Ο τρόπος λειτουργίας των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας αλλάζει σε μια πορεία μετάβασης σε ένα νέο, βιώσιμο μοντέλο παραγωγής και διαχείρισης της ενέργειας. Κινητήρια δύναμη αυτής της μετάβασης είναι η καταπολέμηση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής, με άμεση συνέπεια την ανάπτυξη των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ), των διεσπαρμένων ενεργειακών πόρων και της ενδυνάμωσης του ρόλου του πολίτη ως ενεργού καταναλωτή και παραγωγού.
Με την εγκατάσταση των διεσπαρμένων ενεργειακών πόρων αλλάζει και ο ρόλος των Δικτύων Διανομής, τα παθητικά δίκτυα μετασχηματίζονται σε ενεργά συστήματα με αυξημένες απαιτήσεις τεχνολογικού εκσυγχρονισμού, αυτοματισμών, εποπτείας, ελέγχου, κλπ. Ιδιαίτερα τα εκπληκτικά επιτεύγματα των τεχνολογιών τηλεπικοινωνιών και πληροφορικής προσφέρουν τεράστιες δυνατότητες για τον αποδοτικό σχεδιασμό των δικτύων, καλλίτερη διαχείριση και προληπτική συντήρηση του εξοπλισμού, εκτεταμένη εποπτεία και έλεγχο της λειτουργίας, τάχιστο εντοπισμό και αποκατάσταση βλαβών, άμεση πληροφόρηση και τηλεξυπηρέτηση καταναλωτών, κλπ.
Οι έξυπνοι μετρητές και διάφορες ηλεκτρικές συσκευές και αισθητήρες εγκατεστημένοι στο δίκτυο προσφέρουν πληθώρα δεδομένων, τα οποία οι Διαχειριστές καλούνται να αξιοποιήσουν για την αποδοτικότερη λειτουργία των δικτύων τους.
Αυτή η εξέλιξη αναφέρεται ως Ψηφιοποίηση της Ενέργειας και οι εταιρείες διανομής μετατρέπονται σταδιακά σε εταιρείες που πρέπει να διαχειρίζονται αποδοτικά όχι μόνο ενέργεια αλλά και δεδομένα και πληροφορίες. Για να μπορέσει να αντιμετωπίσει τις νέες προκλήσεις και να ικανοποιήσει τις αυξανόμενες απαιτήσεις των χρηστών του για πιο αποδοτικό, ασφαλή και περιβαλλοντικά φιλικό τρόπο διανομής της ενέργειας, το ηλεκτρικό δίκτυο θα πρέπει να γίνει έξυπνο, θα πρέπει να γίνει έξυπνο σαν το διαδίκτυο.
Κανένας δεν αμφισβητεί ότι το διαδίκτυο είναι έξυπνο, έχει οδηγήσει στην ευρεία πρόσβαση και διάδοση πληροφοριών με άμεσο και αποδοτικό τρόπο, έχει διαμορφώσει νέους τρόπους επικοινωνίας, νέους τρόπους κοινωνικής συμπεριφοράς, έχει επιφέρει κοσμογονικές αλλαγές σε πολλά επίπεδα. Ας αναρωτηθούμε λοιπόν «τί κάνει το διαδίκτυο έξυπνο»; Ποιές είναι οι ιδιότητες του διαδικτύου που το κάνουν τόσο διαδεδομένο, αποδοτικό και εύρωστο; Ανάμεσα σε άλλα μπορεί κανείς να διακρίνει τρία χαρακτηριστικά γνωρίσματα:
1)Επιτρέπει εύκολη και άνετη πρόσβαση σε όλους τους χρήστες που διαθέτουν στοιχειώδη τεχνικά μέσα
2)Βασίζεται σε κατανεμημένο ή αποκεντρωμένο έλεγχο των διαδικασιών του αντί κεντρικού ελέγχου, βασίζεται σε κατανεμημένη ευφυία και προσφέρει αυξημένη ευελιξία και επεκτασιμότητα
3)Η ευθύνη για την λειτουργία του είναι κατανεμημένη ανάμεσα στους κόμβους του συστήματος, προσφέροντας αυξημενη αξιοπιστία.
Πριν απαντήσουμε στο ερώτημα αν το δίκτυο διανομής ενέργειας μπορεί να αναπτύξει αντίστοιχα χαρακτηριστικά, μπορούμε να δούμε το ηλεκτρικό σύστημα ως ένα σύστημα ιεραρχικά δομημένο σε επάλληλα επίπεδα. Στο ανώτερο επίπεδο ιεραρχίας βρίσκεται το σύστημα μεταφοράς υψηλής τάσης (ΥΤ) που διασυνδέει τους κεντρικούς σταθμούς παραγωγής και τις διεθνείς διασυνδέσεις με τους υποσταθμούς διανομής (ΥΤ/ΜΤ).
