Hidden implications of Net Energy Metering Practices : the cases of prosumers and storsumers

Abstract

Η εφαρμογή της ενεργειακής πολιτικής του συμψηφισμού παραγωγής και κατανάλωσης βασίζεται στις διατιμήσεις λιανικής πώλησης ηλεκτρισμού. Συγκεκριμένα, οι συμψηφιζόμενοι καταναλωτές (ΣΚ), γνωστοί στη βιβλιογραφία ως prosumers, έχουν το δικαίωμα να ανταλλάσσουν την ενέργεια που εξάγουν κατά διαστήματα στο δίκτυο με ισόποση ενέργεια που απορροφούν από το δίκτυο σε άλλες χρονικές στιγμές. Αυτή η πρακτική συμψηφισμού είναι γνωστή ως ένα-προς-ένα και η απλή, κατανοητή δομή της έχει συμβάλει πολύ θετικά στην προσέλκυση επενδύσεων σε κατανεμημένη παραγωγή (ΚΠ) από ΦΒ συστήματα σε διεθνές επίπεδο. Για αυτόν ακριβώς τον λόγο, αναμένεται στο μέλλον οι πρακτικές συμψηφισμού να παραμείνουν στο προσκήνιο ως το μέσο που θα επιφέρει περαιτέρω επενδύσεις σε φωτοβολταϊκά (ΦΒ) συστήματα στο δίκτυο διανομής. Παρόλα αυτά, υπάρχουν μεγάλες ανησυχίες από την πλευρά των προμηθευτών και των ρυθμιστικών αρχών ενέργειας σχετικά με την οικονομική βιωσιμότητα τέτοιου είδους πρακτικών και της επίδρασής τους στον μηχανισμό εσόδων των προμηθευτών. Η κυριότερη ανησυχία εντοπίζεται στο γεγονός ότι οι ΣΚ αποφεύγουν να συνεισφέρουν στα κόστη χρήσης του δικτύου μέσω των συμψηφιζόμενων λογαριασμών τους. Όμως, εκτός των παραπάνω, υπάρχουν επιπρόσθετες επιπλοκές σχετικά με τις πρακτικές συμψηφισμού οι οποίες δεν έχουν λάβει την απαραίτητη προσοχή ακόμη. Πιο συγκεκριμένα, οι διατιμήσεις τελικής χρήσης ενέργειας εξαρτώνται άμεσα από τις τιμές καυσίμου οι οποίες είναι μεταβαλλόμενες μέσα στο χρόνο και ως εκ τούτου επιφέρουν αβεβαιότητα στις επενδύσεις σε συμψηφιζόμενα ΦΒ συστήματα. Επίσης, ένα επιπλέον είδος «κρυφής» διεπιδότησης μεταξύ των ΣΚ και των απλών καταναλωτών σχετίζεται με τις διαδικασίες κατανομής των απωλειών του δικτύου όταν ενσωματώνονται σε αυτό ΣΚ. Συγκεκριμένα, οι περιορισμένες δυνατότητες της μετρητικής υποδομής στο επίπεδο διανομής επιφέρουν επιπρόσθετες προκλήσεις, σχετικές με τις προσπάθειες κοστοστρεφούς ενσωμάτωσης των ΣΚ σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Βάσει των παραπάνω, ο σκοπός αυτής της διατριβής είναι διττός: • Πρώτα, γίνεται ενδελεχής ανάλυση της αβεβαιότητας που προκαλούν οι διατιμήσεις (ως μέσο αποζημίωσης των ΣΚ) στις επενδύσεις ΦΒ συστημάτων. Για τον σκοπό αυτό, ακολουθείται μια κάθετη, από πάνω προς τα κάτω προσέγγιση και μοντελοποίηση της μεταβλητότητας που παρουσιάζουν οι διατιμήσεις και της επίδρασής τους στην αξία της εξοικονόμησης που επιτυγχάνεται από μια επένδυση σε συμψηφιζόμενο ΦΒ σύστημα. Πέραν της ανάλυσης του τρόπου χρέωσης των προμηθευτών, δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στη μοντελοποίηση της συνιστώσας των τιμών καυσίμου η οποία δρα ως μια πολύ σημαντική πηγή αβεβαιότητας στην εξοικονόμηση που επιτυγχάνει ένας ΣΚ μέσω του ΦΒ συστήματός του. • Σε δεύτερη φάση, η διατριβή αυτή αναλύει περιπτώσεις κατά τις οποίες οι ΣΚ προκαλούν περισσότερες απώλειες από αυτές που ανακτώνται μέσω των συμψηφιζόμενων λογαριασμών τους. Αυτό αναπόφευκτα επιφέρει επιπλέον κόστη τα οποία προκαλούνται από τους ΣΚ αλλά τα επωμίζονται οι απλοί καταναλωτές. Στη συνέχεια, προτείνεται ένας εναλλακτικός τρόπος κατανομής των απωλειών αλλά και συμψηφισμού της παραγωγής και κατανάλωσης των ΣΚ. Θα πρέπει να αναφερθεί ότι πέραν των κλασσικών ΣΚ, εξετάζονται και οι πιθανές επιπλοκές που επιφέρει μια νέα κατηγορία ΣΚ, τους οποίους ονομάζουμε στο πλαίσιο αυτής της διατριβής ως storsumers. Οι storsumers εξ ορισμού συνδυάζουν όχι μόνο την παραγωγή αλλά και την αποθήκευση ενέργειας με την κατανάλωσή τους. Κατ’ αυτόν τον τρόπο, επιδεικνύουν αυξημένη ανεξαρτησία και έλεγχο της διάδρασής τους με το δίκτυο.

