Σταύρος Παπαθανασίου: Πώς θα πετύχουμε τον στόχο για 80% της ενέργειας από ΑΠΕ

– Ποιο είναι το πρόβλημα και τι σας οδήγησε στην σύνταξη της μελέτης;*

Σ.Π.: Η μελέτη που μας ανατέθηκε από την ΕΛΕΤΑΕΝ και ολοκληρώθηκε τον Οκτώβριο του 2022 εξετάζει την επίδραση του μείγματος ΑΠΕ στην ενεργειακή αποδοτικότητα των έργων ΑΠΕ και στα έσοδα αγοράς αυτών. Στόχος της μελέτης ήταν η συγκριτική αξιολόγηση διαφορετικών σεναρίων ανάπτυξης του μείγματος ηλεκτροπαραγωγής ΑΠΕ στο ελληνικό διασυνδεδεμένο σύστημα (ΕΔΣ), που οδηγούν σε παραπλήσια αποτελέσματα συνολικής διείσδυσης, της τάξης του 80% της ετήσιας ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας. Συγκεκριμένα εξετάστηκαν τα 6 σενάρια του Πίνακα 1, με διαφορετικά επίπεδα εγκατεστημένης ισχύος φωτοβολταϊκών (ΦΒ) και αιολικών πάρκων (Α/Π) που οδηγούν στην ίδια ετησίως διαθέσιμη ενέργεια ΑΠΕ προ περικοπών.

Βασικά σημεία που αξιολογήθηκαν ανά σενάριο είναι αφενός το επίπεδο περικοπών της διαθέσιμης παραγωγής ΑΠΕ και η προκύπτουσα ετήσια διείσδυση, και αφετέρου η μεταβολή στις τιμές αποζημίωσης των κύριων τεχνολογιών ΑΠΕ από την ημερήσια αγορά ηλεκτρικής ενέργειας. Η μελέτη βασίστηκε σε προσομοίωση της λειτουργίας του ΕΔΣ και των αγορών του για τα εναλλακτικά σενάρια. Η ανάλυση δεν έλαβε υπόψη τους περιορισμούς που μπορεί να υφίστανται σε τοπικό επίπεδο λόγω κορεσμού των δικτύων, ενώ για την προσομοίωση των αγορών του ΕΔΣ υιοθετήθηκε cost-optimal μοντέλο ημερήσιου ενεργειακού προγραμματισμού, με ενσωμάτωση των τεχνικών περιορισμών της αγοράς εξισορρόπησης.

– Ποιος είναι ακριβώς ο λόγος που εμφανίζονται περικοπές σε ένα σχέδιο υψηλής διείσδυσης των ΑΠΕ (π.χ 80%);

Σ.Π.: Γενικά οι περικοπές συνιστούν απορριπτόμενη παραγωγή ΑΠΕ, δηλαδή ενέργεια που θα μπορούσε να παραχθεί επειδή υπάρχει το πρωτογενές δυναμικό, αλλά δεν παράγεται λόγω αδυναμίας τήρησης του ισοζυγίου σε επίπεδο συστήματος παραγωγής. Τέτοιες καταστάσεις προκύπτουν όταν η ζήτηση, οι εξωτερικές διασυνδέσεις και οι δυνατότητες αποθήκευσης του ΕΔΣ δεν επαρκούν για την απορρόφηση του συνόλου της διαθέσιμης παραγωγής ΑΠΕ. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο κορεσμός επιτείνεται λόγω των απαιτήσεων επικουρικών υπηρεσιών του συστήματος και των τεχνικών περιορισμών λειτουργίας των συμβατικών μονάδων παραγωγής.

