A crise de energia da África do Sul tem muitas dimensões, do político e econômico ao técnico e ambiental. Recentemente, a concessionária de energia do país, Eskom, vem gerando apenas cerca de 60% de sua capacidade e teve que restringir o uso para evitar um apagão regional.

O novo CEO da Eskom afirmou a importância da gestão da demanda para lidar com a crise. Mas sua abordagem de meramente "subsidiar lâmpadas com eficiência energética" não vai resolver o problema. O país precisa de intervenções drásticas - e os elementos da quarta revolução industrial estão disponíveis para tornar isso possível. São eles:conectividade sem fio, a internet das coisas, análise de big data, aprendizado de máquina, inteligência artificial e controle centralizado inteligente.

Um dos maiores consumidores de energia da África do Sul é o aquecedor elétrico de água, ou "gêiser". Os cerca de 5,4 milhões de aquecedores elétricos de água em residências e prédios públicos sul-africanos usam cerca de 40 GWh de energia por dia, drenando mais de 4 GW, 12% da capacidade operacional da rede elétrica nos horários de pico.

O que costuma ser esquecido é que esses aquecedores de água são perfeitos para armazenar energia térmica. Eles absorvem energia elétrica ao aquecer água, e descarregar a energia térmica mais tarde, quando a água quente for usada, com pouca perda no meio. Isso os torna adequados para nivelar os picos de demanda da grade de manhã e à noite. Ligá-los centralmente fora dos horários de pico distribuiria a demanda por eletricidade de maneira mais uniforme ao longo do dia.

Os benefícios de programar aquecedores não param por aí. Nossa pesquisa mostrou que a energia que eles consomem, e as emissões resultantes, também pode ser reduzido significativamente aplicando o agendamento ideal - consulte também nossa útil calculadora online.

Duas questões espinhosas competem com a demanda e o gerenciamento de energia no aquecimento de água. Um é a satisfação do cliente. O aquecedor de água com maior eficiência energética e demanda ideal é aquele que nunca é ligado, mas quem quer um banho frio?

O outro é a segurança do cliente. Um aquecedor de água funcionando em baixa temperatura pode promover o crescimento de bactérias nocivas. Detectamos potencialmente letal Legionella bactérias em aquecedores de água e canos a jusante, e até mesmo em aquecedores configurados para altas temperaturas.

O que precisa ser feito

A maioria desligando aquecedores de água, chamado de "controle de ondulação, "tem sido usada para fazer gerenciamento de demanda por décadas. Mas essa abordagem unidirecional não é suficiente para garantir a economia de energia, e pode levar a usuários insatisfeitos.

O problema pode ser superado com as ferramentas da quarta revolução industrial. Eles podem reduzir a quantidade de energia que os clientes usam para aquecer água, e, portanto, a carga agregada na rede, sem sacrificar a satisfação do usuário ou encorajar doenças. Demonstramos isso em nosso artigo publicado recentemente sobre conforto, pico de carga e energia.

É necessária uma rede de aquecedores de água inteligentes para aproveitar todos os benefícios da programação de aquecedores de água. Eles medem e relatam o uso de água e energia, controlar remotamente o cronograma de aquecimento e temperatura de cada aquecedor de água e pode aprender os padrões de comportamento do usuário.

Aquecedores de água individuais podem ser ligados e desligados centralmente em horários que distribuem a demanda por eletricidade de maneira mais uniforme ao longo do dia, garantindo a economia de energia ideal para todos. Desenvolvemos e usamos essa rede em nossa pesquisa e demonstramos a eficácia de tal solução.

Ao introduzir o controle de cronograma de temperatura ideal individualizado, mostramos que a economia de energia variando de 8% a 18% é realista. Isso sem levar em conta a economia adicional que resultará porque o uso não intencional de água quente será em temperaturas mais baixas.

Também exclui a economia obtida por meio de informações de medidores inteligentes de alta resolução que levam a mudanças comportamentais. Levando esses extras em consideração, observamos uma economia de energia de 29%, embora em uma pequena amostra.

O efeito cascata

Esta tecnologia tem o potencial de reduzir o caro hábito de diesel da África do Sul, reduzir a pegada de CO₂ do país e reduzir o limiar de ativação para apagões contínuos em pelo menos 2 GW.

Também, com o aumento da introdução e dependência de energia solar e eólica imprevisíveis, uma rede de aquecedores de água inteligentes tolerantes a atrasos poderia ajudar a estabilizar a rede.

As seguradoras tendem a atuar como intermediários entre o usuário e a concessionária, já que os aquecedores de água inteligentes limitam os danos resultantes de falhas mecânicas. Com milhares de aquecedores sob seu controle, eles poderiam, então, vender gerenciamento de demanda em grande escala como um serviço para a concessionária em dificuldades, ao mesmo tempo em que fornece um serviço de valor agregado aos clientes. O que mais, reformar aquecedores de água existentes criará empregos para instaladores e estimulará a fabricação local. Dado o impacto multidimensional dos apagões, todos os novos aquecedores de água devem ser inteligentes desde o início.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.