Negli ultimi anni, Stanford ha trasformato la sua infrastruttura energetica elettrificando il suo sistema di riscaldamento, sostituendo la sua centrale elettrica a gas con la rete elettrica, creando un sistema unico per recuperare il calore, costruire enormi serbatoi per immagazzinare acqua calda e fredda, e costruire un impianto solare. Il progetto Stanford Energy System Innovations ha ridotto le emissioni totali di gas serra del campus del 68% e sta abbassando i costi operativi del sistema di 425 milioni di dollari in 35 anni.

Ora, un nuovo studio, pubblicato in Scienze energetiche e ambientali , definisce una tabella di marcia per espandere tali vantaggi a Stanford e tradurli in altri campus e comunità. L'approccio dello studio, se ampiamente adottato, potrebbe aiutare a mantenere l'affidabilità delle reti elettriche sempre più dipendenti da fonti rinnovabili intermittenti.

I serbatoi di accumulo termico di Stanford possono contenere fino a mezza giornata di riscaldamento e raffreddamento, il che significa che potrebbero essere usati come batterie per immagazzinare l'energia in eccesso e ridurre le emissioni di carbonio. Gli autori scoprono che il campus potrebbe massimizzare i suoi acquisti di elettricità nelle ore del giorno in cui la rete è piena di energia rinnovabile, usando l'elettricità per riscaldare e raffreddare l'acqua soprattutto durante quelle ore. Entro il 2025, lo studio mostra, questo protocollo potrebbe ridurre le emissioni di carbonio dell'università dovute al riscaldamento e al raffreddamento di un ulteriore 40%.

"L'accumulo termico su larga scala è un'opzione molto reale ora. Potrebbe fornire accessibilità e flessibilità per le reti elettriche del futuro, " ha detto il principale investigatore del giornale, Sally Benson, professore di ingegneria delle risorse energetiche e co-direttore del Precourt Institute for Energy di Stanford.

Programmazione consapevole del carbonio

Il riscaldamento e il raffreddamento degli edifici sono parti importanti dell'equazione climatica. Il solo riscaldamento degli edifici utilizza circa il 13% delle forniture energetiche globali ed è ad alta intensità di carbonio. Molti esperti raccomandano di passare a modi meno intensivi di riscaldamento e raffreddamento degli edifici come un modo per combattere il cambiamento climatico.

Però, "L'elettrificazione incontrollata del riscaldamento e dei trasporti potrebbe destabilizzare le reti elettriche a causa dell'enorme quantità di energia coinvolta, soprattutto perché più elettricità proviene da solare ed eolico intermittente, " disse Jacques de Chalendar, uno studente laureato e l'autore principale dello studio.

"Programmazione consapevole del carbonio, "come lo definì de ​​Chalendar, potrebbe aiutare a mantenere le luci accese massimizzando l'uso delle energie rinnovabili. In California e in altri stati soleggiati con fabbisogno di energia rinnovabile, i grandi clienti con capacità di stoccaggio potrebbero acquistare elettricità a metà giornata, quando l'energia solare inonda il mercato.

"In altri luoghi un'opportunità simile potrebbe presentarsi di notte, ad esempio, se un'ampia disponibilità di energia eolica notturna riduce il contenuto di carbonio dell'elettricità sulla rete, ", ha detto de Chalendar.

Oltre ad aiutare a raggiungere gli obiettivi climatici in modo conveniente, spostare l'uso flessibile dell'elettricità in orari in cui le forniture rinnovabili sono elevate ha ulteriori vantaggi. Aiuta gli operatori di rete nel compito essenziale di bilanciare con precisione sorgenti e pozzi. Anche, migliora i risultati finanziari per gli investitori nella generazione rinnovabile, che otterrebbero prezzi relativamente più alti dallo spostamento della domanda.

Però, Benson ha detto, "mentre i vantaggi in termini di emissioni sono chiari, la struttura delle tariffe elettriche all'ingrosso dovrebbe essere modificata per rendere la programmazione consapevole del carbonio economicamente attraente per la maggior parte dei clienti".

I grandi clienti hanno spesso due parti in bolletta. Uno è per la quantità totale di elettricità che hanno usato. L'altro è un addebito a richiesta, che è una tariffa basata sul consumo energetico di picco durante il mese. La pianificazione consapevole del carbonio richiede la massimizzazione del consumo di energia durante i periodi in cui la generazione rinnovabile è elevata. Ciò aumenterebbe il costo della domanda, che può essere significativo.

"Ora che i vantaggi della programmazione consapevole del carbonio sono chiari, "Benson ha detto, "dobbiamo progettare strutture tariffarie che incoraggino a massimizzare il consumo energetico quando è più pulito".

Stanford come laboratorio vivente

Sebbene la combinazione di riscaldamento elettrificato, lo stoccaggio termico e la programmazione consapevole del carbonio non funzionano ovunque, lo studio rileva che l'approccio funziona in molte condizioni. Quando lo fa, l'accumulo termico ha un grande vantaggio rispetto alle batterie tradizionali. I ricercatori, che includeva Peter Glynn, professore di scienze e ingegneria gestionale, ha scoperto che l'accumulo termico costa circa il 15% di quanto costano le grandi batterie oggi disponibili. Più, gli accumuli termici durano molto più a lungo delle batterie.

De Chalendar sta lavorando con altre università per elettrificare e ottimizzare allo stesso modo i loro sistemi di riscaldamento. Nel frattempo, altri studenti laureati hanno progetti di ricerca separati basati sul sistema unico, disse Joseph Stagner, Direttore esecutivo della sostenibilità e della gestione dell'energia di Stanford.

"Stanford non è solo un'università. È anche un laboratorio vivente, "Stagner ha detto. "Abbiamo dimostrato come la decarbonizzazione del settore del riscaldamento sia possibile ed economica attraverso un'elettrificazione pulita. Siamo felici che altre entità possano utilizzare queste informazioni per migliorare i propri sistemi energetici".

Questa ricerca ha implicazioni per le politiche pubbliche e le tariffe elettriche applicate ai clienti.

"Dobbiamo iniziare a riconoscere il valore delle soluzioni comunitarie abbinate all'abbondante energia solare sulla rete, capacità di accumulo termico, e il prezzo del carbonio nelle tariffe, " ha detto Dian Grueneich, un ex commissario della California Public Utilities Commission e un affiliato del Precourt Institute di Stanford. Grueneich non è stato coinvolto nello studio.