Στο αμέσως κατώτερο επίπεδο, κάτω από τους υποσταθμούς διανομής βρίσκονται οι γραμμές διανομής μέσης τάσης (ΜΤ), σε κάθε μία από τις οποίες συνδέονται οι γραμμές διανομής χαμηλής τάσης (ΧΤ) μέσω των δευτερευόντων υποσταθμών διανομής (ΜΤ/ΧΤ). Στο τελευταίο επίπεδο βρίσκονται οι καταναλώσεις σε οικίες, βιοτεχνίες, εμπορικές επιχειρήσεις, κλπ. Μπορεί να θεωρήσει κανείς το ηλεκτρικό σύστημα ως ένα σύστημα συστημάτων, που κάθε επίπεδο περιλαμβάνει επάλληλες συστοιχίες πολλαπλών συστημάτων.
Η λειτουργία αυτού του συστήματος υφίσταται τα τελευταία χρόνια δραστικές αλλαγές με την ολοένα και μεγαλύτερη διείσδυση ανανεώσιμων πηγών ενέργειες στην παραγωγή. Η ανάπτυξη μεγάλων αιολικων πάρκων και φωτοβολταικών σταθμών στο ανώτατο επίπεδο οδηγεί σε περιορισμούς στην ένταξη κεντρικών θερμικών μονάδων και ενίοτε στη σταδιακή απόσυρση τους.
Η ευμετάβλητη φύση του ανέμου και του ήλιου, απαιτούν την λειτουργία μικρότερων και ευέλικτων ενεργειακών πόρων, αρκετοί από τους οποίους είναι διασυνδεδεμένοι στα δίκτυα διανομής. Η πλειοψηφία άλλωστε των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας συνδέτεαι στα δίκτυα διανομής με τη μορφή διεσπαρμένης παραγωγής, η οποία καλύπτει το φορτιο τοπικά, συμβάλλοντας στη μείωση της παραγωγής των κεντρικών μονάδων και των ροών ισχύος στα δίκτυα.
Διεσπαρμένη παραγωγή από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας εγκαθίσταται με αυξανόμενους ρυθμούς σε οικίες, γραφεία, βιοτεχνίες, γεωργικές εκτάσεις, δημοτικά κτίσματα, μπορεί να αποθηκεύεται σε μικρές μπαταρίες, ηλεκτρικά αυτοκίνητα μπορούν να λειτουργήσουν ως διεπαρμένες μονάδες αποθήκευσης, κλπ. Η φιλοσοφία λειτουργίας του συστήματος αλλάζει επίσης, τώρα δεν είναι η παραγωγή που θα πρέπει να προσαρμόζεται στο φορτίο, αλλά το φορτίο καλείται να γίνει πιο ευέλικτο και να προσαρμόσθεί στην παραγωγή.
Με την εφαρμογή μέτρων εξοικονόμησης ενέργειας και οικονομικών κινήτρων και με την χρήση νέων τεχνολογιών, οι καταναλωτές μετατρέπονται σε ενεργούς καταναλωτές, οι οποίοι διαμορφώνουν το ενεργειακό τους προφίλ ανάλογα με τις τιμές της αγοράς, οργανώνονται σε ενεργειακές κοινότητες, δημιουργούν κτίρια μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης, έξυπνα κτίρια, έξυπνες πόλεις με τελικό στόχο την βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης και της οικομικότητας της παροχής ενέργειας. Παρόμοια με τους χρήστες του διαδικτύου, οι σύγχρονες ενεργειακές τεχνολογίες επιτρέπουν την εύκολη και άνετη πρόσβαση σε ενεργειακές πηγές, π.χ. με Φ/Β σε στέγες, μικρές ανεμογεννήτριες, κλπ, όπως και οι τεχνολογίες επικοινωνιών σε on-line πρόσβαση σε πληροφορίες για την κατανάλωση τους, τις τιμές της ενέργειας, κλπ.
Η πολυπλοκότητα διαχείρισης ενός τόσο μεγάλου πλήθους διεσπαρμένων ενεργειακών πόρων μεταφέρει σταδιακά το βάρος του ελέγχου σε χαμηλότερα επίπεδα του συνολικού συστήματος, ο ρόλος των δικτύων διανομής αποκτά μεγαλύτερη βαρύτητα και οι διαχειριστές των δικτύων διανομής καλούνται να προσφέρουν υπηρεσίες υποστήριξης στους διαχειριστές του συστήματος μεταφοράς μέσω της ευελιξίας που παρέχουν οι διεσπαρμένοι ενεργειακοί πόροι και να μοιρασθούν τις ευθυνες της λειτουργίας του συνολικού συστήματος, ιδιαίτερα όσον αφορά τους περιορισμούς συμφορήσεων των γραμμών και τοπικών φαινομένων τάσεων.
