باتری‌های لیتیوم یون به دلیل چگالی انرژی و کارایی بالا به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، که آن‌ها را هم در کاربردهای مسکونی و هم در مقیاس شبکه محبوب می‌کند. با این حال، راه حل های ذخیره انرژی به ذخیره سازی باتری محدود نمی شود. ذخیره سازی هیدرولیکی پمپ شده (PHS) بالغ ترین و پرکاربردترین شکل ذخیره سازی انرژی در سطح جهان است، به ویژه در اروپا، جایی که بیش از ۹۰ درصد از کل ظرفیت ذخیره سازی را تشکیل می دهد. سیستم‌های PHS از انرژی پتانسیل گرانشی با پمپاژ آب به یک مخزن مرتفع در طول دوره‌های تولید انرژی اضافی و آزاد کردن آن برای تولید برق در زمان اوج تقاضا استفاده می‌کنند. سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی هوای فشرده (CAES) انرژی را با فشرده‌سازی هوا در غارهای زیرزمینی و رها کردن آن برای به حرکت درآوردن توربین‌ها در مواقعی که برق مورد نیاز است، ذخیره می‌کنند. این فناوری ظرفیت ذخیره سازی بالایی را ارائه می دهد و در مناطقی با تشکیلات زمین شناسی مناسب موثر است [۳۵]. ذخیره‌سازی انرژی حرارتی (TES)، به‌ویژه در مناطقی با پتانسیل انرژی خورشیدی بالا، انرژی حرارتی اضافی از نیروگاه‌های خورشیدی یا سایر منابع گرمایی را در موادی مانند نمک‌های مذاب یا مواد تغییر فاز ذخیره می‌کند. این انرژی حرارتی ذخیره شده می تواند پس از آن دوباره به برق تبدیل شود یا برای مقاصد گرمایشی در دوره های تولید کم خورشیدی استفاده شود. اسپانیا در استقرار نیروگاه های خورشیدی متمرکز (CSP) که با TES ادغام شده است، پیشرو بوده است که امکان تولید برق مداوم را حتی پس از غروب خورشید فراهم می کند. ذخیره انرژی فلایویل (FES) از انرژی چرخشی چرخ طیار برای ذخیره و آزادسازی سریع انرژی استفاده می کند. سیستم های FES به دلیل راندمان بالا و زمان پاسخ سریع برای ارائه پایداری شبکه و تنظیم فرکانس کوتاه مدت مفید هستند. [۳۶]. فناوری‌های ذخیره‌سازی هیدروژن برای ذخیره‌سازی انرژی طولانی‌مدت و در مقیاس بزرگ امیدوارکننده هستند. هیدروژن را می توان از طریق الکترولیز با استفاده از انرژی تجدید پذیر اضافی تولید کرد و برای مدت طولانی ذخیره کرد. سپس می توان آن را از طریق سلول های سوختی یا توربین های احتراق به الکتریسیته تبدیل کرد و یک راه حل ذخیره سازی همه کاره و مقیاس پذیر ارائه کرد. کشورهایی مانند ژاپن و آلمان در ادغام ذخیره سازی هیدروژن در سیستم های انرژی خود پیشرو هستند [۳۷]. ذخیره الکتریسیته در یک سیستم انرژی انعطاف پذیر بازتولید شده از [۳۸] در نشان داده شده است شکل ۵.

