Nos últimos anos, Stanford transformou sua infraestrutura de energia eletrificando seu sistema de aquecimento, substituindo sua usina termoelétrica por energia da rede, criando um sistema único para recuperar calor, construir tanques enormes para armazenar água quente e fria, e construir uma usina de energia solar. O projeto Stanford Energy System Innovations cortou as emissões totais de gases de efeito estufa do campus em 68 por cento e está reduzindo os custos operacionais do sistema em US $ 425 milhões em 35 anos.

Agora, um novo estudo, publicado em Energia e Ciência Ambiental , estabelece um roteiro para expandir esses benefícios em Stanford e traduzi-los para outros campi e comunidades. A abordagem do estudo, se amplamente adotado, poderia ajudar a manter a confiabilidade das redes de eletricidade cada vez mais dependentes de energias renováveis ​​intermitentes.

Os tanques de armazenamento térmico de Stanford podem conter até meio dia de abastecimento de aquecimento e resfriamento, o que significa que podem ser usados ​​como baterias para armazenar o excesso de energia e reduzir as emissões de carbono. Os autores descobriram que o campus poderia maximizar suas compras de eletricidade nos momentos do dia em que a rede está abastecida com energia renovável, usando a eletricidade para aquecer e resfriar a água, especialmente durante essas horas. Em 2025, o estudo mostra, este protocolo poderia reduzir as emissões de carbono da universidade de aquecimento e resfriamento em mais 40 por cento.

"O armazenamento térmico em grande escala é uma opção muito real agora. Ele pode fornecer acessibilidade e flexibilidade para as redes de energia do futuro, "disse o investigador principal do jornal, Sally Benson, professor de engenharia de recursos de energia e codiretor do Precourt Institute for Energy de Stanford.

Programação baseada em carbono

Prédios de aquecimento e resfriamento são partes importantes da equação climática. Apenas o aquecimento de edifícios consome cerca de 13% do suprimento global de energia e é intensivo em carbono. Muitos especialistas recomendam mudar para formas menos intensivas em carbono de aquecimento e resfriamento de edifícios como uma forma de combater as mudanças climáticas.

Contudo, "a eletrificação descontrolada de aquecimento e transporte pode desestabilizar as redes de eletricidade devido à grande quantidade de energia envolvida, especialmente porque mais eletricidade vem de energia solar e eólica intermitentes, "disse Jacques de Chalendar, um estudante de pós-graduação e o principal autor do estudo.

"Programação baseada em carbono, "como De Chalendar o chamou, pode ajudar a manter as luzes acesas e, ao mesmo tempo, maximizar o uso de energias renováveis. Na Califórnia e em outros estados ensolarados com necessidades de energia renovável, grandes clientes com capacidade de armazenamento podiam comprar eletricidade no meio do dia, quando a energia solar inunda o mercado.

"Em outros locais, uma oportunidade semelhante pode surgir à noite, por exemplo, se a ampla energia eólica noturna reduz o teor de carbono da eletricidade na rede, "de Chalendar disse.

Além de ajudar a atingir as metas climáticas de maneira acessível, Mudar o uso flexível de eletricidade para horários em que os suprimentos renováveis ​​são altos traz benefícios adicionais. Ajuda os operadores da rede na tarefa essencial de equilibrar com precisão as fontes e sumidouros. Também, melhora os resultados financeiros para investidores em geração renovável, quem obteria preços relativamente mais altos com a mudança na demanda.

Contudo, Benson disse, "embora os benefícios das emissões sejam claros, a estrutura da tarifa de eletricidade no atacado precisaria ser alterada para tornar a programação com base no carbono economicamente atraente para a maioria dos clientes. "

Os grandes clientes costumam ter duas partes em sua fatura. Um é para a quantidade total de eletricidade que eles usaram. O outro é uma cobrança de demanda, que é uma taxa baseada no pico de uso de energia durante o mês. A programação com base no carbono requer a maximização do consumo de energia durante os momentos em que a geração renovável é alta. Isso aumentaria a cobrança de demanda, o que pode ser significativo.

"Agora que os benefícios da programação com base no carbono são claros, "Benson disse, "Precisamos projetar estruturas de taxas que encorajem a maximização do consumo de energia quando estiver mais limpo."

Stanford como um laboratório vivo

Embora a combinação de aquecimento eletrificado, o armazenamento térmico e a programação com base no carbono não funcionam em todos os lugares, o estudo descobriu que a abordagem funciona em muitas condições. Quando isso acontecer, o armazenamento térmico tem uma grande vantagem sobre as baterias tradicionais. Os pesquisadores, que incluiu Peter Glynn, professor de ciência da gestão e engenharia, descobriram que o armazenamento térmico custa cerca de 15% do que as grandes baterias disponíveis hoje custam. Mais, tanques de armazenamento térmico duram muito mais do que baterias.

De Chalendar está trabalhando com outras universidades para eletrificar e otimizar de forma semelhante seus sistemas de aquecimento. Enquanto isso, outros alunos de pós-graduação têm projetos de pesquisa separados com base no sistema único, disse Joseph Stagner, Diretor executivo de sustentabilidade e gestão de energia de Stanford.

"Stanford não é apenas uma universidade. É um laboratório vivo também, "Stagner disse." Nós mostramos como a descarbonização do setor de aquecimento é possível e econômica por meio da eletrificação limpa. Estamos felizes que outras entidades possam usar essas informações para melhorar seus próprios sistemas de energia. "

Esta pesquisa tem implicações para as políticas públicas e as tarifas de energia elétrica cobradas dos consumidores.

"Precisamos começar a reconhecer o valor das soluções da comunidade juntamente com a abundante energia solar na rede, capacidade de armazenamento térmico, e precificação de carbono nas taxas, "disse Dian Grueneich, ex-comissário da California Public Utilities Commission e afiliado do Precourt Institute de Stanford. Grueneich não participou do estudo.