随着电力网络越来越依赖于风能和太阳能等可再生能源，维持能源供应与消费者需求之间的平衡变得更加困难。最近的一项分析表明，水系统，包括海水淡化厂和废水处理设施，可能在稳定电网和创造额外收入机会方面发挥至关重要的作用。
斯坦福大学近期的研究强调了水基础设施，从海水淡化到废水设施，如何使可再生能源变得更加经济高效和可靠。这项研究于9月27日在《自然水》上发表，概述了一个评估水系统如何调节其能源消耗以帮助平衡电网供需的框架。
“要实现净零排放，我们必须考虑需求侧能源解决方案，而水系统是一个在很大程度上未被充分利用的资源。”该研究的主要作者、斯坦福大学环境工程博士生阿克shay ·拉奥（Akshay Rao）表示。“我们的方法允许水运营商和能源管理者做出更好的决策，协调这些系统，以满足我们减碳和水可靠性目标。”
随着能源电网越来越依赖于风能和太阳能等可再生资源，确保供需相匹配变得愈发复杂。通常，电池等技术提供了能源存储的手段，但其成本较高。另一种方法鼓励水运输和处理设施等重要能源用户在需求侧灵活性。根据拉奥及其同事的说法，水系统占国家电力使用量的最多5%，通过根据即时能源需求调整操作，可以提供类似电池的好处。
灵活性框架
为了挖掘这一潜力，研究人员创建了一个框架，以评估水系统提供的能源灵活性利益，侧重于电力网运营商和水务运营商。该框架使得可以将这些利益与其他大规模能源存储解决方案（如锂离子电池）进行比较，这些电池在需求低时储存能量，并在高峰期释放。该框架还考虑了各种因素，如可靠性风险、合规挑战和提供能源灵活性所需基础设施升级的成本。
研究人员将其方法应用于一座海水淡化设施、一条供水网络和一座废水处理厂，同时还研究了加州、德克萨斯州、佛罗里达州和纽约州不同电价结构的影响。
他们发现，这些系统在高峰期间最多可以调整达30%的能源使用，从而实现可观的成本节省，并减少电网的压力。在这些系统中，海水淡化厂在能源灵活性方面表现出最大的潜力，在电力成本高企时调整其处理的水量或停止某些操作。
根据研究人员的说法，该框架可以帮助电网运营商评估各类水系统的能源灵活性选项，允许与其他能源灵活性和存储解决方案进行比较，并支持电价的调整。此外，它可以为水务运营商在快速变化的电力市场中设计和管理其设施提供更好的财务见解。
该研究强调了电力定价在利用灵活性方面的重要性。受不同能源价格影响的水系统将获得最大的收益。设施甚至可能有机会通过在电网压力高峰期减少能源使用，参与来自公用事业的节能项目来赚取额外收入。
“我们的研究为水和能源管理者提供了一个更明智决策的工具，”拉奥指出。“通过适当的投资和政策，水系统可以显著促进更平稳和更具成本效益的向可再生能源的过渡。”
梅根·莫特（Meagan Mauter）是SLAC国家加速器实验室光子科学署的副教授，是该研究的高级作者。她也是斯坦福伍兹环境学院和普雷库特能源研究所的高级研究员，并担任化学工程副教授的邀请职位。
其他共同作者包括土木与环境工程的博士后研究员何塞·博洛里诺斯（Jose Bolorinos）和埃琳·穆萨班德斯（Erin Musabandesu），以及在研究期间的环境工程博士生弗莱彻·查平（Fletcher Chapin）。
该研究获得了国家水创新联盟和美国能源部的资助。