پایداری شبکه توسط ظرفیت ESSها برای واکنش سریع به تغییرات عرضه و تقاضا برای برق حفظ می شود. سیستم‌های ذخیره‌سازی نرخ بالاتری از استفاده از انرژی تجدیدپذیر تولید شده را با ذخیره انرژی تجدیدپذیر اضافی تضمین می‌کنند. گیاهان پیکتر که معمولاً مبتنی بر سوخت های فسیلی هستند و در زمان های تقاضای بالا مورد استفاده قرار می گیرند، به لطف ESS ها می توانند کمتر مورد استفاده قرار گیرند. [۳۹]. سیستم‌های ذخیره‌سازی بافری را در برابر وقفه در تامین انرژی و قطع برق فراهم می‌کنند. سرمایه گذاری اولیه در ESSها، به ویژه برای فناوری های جدید، می تواند قابل توجه باشد. با این حال، با بلوغ فناوری ها و افزایش مقیاس، قیمت ها در حال کاهش هستند. برخی از فناوری‌های ذخیره‌سازی هنوز در مراحل اولیه هستند، با محدودیت‌هایی در چگالی انرژی، کارایی و چرخه عمر. [۴۰]. تولید باتری ها و سایر سیستم های ذخیره سازی اغلب شامل فرآیندهای مضر برای محیط زیست است و بر مواد محدودی مانند لیتیوم متکی است. فقدان سیاست‌های حمایتی و مکانیسم‌های بازار می‌تواند مانع استقرار راه‌حل‌های ذخیره‌سازی شود.

تحقیقات در حال انجام بر بهبود کارایی، کاهش هزینه ها و توسعه مواد سازگار با محیط زیست برای ESS متمرکز است. انتظار می رود بازار ESS به دلیل کاهش قیمت ها و افزایش استقرار انرژی های تجدید پذیر به طور قابل توجهی رشد کند. طبق گزارش‌های مختلف صنعت، پیش‌بینی می‌شود که بازار جهانی ESS نرخ رشد مرکب سالانه (CAGR) را در حدود ۲۰ تا ۲۵ درصد در دهه آینده تجربه کند. [۴۱]. دولت‌ها شروع به درک اهمیت ESSها کرده‌اند و سیاست‌هایی را برای حمایت از ادغام آنها اجرا می‌کنند. شبکه برق آینده احتمالاً یک شبکه هوشمند خواهد بود که به طور پیچیده با ESSها برای توزیع و استفاده بهینه انرژی مرتبط است. [۴۲].

پاسخ به تقاضا شامل استراتژی هایی است که در آن مشتریان کاربر نهایی مصرف برق عادی خود را در پاسخ به سیگنال های قیمت یا پرداخت های تشویقی تنظیم می کنند. در گذشته، مشتریان به طرح‌های قیمت‌گذاری پویا مانند نرخ‌های زمان استفاده (TOU) پاسخ داده‌اند که در آن هزینه برق در طول روز متفاوت است. [۴۳]. با این حال، برنامه‌های بعدی به مشتریان برای کاهش استفاده در زمان‌های اوج مصرف یا به درخواست شرکت، جوایز نقدی ارائه می‌کنند. زیرساخت اندازه‌گیری پیشرفته (AMI) و کنتورهای هوشمند برای انتقال بی‌درنگ داده و نظارت بر مصرف بسیار مهم هستند. [۴۴]. سیستم‌های مدیریت انرژی خانگی (HEMS) و وسایل هوشمند، پاسخ‌های خودکار یا هدایت‌شده توسط کاربر به سیگنال‌های DR را تسهیل می‌کنند. [۴۵]. تقاضا و عرضه با استفاده از DR کنترل می شود، به ویژه در زمان تقاضای بالا یا تولید انرژی های تجدید پذیر کم. مشتریان می توانند هزینه های انرژی خود را با برنامه ریزی استفاده از آنها در دوره های کاهش قیمت برق کاهش دهند. اوج تقاضا را می توان کاهش داد، که نیاز به تاسیسات برق پرهزینه و اغلب کربن فشرده را کاهش می دهد. هنگامی که انرژی تجدیدپذیر زیادی تولید می شود و تقاضای کمی وجود دارد، DR می تواند به جذب اضافی کمک کند. کاهش پیک تقاضا از طریق DR نیاز به تولید مبتنی بر سوخت فسیلی را کاهش می دهد و در نتیجه انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش می دهد. انواع مختلفی از برنامه های پاسخگویی به تقاضا