Όχι μόνο μπαταρίες: Το κυπριακό δίκτυο χρειάζεται συνδυασμό λύσεων αποθήκευσης

Είναι γνωστό σε όλους ότι το κυπριακό ηλεκτρικό σύστημα λειτουργεί με σημαντικούς τεχνικούς περιορισμούς. Ο απομονωμένος χαρακτήρας του δικτύου, σε συνδυασμό με τη συνεχιζόμενη ανάπτυξη φωτοβολταϊκών, έχει οδηγήσει σε διαρθρωτικές ανισορροπίες μεταξύ προσφοράς και ζήτησης ενέργειας. Η λύση που συνήθως επικαλείται είναι η αποθήκευση με μπαταρίες. Σε αυτό το άρθρο εξηγούμε γιατί οι μπαταρίες, όσο απαραίτητες κι αν είναι, δεν αρκούν από μόνες τους και γιατί η αποθήκευση ενέργειας σε θερμικά μέσα μπορεί να αποδειχθεί πολύτιμη μέσα στην επόμενη δεκαετία.

Λόγω της ηλεκτρικής της απομόνωσης, η Κύπρος βασίζεται εξ ολοκλήρου στην εγχώρια παραγωγή για να καλύψει τη ζήτηση. Η ενσωμάτωση φωτοβολταϊκών που συνδέονται στο δίκτυο μέσω ηλεκτρονικών μετατροπέων (inverters), έχει μειώσει τη μηχανική περιστροφική αδράνεια που παραδοσιακά προσέφεραν οι γεννήτριες των θερμικών σταθμών. Η αδράνεια αυτή διασφαλίζει πως, όταν χαθεί ξαφνικά μια μονάδα παραγωγής, οι στρεφόμενες μάζες συγκρατούν τη συχνότητα για τα κρίσιμα δευτερόλεπτα που χρειάζονται μέχρι να ενεργοποιηθούν οι εφεδρείες. Χωρίς αυτήν, το δίκτυο γίνεται ευάλωτο σε απότομες μεταβολές συχνότητας και σε διακοπές φορτίου και είναι μια από τις διαρκείς ανησυχίες του Διαχειριστή Συστήματος Μεταφοράς.

Για να διατηρηθεί η αδράνεια αυτή, ο Διαχειριστής υποχρεώνεται να κρατά σε λειτουργία έναν ελάχιστο αριθμό συμβατικών μονάδων, ακόμη και όταν δεν τις χρειάζεται ενεργειακά. Κατά τους ανοιξιάτικους και φθινοπωρινούς μήνες, όταν η ζήτηση είναι μέτρια, περικόπτεται μαζικά παραγωγή από ανανεώσιμες πηγές. Το 2025 περικόπηκε το 22% του διαθέσιμου δυναμικού ΑΠΕ της χώρας (Σχήμα 1). Αυτό περιορίζει τη χρήση των ΑΠΕ, μειώνει τα επενδυτικά κίνητρα και διατηρεί την ακριβή εξάρτησή μας από εισαγόμενα ορυκτά καύσιμα.

Πόσο κοστίζουν αυτοί οι περιορισμοί; Στο Ινστιτούτο Κύπρου (ΙΚυ) αναπτύξαμε ένα λεπτομερές μοντέλο του κυπριακού ηλεκτρικού συστήματος – κάθε υποσταθμός, κάθε μονάδα παραγωγής, και οι 8.760 ώρες του έτους – βαθμονομημένο ώστε να αναπαράγει την πραγματική λειτουργία του 2025. Στο μοντέλο αυτό, η υποχρέωση ελάχιστης λειτουργίας συμβατικών μονάδων και η απαίτηση διατήρησης ελάχιστης αδράνειας κοστίζουν μαζί 51 εκατ. ευρώ ετησίως το 2030, εκ των οποίων τα μισά περίπου αφορούν αποκλειστικά την αδράνεια. Δεν πρόκειται δηλαδή για τεχνική λεπτομέρεια, αλλά για ένα από τα μεγαλύτερα κόστη του συστήματος.

