με χρήση σύγχρονων εργαλείων για παρακολούθηση, ανάλυση και έλεγχο Η ενοποίηση των λειτουργικών μονάδων δημιουργώντας πιο σύνθετα προβλήματα και απαιτώντας παράλληλα στενότερα περιθώρια λάθους και συντομότερους χρόνους λήψης αποφάσεων. Το πρόβλημα αυτό διογκώνεται εξαιτίας της έλλειψης έμπειρου προσωπικού λόγω συνταξιοδότησης, κτλ. Επιπρόσθετα, η μαζική χρησιμοποίηση της διανεμημένης παραγωγής τείνει να δυσχεραίνει τη διάκριση μεταξύ μεταφοράς και διανομής, εντείνοντας έτσι την πολυπλοκότητα και την αστάθεια στη λειτουργίας του δικτύου Επίδραση των βασικών στοιχείων ενός έξυπνου δικτύου στην αξιοπιστία Ο αντίκτυπος των τεσσάρων βασικών παραγόντων σε ένα έξυπνο δίκτυο είναι: [11] Ανανεώσιμες πηγές Η ηλιακή και η αιολική ενέργεια αναμένονται να είναι οι πιο γρήγορα επεκτάσιμες μορφές ανανεώσιμης ενέργειας. Η αδυναμία πρόβλεψης των αιολικών πηγών φαίνεται από τους χαμηλούς συντελεστές χρησιμοποίησης (τυπικές τιμές 20% έως 40%) οι οποίοι βρίσκονται πολύ χαμηλότερα από τους αντίστοιχους των συμβατικών γεννητριών. 15

31 Εικόνα 2.5 Παράδειγμα μεταβλητότητας στην παραγωγή πηγών αιολικής ενέργειας. Αυτό δημιουργεί προβλήματα τόσο στον έλεγχο όσο και στην αξιοπιστία του δικτύου. Η μεταβλητότητα της αιολικής ενέργειας συσχετίζεται σε χαμηλό βαθμό με τη μεταβλητότητα του φορτίου, με αποτέλεσμα να συμβάλλει ελάχιστα στην κάλυψη του φορτίου αιχμής. Εικόνα 2.6 Παράδειγμα με χρήση αιολικής γεννήτριας (18 GW) 16

32 Η αστάθεια στην παραγωγή αιολικής ενέργειας επηρεάζεται τόσο από το σχεδιασμό του εξοπλισμού όσο και από τη γεωγραφική τοποθεσία. Οι αιολικές γεννήτριες μεγάλης κλίμακας βρίσκονται συνήθως μακριά από τα φορτία και συνεπώς αντιμετωπίζουν περιορισμούς στη μεταφορά, όπως απώλειες, προβλήματα ευστάθειας και πτώσης τάσης. Ο ήλιος αποτελεί την πιο άφθονη πηγή ενέργειας. Η ηλιακή ενέργεια που φτάνει στην επιφάνεια της γης κάθε χρόνο είναι χίλιες φορές μεγαλύτερη από την ετήσια κατανάλωση ενέργειας που παράγεται από ορυκτά καύσιμα σήμερα. Η εγκατεστημένη παραγωγή ηλιακής ενέργειας αναμένεται να φτάσει τα 16 GW μέχρι το Οι δύο επικρατούσες τεχνολογίες σε αυτόν τον τομέα είναι τα φωτοβολταϊκά και τα ηλιοθερμικά συστήματα. Η αστάθεια στην παραγωγή ηλιακής ενέργειας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το κλίμα και τη διαθέσιμη ηλιοφάνεια της τοποθεσίας. Τυπικές τιμές των συντελεστών χρησιμοποίησης για τα φωτοβολταϊκά είναι 10 έως 20%, ενώ για τα ηλιοθερμικά συστήματα οι τιμές αυτές μπορεί να φτάσουν και το 70% σε περίπτωση δυνατότητας αποθήκευσης ενέργειας. Οι μονάδες μεγάλης κλίμακας ενδέχεται να βρίσκονται μακριά από τα φορτία, αντιμετωπίζοντας έτσι περιορισμούς στο τμήμα της μεταφοράς. Ωστόσο, η παραγωγή ηλιακής ενέργειας συμπίπτει με την αυξημένη ζήτηση κατά τους θερινούς μήνες και μπορεί να καλύψει το αυξημένο φορτίο που οφείλεται στη μεγάλη χρήση των κλιματιστικών. