Smart vandopvarmning kan hjælpe i Sydafrikas energikrise

Sydafrikas energikrise har mange dimensioner, fra politisk og økonomisk til teknisk og miljømæssigt. For nylig, landets elforsyning, Eskom, har kun genereret omkring 60 % af sin kapacitet og har været nødt til at begrænse brugen for at forhindre en regional blackout.

Eskoms nye administrerende direktør har bekræftet vigtigheden af ​​efterspørgselsstyring for at håndtere krisen. Men hans tilgang til blot at "subsidiere energieffektive pærer" vil ikke skære den ned. Landet har brug for drastiske indgreb - og elementerne fra den fjerde industrielle revolution er tilgængelige for at gøre dette muligt. Disse er:trådløs forbindelse, tingenes internet, big data analyse, maskinelæring, kunstig intelligens og intelligent centraliseret kontrol.

En af de største forbrugere af energi i Sydafrika er den elektriske vandvarmer, eller "gejser". De anslåede 5,4 millioner elektriske vandvarmere i sydafrikanske hjem og offentlige bygninger bruger omkring 40 GWh energi om dagen, dræner mere end 4 GW, 12 % af driftskapaciteten fra elnettet i spidsbelastningsperioder.

Hvad der plejer at blive overset er, at disse vandvarmere er perfekte til at lagre termisk energi. De absorberer elektrisk energi ved opvarmning af vand, og aflede termisk energi senere, når det varme vand bruges, med lidt tab imellem. Dette gør dem velegnede til at udjævne nettets morgen- og aftenbehovstoppe. Centralt at tænde dem i lavsæsonen ville fordele efterspørgslen efter elektricitet mere jævnt over dagen.

Fordelene ved at planlægge varmeapparater stopper dog ikke der. Vores forskning har vist, at den energi, de suger, og de deraf følgende emissioner, kan også reduceres betydeligt ved at anvende optimal planlægning – se også vores nyttige online-beregner.

To vanskelige spørgsmål konkurrerer med efterspørgsel og energistyring inden for vandopvarmning. Den ene er kundetilfredshed. Den mest energieffektive og behovsoptimale vandvarmer er en, der aldrig tændes, men hvem vil have et koldt brusebad?

Den anden er kundesikkerhed. En vandvarmer, der kører ved lav temperatur, kan fremme væksten af ​​skadelige bakterier. Vi har opdaget potentielt dødelige Legionella bakterier i vandvarmere og nedstrøms rør, og endda i varmeapparater, der er indstillet til høje temperaturer.

Hvad skal der gøres

Hovedparten slukker for vandvarmere, kaldet "ripple control, " har været brugt til at udføre efterspørgselsstyring i årtier. Men denne ensrettede tilgang er ikke nok til at sikre energibesparelser, og kan føre til utilfredse brugere.

Problemet kan overvindes ved hjælp af værktøjerne fra den fjerde industrielle revolution. De kan reducere mængden af ​​energi, som kunder bruger til at opvarme vand, og dermed den samlede belastning på nettet, uden at ofre brugertilfredshed eller tilskynde til sygdom. Vi har demonstreret dette i vores nyligt udgivne papir om komfort, spidsbelastning og energi.

Et netværk af smarte vandvarmere er påkrævet for at realisere de fulde fordele ved at planlægge vandvarmere. Disse måler og rapporterer vand- og energiforbrug, fjernstyre opvarmningsplanen og temperaturen for hver vandvarmer og kan lære brugerens adfærdsmønstre.

Individuelle vandvarmere kunne tændes og slukkes centralt på tidspunkter, der ville fordele efterspørgslen efter elektricitet mere jævnt over dagen og samtidig sikre optimale energibesparelser for alle. Vi udviklede og brugte et sådant netværk i vores forskning og demonstrerede effektiviteten af ​​en sådan løsning.

Ved at introducere individualiseret optimal temperatur-skemakontrol, vi viste, at energibesparelser fra 8 % til 18 % er realistiske. Dette er uden at tage højde for de yderligere besparelser, der vil resultere i, fordi utilsigtet brug af varmt vand vil være ved lavere temperaturer.

Det udelukker også de besparelser, der opnås gennem højopløsnings smart-meter-information, der fører til adfærdsændringer. Tager vi disse ekstra i betragtning, observerede vi energibesparelser på 29 %, dog i et lille udsnit.

krusningseffekten

Denne teknologi har potentialet til at bremse Sydafrikas dyre dieselvaner, reducere landets CO₂-fodaftryk og reducere udløsningstærsklen for rullende strømafbrydelser med mindst 2 GW.

Også, med den øgede introduktion af og afhængighed af uforudsigelig sol- og vindkraft, et netværk af forsinkelsestolerante smarte vandvarmere kunne hjælpe med at stabilisere nettet.

Forsikringsselskaber vil sandsynligvis spille mellemmænd mellem brugeren og forsyningen, da smarte vandvarmere begrænser skader som følge af mekaniske fejl. Med tusindvis af varmeapparater under deres kontrol, de kunne derefter sælge efterspørgselsstyring i stor skala som en service til det kæmpende forsyningsselskab, samtidig med at de giver en værdiskabende service til kunderne. Hvad mere er, eftermontering af eksisterende vandvarmere vil skabe arbejdspladser for installatører og stimulere lokal produktion. I betragtning af den multidimensionelle virkning af strømafbrydelser, alle nye vandvarmere skal være smarte fra starten.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.