Οι μπαταρίες αντιμετωπίζουν εξαιρετικά το πρώτο σκέλος του προβλήματος: μετακινούν ενέργεια μέσα στην ημέρα, από το μεσημέρι στο απόγευμα, με υψηλή απόδοση και ταχύτατη απόκριση. Δεν αντιμετωπίζουν όμως το δεύτερο. Επειδή συνδέονται μέσω μετατροπέων, δεν προσθέτουν στρεφόμενη μάζα στο σύστημα. Μπορούμε επομένως να εγκαταστήσουμε πολλαπλάσιες μπαταρίες και να συνεχίζουμε να υποχρεωνόμαστε να κρατάμε αναμμένες τις συμβατικές μονάδες, άρα να συνεχίσουμε να περικόπτουμε ΑΠΕ.

Υπάρχουν και άλλα ζητήματα με τις μπαταρίες: το κόστος, η σχετικά μικρή διάρκεια ζωής και η διαχείρισή τους (πυρασφάλεια, αποσυναρμολόγηση και περιβαλλοντική διαχείριση στο τέλος του κύκλου ζωής τους, μεταξύ άλλων). Επίσης, η αλυσίδα εφοδιασμού τους – λίθιο, γραφίτης και η ίδια η κατασκευή των μπαταριών – εξαρτάται σε πολύ μεγάλο βαθμό από την Κίνα και καταβάλλεται προσπάθεια σε ευρωπαϊκό επίπεδο για μείωση αυτής της εξάρτησης.

Ο παράγοντας ευστάθεια

Το κρίσιμο σημείο όμως παραμένει η ευστάθεια. Όσο αυξάνεται το ποσοστό της ηλεκτροπαραγωγής που προέρχεται από φωτοβολταϊκά, αιολικά και μπαταρίες, τόσο λιγότερες στρεφόμενες μηχανές απομένουν στο σύστημα. Και επειδή η Κύπρος δεν έχει μονάδες βάσης μηδενικών εκπομπών (πυρηνικά ή υδροηλεκτρικά εργοστάσια), και είναι πολύ απίθανο να αποκτήσει στο μέλλον, δεν έχει από πού αλλού να αντλήσει αυτή τη σταθερότητα.

Θα αντιτείνει κανείς ότι το πρόβλημα λύνεται με τις ηλεκτρικές διασυνδέσεις. Όχι όμως ως προς την ευστάθεια. Οι διασυνδέσεις της Κύπρου με την Ελλάδα και το Ισραήλ σχεδιάζονται ως συνδέσεις συνεχούς ρεύματος (HVDC), γιατί μόνο έτσι καλύπτονται τέτοιες υποβρύχιες αποστάσεις. Ένας σύνδεσμος HVDC μεταφέρει ισχύ μέσω ηλεκτρονικών μετατροπέων, ακριβώς όπως τα φωτοβολταϊκά και οι μπαταρίες: τα δύο συστήματα παραμένουν ασύγχρονα μεταξύ τους και η περιστροφική αδράνεια της ηπειρωτικής Ευρώπης δεν «περνά» στην Κύπρο. Σύγχρονοι μετατροπείς μπορούν να προσομοιώσουν μέρος της απόκρισης, αλλά εντός των ορίων του εξοπλισμού και κατόπιν συμφωνίας με τον αντίστοιχο διαχειριστή.

Υπάρχει μάλιστα και η αντίστροφη όψη. Μια διασύνδεση μεγάλης ισχύος γίνεται η ίδια η μεγαλύτερη πιθανή απώλεια του συστήματος: αν τεθεί απότομα εκτός λειτουργίας, η Κύπρος χάνει ακαριαία πολλαπλάσια ισχύ από όση χάνει σήμερα με τη διακοπή της μεγαλύτερης μονάδας της. Η διασύνδεση δεν αυξάνει απλώς την ανάγκη για αδράνεια, την πολλαπλασιάζει. Από αυτή την άποψη, η θερμική αποθήκευση δεν ανταγωνίζεται τη διασύνδεση, αλλά την καθιστά περισσότερο αξιοποιήσιμη.