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας έχουν γενικά αρνητικό αντίκτυπο στην αξιοπιστία του δικτύου, λόγω: της μεταβλητότητας στην παραγωγή και των χαμηλών συντελεστών χρησιμοποίησης, που κάνουν τις διακυμάνσεις στην καμπύλη ζήτησης ακόμη πιο έντονες. της χαμηλής συσχέτισης με την καμπύλη φορτίου, ειδικά όσον αφορά την αιολική ενέργεια. της σχετικής δυσκολίας στην πρόβλεψη της παραγόμενης ενέργειας, ιδιαίτερα για μακροπρόθεσμα διαστήματα. προβλημάτων συμφόρησης σε επίπεδο μεταφοράς εξαιτίας της εγκατάστασης μεγάλων μονάδων ΑΠΕ, και προβλημάτων σε επίπεδο διανομής εξαιτίας των διανεμημένων μονάδων. λειτουργικών προβλημάτων, όπως ο συγχρονισμός και η ρύθμιση τάσης. Συμβατικά χρησιμοποιούνται, υδραντλητικές και αεριοστροβιλικές μονάδες για τη διαχείριση της μεταβλητότητας της ζήτησης φορτίου. Επειδή όμως η χρήση ανανεώσιμων μορφών ενέργειας αναπτύσσεται και διευρύνεται ολοένα και 17

33 περισσότερο, αναμένεται η απόκριση ζήτησης, οι συσκευές αποθήκευσης ενέργειας και η χρήση των ηλεκτρικών οχημάτων και αντικαταστήσουν τις παραπάνω συμβατικές μεθόδους Απόκριση Ζήτησης/ Διαχείριση Φορτίου Η απόκριση ζήτησης μπορεί να μειώσει το φορτίο του καταναλωτή ανταποκρινόμενος σε επείγουσες καταστάσεις στο δίκτυο και σε περιπτώσεις υψηλής τιμολόγησης. Τέτοιες περιπτώσεις συμβαίνουν κυρίως κατά τη διάρκεια περιόδων αιχμής ή σε περιπτώσεις που παρατηρείται συμφόρηση στο δίκτυο. Η απόκριση ζήτησης σε περιόδους μη επείγουσας κατάστασης, της τάξης του 5 έως 15% του μέγιστου φορτίου του συστήματος, παρέχει σημαντικά οφέλη, αφενός περιορίζοντας την ανάγκη για επιπρόσθετες μονάδες παραγωγής και αφετέρου μειώνοντας την τιμή της ηλεκτρικής ενέργειας. Η απόκριση ζήτησης ουσιαστικά δεν αλλάζει τη συνολική κατανάλωση ενέργειας, καθώς ένα μεγάλο μέρος της ενέργειας που εξοικονομείται κατά τις περικοπές φορτίων καταναλώνεται τελικά σε κάποια άλλη χρονική περίοδο, με αποτέλεσμα η καμπύλη φορτίου να γίνεται πιο επίπεδη. Η απόρριψη φορτίου μπορεί να θεωρηθεί σαν μια λύση έκτακτης ανάγκης για την προστασία του δικτύου από διαταραχές και εφαρμόζεται είτε έπειτα από εντολή του διαχειριστή ή με τη βοήθεια κατάλληλων διακοπτικών μέσων. 18