بازتولید شده اند [۴۶] در نشان داده شده اند شکل ۶. DR موثر مستلزم مشارکت فعال مصرف کنندگان است که به کمپین های آگاهی بخشی و آموزش در مورد مزایا و مکانیسم های DR نیاز دارد. سیاستگذاران باید تعرفه‌های DR را مشخص کنند که نرخ‌ها و شرایط جبران خسارت را مشخص کند، روی فناوری‌های خودکار DR مانند کنتورهای هوشمند و سیستم‌های مدیریت انرژی خانگی سرمایه‌گذاری کنند، و کمپین‌های آموزشی را برای افزایش آگاهی در مورد مزایای DR و روش‌های مشارکت انجام دهند. علاوه بر این، تسهیل تجمیع مصرف‌کنندگان در مقیاس کوچک در گروه‌های بزرگ‌تر می‌تواند تأثیر کلی برنامه‌های DR را افزایش دهد، با جمع‌آوری‌کننده‌ها که مشارکت را مدیریت می‌کنند و غرامت را بر این اساس توزیع می‌کنند. با اتخاذ این مکانیسم‌ها، سیاست‌گذاران می‌توانند اطمینان حاصل کنند که شرکت‌کنندگان DR غرامت دریافت می‌کنند، مشارکت بالاتری را ترویج می‌کنند و به ثبات و کارایی شبکه کمک می‌کنند. تشویق مشارکت گسترده در برنامه‌های DR از طریق پرداخت غرامت عادلانه برای متعادل کردن عرضه و تقاضا، یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر و کاهش اتکا به تولید مبتنی بر سوخت‌های فسیلی حیاتی است. [۴۷]. یک زیرساخت فن‌آوری قوی، از جمله کنتورهای هوشمند و سیستم‌های ارتباطی شبکه، ضروری است. از آنجایی که DR به شدت به داده ها متکی است، اطمینان از حفظ حریم خصوصی و امنیت داده های مصرف کننده بسیار مهم است. تشویق مشارکت گسترده مصرف کنندگان و تغییرات مزمن در مصرف انرژی می تواند چالش برانگیز باشد. هزینه های اولیه برای راه اندازی فناوری های فعال کننده DR می تواند قابل توجه باشد [۳۸]. طراحی برنامه‌های DR که مؤثر، منصفانه و آسان برای مشارکت باشند، نیازمند برنامه‌ریزی و اجرای دقیق است. در برخی مناطق، ساختارها و مقررات بازار ممکن است برای برنامه‌های DR مساعدتر باشند.

پیشرفت های مستمر در فناوری های هوش مصنوعی، اینترنت اشیا و خانه های هوشمند، اثربخشی و راحتی مشارکت در طرح های DR را بهبود می بخشد. پیش‌بینی می‌شود که با افزایش دانش و آشکارتر شدن مزایا، مشارکت مصرف‌کننده در DR افزایش یابد [۴۸]. به عنوان ابزاری برای ترکیب درصدهای قابل توجهی از منابع انرژی تجدیدپذیر متغیر، مانند باد و خورشید، برنامه‌های DR بیش از پیش حیاتی می‌شوند. سیاستگذاران احتمالاً در اصلاح ساختارهای نظارتی و تجاری برای فعال کردن و ایجاد انگیزه در ابتکارات توانبخشی دیجیتال پافشاری خواهند کرد. [۴۹].

تغییر به سمت منابع انرژی تجدیدپذیر مستلزم تغییرات قابل توجهی در نحوه ساختار و بهره برداری شبکه های برق است. یکی از موثرترین استراتژی‌ها برای افزایش انعطاف‌پذیری و قابلیت اطمینان شبکه‌های برق در این زمینه، از طریق گسترش شبکه و اتصال به یکدیگر است. این رویکرد جامع نه تنها شامل افزایش دسترسی فیزیکی به شبکه می‌شود، بلکه بهبود اتصال بین آن را نیز شامل می‌شود که امکان ادغام و مدیریت بهتر منابع انرژی تجدیدپذیر را فراهم می‌کند. [۵۰]. شبکه‌های توسعه‌یافته و متصل به هم می‌توانند بارهای بالاتر را تحمل کنند و انرژی را به طور موثرتری توزیع کنند و خطر قطع و ازدحام انرژی را کاهش دهند. [۵۱]. ارتباطات متقابل به مناطق امکان داد و ستد انرژی مازاد، بهینه سازی استفاده از منابع و کاهش بالقوه هزینه های انرژی را می دهد.

