Si kondicioneri juaj mund të ndihmojë rrjetin elektrik, në vend që ta mbingarkojë atë

Ndërsa vera vjen, njerëzit po ndezin kondicionerët në shumicën e SHBA-ve. Por nëse je si unë, gjithmonë ndjehesh pak fajtor për këtë. Gjetjet e brezave të kaluar pa kondicioner – a kam nevojë vërtet për të? Dhe sa keq është të përdorësh gjithë këtë energji elektrike për ftohje në një botë që po ngrohet?

Nëse e lë kondicionerin tim të fikur, ndihem shumë i nxehtë. Por nëse të gjithë ndezin kondicionerët e tyre në të njëjtën kohë, kërkesa për energji elektrike rritet shumë, gjë që mund të detyrojë operatoret e rrjetit të energjisë të aktivizojnë disa nga furnizuesit më të shtrenjtë dhe më të ndotur të energjisë. Ndonjëherë ato rritje kërkesë mund të kërkojnë shumë nga rrjeti dhe të çojnë në rënies së energjisë ose ndërprerjeve të energjisë.

Hulumtimi Unë së fundmi i kam publikuar me një ekip studiuesish dhe më bën të ndihem pak më mirë. Ne kemi zbuluar se është e mundur të koordinoni funksionimin e shumë njësive të kondicionimit të ajrit në shtëpi, duke balancuar furnizimin dhe kërkesën në rrjetin e energjisë – dhe pa i bërë njerëzit të durojnë temperatura të larta brenda shtëpive të tyre.

Studimet në këtë drejtim, duke përdorur kontrollin në distancë të kondicionerëve të ajrit për të mbështetur rrjetin, kanë për shumë vite eksploruar mundësitë teorike të tilla. Megjithatë, disa qasje janë demonstruar në praktikë dhe kurrë për një aplikim kaq të lartë vlerës dhe në këtë shkallë. Sistemi që ne zhvilluam jo vetëm që demonstroi aftësinë për të balancuar rrjetin në kohëzgjatje të sekondave, por gjithashtu provoi se ishte e mundur ta bëje këtë pa ndikuar në komfortin e banorëve.

Përfitimet përfshijnë rritjen e besueshmërisë së rrjetit elektrik, gjë që e bën më të lehtë për rrjetin të pranojë më shumë energji të rinovueshme. Qëllimi ynë është të shndërrojmë kondicionerët e ajrit nga një sfidë për rrjetin elektrik në një pasuri, duke mbështetur një kalim nga karburantet fosile drejt energjisë më të pastër.

Ekipament i rregullueshëm

Hulumtimi im fokusohet në bateri, panele diellore dhe pajisje elektrike – si automjete elektrike, ngrohës uji, kondicionerë të ajrit dhe pompa nxehtësie – të cilat mund të përshtaten për të konsumojnë sasi të ndryshme energjie në kohë të ndryshme.

Origjinalisht, rrjeti elektrik i SHBA-së u ndërtua për të transportuar energjinë nga centralet e mëdha tek shtëpitë dhe bizneset e konsumatorëve. Dhe fillimisht, centralet ishin operacione të mëdha, të centralizuara që digjnin qymyr ose gaz natyror, ose mblidhnin energji nga reaksionet bërthamore. Këto centrale zakonisht ishin gjithmonë në dispozicion dhe mund të përshtateshin se sa energji prodhonin në përgjigje të kërkesës së konsumatorëve, kështu që rrjeti do të ishte i balancuar midis energjisë që vjen nga prodhuesit dhe përdoret nga konsumatorët.

Por rrjeti ka ndryshuar. Ekzistojnë më shumë burime të energjisë së rinovueshme, nga të cilat energjia nuk është gjithmonë e disponueshme – si panele diellore gjatë natës ose turbinat e erës në ditë të qeta. Dhe janë pajisjet dhe aparatet që studioj unë. Këto opsione më të reja, të quajtura “burime të energjisë së shpërndarë,” gjenerojnë ose ruajnë energji pranë vendit ku konsumatorët e kanë nevojë – ose përshtatin se sa energji po përdorin në kohë reale.

Një aspekt i rrjetit nuk ka ndryshuar, megjithatë: Nuk ka shumë ruajtje të ndërtuar në sistem. Pra, çdo herë që ndizni një dritë, për një moment nuk ka mjaftueshëm energji elektrike për të furnizuar gjithçka që dëshiron atëherë: Rrjeti ka nevojë për një prodhues energjie për të gjeneruar pak më shumë energji. Dhe kur fikni një dritë, ka pak shumë: Një prodhues energjie duhet të ulë prodhimin.

Mënyra se si termocentralet dinë cilat janë rregullimet e nevojshme të energjisë në kohë reale është duke monitoruar ngushtë frekuencën e rrjetit. Qëllimi është të sigurojë energji elektrike me një frekuencë të qëndrueshme – 60 hertë – në të gjitha kohët. Nëse kërkohet më shumë energji sesa po prodhohet, frekuenca bie dhe një termocentral rrit prodhimin. Nëse po prodhohet shumë energji, frekuenca rritet dhe një termocentral ulet pak prodhimin. Këto veprime, një proces i quajtur “regjullimi i frekuencës,” ndodhin brenda disa sekondash për të mbajtur rrjetin të balancuar.