34 Οι μηχανισμοί απόκρισης ζήτησης/ διαχείρισης φορτίου δεν έχουν ενσωματωθεί ακόμη πλήρως στο σύστημα ως μέθοδοι για την εξισορρόπηση παροχής και ζήτησης. Η συμμετοχή των καταναλωτών, όπως καθορίζεται από τα συμβόλαιά τους με την επιχείρηση ηλεκτρισμού, βρίσκεται τυπικά κάτω από το 5% του μέγιστου φορτίου. Σε ένα έξυπνο δίκτυο, ο παροχή πληροφοριών τιμολόγησης σε πραγματικό χρόνο παροτρύνει τους καταναλωτές για μεγαλύτερη συμμετοχή. Η απόκριση ζήτησης μπορεί να εφαρμοστεί είτε σαν αυτόματη είτε σαν χειροκίνητη απόκριση σε σήματα σχετικά με την τιμή της ενέργειας, ή μέσω μιας διαδικασίας προσφοράς στην τιμή, που βασίζεται σε άμεση επικοινωνία μεταξύ του καταναλωτή και της αγοράς/του διαχειριστή του συστήματος ή με τη βοήθεια διαμεσολαβητών όπως συλλέκτες και τοπικές υπηρεσίες. Εικόνα 2.7 Επικοινωνία στη διαδικασία Απόκριση Ζήτησης Εκτός από το να οδηγεί σε μια πιο επίπεδη καμπύλη φόρτισης, η απόκριση ζήτησης μπορεί να λειτουργήσει και ως βοηθητική πηγή, βελτιώνοντας με αυτό τον τρόπο την αξιοπιστία του συστήματος. 19

35 Συσκευές αποθήκευσης Ο πιο συνηθισμένος τρόπος αποθήκευσης ενέργειας είναι τα συστήματα άντλησης και αποθήκευσης υδραυλικής ενέργειας. Ωστόσο τα περιθώρια ανάπτυξης για τις μορφές αυτές είναι πολύ μικρότερα σε σχέση με την ενέργεια που χρειάζεται να αποθηκευτεί προκειμένου να αντιμετωπιστεί η αυξανόμενη μεταβλητότητα στην ενεργειακή ζήτηση. Η αστάθεια στην παραγωγή ηλιακής και αιολικής ενέργειας οδηγεί, επίσης, στην ανάγκη για αποθήκευση. Διάφορες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας αναδύονται προκειμένου να καλύψουν το παραπάνω κενό, με την μπαταρία να αποτελεί την πιο πολλά υποσχόμενη λύση, εξαιτίας των συνεχόμενων βελτιώσεων που προσφέρει στην τεχνολογία και στην οικονομία χώρου. Οι συσκευές αποθήκευσης τείνουν να δώσουν μια πιο επίπεδη μορφή στην καμπύλη ζήτησης φορτίου, βελτιώνοντας έτσι την αξιοπιστία του συστήματος. Επιπλέον, οι περισσότερες συσκευές αποθήκευσης έχουν τη δυνατότητα να αποκρίνονται μέσα σε κλάσματα δευτερολέπτων, επιτρέποντας έτσι το γρήγορο έλεγχο σε ένα έξυπνο δίκτυο. Οι συσκευές αποθήκευσης βρίσκονται διανεμημένες, σε διάφορα μεγέθη, μέσα στο δίκτυο, από τα τελικά φορτία μέχρι τους κύριους υποσταθμούς και τις κεντρικές μονάδες παραγωγής. Το χαρακτηριστικό αυτό εξυπηρετεί στην αποσυμφόρηση του δικτύου, τόσο στο τμήμα της μεταφοράς όσο και της διανομής Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς Καθώς οι περιβαλλοντικές ανησυχίες συνεχίζονται και αυξάνονται, τα ηλεκτρικά οχήματα (PEV, ecar, κτλ.) αποτελούν ένα σημαντικό μέσο για τη μείωση των αέριων του θερμοκηπίου, αλλά και της εξάρτησης από τα ορυκτά καύσιμα. Για μεγαλύτερη ενσωμάτωση των ηλεκτρικών οχημάτων, επιβάλλεται λύση στο πρόβλημα της επαναφόρτισης. Η επαναφόρτιση μεγάλης χρονικής διάρκειας συνεπάγεται μη διαθεσιμότητα του οχήματος σε ανεπίτρεπτα επίπεδα, ενώ η επαναφόρτιση σε σύντομο χρονικό διάστημα μπορεί να προκαλέσει συμφόρηση του δικτύου, ιδιαίτερα στο τμήμα της διανομής. Από άποψη αξιοπιστίας, η χρήση ηλεκτροκίνητων μέσων μεταφοράς έχει παρόμοια χαρακτηριστικά με την απόκριση ζήτησης και τις συσκευές αποθήκευσης. Αφού ένα ηλεκτρικό όχημα αποτελεί σοβαρό παράγοντα στην αύξηση του συνολικού φορτίου ενός συστήματος, αναπόφευκτα συντελεί στην επιδείνωση της μεταβλητότητας της ζήτησης, αλλά και των 20

