Υποστηρικτικές δομές για τη διαχείριση ζήτησης σε συνεργατικά σχήματα στα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας

Abstract

This doctoral dissertation examines support structures for Demand-Side Management within collaborative schemes in electricity distribution networks, with a focus on the Greek residential sector. Demand-Side Management is approached not as an isolated technical intervention but as a set of structures that includes the regulatory framework and the human factor. The research is developed along three axes. First, the technological, regulatory, and social context of Demand-Side Management is analyzed, and the advantages of collaborative schemes over individual approaches are documented. Second, a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) model is developed for the optimal sizing of photovoltaic shares for Energy Community members in Greece, under the synchronized virtual net-metering scheme (Law 5074/2024). Application to real data from the Commonen Energy Community in the Energy Community combined with load shifting can lead to significant reductions in net annual costs, while sensitivity analysis identified capital cost and flexible load percentage as the most critical parameters. Third, a systematic review of feedback strategies for energy behavior change is presented, and a Demand Response Alert System (DRAS) is proposed that employs probabilistic appliance-usage models to deliver targeted notifications during peak periods, reducing participant fatigue. Evaluation on real-world data from open datasets showed improvement compared to random selection. The dissertation contributes to the understanding and design of support structures that facilitate citizen participation in Demand-Side Management through collaborative frameworks, bridging technical, institutional, and human-centered dimensions.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάζει τις υποστηρικτικές δομές για τη Διαχείριση Ζήτησης σε συνεργατικά σχήματα στα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, με έμφαση στον ελληνικό οικιακό τομέα. Η Διαχείριση Ζήτησης προσεγγίζεται όχι ως μεμονωμένη τεχνική παρέμβαση, αλλά ως σύνολο δομών που συμπεριλαμβάνουν το θεσμικό πλαίσιο και τον ανθρώπινο παράγοντα. Η έρευνα αναπτύσσεται σε τρεις άξονες. Πρώτον, αναλύεται το τεχνολογικό, ρυθμιστικό και κοινωνικό πλαίσιο της Διαχείρισης Ζήτησης και τεκμηριώνονται τα πλεονεκτήματα των συνεργατικών σχημάτων έναντι των ατομικών προσεγγίσεων. Δεύτερον, αναπτύσσεται ένα μοντέλο Μεικτού Ακέραιου Γραμμικού Προγραμματισμού (MILP) για τη βέλτιστη διαστασιολόγηση φωτοβολταϊκών μεριδίων μελών Ενεργειακών Κοινοτήτων στην Ελλάδα, υπό το καθεστώς του εικονικού ταυτοχρονισμένου ενεργειακού συμψηφισμού (Ν. 5074/2024). Η εφαρμογή σε πραγματικά δεδομένα από την Ενεργειακή Κοινότητα Κοινέργεια στα Ιωάννινα έδειξε ότι η βέλτιστη κατανομή μεριδίων σε συνδυασμό με μετατόπιση φορτίων μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική μείωση του καθαρού ετήσιου κόστους, ενώ η ανάλυση ευαισθησίας ανέδειξε το κόστος κεφαλαίου και το ποσοστό ευέλικτου φορτίου ως τις κρισιμότερες παραμέτρους. Τρίτον, παρουσιάζεται μια συστηματική ανασκόπηση στρατηγικών ανατροφοδότησης για την αλλαγή ενεργειακής συμπεριφοράς και προτείνεται ένα Σύστημα Ειδοποιήσεων Απόκρισης Ζήτησης (DRAS) που αξιοποιεί πιθανοκρατικά μοντέλα χρήσης οικιακών συσκευών για τη στοχευμένη αποστολή ειδοποιήσεων σε περιόδους αιχμής, μειώνοντας την κόπωση των συμμετεχόντων. Η αξιολόγηση σε πραγματικά δεδομένα από ανοιχτές βάσεις δεδομένων έδειξε βελτίωση σε σύγκριση με την τυχαία επιλογή. Η διατριβή συμβάλλει στην κατανόηση και τον σχεδιασμό υποστηρικτικών δομών που διευκολύνουν τη συμμετοχή των πολιτών στη Διαχείριση Ζήτησης μέσα από συνεργατικά πλαίσια, γεφυρώνοντας τις τεχνικές, θεσμικές και ανθρωποκεντρικές διαστάσεις.