Durante los últimos años, Stanford transformó su infraestructura energética electrificando su sistema de calefacción, Reemplazo de su planta de energía de gas con energía de la red, creando un sistema único para recuperar el calor, la construcción de tanques masivos para almacenar agua fría y caliente, y la construcción de una planta de energía solar. El proyecto Stanford Energy System Innovations redujo las emisiones totales de gases de efecto invernadero del campus en un 68 por ciento y está reduciendo los costos operativos del sistema en $ 425 millones en 35 años.

Ahora, un nuevo estudio, publicado en Ciencias de la energía y el medio ambiente , establece una hoja de ruta para expandir esos beneficios en Stanford y trasladarlos a otros campus y comunidades. El enfoque del estudio, si se adopta ampliamente, podría ayudar a mantener la confiabilidad de las redes eléctricas que dependen cada vez más de las energías renovables intermitentes.

Los tanques de almacenamiento térmico de Stanford pueden contener hasta medio día de suministro de calefacción y refrigeración, lo que significa que podrían usarse como baterías para almacenar el exceso de energía y reducir las emisiones de carbono. Los autores encuentran que el campus podría maximizar sus compras de electricidad en los momentos del día en que la red está llena de energía renovable. usando la electricidad para calentar y enfriar el agua, especialmente durante esas horas. Para 2025, el estudio muestra, este protocolo podría reducir las emisiones de carbono de la universidad por calentar y enfriar un 40 por ciento adicional.

"El almacenamiento térmico a gran escala es una opción muy real ahora. Podría proporcionar asequibilidad y flexibilidad para las redes eléctricas del futuro, "dijo el investigador principal del periódico, Sally Benson, profesor de ingeniería de recursos energéticos y codirector del Precourt Institute for Energy de Stanford.

Programación consciente del carbono

Los edificios de calefacción y refrigeración son partes importantes de la ecuación climática. La calefacción de edificios por sí sola utiliza alrededor del 13 por ciento de los suministros energéticos mundiales y consume muchas emisiones de carbono. Muchos expertos recomiendan cambiar a formas de calefacción y refrigeración de edificios menos intensivas en carbono como una forma de combatir el cambio climático.

Sin embargo, "La electrificación descontrolada de la calefacción y el transporte podría desestabilizar las redes eléctricas debido a la gran cantidad de energía involucrada, especialmente porque más electricidad proviene de la energía solar y eólica intermitentes, "dijo Jacques de Chalendar, estudiante de posgrado y autor principal del estudio.

"Programación consciente del carbono, "como lo denominó De Chalendar, podría ayudar a mantener las luces encendidas mientras se maximiza el uso de energías renovables. En California y otros estados soleados con requisitos de energía renovable, grandes clientes con capacidad de almacenamiento podrían comprar electricidad a la mitad del día, cuando la energía solar inunda el mercado.

"En otros lugares, podría surgir una oportunidad similar por la noche, por ejemplo, si una gran cantidad de energía eólica nocturna reduce el contenido de carbono de la electricidad en la red, ", dijo de Chalendar.

Además de ayudar a alcanzar los objetivos climáticos de manera asequible, Cambiar el uso flexible de la electricidad a horas en las que los suministros renovables son altos tiene beneficios adicionales. Ayuda a los operadores de la red con la tarea esencial de equilibrar con precisión fuentes y sumideros. También, mejora los resultados financieros para los inversores en generación renovable, que obtendrían precios relativamente más altos por el cambio en la demanda.

Sin embargo, Benson dijo:"si bien los beneficios de las emisiones son claros, la estructura de tarifas de electricidad al por mayor tendría que cambiarse para que la programación basada en el carbono sea económicamente atractiva para la mayoría de los clientes ".

Los grandes clientes suelen tener dos partes en su factura. Uno es por la cantidad total de electricidad que usaron. El otro es un cargo por demanda, que es una tarifa basada en su uso máximo de energía durante el mes. La programación consciente del carbono requiere maximizar el consumo de energía durante los momentos en que la generación renovable es alta. Esto aumentaría el cargo por demanda, que puede ser significativo.

"Ahora que los beneficios de la programación consciente del carbono son claros, "Benson dijo, "Necesitamos diseñar estructuras de tarifas que fomenten la maximización del consumo de energía cuando esté más limpio".

Stanford como laboratorio viviente

Aunque la combinación de calefacción electrificada, el almacenamiento térmico y la programación consciente del carbono no funcionan en todas partes, el estudio encuentra que el enfoque funciona en muchas condiciones. Cuando lo hace El almacenamiento térmico tiene una gran ventaja sobre las baterías tradicionales. Los investigadores, que incluía a Peter Glynn, profesor de ciencias de la gestión e ingeniería, descubrió que el almacenamiento térmico cuesta alrededor del 15 por ciento de lo que cuestan las baterías grandes disponibles en la actualidad. Más, Los tanques de almacenamiento térmico duran mucho más que las baterías.

De Chalendar está trabajando con otras universidades para electrificar y optimizar de manera similar sus sistemas de calefacción. Mientras tanto, otros estudiantes graduados tienen proyectos de investigación separados basados ​​en el sistema único, dijo Joseph Stagner, Director ejecutivo de sostenibilidad y gestión energética de Stanford.

"Stanford no es solo una universidad. También es un laboratorio viviente, ", Dijo Stagner." Hemos demostrado cómo descarbonizar el sector de la calefacción es posible y económico a través de la electrificación limpia. Estamos felices de que otras entidades puedan usar esta información para mejorar sus propios sistemas de energía ".

Esta investigación tiene implicaciones para las políticas públicas y las tarifas eléctricas que se cobran a los clientes.

"Necesitamos comenzar a reconocer el valor de las soluciones comunitarias junto con la abundante energía solar en la red, capacidad de almacenamiento térmico, y fijación de precios del carbono en las tarifas, "dijo Dian Grueneich, ex comisionado de la Comisión de Servicios Públicos de California y afiliado del Instituto Precourt de Stanford. Grueneich no participó en el estudio.