36 προβλημάτων αξιοπιστίας που σχετίζονται με τη φόρτιση του οχήματος και το προφίλ κατανάλωσης των πελατών. 21

37 3 Διαχείριση Ζήτησης και Απόκριση Ζήτησης 3.1 Διαχείριση Ζήτησης (Demand Side Management -DSM) Η έννοια της Διαχείρισης ζήτησης Η Διαχείριση Ζήτησης (Demand Side Management - DSM) περιλαμβάνει κάθε δραστηριότητα από τη μεριά της ζήτησης, που αποσκοπεί στην αλλαγή των προτύπων στην κατανάλωση ενέργειας των τελικών καταναλωτών, βραχυπρόθεσμα ή μακροπρόθεσμα, βελτιώνοντας έτσι την ενεργειακή αποδοτικότητα και βελτιστοποιώντας την κατανομή της ηλεκτρικής ισχύος. Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας είτε τρόπους διαχείρισης είτε ανάλογα κίνητρα. Ο μηχανισμός DSM προσφέρει εξοικονόμηση ενέργειας, βελτιστοποίηση στην κατανομή των ενεργειακών πηγών και διασφάλιση της αξιοπιστίας του ηλεκτρικού δικτύου. Σε αντίθεση με τον παραδοσιακό τρόπο διαχείρισης της ενέργειας, κατά την οποία αυξάνεται μονομερώς η παροχή προκειμένου να ανταποκριθεί στη διαρκώς αυξανόμενη ζήτηση, ο μηχανισμός DSM στοχεύει στην εξισορρόπηση ζήτησηςπαροχής, μειώνοντας ή μετατοπίζοντας τη ζήτηση ηλεκτρισμού, αναβάλλοντας κατ αυτό τον τρόπο την κατασκευή νέων μονάδων παραγωγής και νέων υποδομών μεταφοράς και διανομής. [13] 22

38 3.1 Σχέση παραγωγής-ζήτησης χωρίς DSM (1) και με DSM (2) Τα προγράμματα DSM μεταβάλλουν το φορτίο του καταναλωτή και μειώνουν το συνολικό κόστος ενέργειας για τους συμμετέχοντες στα προγράμματα πελάτες, αλλά και γενικότερα για τους υπόλοιπους καταναλωτές. [34] Συγκεκριμένα, η διαχείριση ζήτησης σχετίζεται με την: [14] Ενεργειακή αποδοτικότητα - τεχνικές και λειτουργικές αλλαγές που μειώνουν την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την παροχή μιας υπηρεσίας (πχ. μετασκευές κτιρίων, χρήση λαμπτήρων φθορισμού) Συντήρηση - αλλαγές στη συμπεριφορά του καταναλωτή και τη λειτουργία του φορτίου που μειώνουν τη συνολική ενεργειακή κατανάλωση (πχ. χρήση θερμοστάτη, σβήσιμο των φώτων και απενεργοποίηση του εξοπλισμού κατά τη διάρκεια της νύχτας) Αλλαγή καυσίμου - κυρίως χρήση πράσινης ενέργειας όπως αιολική και ηλιακή Διανεμημένη Παραγωγή - περιλαμβάνει τριπαραγωγή, συμπαραγωγή, άντληση θερμότητας από το έδαφος και τοπικές ενεργειακές μονάδες Ο όρος της διαχείριση ζήτησης περιέχει ένα σύνολο διασυνδεδεμένων και ευέλικτων προγραμμάτων που δίνουν στον καταναλωτή ένα μεγαλύτερο και πιο ενεργό ρόλο όσον αφορά τη μετατόπιση της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη διάρκεια περιόδων αιχμής, μειώνοντας τελικά την κατανάλωση ενέργειας από τη μεριά τους. 23