Net Energy Metering (NEM) practices that support rooftop Photovoltaic (PV) systems rely on compensation through retail tariffs. This is because NEM prosumers receive a one-for-one credit for the electricity they export to the grid against their future, time-diversified consumption that is imported from the grid. NEM practices have been particularly successful in attracting demand-side investments in distributed generation (DG) applications and, to this extent, are currently adopted on a global scale in order to spur further growth of DG penetration. Nevertheless, even though NEM practices are appealing to prosumers, there exist major concerns regarding these practices’ impact on utilities’ revenue collection mechanisms. The primary concern is that NEM practices entail incurred costs that are not recovered through the net bills of NEM customers. Relevant studies have demonstrated this financial implication –also known as the electricity rate death spiral– on utilities’ fixed costs recovery. Still, there exist subsequent implications relating to NEM schemes that have received no thorough attention yet. Specifically, the fact that retail rates are dependent on the underlying fossil fuel prices and, consequently, are subject to volatility over time can be a major source of uncertainty relating to NEM investments. Furthermore, a hidden cross-subsidy that may arise as NEM penetration increases pertains to the loss allocation processes of utilities accommodating NEM prosumers (i.e. prosumers with net-energy metered electricity bills). Specifically, the limitations imposed by metering infrastructure at the distribution level in conjunction with traditional regulatory approaches that do not allow locational discrimination between customers are imposing additional challenges to the cost-reflective integration of NEM customers. Bearing the above discussion in mind, the scope of this thesis is twofold: • firstly, to thoroughly comprehend the uncertainty associated with retail electricity structures and their impact on the NEM compensation mechanism. Particular emphasis is given in modeling the fossil fuel mix component that introduces a significant source of uncertainty on electricity charges and thus on the value of bill savings of net-metered, customer-sited PV applications. • Secondly, the work further elaborates on cases where NEM prosumers cause utilities to incur more electrical losses than those reflected in their net billing amounts. This inevitably entails additional costs caused by NEM prosumers that are borne by regular customers that do not have net-metered PV systems. Besides NEM prosumers, potential implications associated with an emerging class of energy users that are labelled, for the scope of this work, as NEM Storsumers are investigated. Storsumers fundamentally amalgamate the simultaneous actions of “store” and “consume”. This new label is introduced to directly distinguish this class of energy users from typical NEM prosumers which do not have storage capabilities. Thus, NEM storsumers will exhibit an increased energy self-reliance and controllability over their net demand profiles owing to the pairing of their PV systems with energy storage devices.