Këto fleksibilitete të prodhimit, kryesisht nga termocentralet, janë kyçe për të mbajtur dritat ndezur për të gjithë.

Gjetja e opsioneve të reja

Jam i interesuar se si burimet e energjisë së shpërndarë mund të përmirësojnë fleksibilitetin në rrjet. Ata mund të lëshojnë më shumë energji, ose të konsumojnë më pak, për t’u përgjigjur ndryshimeve në furnizim ose kërkesë, dhe të ndihmojnë në balancimin e rrjetit, duke siguruar që frekuenca të mbetet pranë 60 herc.

Disa njerëz frikësohen se kjo mund të jetë invasive, duke i dhënë dikujt jashtë shtëpisë tuaj aftësinë për të kontrolluar baterinë ose kondicionerin tuaj të ajrit. Prandaj, dëshiruam të shihnim nëse mund të ndihmojmë në balancimin e rrjetit me rregullimin e frekuencës duke përdorur njësitë e kondicionerit të shtëpisë në vend të fabrikave të energjisë – pa ndikuar në mënyrën se si banorët përdorin pajisjet e tyre ose sa rehat janë në shtëpitë e tyre.

Nga viti 2019 deri në 2023, grupi im në Universitetin e Miçiganit provoi këtë qasje, në bashkëpunim me kërkuesit e Pecan Street Inc., Laboratorin Kombëtar të Los Alamos dhe Universitetin e Kalifornisë, Berkeley, me financim nga Departamenti i Energjisë i SHBA Agjencia për Projektet e Kërkimit të Avancuar të Energjisë.

Ne rekrutuan 100 pronarë shtëpish në Uashington, Teksas, për të kryer një test në botën reale të sistemit tonë. Të gjitha shtëpitë kishin sisteme të gjithë shtëpisë me ftohje me ajër të detyruar, të cilat i lidhëm me bordra kontrolli të personalizuara dhe sensorë që pronarët na lejuan të instalojmë në shtëpitë e tyre. Ky pajisje na lejoi të dërgonim udhëzime tek njësitë e kondicionimit të ajrit bazuar në frekuencën e rrjetit.

Para se të shpjegoj se si funksiononte sistemi, së pari duhet të shpjegoj se si funksionojnë termostatët. Kur njerëzit vendosin termostatët, ata zgjedhin një temperaturë, dhe termostati aktivizon dhe çaktivizon kompresorin e ajrit për të mbajtur temperaturën e ajrit brenda një diapazoni të vogël rreth pikës së vendosur. Nëse temperatura është vendosur në 68 gradë, termostati ndizet kur temperatura është, për shembull, 70, dhe fiket kur është ulur në, për shembull, 66.

Çdo disa sekonda, sistemi ynë ndryshonte pak kohën e ndërrimit të kompresorit të ajrit për disa nga 100 kondicionerët e ajrit, duke shkaktuar ndryshime në konsumin e energjisë së përgjithshme të njësive. Në këtë mënyrë, grupi ynë i vogël i kondicionerëve të shtëpive reagoi ndaj ndryshimeve në rrjet si një fabrikë energjie – duke përdorur më shumë ose më pak energji për të balancuar rrjetin dhe për të mbajtur frekuencën afër 60 herë.

Gjithashtu, sistemi ynë u dizajnua për të mbajtur temperaturat e shtëpive brenda të njëjtit diapazon të vogël temperaturash rreth pikës së vendosur.

Testimi i qasjes

Ne kemi ekzekutuar sistemin tonë në katër teste, secila prej tyre duke zgjatur një orë. Gjetëm dy rezultate inkurajuese.

Së pari, kondicionerët e ajrit ishin në gjendje të sigurojnë rregullimin e frekuencës të paktën aq saktë sa një termocentral tradicional. Prandaj, ne treguam se kondicionerët e ajrit mund të luajnë një rol të rëndësishëm në rritjen e fleksibilitetit të rrjetit. Por ndoshta më me rëndësi – të paktën në kuadër të inkurajimit të njerëzve për të marrë pjesë në këto lloje të sistemeve – ne gjetëm se ishim në gjendje ta bënim këtë pa ndikuar në komfortin e njerëzve në shtëpitë e tyre.

Ne gjetëm se temperaturat e shtëpisë nuk u devijuan më shumë se 1.6 Fahrenheit nga pika e tyre e vendosur. Pronarët e shtëpive u lejua të kalonin kontrollin nëse ndiheshin të pakëndshëm, por shumica nuk e bënë këtë. Për shumicën e testeve, ne nuk morëm asnjë kërkesë për kalim të kontrollit. Në rastin më të keq, morëm kërkesa për kalim të kontrollit nga dy nga 100 shtëpitë në testin tonë.

Në praktikë, kjo lloj teknologjie mund të shtohet në termostatët e lidhur me internetin që janë në dispozicion komercialisht. Në këmbim për kredi në faturat e energjisë së tyre, përdoruesit mund të zgjedhin të bashkohen me një shërbim të drejtuar nga kompania e termostatit, ofruesi i energjisë ose ndonjë palë tjetër e tretë.

Pastaj, njerëzit mund të fiknin kondicionerin në vapën e verës pa ndjenjën e fajit, duke ditur se po ndihmonin për ta bërë rrjetin më të besueshëm dhe më të aftë për të përballuar burime të ripërtëritshme të energjisë – pa sakrifikuar komoditetin e tyre gjatë procesit.