39 Τα κίνητρα και τα προγράμματα διαχείρισης ζήτησης στηρίζονται σε δύο βασικές αρχές, αφενός τα προγράμματα απόκρισης ζήτησης ή μετατόπιση φορτίου και αφετέρου προγράμματα αποδοτικότητας και διατήρησης ενέργειας. [15] [16] Διαχείριση/Μετατόπιση φορτίου: τα προγράμματα απόκρισης ζήτησης (Demand Response - DR) αναφέρονται σε περικοπές δραστηριοτήτων και μετατοπίσεις του φορτίου από περιόδους αιχμής, προς περιόδους χαμηλής ζήτησης, και έχουν τη δυνατότητα να μειώσουν το μέγιστο φορτίο του συστήματος. Τροποποιώντας την ημερήσια μέγιστη ζήτηση, η καμπύλη φορτίου αποκτά πιο επίπεδη μορφή, με αποτέλεσμα το μεγαλύτερο μέρος την ενέργειας που παρέχεται να προέρχεται από τις λιγότερο ακριβές κεντρικές μονάδες παραγωγής. Τα προγράμματα DR προσφέρουν ακόμη εξοικονόμηση από το κόστος που θα προέκυπτε λόγω της κατασκευής επιπρόσθετων μονάδων παραγωγής για την κάλυψη μελλοντικών αναγκών του δικτύου ή και ενδεχόμενη ενίσχυση των δικτύων μεταφοράς και διανομής. Απόδοση/Εξοικονόμηση ενέργειας: Τα προγράμματα διατήρησης ενέργειας παροτρύνουν τους καταναλωτές να περιορίσουν ένα τμήμα της ενεργειακής τους χρήσης, με κίνητρο την εξοικονόμηση χρημάτων, πχ. ρύθμιση του θερμοστάτη των κλιματιστικών σε χαμηλότερη θερμοκρασία κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Τα προγράμματα ενεργειακής απόδοσης αποσκοπούν στη μείωση της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας από συγκεκριμένες συσκευές και συστήματα, προωθώντας τη χρήση εξοπλισμού και τη σχεδίαση κτιρίων υψηλής ενεργειακής απόδοσης, ενώ ταυτόχρονα οι ίδιοι καταναλωτές συνεχίζουν να απολαμβάνουν υπηρεσίες της ίδιας ποιότητας, πχ. αντικατάσταση ενός παλιού καταψύκτη με ένα καινούριο μοντέλο, ενεργειακά αποδοτικότερο Τροποποίηση καμπύλης φορτίου ανάλογα με την τεχνική DSM. Παρακάτω φαίνονται οι διάφοροι τρόποι μεταβολής της καμπύλης φορτίου, εφαρμόζοντας τις τεχνικές διαχείρισης ζήτησης. Ο οριζόντιος άξονας αντιπροσωπεύει τις ώρες της ημέρας, ενώ στον κάθετο άξονα δίνεται το ύψος της ζήτησης ενέργειας. [17] 24

