Το μοντέλο που μειώνει το κόστος ρεύματος κατά 23,4%

Την ώρα που τα κυπριακά νοικοκυριά συνεχίζουν να πληρώνουν ακριβά το ρεύμα, κυπριακή επιστημονική μελέτη, βασισμένη σε πραγματικά δεδομένα, δείχνει πώς η καλύτερη αξιοποίηση των φωτοβολταϊκών και η συνεργασία μεταξύ νοικοκυριών μπορούν να μειώσουν σημαντικά το κόστος ηλεκτρισμού. Τα ευρήματα της έρευνας εγείρουν ερωτήματα για το κατά πόσον οι αρμόδιοι προωθούν στην πράξη τέτοιες λύσεις, ώστε οι καταναλωτές να μπορούν να επωφεληθούν από φθηνότερο ρεύμα.

Η μελέτη, με τίτλο Hierarchical Energy Management for Renewable Energy Communities Using MPC and Rule-Based Control with Peer-to-Peer Energy Trading, εξετάζει ένα εναλλακτικό μοντέλο διαχείρισης ηλεκτρικής ενέργειας, στο οποίο τα νοικοκυριά δεν λειτουργούν αποκλειστικά ως μεμονωμένοι καταναλωτές και παραγωγοί, αλλά συνεργάζονται για την αξιοποίηση της διαθέσιμης ηλεκτρικής ενέργειας.

Συγκεκριμένα, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η εφαρμογή ενός προηγμένου συστήματος διαχείρισης ενέργειας μπορεί, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, να περιορίσει το λειτουργικό κόστος ηλεκτρισμού έως και 23,4%, μειώνοντας παράλληλα την ποσότητα ενέργειας που χρειάζεται να προμηθεύονται οι κατοικίες από το δίκτυο.

Το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στη δυνατότητα συνδυασμού της παραγωγής από φωτοβολταϊκά, της αποθήκευσης σε μπαταρίες και της ανταλλαγής ενέργειας μεταξύ κατοικιών. Σύμφωνα με τους ερευνητές, ο καλύτερος συντονισμός αυτών των συστημάτων μπορεί να περιορίσει την ανάγκη αγοράς ηλεκτρισμού από το δίκτυο, ιδιαίτερα κατά τις ώρες αυξημένης ζήτησης.

Πρόκειται, ωστόσο, για αποτελέσματα υπολογιστικών προσομοιώσεων που βασίστηκαν σε πραγματικές μετρήσεις. Δεν αποτελούν καταγραφή πραγματικής μείωσης των λογαριασμών των συμμετεχόντων κατά 23,4%, ούτε σημαίνουν ότι ένα αντίστοιχο όφελος μπορεί να εξασφαλιστεί αυτομάτως από οποιοδήποτε νοικοκυριό.

Ένας χρόνος μετρήσεων σε πέντε κατοικίες

Σε αντίθεση με έρευνες που βασίζονται αποκλειστικά σε υποθετικά στοιχεία κατανάλωσης, η συγκεκριμένη εργασία αξιοποίησε δεδομένα τα οποία συγκεντρώθηκαν από πέντε κατοικίες στην Κύπρο για διάστημα ενός ολόκληρου έτους.

Οι κατοικίες διέθεταν φωτοβολταϊκά συστήματα και εξοπλισμό καταγραφής της παραγωγής και κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας. Οι μετρήσεις πραγματοποιούνταν ανά πέντε λεπτά, επιτρέποντας στους επιστήμονες να αποτυπώσουν τις μεταβολές που παρουσιάζονταν στη διάρκεια της ημέρας, αλλά και τις διαφοροποιήσεις μεταξύ καλοκαιριού και χειμώνα.

Για τη συγκέντρωση των δεδομένων χρησιμοποιήθηκε ειδικά διαμορφωμένο σύστημα παρακολούθησης, το οποίο κατέγραφε την παραγωγή των φωτοβολταϊκών και τις ενεργειακές ανάγκες των κατοικιών. Στη συνέχεια, τα στοιχεία υποβλήθηκαν σε ελέγχους και επεξεργασία, προκειμένου να αξιοποιηθούν στις προσομοιώσεις.

Η συνολική ετήσια κατανάλωση των πέντε κατοικιών ανήλθε σε περίπου 42.750 κιλοβατώρες, ενώ η παραγωγή από τα φωτοβολταϊκά έφθασε τις 53.590 κιλοβατώρες.