اتکای روزافزون به منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی باد و خورشیدی نیاز به تکنیک های پیشرفته پیش بینی در شبکه های برق را تشدید کرده است. [۵۵]. این تکنیک‌ها برای افزایش انعطاف‌پذیری و قابلیت اطمینان سیستم‌های قدرت بسیار مهم هستند و آنها را قادر می‌سازد تا با ماهیت متغیر تولید انرژی تجدیدپذیر سازگار شوند. [۵۶]. برنامه ریزی عملیات شبکه و پیش بینی نوسانات با پیش بینی های دقیق تولید برق بادی و خورشیدی آسان تر می شود. شرکت های آب و برق می توانند با پیش بینی روند مصرف انرژی به طور موثرتری بین عرضه و تقاضا تعادل ایجاد کنند. پیش‌بینی به تجارت انرژی، برنامه‌ریزی تولید و حفظ پایداری شبکه کمک می‌کند. دسته بندی های مختلفی از پیش بینی بار الکتریکی تولید شده از [۵۷] در نشان داده شده اند شکل ۷. پیش‌بینی بار الکتریکی برای جنبه‌های مختلف مدیریت سیستم قدرت ضروری است و افق‌های زمانی متعددی را در بر می‌گیرد تا نیازهای عملیاتی و استراتژیک خاص را برطرف کند. در زمینه خرید انرژی، همه افق‌های زمانی به طور قابل توجهی کمک می‌کنند، با پیش‌بینی‌های کوتاه‌مدت که بر عملیات بازار زمان واقعی و کوتاه‌مدت تمرکز می‌کنند و به شرکت‌های برق اجازه می‌دهد تا عرضه و تقاضا را به طور موثر متعادل کنند. در همین حال، پیش‌بینی‌های بلندمدت به برنامه‌ریزی تدارکات استراتژیک کمک می‌کند و تامین انرژی پایدار و مقرون به صرفه را تضمین می‌کند. پیش‌بینی‌های میان‌مدت تا بلندمدت برای برنامه‌ریزی انتقال و توزیع، ارائه بینش‌های ضروری برای توسعه و تقویت زیرساخت‌های شبکه برای پاسخگویی به سناریوهای عرضه و تقاضای آینده، حیاتی هستند. برای مدیریت سمت تقاضا، از پیش‌بینی‌های کوتاه‌مدت تا میان‌مدت برای پیاده‌سازی و تنظیم برنامه‌های پاسخگویی به تقاضا و بهره‌وری انرژی، بهینه‌سازی مدیریت بار و کاهش تقاضای پیک استفاده می‌شود. عملیات و تعمیر و نگهداری از پیش‌بینی‌های بسیار کوتاه‌مدت و میان‌مدت سود می‌برند و برنامه‌ریزی کارآمد فعالیت‌ها و تعمیر و نگهداری را تسهیل می‌کنند تا از منبع تغذیه مطمئن و بدون وقفه اطمینان حاصل شود. در نهایت، پیش‌بینی‌های بلندمدت برای برنامه‌ریزی مالی حیاتی هستند و داده‌های لازم را برای تخصیص منابع کافی برای پیشرفت‌ها و ارتقاء سیستم قدرت در آینده ارائه می‌دهند و پایداری و انعطاف‌پذیری آن را تضمین می‌کنند. این کاربردهای متنوع پیش‌بینی بار در افق‌های زمانی مختلف، اهمیت آن را در حفظ یک شبکه برق قوی و کارآمد برجسته می‌کند.