Následující esej je přetištěna se svolením KonverzaceOnline publikace pokrývající nejnovější výzkum.
Jakmile dorazí léto, lidé ve většině USA zapínají klimatizace, ale pokud jste jako já, vždy se za to cítíte trochu provinile. Minulé generace spravovaly bez klimatizace – opravdu to potřebuji? A jak špatné je používat veškerou tuto elektřinu pro chlazení ve světě oteplování?
Pokud nechám svou klimatizaci vypnout, jsem příliš horký. Pokud se však každý současně zapne na svou klimatizaci, poptávají se na elektřinu, které mohou donutit operátory energie napájecí sítě, aby aktivovali některé z Nejdražší a nejšpinavější elektrárny. Někdy se tyto hroty mohou zeptat příliš mnoho mřížky a vést k Browbouts nebo Blackouts.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Výzkum I Nedávno publikovaný s týmem vědců se však cítím trochu lépe. Zjistili jsme, že je to možné Koordinujte provoz velkého počtu domácích klimatizačních jednotekVyvážení nabídky a poptávky na energetické síti – a bez toho, aby lidé snášeli vysoké teploty uvnitř jejich domovů.
Studie v tomto směru pomocí dálkové ovládání klimatizačních jednotek na podporu mřížky, mít mnoho let prozkoumané teoretické možnosti takhle. V praxi však bylo prokázáno jen málo přístupů a nikdy pro takovou aplikaci s vysokou hodnotou a v tomto měřítku. Systém, který jsme vyvinuli, prokázal nejen schopnost vyvážit mřížku na časových úsecích sekund, ale také prokázal, že je možné tak učinit, aniž by to ovlivnilo pohodlí obyvatel.
Mezi výhody patří zvýšení spolehlivosti napájecí sítě, což usnadňuje mřížku přijímat více obnovitelné energie. Naším cílem je přeměnit klimatizace z výzvy pro energetickou mřížku na aktivum a podpořit posun od fosilních paliv směrem k čistší energii.
Nastavitelné vybavení
Můj výzkum se zaměřuje na baterie, solární panely a elektrické vybavení – jako jsou elektrická vozidla, ohřívače vody, klimatizace a tepelná čerpadla – to může upravte se na konzumujte různá množství energie v různých časech.
Původně USA Byla postavena elektrická mřížka přepravovat elektřinu z velkých elektráren do domů a podniků zákazníků. A původně byly elektrárny velké centralizované operace, které spalovaly uhlí nebo zemní plyn nebo sklizená energie z jaderných reakcí. Tyto rostliny byly obvykle vždy k dispozici a mohly upravit, kolik energie generovaly v reakci na poptávku zákazníků, takže mřížka by byla vyvážena mezi energií přicházejícími od výrobců a používáním spotřebitelů.
Mřížka se však změnila. Jsou Více obnovitelných zdrojů energieZ toho, z nichž síla není vždy k dispozici – jako solární panely v noci nebo větrné turbíny v klidných dnech. A existují zařízení a vybavení, které studuji. Tyto novější možnosti, nazývané „distribuované energetické zdroje“, vytvářejí nebo ukládají energii poblíž místa, kde ji spotřebitelé potřebují – nebo upravují, kolik energie používají v reálném čase.
Jeden aspekt mřížky se však nezměnil: do systému není zabudováno mnoho úložiště. Takže pokaždé, když zapnete světlo, na okamžik není dostatek elektřiny, aby dodal vše, co to chce hned: mřížka potřebuje výrobce energie, aby vytvořil trochu více energie. A když vypnete světlo, je tu příliš mnoho: výrobce energie se musí zvýšit.
Způsob, jakým elektrárny vědí, jaké úpravy výkonu v reálném čase jsou potřebné, je pečlivým sledováním frekvence mřížky. Cílem je poskytovat elektřinu za konstantní frekvence – 60 Hertz – za všech okolností. Je -li potřeba více energie, než je vyrobeno, kmitočty a elektrárna zvyšuje výstup. Pokud se vyrábí příliš mnoho energie, frekvence stoupá a elektrárna se trochu zpomaluje. K těmto akcím, procesu nazvaném „regulace frekvence“, probíhá během několika sekund, aby byla mřížka vyvážená.
Tato flexibilita výstupu, především z elektráren, je klíčem k udržení rozsvícení pro všechny.