Όπως αναδείχθηκε από τη μελέτη, κυρίαρχη αιτία για την εμφάνιση περικοπών ισχύος ΑΠΕ αποτελεί η μεσημβρινή συμφόρηση που προκαλεί η φωτοβολταϊκή  παραγωγή. Ενδεικτικά, στο Σχήμα 1 παρουσιάζεται η μέση κατανομή της ενέργειας των περικοπών ΑΠΕ εντός του 24ώρου για τα εναλλακτικά σενάρια που εξετάστηκαν. Σε όλες τις περιπτώσεις, περικοπές συμβαίνουν σχεδόν αποκλειστικά λόγω της μεσημβρινής συμφόρησης που προκαλεί ο ταυτοχρονισμός της ΦΒ παραγωγής, ενώ φαίνεται ότι η μείωση της ισχύος ΦΒ σε συνδυασμό με αύξηση της ισχύος Α/Π οδηγεί σε αισθητή μείωση των μεσημβρινών περικοπών, με πολύ μικρή αύξηση των απορρίψεων κατά τις νυχτερινές ώρες χαμηλής ζήτησης και υψηλής αιολικής παραγωγής. Είναι σημαντικό ότι οι πιο δυσμενείς επιπτώσεις από τις περικοπές αφορούν τα ίδια τα ΦΒ που τις προκαλούν, τα οποία μπορεί να εμφανίζουν υπερδιπλάσια επίπεδα ετήσιων περικοπών από τα αιολικά, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.

– Με ποιους τρόπους θα μπορούσαν να περιοριστούν οι περικοπές της παραγωγής ΑΠΕ; Δηλ. δεν υπάρχουν μέσα όπως η αποθήκευση ή οι ευέλικτες καταναλώσεις (όπως π..χ βιολογικοί καθαρισμοί, ηλεκτροκίνηση) που  μπορούν να προσαρμοστούν στην καμπύλη προσφοράς;

Σ.Π.: Πράγματι, υπάρχουν δυνατότητες παρέμβασης για περιορισμό του προβλήματος. Το συνολικό επίπεδο περικοπών μπορεί να μειωθεί εάν συντρέχουν ένας ή περισσότεροι από τους εξής τρεις παράγοντες: πρώτος, υψηλότερη εγκατεστημένη ισχύς και χωρητικότητα αποθήκευσης (στη μελέτη έχουν θεωρηθεί 3,2 GW νέων αποθηκών); δεύτερος, αυξημένη ικανότητα εξωτερικών διασυνδέσεων και ευχέρεια διάθεσης της πλεονάζουσας παραγωγής σε αγορές εκτός συνόρων; και τρίτος, εξασφάλιση σημαντικής ευέλικτης ζήτησης που θα προσαρμόζεται στις καταστάσεις υπερ-παραγωγής ΑΠΕ και ιδιαίτερα των ΦΒ.

Ο πρώτος παράγοντας έρχεται με σημαντικό κόστος, ο δεύτερος απαιτεί μακροχρόνιο υπερ-εθνικό προγραμματισμό και εμφανίζει ερωτηματικά ως προς την ευχέρεια διοχέτευσης εκτός συνόρων πλεονάζουσας ΦΒ παραγωγής, όταν όλοι οι γείτονες ενδέχεται να αντιμετωπίζουν το ίδιο πρόβλημα. Ο τρίτος πιθανώς να αποτελεί ευκαιρία για το μέλλον, με καταναλώσεις όπως αυτές που αναφέρατε και άλλες, π.χ. για θερμικές χρήσεις. Ωστόσο απέχουμε πολύ από τη διαθεσιμότητα τέτοιας ζήτησης σε επαρκές μέγεθος και με ευχέρεια εποπτείας και ελέγχου, αλλά και από την αποτελεσματική κινητροδότηση των καταναλωτών για αξιοποίησή της μέσω ένταξής της στις αγορές.

Σε κάθε περίπτωση, πάντως, ασχέτως των μέσων που έχουμε ή δεν έχουμε στη διάθεσή μας για τη μείωση των περικοπών ΑΠΕ, η ισορροπημένη σύνθεση του μείγματος ΑΠΕ λειτουργεί ευεργετικά. Όπως ανέδειξε η μελέτη, η ισορροπημένη ανάπτυξη αιολικών και ΦΒ μειώνει σημαντικά τις περικοπές, κυρίως των ΦΒ και δευτερευόντως των αιολικών (Σχήμα 2). Το όφελος για την ετήσια διείσδυση ΑΠΕ είναι σημαντικό, καθώς περίπου 1.5-2 TWh περισσότερη καθαρή ενέργεια μπορεί να εγχυθεί στο σύστημα στα σενάρια χαμηλών περικοπών.