Παράλληλα, προτείνονται εναλλακτικές προσεγγίσεις στο παραδοσιακό μοντέλο λειτουργίας του συστήματος και αναπτύσσονται τεχνικές που θα μπορούν να αντιμετωπίσουν αποτελεσματικά την τεράστια πολυπλοκότητά του, θα προστατεύουν τα προσωπικά δεδομένα των χρηστών του και θα εμφανίζουν ανεκτικότητα σε τυχόν αστοχίες εξοπλισμού.
Οι τεχνικές αυτές βασίζονται σε τεχνολογίες αποκεντρωμένου ή κατανεμημένου ελέγχου που αντιμετωπίζουν τα προβλήματα σε τοπικό επίπεδο, χωρίς να απαιτείται κεντρικό σημείο ελέγχου, παρουσιάζουν ανοχή σε τηλεπικοινωνιακές αστοχίες, χαρακτηρίζονται από εύκολη επεκτασιμότητα, δηλαδή ο έλεγχος μπορεί να προσαρμοσθεί αυτόματα στην επέκταση του συστήματος με νέες γραμμές, πηγές ή φορτία (plug-and-play), κλπ.
Το σύστημα διαθέτει κατανεμημένη ευφυία, δηλαδή κάθε διαθέσιμος τοπικά εγκατεστημένος υπολογιστικός πόρος γνωρίζει ένα μικρό μόνο μέρος του συστήματος και μέσω της ανταλλαγής πληροφοριών με τους γειτονικούς του κόμβους μόνο και με την εφαρμογή αλγορίθμων κατανεμημένης βελτιστοποίησης μπορεί να λάβει αποφάσεις που επηρεάζουν το συνολικό σύστημα με σχεδόν βέλτιστο τρόπο. Οι τεχνολογίες αυτές οδηγούν σε συστήματα εξαιρετικά αποδοτικά και εύρωστα, ικανά να προσαρμόζονται σε κάθε συνθήκη λειτουργίας και να αυτοδιορθώνονται μετά από κάθε βλάβη. Παράλληλα, εμφανίζονται ήδη οι πρώτες προσπάθεις λειτουργίας αποκεντρωμένων αγορών ενέργειας μέσω πλατφορμών peer to peer ανταλλαγής ενέργειας μεταξύ μικροπαραγωγών από διεσπαρμένες ΑΠΕ και καταναλωτών.
Η λειτουργία αυτή βασιζεται στη σχεδίαση πρωτόκολλων για τη διεκπεραίωση και διασφάλιση των οικονομικών συναλλαγών των αποκεντρωμένων αγορών (τεχνολογίες blockchain). Η μέχρι τώρα εμπειρία από τις πιλοτικές αυτές προσπάθειες δείχνει ότι η λειτουργία τοπικών αγορών οδηγεί σε αύξηση της αποδοτικότητας του συστήματος, ακόμα μεγαλύτερη προώθηση της χρήσης των ΑΠΕ, μείωση του κόστους για τους καταναλωτές, αύξηση κερδών για τους μικροπαραγωγούς (από διεσπαρμένες μονάδες), κλπ. στοιχεία ικανά να δόσουν σημαντική ώθηση στην λειτουργία των Ενεργειακών Κοινοτήτων.
Είναι προφανές ότι τo σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας διανύει μια έντονα μεταβατική περίοδο προς ένα πιο αποκεντρωμένο, αποδοτικό, βιώσιμο και δημοκρατικό σύστημα. Οι τάσεις προς κατανεμημένο έλεγχο, προς κατανεμημένη ευφυία, προς κατανομή της ευθύνης λειτουργίας και προς μετακίνηση του κέντρου βάρους σημαντικών αποφάσεων προς τα χαμηλότερα επίπεδα του συστήματος με τελικό πρωταγωνιστή τον ενεργό καταναλωτή γίνονται όλο και περισσότερο εμφανείς.
Η πορεία αυτή, η οποία βρίσκεται ακόμα στην αρχή, αποκτά όλο και περισσότερο έξυπνα χαρακτηριστικά, χαρακτηριστικά που προσομοιάζουν στην εξυπνάδα του διαδικτύου.
*Ο Νίκος Χατζηαργυρίου είναι καθηγητής στο ΕΜΠ