Υπάρχουν βέβαια και άλλοι τρόποι να καλυφθεί η ανάγκη αυτή. Κυκλοφορούν πλέον μπαταρίες με μετατροπείς που προσομοιώνουν αδράνεια (grid-forming inverters), και κάποιες από όσες θα εγκατασταθούν στην Κύπρο τα επόμενα χρόνια περιλαμβάνουν αυτή τη δυνατότητα. Υπάρχουν επίσης οι σύγχρονοι πυκνωτές (synchronous condensers) – γεννήτριες που στρέφονται χωρίς να παράγουν ενέργεια – και μάλιστα παλαιές μονάδες μπορούν να μετατραπούν σε τέτοιες. Καμία από τις δύο λύσεις όμως δεν παράγει ταυτόχρονα και ηλεκτρισμό. Το πλεονέκτημα της θερμικής αποθήκευσης είναι ακριβώς ότι κάνει και τα τρία: αποθηκεύει ενέργεια, προσφέρει πραγματική αδράνεια, και αξιοποιεί δυνητικά υποδομή που ήδη υπάρχει.

Τι ακριβώς είναι η θερμική αποθήκευση;

Η ενέργεια αποθηκεύεται σε μεγάλα δοχεία απλής κατασκευής, που περιέχουν κατάλληλο αλάτι χαμηλού κόστους. Το αλάτι θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες, εκατοντάδων βαθμών Κελσίου, είτε συλλέγοντας ηλιακή ακτινοβολία μέσω κατόπτρων, είτε αξιοποιώντας τον ηλεκτρισμό που περισσεύει από τις ΑΠΕ και σήμερα απορρίπτεται.

Στη συνέχεια, το θερμό αλάτι τροφοδοτεί έναν συμβατικό ατμοστρόβιλο -ακριβώς την ίδια διαδικασία με σήμερα, με τη διαφορά ότι η θερμότητα δεν προέρχεται από καύσιμα αλλά από τις ΑΠΕ. Και εδώ βρίσκεται η ιδιαίτερη ευκαιρία για την Κύπρο: οι ατμοστρόβιλοι της Δεκέλειας πρόκειται να αποσυρθούν το 2029 για περιβαλλοντικούς λόγους. Αντί να αποξηλωθούν, μπορούν να συνεχίσουν να λειτουργούν με θερμότητα από ΑΠΕ. Ο στρόβιλος παραμένει σύγχρονη μηχανή· συνεχίζει δηλαδή να προσφέρει στο δίκτυο ακριβώς την αδράνεια που θα έχανε με την απόσυρσή του.

Με το ηλεκτρικό μοντέλο του ΙΚυ προσομοιώσαμε το σύστημα α) όπως είναι σήμερα, β) μόνο με μπαταρίες, γ) μόνο με θερμική αποθήκευση και δ) με συνδυασμό των δύο. Τα αποτελέσματα ήταν σαφή: το 2030 η θερμική αποθήκευση μειώνει το ετήσιο κόστος του συστήματος κατά 11,1 εκατ. ευρώ, έναντι μόνο 2,3 εκατ. ευρώ για τις μπαταρίες. Παράλληλα, μειώνει τις περικοπές ΑΠΕ από 17% σε 3% του διαθέσιμου δυναμικού.

Έως το 2035, επειδή μπαίνουν νέες συμβατικές μονάδες και το κόστος των μπαταριών συνεχίζει να πέφτει, οι δύο τεχνολογίες αποθήκευσης εξισώνονται και, το σημαντικότερο, γίνονται συμπληρωματικές: μαζί μειώνουν το κόστος του συστήματος κατά 6,9 εκατ. ευρώ, περισσότερο από ό,τι η καθεμία τεχνολογία χωριστά. Η βέλτιστη λύση για το 2035 δεν είναι η μία ή η άλλη τεχνολογία, αλλά ο συνδυασμός τους. Οι μπαταρίες αναλαμβάνουν τις γρήγορες ενδοημερήσιες μεταβολές και η θερμική αποθήκευση την ευστάθεια και τη σταθερή τροφοδοσία.

