Byer kan følge Stanfords energi-makeover for at reducere udledningen af ​​kuldioxid til en overkommelig pris, ny undersøgelse finder

I løbet af de sidste mange år, Stanford transformerede sin energiinfrastruktur ved at elektrificere sit varmesystem, at erstatte sit gasfyrede kraftværk med netstrøm, skabe et unikt system til at genvinde varme, bygge massive tanke til opbevaring af varmt og koldt vand, og bygge et solcelleanlæg. Stanford Energy System Innovations-projektet reducerer campus' samlede drivhusgasemissioner med 68 procent og sænker systemets driftsomkostninger med $425 millioner over 35 år.

Nu, en ny undersøgelse, udgivet i Energi- og miljøvidenskab , opstiller en køreplan for at udvide disse fordele på Stanford og oversætte dem til andre campusser og lokalsamfund. Undersøgelsens tilgang, hvis det bliver bredt vedtaget, kunne bidrage til at opretholde pålideligheden af ​​elnet, der i stigende grad er afhængige af periodiske vedvarende energikilder.

Stanfords termiske lagertanke kan rumme op til en halv dags forsyning af varme og køling, hvilket betyder, at de kan bruges som batterier til at lagre overskydende energi og reducere kulstofemissioner. Forfatterne finder ud af, at campus kan maksimere sine indkøb af elektricitet på tidspunkter af dagen, hvor nettet flyder med vedvarende energi, bruge elektriciteten til at opvarme og afkøle vand, især i disse timer. Inden 2025, undersøgelsen viser, denne protokol kunne reducere universitetets kulstofemissioner fra opvarmning og afkøling med yderligere 40 procent.

"Storskala termisk lagring er en meget reel mulighed nu. Det kunne give overkommelige priser og fleksibilitet til fremtidens elnet, " sagde avisens hovedefterforsker, Sally Benson, professor i energiressourceteknik og meddirektør for Stanfords Precourt Institute for Energy.

Kulstofbevidst planlægning

Opvarmning og nedkøling af bygninger er store dele af klimaligningen. Alene opvarmning af bygninger bruger omkring 13 procent af den globale energiforsyning og er kulstofintensiv. Mange eksperter anbefaler at skifte til mindre kulstofintensive måder at opvarme og køle bygninger på som en måde at bekæmpe klimaændringer på.

Imidlertid, "ukontrolleret elektrificering af opvarmning og transport kan destabilisere elnettene på grund af den store mængde energi, der er involveret, især da mere elektricitet kommer fra periodisk sol og vind, sagde Jacques de Chalendar, en kandidatstuderende og undersøgelsens hovedforfatter.

"Kulstofbevidst planlægning, "som de Chalendar kaldte det, kunne hjælpe med at holde lyset tændt, mens brugen af ​​vedvarende energi maksimeres. I Californien og andre solrige stater med krav til vedvarende energi, store kunder med lagerkapacitet kunne købe elektricitet midt på dagen, når solenergi oversvømmer markedet.

"Andre steder kunne en lignende mulighed opstå om natten, for eksempel hvis rigelig vindkraft om natten sænker kulstofindholdet i el på nettet, " sagde de Calendar.

Ud over at hjælpe med at nå klimamålene til en overkommelig pris, at flytte fleksibelt elforbrug til timer, hvor de vedvarende energikilder er høje, har yderligere fordele. Det hjælper netoperatører med den væsentlige opgave at præcist afbalancere kilder og dræn. Også, det forbedrer økonomiske resultater for investorer i vedvarende energi, som ville få relativt højere priser fra ændringen i efterspørgslen.

Imidlertid, Benson sagde, "Mens emissionsfordelene er klare, engros-elprisstrukturen skulle ændres for at gøre kulstofbevidst planlægning økonomisk attraktiv for de fleste kunder."

Store kunder har ofte to dele på deres regning. Den ene er for den samlede mængde elektricitet, de brugte. Den anden er en efterspørgselsafgift, hvilket er et gebyr baseret på deres maksimale strømforbrug i løbet af måneden. Kulstofbevidst planlægning kræver maksimering af strømforbruget i de tider, hvor vedvarende energi er høj. Dette ville øge efterspørgselsafgiften, hvilket kan have betydning.

"Nu hvor fordelene ved kulstofbevidst planlægning er klare, " sagde Benson, "vi er nødt til at designe ratestrukturer, der vil tilskynde til at maksimere strømforbruget, når det er renest."

Stanford som et levende laboratorium

Selvom kombinationen af ​​elektrificeret opvarmning, termisk lagring og kulstofbevidst planlægning fungerer ikke alle steder, undersøgelsen finder ud af, at tilgangen fungerer under mange betingelser. Når det gør, termisk opbevaring har en stor fordel i forhold til traditionelle batterier. Forskerne, som omfattede Peter Glynn, professor i ledelsesvidenskab og ingeniørvidenskab, fandt ud af, at termisk opbevaring koster omkring 15 procent af, hvad store batterier, der er tilgængelige i dag, koster. Plus, termiske lagertanke holder meget længere end batterier.

De Chalendar arbejder sammen med andre universiteter for på lignende måde at elektrificere og optimere deres varmesystemer. I mellemtiden, andre kandidatstuderende har separate forskningsprojekter baseret på det unikke system, sagde Joseph Stagner, Stanfords administrerende direktør for bæredygtighed og energiledelse.

"Stanford er ikke kun et universitet. Det er også et levende laboratorium, " sagde Stagner. "Vi har vist, hvordan dekarbonisering af varmesektoren er både muligt og økonomisk gennem ren elektrificering. Vi er glade for, at andre enheder kan bruge disse oplysninger til at forbedre deres egne energisystemer."

Denne forskning har konsekvenser for offentlige politikker og de elpriser, der opkræves hos kunderne.

"Vi er nødt til at begynde at erkende værdien af ​​samfundsløsninger kombineret med rigelig solenergi på nettet, termisk lagerkapacitet, og kulstofpriser i satser, " sagde Dian Grueneich, en tidligere kommissær hos California Public Utilities Commission og et datterselskab af Stanford's Precourt Institute. Grueneich var ikke involveret i undersøgelsen.