27 سپتامبر 2024 -توسط دانشگاه استنفورد-اعتبار: دامنه عمومی Pixabay/CC0
تحقیقات انجام شده توسط استنفورد نشان می‌دهد که چگونه سیستم‌های آب، از کارخانه‌های نمک‌زدایی گرفته تا تأسیسات تصفیه فاضلاب، می‌توانند به مقرون‌به‌صرفه‌تر و قابل اعتمادتر کردن انرژی‌های تجدیدپذیر کمک کنند. این مطالعه که در 27 سپتامبر در Nature Water منتشر شد، چارچوبی را برای اندازه‌گیری اینکه چگونه سیستم‌های آب می‌توانند مصرف انرژی خود را برای کمک به تعادل عرضه و تقاضای شبکه برق تنظیم کنند، ارائه می‌کند.
آکشای رائو، نویسنده ارشد این مطالعه، دانشجوی دانشکده مهندسی استنفورد.دکترای مهندسی محیط‌زیست، گفت: «اگر می‌خواهیم به صفر خالص برسیم، به راه‌حل‌های انرژی در سمت تقاضا نیاز داریم و سیستم‌های آب یک منبع تا حد زیادی دست‌نخورده هستند.
“روش ما به اپراتورهای آب و مدیران انرژی کمک می کند تا تصمیمات بهتری در مورد نحوه هماهنگ کردن این سیستم های زیرساختی اتخاذ کنند تا به طور همزمان اهداف کربن زدایی و قابلیت اطمینان آب ما را برآورده کنند.”
از آنجایی که شبکه ها بیشتر به منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید متکی هستند، ایجاد تعادل در عرضه و تقاضای انرژی چالش برانگیزتر می شود. به طور معمول، فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی مانند باتری‌ها به این امر کمک می‌کنند، اما باتری‌ها گران هستند. یک جایگزین، ارتقاء انعطاف پذیری سمت تقاضا از سوی مصرف کنندگان با بار بزرگ مانند ارائه دهندگان حمل و نقل و تصفیه آب است.
به گفته رائو و نویسندگان همکارش، سیستم‌های آبی – که تا 5 درصد از برق کشور را مصرف می‌کنند – می‌توانند با تنظیم عملکرد باتری‌ها برای هماهنگی با نیازهای انرژی در زمان واقعی، مزایای مشابهی برای باتری‌ها ارائه دهند.
برای کمک به تحقق این پتانسیل، محققان چارچوبی را ایجاد کردند که ارزش انعطاف پذیری انرژی در سیستم های آب را از دیدگاه اپراتورهای شبکه برق و اپراتورهای سیستم آب ارزیابی می کند.
این چارچوب این مقادیر را با دیگر راه حل های ذخیره انرژی در مقیاس شبکه، مانند باتری های لیتیوم یونی که الکتریسیته را در دوره های تقاضای انرژی کم ذخیره می کنند و در دوره های اوج تقاضا آزاد می کنند، مقایسه می کند. این چارچوب همچنین طیف وسیعی از عوامل را در نظر می‌گیرد، مانند ریسک‌های قابلیت اطمینان، ریسک‌های انطباق، و هزینه‌های ارتقاء سرمایه مرتبط با ارائه انعطاف‌پذیری انرژی با استفاده از سیستم‌های زیرساخت حیاتی.
محققان روش خود را بر روی یک کارخانه نمک زدایی آب دریا، یک سیستم توزیع آب و یک تصفیه خانه فاضلاب آزمایش کردند. آنها همچنین تأثیر ساختارهای تعرفه‌های مختلف و نرخ‌های برق از شرکت‌های برق در کالیفرنیا، تگزاس، فلوریدا و نیویورک را بررسی کردند.
آنها دریافتند که این سیستم ها می توانند تا 30 درصد از مصرف انرژی خود را در زمان اوج تقاضا تغییر دهند که منجر به صرفه جویی قابل توجهی در هزینه و کاهش فشار روی شبکه می شود. نیروگاه‌های نمک‌زدایی بیشترین پتانسیل را برای این نوع انعطاف‌پذیری انرژی با تنظیم میزان آب بازیافت یا خاموش کردن عملیات خاص در هنگام بالا بودن قیمت برق نشان دادند.
به گفته محققان، این چارچوب می‌تواند به اپراتورهای شبکه برق کمک کند تا منابع انعطاف‌پذیری انرژی را در طیف وسیعی از سیستم‌های آبی ارزیابی کنند، آنها را با سایر گزینه‌های انعطاف‌پذیری انرژی و ذخیره انرژی مقایسه کنند، و انرژی را تغییر دهند یا قیمت‌گذاری کنند. این رویکرد همچنین می‌تواند به اپراتورهای آب کمک کند تا تصمیمات مالی آگاهانه‌تری در مورد نحوه طراحی و راه‌اندازی نیروگاه‌های خود در عصری که شبکه‌های برق در حال تغییر هستند، اتخاذ کنند.
این مطالعه همچنین نشان می‌دهد که قیمت‌گذاری انرژی برای استفاده حداکثری از این انعطاف‌پذیری چقدر مهم است. سیستم‌های آبی که در زمان‌های مختلف روز هزینه‌های متفاوتی برای انرژی پرداخت می‌کنند، می‌توانند بیشترین مزیت را داشته باشند. تأسیسات حتی ممکن است بتوانند با کاهش مصرف انرژی در شرایطی که شبکه تحت فشار است، به عنوان بخشی از برنامه‌های صرفه‌جویی در مصرف انرژی که توسط شرکت‌های برق ارائه می‌شود، پول بیشتری به دست آورند.
رائو می گوید: «مطالعه ما به مدیران آب و انرژی ابزاری برای انتخاب هوشمندانه می دهد. با سرمایه‌گذاری‌ها و سیاست‌های درست، سیستم‌های آب می‌توانند نقشی کلیدی در تسهیل و مقرون‌به‌صرفه‌تر کردن انتقال به انرژی‌های تجدیدپذیر ایفا کنند.»
Meagan Mauter، دانشیار اداره علوم فوتون در آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC، نویسنده ارشد این مقاله است. او همچنین یک کارشناس ارشد در موسسه محیط زیست استانفورد وودز و موسسه انرژی پریکورت، و دانشیار مهندسی شیمی است.