Nalezení nových možností
Zajímá mě, jak mohou distribuované energetické zdroje zlepšit flexibilitu v mřížce. Mohou uvolnit více energie nebo méně konzumovat, aby reagovali na měnící se nabídku nebo poptávku a pomohli vyrovnat mřížku, což zajišťuje, že frekvence zůstává poblíž 60 Hertz.
Někteří lidé se obávají, že by to mohlo být invazivní, dávat Někdo mimo váš domov Schopnost ovládat baterii nebo klimatizaci. Chtěli jsme proto zjistit, zda bychom mohli pomoci vyrovnat mřížku s frekvenční regulací pomocí domácích klimatizačních jednotek spíše než elektráren-aniž bychom ovlivnili, jak obyvatelé používají jejich spotřebiče nebo jak pohodlně jsou ve svých domovech.
Od roku 2019 do roku 2023 se moje skupina na University of Michigan pokusila tento přístup ve spolupráci s vědci v Pecan Street Inc., Los Alamos National Laboratory a University of California, Berkeley, s financováním amerického ministerstva energetiky Agentura pro pokročilé výzkumné projekty-energie.
Najali jsme 100 majitelů domů v Austinu v Texasu, abychom provedli test našeho systému v reálném světě. Všechny domy měly celozrnné chladicí systémy s nuceným vzduchem, které jsme připojili k vlastním ovládacím deskám a senzory, které nám majitelé umožnili instalovat v jejich domovech. Toto vybavení nám pošlete pokyny do klimatizačních jednotek na základě frekvence mřížky.
Než vysvětlím, jak systém fungoval, nejprve musím vysvětlit, jak termostaty fungují. Když lidé nastaví termostaty, vyberou teplotu a termostaty přepíná klimatizační kompresor zapnutý a vypínání, aby udržoval teplotu vzduchu v malém rozsahu kolem tohoto nastaveného bodu. Pokud je teplota nastavena na 68 stupňů, termostat zapne AC, když je teplota, řekněme, 70, a vypne ji, když je ochlazena na, řekněme 66.
Každých několik sekund náš systém mírně změnil načasování přepínání kompresoru klimatizace pro některé ze 100 klimatizačních jednotek, což způsobilo, že se změní agregovaná spotřeba energie jednotek. Tímto způsobem naše malá skupina domácích klimatizací reagovala na mřížku změny, jak by elektrárna – využívala více či méně energie k vyvážení mřížky a udržení frekvence poblíž 60 Hertz.
Náš systém byl navíc navržen tak, aby udržoval domácí teploty ve stejném malém teplotním rozsahu kolem nastaveného bodu.
Testování přístupu
Systém jsme provozovali ve čtyřech testech, z nichž každá trvala jednu hodinu. Našli jsme dva povzbudivé výsledky.
Nejprve byly klimatizace schopny poskytnout regulaci frekvence Přinejmenším stejně přesně jako tradiční elektrárna. Proto jsme ukázali, že klimatizace by mohly hrát významnou roli při zvyšování flexibility mřížky. Ale možná ještě důležitější – alespoň pokud jde o povzbuzení lidí, aby se účastnili těchto typů systémů – zjistili jsme, že jsme to dokázali, aniž bychom ovlivnili pohodlí lidí v jejich domovech.
Zjistili jsme, že domácí teploty se neodchyloval více než 1,6 Fahrenheita z jejich nastaveného bodu. Majitelům domů bylo dovoleno potlačit ovládací prvky, pokud se dostali nepříjemně, ale většina ne. Pro většinu testů jsme obdrželi žádosti o přepsání nulových. V nejhorším případě jsme obdrželi žádosti o přepsání od dvou ze 100 domů v našem testu.
V praxi by tento druh technologie mohl být přidán do Komerčně dostupné termostaty připojené k internetu. Výměnou za kredity z jejich účtů za energii by se uživatelé mohli rozhodnout, že se připojí ke službě provozované společností Termostat Company, jejich poskytovatelem služeb nebo jiné třetí strany.
Pak by lidé mohli zapnout klimatizaci v letním žáru bez toho, že vina viny, protože věděli, že pomáhají, aby se síť spolehlivější a schopnější ubytovat obnovitelné zdroje energie – aniž by v tomto procesu obětovaly vlastní pohodlí.
Tento článek byl původně publikován Konverzace. Přečtěte si Původní článek.