– Μιλάτε για ισορροπημένη ανάπτυξη ΑΠΕ και ΦΒ. Τι σημαίνει ακριβώς ο όρος και πως μπορεί  να επιτευχθεί χωρίς να κατηγορηθούν οι διαχειριστές του συστήματος και του δικτύου και οι λειτουργοί των αγορών για στρεβλώσεις, προνομιακή μεταχείριση κτλ.

Σ.Π.: Με τον όρο ισορροπημένη ανάπτυξη ΑΠΕ αναφερόμαστε στην διαμόρφωση ενός μείγματος παραγωγής ΑΠΕ όπου οι δύο κυρίαρχες σήμερα τεχνολογίες, οι ΦΒ σταθμοί και τα Α/Π (χερσαία και υπεράκτια), παρουσιάζουν μια αρκετά συμμετρική ανάπτυξη σε όρους εγκατεστημένης ισχύος.

Προφανώς ένας τέτοιο αποτέλεσμα δεν θα προκύψει ως προϊόν επιλογών των διαχειριστών, ούτε και αποτελεί ζήτημα των αγορών. Ο πλουραλισμός στο μείγμα ΑΠΕ θα προκύψει μόνο αν αποτελέσει ζητούμενο του ενεργειακού μας σχεδιασμού και του όλου μοντέλου ανάπτυξης των επενδύσεων ΑΠΕ: αδειοδότηση, κίνητρα και ενισχύσεις, πρόσβαση στο δίκτυο και κατανομή του διαθέσιμου ηλεκτρικού χώρου. Προφανώς σχετίζεται επίσης και με τον τρόπο που αντιμετωπίζουμε ως κοινωνία την ανάπτυξη των ΑΠΕ και τα προσκόμματα που οι ίδιοι θέτουμε σε αυτή και στις επιμέρους τεχνολογίες της.

– Η μελέτη συμπεραίνει ότι με συμμετρική ανάπτυξη προκύπτει όφελος όχι μόνο για τις Α/Γ αλλά και για τα ΦΒ (τα οποία έχουν λίγο πολύ μια γνωστή καμπύλη παραγωγής, με μέγιστο τις μεσημβρινές ώρες).  Ισχυρίζεστε μάλιστα πως  έτσι στηρίζονται καλύτερα και οι τιμές.

Σ.Π.: Πράγματι ήταν πολύ ενδιαφέρον το εύρημα της μελέτης ότι μια τέτοια ανάπτυξη οδηγεί σε αύξηση των εσόδων αγοράς των ίδιων των ΦΒ, σε επίπεδα πολύ υψηλότερα έναντι ενός μοντέλου σχετικά μονόπλευρης ανάπτυξης των ΦΒ (Σχήμα 3). Το μοντέλο αυτό χαρακτηρίζεται από τα γνωστά πλέον φαινόμενα «κανιβαλισμού», όπου οι τιμές εκκαθάρισης της ημερήσιας αγοράς συμπιέζονται λόγω της υπερπαραγωγής από τα ΦΒ τις μεσημβρινές ώρες.

Η μείωση της ισχύος των ΦΒ με παράλληλη αύξηση των Α/Π παράγει πολύ μικρότερες τάσεις συμπίεσης των τιμών κατά τις μεσημβρινές ώρες, μειώνει το πλήθος των διαστημάτων με μηδενικές τιμές αγοράς, αλλά επίσης συγκρατεί την αύξηση των τιμών στις ώρες υψηλής υπολειπόμενης ζήτησης, όπως φαίνεται χαρακτηριστικά στο Σχήμα 4 όπου παρουσιάζεται το μέσο ωριαίο προφίλ της τιμής εκκαθάρισης της ημερήσιας αγοράς για τα εναλλακτικά σενάρια μείγματος ΑΠΕ.

