Tiềm năng chưa được khai thác: Nghiên cứu cho thấy hệ thống nước có thể giúp đẩy nhanh quá trình áp dụng năng lượng tái tạo như thế nào
của Đại học Stanford
Nguồn: Pixabay/CC0 Public Domain
Nghiên cứu do Stanford dẫn đầu cho thấy hệ thống nước, từ nhà máy khử muối đến cơ sở xử lý nước thải, có thể giúp năng lượng tái tạo trở nên đáng tin cậy và giá cả phải chăng hơn. Nghiên cứu được công bố ngày 27 tháng 9 trên tạp chí Nature Water, đưa ra khuôn khổ để đo lường cách hệ thống nước có thể điều chỉnh mức sử dụng năng lượng của mình để giúp cân bằng cung và cầu lưới điện.
"Nếu chúng ta muốn đạt được mức phát thải ròng bằng 0, chúng ta cần các giải pháp năng lượng theo nhu cầu và hệ thống nước đại diện cho một nguồn tài nguyên chưa được khai thác nhiều", tác giả chính của nghiên cứu Akshay Rao, một nghiên cứu sinh tiến sĩ về kỹ thuật môi trường tại Trường Kỹ thuật Stanford, cho biết.
"Phương pháp của chúng tôi giúp các nhà khai thác nước và quản lý năng lượng đưa ra quyết định tốt hơn về cách phối hợp các hệ thống cơ sở hạ tầng này để đồng thời đáp ứng các mục tiêu khử cacbon và độ tin cậy của nước".
Khi lưới điện phụ thuộc nhiều hơn vào các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời, việc cân bằng cung và cầu năng lượng trở nên khó khăn hơn. Thông thường, các công nghệ lưu trữ năng lượng như pin giúp giải quyết vấn đề này, nhưng pin rất đắt. Một giải pháp thay thế là thúc đẩy tính linh hoạt về phía nhu cầu từ những người tiêu dùng tải lớn như các nhà cung cấp dịch vụ xử lý và vận chuyển nước.
Theo Rao và các đồng tác giả, các hệ thống nước - sử dụng tới 5% điện năng của cả nước - có thể mang lại những lợi ích tương tự như pin bằng cách điều chỉnh hoạt động của chúng để phù hợp với nhu cầu năng lượng theo thời gian thực.
Một khuôn khổ cho tính linh hoạt
Để giúp hiện thực hóa tiềm năng này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một khuôn khổ đánh giá giá trị của tính linh hoạt về năng lượng trong các hệ thống nước theo quan điểm của các nhà điều hành lưới điện và nhà điều hành hệ thống nước.
Khuôn khổ này so sánh các giá trị này với các giải pháp lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện khác, chẳng hạn như pin lithium-ion lưu trữ điện trong thời gian nhu cầu năng lượng thấp và giải phóng điện trong thời gian nhu cầu cao điểm. Khuôn khổ này cũng tính đến một loạt các yếu tố, chẳng hạn như rủi ro về độ tin cậy, rủi ro về tuân thủ và chi phí nâng cấp vốn liên quan đến việc cung cấp tính linh hoạt về năng lượng bằng cách sử dụng các hệ thống cơ sở hạ tầng quan trọng.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm phương pháp của họ trên một nhà máy khử muối nước biển, một hệ thống phân phối nước và một nhà máy xử lý nước thải. Họ cũng khám phá tác động của các cấu trúc thuế quan và giá điện khác nhau từ các công ty tiện ích ở California, Texas, Florida và New York.
Họ phát hiện ra rằng các hệ thống này có thể chuyển tới 30% mức sử dụng năng lượng của họ trong thời gian nhu cầu cao điểm, dẫn đến tiết kiệm chi phí đáng kể và giảm bớt áp lực lên lưới điện. Các nhà máy khử muối cho thấy tiềm năng lớn nhất đối với loại linh hoạt năng lượng này bằng cách điều chỉnh lượng nước họ thu hồi hoặc đóng cửa các hoạt động cụ thể khi giá điện cao.
Theo các nhà nghiên cứu, khuôn khổ này có thể giúp các nhà điều hành lưới điện đánh giá các nguồn năng lượng linh hoạt trên nhiều hệ thống nước, so sánh chúng với các tùy chọn lưu trữ năng lượng và linh hoạt năng lượng khác, đồng thời điều chỉnh hoặc định giá năng lượng. Cách tiếp cận này cũng có thể giúp các nhà điều hành công ty tiện ích nước đưa ra quyết định tài chính sáng suốt hơn về cách họ thiết kế và vận hành nhà máy của mình trong thời đại lưới điện thay đổi nhanh chóng.
Nghiên cứu cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc định giá năng lượng để tận dụng tối đa tính linh hoạt này. Các hệ thống nước trả các mức giá khác nhau cho năng lượng vào các thời điểm khác nhau trong ngày có thể thấy được lợi ích lớn nhất. Các cơ sở thậm chí có thể kiếm thêm tiền bằng cách giảm mức sử dụng năng lượng khi lưới điện bị căng thẳng, như một phần của các chương trình tiết kiệm năng lượng do các công ty tiện ích cung cấp.
"Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp cho các nhà quản lý nước và năng lượng một công cụ để đưa ra những lựa chọn thông minh hơn", Rao cho biết. "Với các khoản đầu tư và chính sách phù hợp, hệ thống nước có thể đóng vai trò quan trọng trong việc giúp quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo diễn ra suôn sẻ hơn và giá cả phải chăng hơn".
Meagan Mauter, phó giáo sư tại Ban khoa học Photon tại Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia SLAC, là tác giả chính của bài báo này. Bà cũng là thành viên cấp cao tại Viện Môi trường Stanford Woods và Viện Năng lượng Precourt, và là phó giáo sư, theo sự cho phép, về kỹ thuật hóa học.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