40 Εικόνα 3.2 Τρόποι μεταβολής της καμπύλης φορτίου Peak clipping μείωση του μέγιστου φορτίου, χρησιμοποιώντας άμεσο έλεγχο φορτίου. Valley filling αύξηση του φορτίου κατά τη διάρκεια περιόδων χαμηλής φόρτισης ώστε να εξαλειφθούν οι μεγάλες διαφορές μεταξύ μεγίστου και ελάχιστου φορτίου και να βελτιωθεί ο συντελεστής φόρτισης του συστήματος. Strategic conservation μείωση του συνολικού φορτίου μέσω μειώσεων στην κατανάλωση, αλλά και μέσω αλλαγών στον τρόπο κατανάλωσης. Τυπικό παράδειγμα αποτελεί η χρήση αποδοτικότερων συσκευών. Strategic load growth αυξάνεται η χρήση ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη διάρκεια ορισμένων περιόδων, πχ. προγράμματα που προωθούν τις οικονομικά αποδοτικές τεχνολογίες ηλεκτρισμού, οι οποίες λειτουργούν κατά κύριο λόγο κατά τη διάρκεια περιόδων χαμηλής ζήτησης. Load shifting συνδυάζει τα πλεονεκτήματα του peak clipping και του valley filling, μετατοπίζοντας το υπάρχον φορτίο από τις ώρες αιχμής στις ώρες χαμηλότερης κατανάλωσης. Flexible load shape περιλαμβάνει συγκεκριμένα συμβόλαια και χρεώσεις με δυνατότητα ευελιξίας στον έλεγχο του εξοπλισμού του καταναλωτή. 25

41 3.2 Απόκριση Ζήτησης(Demand Response - DR) Η έννοια της Απόκρισης Ζήτησης Η απόκριση ζήτησης (demand response - DR) αναφέρεται σε βραχυχρόνιες αλλαγές από τη μεριά των καταναλωτών σε σύγκριση με τα συνηθισμένα πρότυπά τους ως προς την κατανάλωση ενέργειας, μειώνοντας ή μετατοπίζοντας το ηλεκτρικό τους φορτίο. Οι αλλαγές αυτές πραγματοποιούνται ως απόκριση σε χρηματικά κίνητρα, σχεδιασμένα έτσι ώστε να παροτρύνουν τους καταναλωτές για χρήση λιγότερης ενέργειας, ή ως απόκριση σε σήματα που στέλνονται από τους αρμόδιους φορείς όταν η τιμή της ενέργειας είναι υψηλή ή όταν κινδυνεύει η αξιοπιστία του συστήματος. Η βραχυχρόνια αυτή συμπεριφορά των καταναλωτών μπορεί να βελτιώσει την αξιοπιστία του συστήματος και να αναστέλλει ενδεχόμενη αύξηση στην τιμή του ρεύματος. Η απόκριση ζήτησης αποτελεί μια μορφή διαχείρισης ζήτησης που εφαρμόζεται για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Δίνει μια άμεση λύση στη διαφορά μεταξύ παροχής και ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας, μέσω της ελαστικότητας στη ζήτηση ενέργειας και της επιρροής που ασκείται στον τομέα της αγοράς. Η διαχείριση ζήτησης πραγματοποιείται από τη μεριά της ζήτησης, ενώ η απόκριση ζήτησης εκτελείται και από τη μεριά της ζήτησης και της παροχής. Οι εταιρίες παροχής ενέργειας σχεδιάζουν και προσφέρουν προγράμματα απόκρισης ζήτησης (DR) στους πελάτες, οι οποίοι μπορούν να επιλέξουν τη συμμετοχή τους σε ένα ή περισσότερα, και κατόπιν λαμβάνουν τις ανάλογες προσωρινές δράσεις, ώστε να προσαρμόσουν την κατανάλωσή τους σύμφωνα με τις δυνατότητες παροχής ενέργειας του συστήματος Τύποι δράσεων Απόκρισης Ζήτησης Τρεις πιθανοί τύποι δράσης απόκρισης ζήτησης είναι: [14] Απόκριση τιμής: αναφέρεται σε περιπτώσεις όπου οι πελάτες μειώνουν εκούσια τη ζήτηση ενέργειας, λόγω των υψηλών χρεώσεων κατά τη διάρκεια των περιόδων αιχμής. 26

