Nowe badanie przeprowadzone pod kierunkiem Stanforda pokazuje, w jaki sposób systemy wodociągowe, od zakładów odsalania po oczyszczalnie ścieków, mogą pomóc w uczynieniu energii odnawialnej bardziej przystępną cenowo i niezawodną. Badanie, opublikowane 27 września w Woda Naturaprzedstawia ramy pomiaru, w jaki sposób systemy wodne mogą dostosować swoje zużycie energii, aby pomóc zrównoważyć podaż i popyt w sieci energetycznej.
„Jeśli mamy osiągnąć zero netto, potrzebujemy rozwiązań energetycznych po stronie popytu, a systemy wodne stanowią w dużej mierze niewykorzystany zasób” – powiedział główny autor badania Akshay Rao, doktorant inżynierii środowiska w Stanford School of Engineering. „Nasza metoda pomaga operatorom wodociągów i menedżerom ds. energii podejmować lepsze decyzje dotyczące koordynacji systemów infrastruktury, aby jednocześnie osiągnąć nasze cele w zakresie dekarbonizacji i niezawodności wody”.
Ponieważ sieci w większym stopniu opierają się na odnawialnych źródłach energii, takich jak wiatr i słońce, zrównoważenie podaży i popytu na energię staje się coraz trudniejsze. Zwykle pomagają w tym technologie magazynowania energii, takie jak baterie, ale baterie są drogie. Alternatywą jest promowanie elastyczności po stronie popytu ze strony odbiorców dużych obciążeń, takich jak dostawcy usług transportu i uzdatniania wody. Zdaniem Rao i jego współautorów systemy wodne, które zużywają do 5% krajowej energii elektrycznej, mogłyby zapewnić podobne korzyści jak baterie, dostosowując swoje działanie do aktualnych potrzeb energetycznych.
Ramy elastyczności
Aby pomóc w wykorzystaniu tego potencjału, badacze opracowali ramy oceniające wartość elastyczności energetycznej systemów wodnych z perspektywy operatorów sieci elektroenergetycznych i operatorów systemów wodnych. W ramach porównano te wartości z innymi rozwiązaniami w zakresie magazynowania energii na skalę sieciową, takimi jak akumulatory litowo-jonowe, które magazynują energię elektryczną w okresach niskiego zapotrzebowania na energię i uwalniają ją w okresach szczytowego zapotrzebowania. Ramy uwzględniają również szereg czynników, takich jak ryzyko niezawodności, ryzyko braku zgodności i koszty modernizacji kapitałowej związane z zapewnieniem elastyczności energetycznej przy użyciu systemów infrastruktury krytycznej.
Naukowcy przetestowali swoją metodę w zakładzie odsalania wody morskiej, systemie dystrybucji wody i oczyszczalni ścieków. Zbadali także wpływ różnych struktur taryfowych i stawek za energię elektryczną pobieranych od przedsiębiorstw użyteczności publicznej w Kalifornii, Teksasie, na Florydzie i w Nowym Jorku.
Ustalili, że systemy te mogą przesunąć nawet o 30% zużycia energii w okresach szczytowego zapotrzebowania, co prowadzi do znacznych oszczędności kosztów i zmniejsza obciążenie sieci. Zakłady odsalania wykazały największy potencjał w zakresie tego rodzaju elastyczności energetycznej, modyfikując ilość odzyskiwanej wody lub wstrzymując określone operacje, gdy ceny energii elektrycznej są wysokie.
Zdaniem naukowców ramy te mogą pomóc operatorom sieci elektroenergetycznych ocenić zasoby elastyczności energetycznej w różnych systemach wodnych, porównać je z innymi opcjami elastyczności energetycznej i magazynowania energii oraz zmodyfikować lub wycenić energię. Podejście to może również pomóc operatorom przedsiębiorstw wodociągowych w podejmowaniu bardziej świadomych decyzji finansowych dotyczących projektowania i eksploatacji elektrowni w epoce szybko zmieniających się sieci elektroenergetycznych.
W badaniu podkreślono również, jak ważne dla maksymalnego wykorzystania tej elastyczności są ceny energii. Największe korzyści mogą przynieść systemy wodociągowe płacące różne stawki za energię w różnych porach dnia. Obiekty mogą nawet być w stanie zarobić dodatkowe pieniądze, zmniejszając zużycie energii, gdy sieć jest obciążona, w ramach programów oszczędzania energii oferowanych przez przedsiębiorstwa użyteczności publicznej.
„Nasze badanie daje menedżerom ds. wody i energii narzędzie umożliwiające podejmowanie mądrzejszych wyborów” – powiedział Rao. „Dzięki właściwym inwestycjom i politykom systemy wodne mogą odegrać kluczową rolę w zapewnieniu płynniejszego i tańszego przejścia na energię odnawialną”.
Meagan Mauter, profesor nadzwyczajny w Dyrekcji Nauki o Fotonie w Narodowym Laboratorium Akceleratorów SLAC, jest starszą autorką tego artykułu. Jest także starszym pracownikiem w Stanford Woods Institute for the Environment i Precourt Institute for Energy, a także profesorem nadzwyczajnym, dzięki uprzejmości, inżynierii chemicznej.
Współautorami badania są także Jose Bolorinos i Erin Musabandesu, naukowcy ze stopniem doktora w dziedzinie inżynierii lądowej i środowiskowej; oraz Fletcher Chapin, doktorant w dziedzinie inżynierii środowiska podczas prowadzenia badań.
Badania były wspierane przez National Alliance for Water Innovation i Departament Energii Stanów Zjednoczonych.