Τα στοιχεία καταδεικνύουν ότι η συνολική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ήταν μεγαλύτερη από την κατανάλωση στη διάρκεια του έτους. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι οι κατοικίες μπορούσαν να καλύπτουν συνεχώς τις ανάγκες τους χωρίς να καταφεύγουν στο δίκτυο.

Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από φωτοβολταϊκά εξαρτάται από την ηλιοφάνεια, ενώ η κατανάλωση συνεχίζεται και τις βραδινές ώρες. Έτσι, ένα νοικοκυριό μπορεί να παράγει περισσότερη ενέργεια απ’ όση χρειάζεται το μεσημέρι, αλλά να χρειάζεται να αγοράσει ηλεκτρισμό το βράδυ.

Πώς λειτουργεί το σύστημα που προτείνουν

Όπως πληροφορείται η «Σ», η βασική ιδέα της έρευνας είναι ότι οι κατοικίες μπορούν να αξιοποιούν την ηλεκτρική ενέργεια αποτελεσματικότερα όταν λειτουργούν συντονισμένα.

Στο προτεινόμενο μοντέλο, κάθε νοικοκυριό χρησιμοποιεί αρχικά την ενέργεια που παράγεται από το δικό του φωτοβολταϊκό σύστημα. Εφόσον περισσεύει ηλεκτρισμός, μπορεί να αποθηκευτεί σε οικιακή μπαταρία για μεταγενέστερη χρήση.

Εάν εξακολουθεί να υπάρχει πλεόνασμα, η διαθέσιμη ενέργεια μπορεί να διατεθεί σε άλλες κατοικίες που συμμετέχουν στην ίδια ενεργειακή κοινότητα και παρουσιάζουν αυξημένες ανάγκες.

Για παράδειγμα, εάν μια κατοικία παράγει το μεσημέρι περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια απ’ όση καταναλώνει, ενώ μια γειτονική κατοικία παρουσιάζει έλλειμμα, το προτεινόμενο σύστημα επιτρέπει την ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ τους.

Η διαδικασία αυτή περιγράφεται στην επιστημονική εργασία ως ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ συμμετεχόντων, γνωστή διεθνώς ως Peer-to-Peer Energy Trading.

Στο επόμενο στάδιο παρεμβαίνει μια κοινόχρηστη μπαταρία, η οποία αποθηκεύει την ενέργεια που εξακολουθεί να περισσεύει και μπορεί να την αποδώσει όταν αυξάνεται η ζήτηση.

Με τον τρόπο αυτό, αντί κάθε νοικοκυριό να εξαρτάται αποκλειστικά από τη δική του παραγωγή και τη δική του αποθηκευτική δυνατότητα, δημιουργείται ένα σύστημα συλλογικής αξιοποίησης των διαθέσιμων πόρων.

Ιδιαίτερη σημασία αποκτά η διαχείριση της κοινόχρηστης μπαταρίας. Οι ερευνητές εξέτασαν κατά πόσον ένας προηγμένος μηχανισμός ελέγχου θα μπορούσε να προβλέπει τις επερχόμενες ενεργειακές ανάγκες και να προγραμματίζει αποτελεσματικότερα τη φόρτιση και αποφόρτισή της.

Η τεχνολογία που προβλέπει τις ανάγκες

Στο επίκεντρο της μελέτης βρίσκεται μια τεχνολογία γνωστή ως Model Predictive Control, δηλαδή προβλεπτικός έλεγχος μέσω υπολογιστικού μοντέλου.

Όπως είναι σε θέση να γνωρίζει η «Σ», σε αντίθεση με ένα συμβατικό σύστημα που αντιδρά στις συνθήκες της δεδομένης στιγμής, ο έλεγχος λαμβάνει υπόψη την αναμενόμενη εξέλιξη της παραγωγής και της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας. Το μοντέλο εξετάζει έναν χρονικό ορίζοντα μίας ώρας και επαναξιολογεί τις αποφάσεις του ανά πέντε λεπτά.

Με απλά λόγια, αντί η κοινόχρηστη μπαταρία να φορτίζεται ή να αποφορτίζεται αποκλειστικά με βάση τις άμεσες ανάγκες, το σύστημα προγραμματίζει τη λειτουργία της λαμβάνοντας υπόψη τι αναμένεται να ακολουθήσει.