42 Προσφορά ζήτησης: Σε αυτή την περίπτωση οι μεγάλοι καταναλωτές μπορούν να πουλήσουν στις εταιρίες παροχής ηλεκτρικής ενέργειας τις μειώσεις στην κατανάλωση ρεύματος, κατά τη διάρκεια περιόδων αιχμής. Όταν η συνολική ζήτηση ενέργειας υπερβαίνει τα όρια δυνατότητας παροχής από τις επιχειρήσεις, τότε συμφέρει οικονομικά στις εταιρίες να πληρώσουν ένα χρηματικό ποσό στους μεγάλους καταναλωτές προκειμένου να ελαττώσουν το φορτίο τους, αντί να προβούν σε εισαγωγή ενέργειας από άλλη χώρα. Εκούσια απόρριψη φορτίου: Αναφέρεται σε καταστάσεις όπου οι πελάτες μειώνουν εκούσια τη ζήτηση ενέργειας ανταποκρινόμενοι σε κάποια έκκληση από την κυβέρνηση κατά τη διάρκεια περιόδων υψηλής ζήτησης και/ή περιορισμένης δυνατότητας παροχής ηλεκτρισμού Οφέλη από την Απόκριση Ζήτησης Τα οφέλη που προκύπτουν από τους μηχανισμούς απόκρισης ζήτησης αναφέρονται κυρίως σε τέσσερις κατηγορίες: [18] Οι καταναλωτές που συμμετέχουν στα προγράμματα DR μπορούν να επωφεληθούν με εξοικονόμηση στους λογαριασμούς ρεύματος, μειώνοντας την κατανάλωση ηλεκτρισμού κατά τη διάρκεια περιόδων αιχμής. Μάλιστα, ορισμένοι καταναλωτές ενδεχομένως να διαπιστώσουν μειώσεις στους λογαριασμούς τους χωρίς καν να χρειαστεί να αλλάξουν την καταναλωτική τους συμπεριφορά. Αυτό συμβαίνει στην περίπτωση που η φυσιολογική κατανάλωσή τους σε περιόδους αιχμής βρισκόταν ήδη χαμηλότερα σε σχέση με τη μέση τιμή κατανάλωσης εκείνων των περιόδων. Ακόμη, οι καταναλωτές έχουν τη δυνατότητα να αυξήσουν τη συνολική κατανάλωσή τους χωρίς να αυξηθεί ο λογαριασμός τους, απλά θέτοντας σε λειτουργία τον εξοπλισμό τους περισσότερο κατά τη διάρκεια περιόδων χαμηλής ζήτησης. Εκτός από τους συμμετέχοντες στα προγράμματα καταναλωτές, οφέλη του DR προκύπτουν και για τους υπόλοιπους καταναλωτές. Αναμένεται γενικότερη μείωση στην τιμή της ηλεκτρικής ενέργειας, λόγω της αποδοτικότερης αξιοποίησης της υπάρχουσας υποδομής. Έχουμε μείωση, για παράδειγμα, της ζήτησης για παραγωγή από τις ακριβές μονάδες. Επιπλέον, με τα market-based προγράμματα DR αυξάνεται η βραχυχρόνια παραγωγή, που έχει ως αποτέλεσμα την αποφυγή επιπρόσθετου κόστους παραγωγής. Άμεση συνέπεια των προγραμμάτων απόκρισης ζήτησης είναι η αποφυγή ή αναβολή της ανάγκης για ενίσχυση και αναβάθμιση της υπάρχουσας υποδομής στα δίκτυα μεταφοράς και διανομής, γεγονός που συνεπάγεται εξοικονόμηση ή αναβολή χρηματικού κόστους που τελικά θα αύξανε την τιμή της ηλεκτρικής ενέργειας, επιβαρύνοντας συνεπώς όλους τους καταναλωτές, συμμετέχοντες στα προγράμματα και μη. Αξιοσημείωτη είναι η επίδραση της απόκρισης ζήτησης στην αξιοπιστία του συστήματος. Μέσω ενός κατάλληλου και καλά σχεδιασμένου προγράμματος 27