Πρέπει να τονίσουμε ότι η μεγάλη αξία της θερμικής αποθήκευσης προέρχεται από την υπηρεσία ευστάθειας που προσφέρει στο σύστημα. Αυτό έχει άμεση πρακτική συνέπεια: ένας διαγωνισμός αποθήκευσης που αξιολογεί μόνο μεγαβατώρες και μειωμένες περικοπές θα επιλέγει πάντοτε μπαταρίες, ακόμη και όταν η εναλλακτική αποδίδει πενταπλάσιο όφελος στο σύστημα. Αν θέλουμε να αξιοποιήσουμε τη συμβολή στην ευστάθεια, πρέπει να την τιμολογήσουμε ρητά, και να θεσπίσουμε σαφείς όρους συμμετοχής της στην αγορά ηλεκτρισμού.

Άλλα σοβαρά πλεονεκτήματα

Το κόστος των εγκαταστάσεων θερμικής αποθήκευσης δεν αυξάνεται γραμμικά με τη χωρητικότητά τους, γεγονός που ευνοεί τις μεγαλύτερες μονάδες, ενώ η διάρκεια ζωής τους είναι μεγάλη. Η δε αλυσίδα εφοδιασμού στηρίζεται σε υλικά άφθονα και γεωπολιτικά ασφαλή (χάλυβα, γυαλί, τσιμέντο και βιομηχανικά άλατα) και σημαντικό μέρος της δαπάνης μπορεί να παραμείνει στην εγχώρια οικονομία μέσω τοπικής κατασκευής, κάτι που δεν ισχύει στον ίδιο βαθμό για την εισαγωγή έτοιμων συστημάτων μπαταριών. Διεθνώς, ο συνδυασμός ηλιοθερμικής ενέργειας με θερμική αποθήκευση εφαρμόζεται ήδη σε Ισπανία, Μαρόκο, Χιλή και Κίνα, ενώ αυτόνομα συστήματα θερμικής αποθήκευσης για ηλεκτροπαραγωγή βρίσκονται σε πιλοτική φάση σε ΗΠΑ, Γερμανία και Δανία.

Οι περισσότερες από αυτές τις χώρες, βέβαια, έχουν σύγχρονες διασυνδέσεις εναλλασσόμενου ρεύματος με γειτονικά συστήματα και μονάδες βάσης μηδενικών εκπομπών· η Κύπρος δεν πρόκειται να έχει ούτε το ένα ούτε το άλλο.

Συμπερασματικά

Η θερμική αποθήκευση ενέργειας -κατά προτίμηση σε συνδυασμό με ηλιοθερμική τεχνολογία- προσφέρει έναν συνδυασμό υψηλής αξίας: αποθήκευση, ευστάθεια δικτύου, αξιοποίηση υφιστάμενων υποδομών και ασφάλεια εφοδιασμού. Το χρονικό περιθώριο δεν είναι απεριόριστο. Το πλεονέκτημά της είναι μεγαλύτερο γύρω στο 2030, ενώ οι ατμοστρόβιλοι της Δεκέλειας αποσύρονται το 2029. Οι αποφάσεις χρειάζεται να ληφθούν τώρα.

Και δεν είναι η μόνη επιλογή. Υπάρχουν και άλλες τεχνολογίες μακροχρόνιας αποθήκευσης που αξίζει να εξεταστούν, όπως η αποθήκευση πεπιεσμένου αέρα -πιλοτική μονάδα κατασκευάζεται στις πειραματικές εγκαταστάσεις του Ινστιτούτου Κύπρου στο Πεντάκωμο- ή ακόμη και μικρής κλίμακας συστήματα αντλησιοταμίευσης. Σε κάθε περίπτωση, η «μονοκαλλιέργεια» των μπαταριών στο κυπριακό ηλεκτρικό σύστημα, χωρίς τεχνολογίες που προσφέρουν ταυτόχρονα ενέργεια και ευστάθεια, δεν αποτελεί τη βέλτιστη λύση ούτε οικονομικά, ούτε ενεργειακά, ούτε περιβαλλοντικά.

* Ερευνητικό Κέντρο για την Ενέργεια, το Περιβάλλον και τους Υδάτινους Πόρους, Ινστιτούτο Κύπρου