尚未开发的潜力：研究表明水系统如何帮助加速可再生能源的采用

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斯坦福大学牵头的研究揭示了从海水淡化厂到废水处理设施的水系统如何有助于使可再生能源更加经济实惠和可靠。这项研究于 9 月 27 日发表在《自然水》杂志上，提出了一个框架来衡量水系统如何调整其能源使用，以帮助平衡电网的供需。
“如果我们要实现净零排放，我们需要需求侧能源解决方案，而水系统是一种尚未开发的资源，”该研究的主要作者、斯坦福大学工程学院环境工程博士生阿克沙伊·拉奥 (Akshay Rao) 说。
“我们的方法可以帮助水务运营商和能源管理者更好地决策如何协调这些基础设施系统，以同时实现我们的脱碳和水可靠性目标。”
随着电网越来越依赖风能和太阳能等可再生能源，平衡能源供需变得更加困难。通常，电池等储能技术有助于实现这一目标，但电池价格昂贵。另一种方法是从供水和水处理供应商等大负荷消费者那里提高需求侧灵活性。
Rao 及其合著者表示，水系统（消耗了全国高达 5% 的电力）可以通过调整其运行来满足实时能源需求，从而为电池带来类似的好处。
灵活性框架
为了实现这一潜力，研究人员开发了一个框架，从电网运营商和水系统运营商的角度评估水系统中能源灵活性的价值。
该框架将这些值与其他电网规模的能源存储解决方案进行比较，例如锂离子电池，它在能源需求低迷期间储存电力，在需求高峰期释放电力。该框架还考虑了一系列因素，例如可靠性风险、合规风险以及使用关键基础设施系统实现能源灵活性所涉及的资本升级成本。
研究人员在海水淡化厂、供水系统和污水处理厂测试了他们的方法。他们还探讨了加州、德克萨斯、佛罗里达和纽约公用事业公司不同的关税结构和电价的影响。
他们发现，这些系统可以在高峰需求时段转移高达 30% 的能源使用，从而大幅节省成本并缓解电网压力。海水淡化厂通过调整回收水量或在电价高涨时关闭特定运营，展现了这种能源灵活性的最大潜力。
研究人员表示，该框架可以帮助电网运营商评估一系列水系统的能源灵活性资源，将其与其他能源灵活性和能源储存选项进行比较，并修改或定价能源。在电网快速变化的时代，这种方法还可以帮助水务公司运营商就如何设计和运营工厂做出更明智的财务决策。
该研究还强调了能源定价对于充分利用这种灵活性的重要性。在一天的不同时间支付不同能源费率的水系统可以获得最大的好处。作为公用事业提供的节能计划的一部分，设施甚至可以通过在电网紧张时减少能源使用来赚取额外的收入。
“我们的研究为水资源和能源管理者提供了做出更明智选择的工具，”拉奥说。“通过正确的投资和政策，水资源系统可以在使可再生能源过渡更加平稳和经济实惠方面发挥关键作用。”
这篇论文的资深作者是 SLAC 国家加速器实验室光子科学理事会副教授 Meagan Mauter。她还是斯坦福伍兹环境研究所和普雷考特能源研究所的高级研究员，以及化学工程副教授。