Εάν προβλέπεται ότι η παραγωγή από τα φωτοβολταϊκά θα μειωθεί και η κατανάλωση θα αυξηθεί, μπορεί να διατηρηθεί περισσότερη αποθηκευμένη ενέργεια για τις επόμενες ώρες.

Μείωση κόστους κατά 23,4%

Το σημαντικότερο οικονομικό εύρημα της έρευνας αφορά τη δυνατότητα μείωσης του καθαρού λειτουργικού κόστους κατά 23,4% σε ετήσια βάση.

Σύμφωνα με την έρευνα, στο συμβατικό σενάριο διαχείρισης το συνολικό ετήσιο καθαρό κόστος της ενεργειακής κοινότητας υπολογίστηκε στα 623,56 ευρώ.

Με την εφαρμογή του προβλεπτικού ελέγχου, το αντίστοιχο ποσό περιορίστηκε στα 477,79 ευρώ. Η διαφορά ανέρχεται σε 145,77 ευρώ, ποσό που αντιστοιχεί σε μείωση 23,4% σε σχέση με το αρχικό υπολογισμένο καθαρό κόστος.

Τονίζεται πως οι υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν με συγκεκριμένες παραδοχές για τις τιμές ηλεκτρισμού. Η βασική τιμή αγοράς ενέργειας ορίστηκε στα 25 σεντ ανά κιλοβατώρα, με διαφοροποιήσεις ανάλογα με την ώρα, ενώ για την ενέργεια που διοχετευόταν στο δίκτυο προβλέφθηκε αποζημίωση οκτώ σεντ ανά κιλοβατώρα.

Λιγότερη εξάρτηση από το ηλεκτρικό δίκτυο

Πέραν του οικονομικού αποτελέσματος, η μελέτη κατέγραψε βελτίωση και στην ενεργειακή αυτονομία. Συγκεκριμένα, ενώ η συνολική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που χρειαζόταν να εισαχθεί από το δίκτυο κατά τη διάρκεια ενός έτους ανερχόταν σε περίπου 8.090 κιλοβατώρες, με την εφαρμογή του προηγμένου συστήματος διαχείρισης, η ποσότητα μειώθηκε στις 7.490 κιλοβατώρες.

Πρόκειται για περιορισμό της εξάρτησης από το δίκτυο κατά περίπου 7,4%, με βάση τους αναλυτικούς ετήσιους υπολογισμούς. Παράλληλα, το επίπεδο ενεργειακής αυτάρκειας της κοινότητας αυξήθηκε από 81,09% σε 82,47%.

Ιδιαίτερα σημαντικό είναι ότι η μείωση της εξάρτησης από το δίκτυο επιτεύχθηκε χωρίς να τροποποιηθεί ο τρόπος ανταλλαγής ενέργειας μεταξύ των κατοικιών. Η βελτίωση προέκυψε από τη διαφορετική διαχείριση της κοινόχρηστης μπαταρίας.

Γιατί η έρευνα έχει σημασία για την Κύπρο

Η Κύπρος παρουσιάζει ιδιαίτερα χαρακτηριστικά στον τομέα της ενέργειας, καθώς εξακολουθεί να λειτουργεί χωρίς ηλεκτρική διασύνδεση με τα ευρωπαϊκά συστήματα. Αυτό σημαίνει ότι η παραγωγή και η κατανάλωση ηλεκτρισμού πρέπει να εξισορροπούνται εντός του εγχώριου συστήματος, με αυξημένες απαιτήσεις διαχείρισης όταν μεταβάλλεται η παραγωγή από ανανεώσιμες πηγές.

Το σημαντικότερο συμπέρασμα είναι ότι η εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας δεν εξαρτάται αποκλειστικά από την αύξηση της παραγωγής ή την εγκατάσταση περισσότερων φωτοβολταϊκών. Καθοριστικό ρόλο μπορεί να διαδραματίσει και ο τρόπος με τον οποίο η ήδη παραγόμενη ενέργεια κατανέμεται, αποθηκεύεται και χρησιμοποιείται.

Το ζητούμενο πλέον είναι κατά πόσον οι δυνατότητες που καταγράφονται στις προσομοιώσεις μπορούν να μετατραπούν σε οικονομικά βιώσιμες εφαρμογές και, τελικά, σε πραγματικό όφελος για τους καταναλωτές.