Η διαμόρφωση του προφίλ των τιμών της αγοράς έχει άμεση επίπτωση στα μεσοσταθμικά έσοδα των τεχνολογιών ΑΠΕ από την αγορά. Τα σενάρια μειωμένης ισχύος ΦΒ χαρακτηρίζονται από πολύ σημαντική αύξηση των μεσοσταθμικών τιμών αποζημίωσης της ΦΒ παραγωγής (Σχήμα 3). Ταυτόχρονα, η αύξηση της εγκατεστημένης αιολικής ισχύος συνεπάγεται μείωση στις τιμές αγοράς στις οποίες διατίθεται η παραγωγή τους, λόγω αύξησης της συμφόρησης σε άλλες περιόδους εντός του 24ώρου, αν και λιγότερο έντονη σε σχέση με τα ΦΒ.

– Ποιο είναι το δικό σας τελικό συμπέρασμα;

Σ.Π.: Η ισορροπημένη ανάπτυξη του μείγματος Α/Π και ΦΒ οδηγεί σε καλύτερη αξιοποίηση της διαθέσιμης ενέργειας ΑΠΕ, χάρη στη σημαντική μείωση των απορρίψεων λόγω συμφόρησης κατά τις μεσημβρινές ώρες. Σενάρια μονόπλευρης ανάπτυξης των ΦΒ χαρακτηρίζονται από υψηλά επίπεδα απορρίψεων, πρωταρχικά των ίδιων των ΦΒ, τα οποία πρέπει να αντισταθμιστούν με την ανάπτυξη αυξημένης αποθηκευτικής ικανότητας σε επίπεδο συστήματος ή στο εσωτερικό των σταθμών. Ταυτόχρονα, η ισορροπημένη ανάπτυξη οδηγεί σε υψηλότερα έσοδα των έργων ΑΠΕ από τις αγορές, ειδικά των ΦΒ, και άρα καλύτερες προοπτικές των επενδύσεων και μειωμένες ανάγκες στήριξης.

Τέλος, σημαντικό πρόσθετο όφελος, το οποίο δεν ποσοτικοποιήθηκε στο πλαίσιο της μελέτης, είναι η μείωση του τοπικού κορεσμού των δικτύων λόγω του χαμηλότερου ταυτοχρονισμού της παραγωγής διαφορετικών τεχνολογιών ΑΠΕ, με συνακόλουθη αύξηση της δυνατότητας υποδοχής ισχύος ΑΠΕ και μείωση των πρόσθετων περικοπών που θα προκαλέσει η συμφόρηση σε τοπικό επίπεδο, επιπλέον αυτών που αποτιμήθηκαν στη μελέτη μας.

* Μελέτη που εκπονήθηκε στο ΕΜΠ από τους Σταύρο Παπαθανασίου, Καθ. ΕΜΠ,  Γιώργο Ψαρρό, Δρ. ΕΜΠ και Παντελή Δράτσα, ΥΔ ΕΜΠ για λογαριασμό της ΕΛΕΤΑΕΝ

Ο Σταύρος Παπαθανασίου είναι καθηγητής στη Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του ΕΜΠ, με αντικείμενο τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και τους διεσπαρμένους ενεργειακούς πόρους. Ασχολείται για περισσότερα από 25 χρόνια με την ανάπτυξη των ΑΠΕ και της αποθήκευσης, την ενσωμάτωσή τους στα ηλεκτρικά δίκτυα και σε αυτόνομα συστήματα νησιών και τη συμμετοχή τους στις αγορές ηλεκτρισμού. Έχει συνεργαστεί στενά με φορείς της Πολιτείας, ρυθμιστικές αρχές και διαχειριστές συστημάτων για την ανάπτυξη του θεσμικού πλαισίου της διεσπαρμένης παραγωγής και αποθήκευσης και έχει συμβάλει στην προώθηση σημαντικών έργων ΑΠΕ, αποθήκευσης και ηλεκτρικών δικτύων στην Ελλάδα και διεθνώς.

Δείτε περισσότερα άρθρα σχετικά με την κλιματική αλλαγή στο www.clima21.gr