Une nouvelle étude indique que la centrale énergétique de Stanford peut servir de modèle pour d'autres grands campus et communautés cherchant à réduire les émissions de dioxyde de carbone à un prix abordable. Crédit :L.A. Cicéron
Au cours des dernières années, Stanford a transformé son infrastructure énergétique en électrifiant son système de chauffage, remplacement de sa centrale au gaz par du réseau électrique, créer un système unique de récupération de chaleur, construire des réservoirs massifs pour stocker l'eau chaude et froide, et la construction d'une centrale solaire. Le projet Stanford Energy System Innovations a réduit les émissions totales de gaz à effet de serre du campus de 68 % et réduit les coûts d'exploitation du système de 425 millions de dollars sur 35 ans.
Maintenant, une nouvelle étude, Publié dans Sciences de l'énergie et de l'environnement , présente une feuille de route pour étendre ces avantages à Stanford et les traduire à d'autres campus et communautés. L'approche de l'étude, s'il est largement adopté, pourrait contribuer à maintenir la fiabilité des réseaux électriques de plus en plus dépendants des énergies renouvelables intermittentes.
Les réservoirs de stockage thermique de Stanford peuvent contenir jusqu'à une demi-journée de chauffage et de refroidissement, ce qui signifie qu'ils pourraient être utilisés comme des batteries pour stocker l'excès d'énergie et réduire les émissions de carbone. Les auteurs constatent que le campus pourrait maximiser ses achats d'électricité à des moments de la journée où le réseau est alimenté en énergie renouvelable, utiliser l'électricité pour chauffer et refroidir l'eau, en particulier pendant ces heures. D'ici 2025, l'étude montre, ce protocole pourrait réduire les émissions de carbone de l'université provenant du chauffage et de la climatisation de 40 pour cent supplémentaires.
« Le stockage thermique à grande échelle est une option très réelle maintenant. Il pourrait offrir un prix abordable et une flexibilité pour les réseaux électriques du futur, " a déclaré le chercheur principal du journal, Sally Benson, professeur d'ingénierie des ressources énergétiques et codirecteur du Precourt Institute for Energy de Stanford.
Planification éco-responsable
Le chauffage et le refroidissement des bâtiments sont des éléments importants de l'équation climatique. Le chauffage des bâtiments à lui seul utilise environ 13 pour cent des approvisionnements énergétiques mondiaux et est à forte intensité de carbone. De nombreux experts recommandent de passer à des modes de chauffage et de refroidissement des bâtiments moins carbonés pour lutter contre le changement climatique.
Cependant, « une électrification incontrôlée du chauffage et des transports pourrait déstabiliser les réseaux électriques en raison de la quantité d'énergie impliquée, d'autant plus que plus d'électricité provient du solaire et du vent intermittents, " dit Jacques de Chalendar, un étudiant diplômé et l'auteur principal de l'étude.
« Ordonnancement éco-responsable, " comme l'appelait de Chalendar, pourrait aider à garder les lumières allumées tout en maximisant l'utilisation des énergies renouvelables. En Californie et dans d'autres États ensoleillés ayant des besoins en énergie renouvelable, les gros clients disposant d'une capacité de stockage pourraient acheter de l'électricité en milieu de journée, quand l'énergie solaire inonde le marché.
"Dans d'autres endroits, une opportunité similaire pourrait se présenter la nuit, par exemple, si l'énergie éolienne nocturne abondante réduit la teneur en carbone de l'électricité sur le réseau, " a déclaré de Chalendar.
Au Central Energy Facility de Stanford, les deux plus grands réservoirs contiennent de l'eau réfrigérée et le plus petit réservoir contient de l'eau chaude. Crédit :Steve Proehl
En plus d'aider à atteindre les objectifs climatiques à moindre coût, déplacer l'utilisation flexible de l'électricité vers des heures où les approvisionnements renouvelables sont élevés présente des avantages supplémentaires. Il aide les gestionnaires de réseau à s'acquitter de la tâche essentielle d'équilibrer avec précision les sources et les puits. Aussi, il améliore les résultats financiers des investisseurs dans la production d'énergie renouvelable, qui obtiendraient des prix relativement plus élevés du fait de la variation de la demande.
Cependant, Benson a dit, « alors que les avantages en termes d'émissions sont clairs, la structure des tarifs de gros de l'électricité devrait être modifiée pour rendre la programmation soucieuse du carbone économiquement attrayante pour la plupart des clients. »
Les gros clients ont souvent deux volets à leur facture. L'un est pour la quantité totale d'électricité qu'ils ont utilisé. L'autre est une charge à la demande, qui est une redevance basée sur leur consommation électrique de pointe au cours du mois. La programmation soucieuse du carbone nécessite de maximiser la consommation d'énergie pendant les périodes où la production d'énergie renouvelable est élevée. Cela augmenterait le prix de la demande, ce qui peut être important.
« Maintenant que les avantages d'une programmation soucieuse du carbone sont clairs, " Benson a dit, « nous devons concevoir des structures tarifaires qui encourageraient la maximisation de la consommation d'énergie lorsqu'elle est la plus propre. »
Stanford comme laboratoire vivant
Bien que la combinaison du chauffage électrifié, le stockage thermique et la programmation sensible au carbone ne fonctionnent pas partout, l'étude constate que l'approche fonctionne dans de nombreuses conditions. Quand c'est le cas, le stockage thermique a un gros avantage par rapport aux batteries traditionnelles. Les chercheurs, qui comprenait Peter Glynn, professeur de sciences de gestion et d'ingénierie, ont constaté que le stockage thermique coûte environ 15 % de ce que coûtent les grosses batteries disponibles aujourd'hui. Plus, les réservoirs de stockage thermique durent beaucoup plus longtemps que les batteries.
De Chalendar travaille avec d'autres universités pour électrifier et optimiser de la même manière leurs systèmes de chauffage. Pendant ce temps, d'autres étudiants diplômés ont des projets de recherche distincts basés sur le système unique, dit Joseph Stagner, Directeur exécutif de la durabilité et de la gestion de l'énergie de Stanford.
"Stanford n'est pas seulement une université. C'est aussi un laboratoire vivant, ", a déclaré Stagner. "Nous avons montré comment la décarbonisation du secteur du chauffage est à la fois possible et économique grâce à une électrification propre. Nous sommes heureux que d'autres entités puissent utiliser ces informations pour améliorer leurs propres systèmes énergétiques."
Cette recherche a des implications pour les politiques publiques et les tarifs d'électricité facturés aux clients.
« Nous devons commencer à reconnaître la valeur des solutions communautaires couplées à une énergie solaire abondante sur le réseau, capacité de stockage thermique, et la tarification du carbone dans les tarifs, " a déclaré Dian Grueneich, un ancien commissaire de la California Public Utilities Commission et une filiale du Precourt Institute de Stanford. Grueneich n'a pas participé à l'étude.
