Under de senaste åren har Stanford förvandlade sin energiinfrastruktur genom att elektrifiera sitt värmesystem, ersätta sitt gaseldade kraftverk med nätkraft, skapa ett unikt system för att återvinna värme, bygga massiva tankar för att lagra varmt och kallt vatten, och bygga ett solkraftverk. Stanford Energy System Innovations -projektet minskade campus totala utsläpp av växthusgaser med 68 procent och sänker systemets driftskostnader med 425 miljoner dollar över 35 år.

Nu, en ny studie, publicerad i Energi- och miljövetenskap , lägger en färdplan för att utöka dessa fördelar på Stanford och översätta dem till andra campus och samhällen. Studiens tillvägagångssätt, om det i stort sett antas, kan hjälpa till att upprätthålla tillförlitligheten hos elnät som alltmer är beroende av intermittenta förnybara energikällor.

Stanfords tankar för termisk lagring kan hålla upp till en halv dags leverans av värme och kyla, vilket innebär att de kan användas som batterier för att lagra överskottsenergi och minska koldioxidutsläppen. Författarna finner att campus kan maximera sina inköp av el vid tider på dygnet när nätet är i linje med förnybar energi, använda elen för att värma och kyla vatten, särskilt under dessa timmar. År 2025, studien visar, detta protokoll kan minska universitetets koldioxidutsläpp från uppvärmning och kyla ytterligare 40 procent.

"Storskalig termisk lagring är ett mycket verkligt alternativ nu. Det kan ge överkomliga priser och flexibilitet för framtidens elnät, "sade tidningens huvudutredare, Sally Benson, professor i energiresursteknik och meddirektör för Stanford's Precourt Institute for Energy.

Kolmedveten schemaläggning

Uppvärmning och kylning av byggnader är stora delar av klimatekvationen. Att värma byggnader ensam använder cirka 13 procent av den globala energiförsörjningen och är koldioxidintensiv. Många experter rekommenderar att man byter till mindre kolintensiva sätt att värma och kyla byggnader som ett sätt att bekämpa klimatförändringar.

Dock, "okontrollerad elektrifiering av uppvärmning och transport kan destabilisera elnät på grund av den stora mängden energi som är inblandad, särskilt eftersom mer el kommer från intermittent sol och vind, "sa Jacques de Chalendar, en doktorand och studiens huvudförfattare.

"Kolmedveten schemaläggning, "som de Chalendar kallade det, kan hjälpa till att hålla lamporna tända samtidigt som användningen av förnybara energikällor maximeras. I Kalifornien och andra soliga stater med krav på förnybar energi, stora kunder med lagringskapacitet kunde köpa el mitt på dagen, när solenergi översvämmar marknaden.

"På andra platser kan en liknande möjlighet uppstå på natten, till exempel om riklig vindkraft på natten sänker kolinnehållet i el på nätet, sa de Chalendar.

Förutom att hjälpa till att uppnå klimatmål på ett överkomligt sätt, att flytta flexibel elanvändning till timmar när förnybara förnödenheter är höga har ytterligare fördelar. Det hjälper nätoperatörer med den väsentliga uppgiften att exakt balansera källor och sänkor. Också, det förbättrar finansiella resultat för investerare i förnybar produktion, som skulle få relativt högre priser från förändringen i efterfrågan.

Dock, Benson sa, "medan utsläppsfördelarna är tydliga, elprisstrukturen i grossistledet skulle behöva ändras för att göra kolmedvetna schemaläggningar ekonomiskt attraktiva för de flesta kunder. "

Stora kunder har ofta två delar till sin räkning. En är för den totala mängden el de använde. Den andra är en efterfrågeavgift, vilket är en avgift baserad på deras maximala strömförbrukning under månaden. Kolmedveten schemaläggning kräver maximal strömförbrukning under de tider då förnybar produktion är hög. Detta skulle öka efterfrågeavgiften, som kan vara betydande.

"Nu när fördelarna med kolmedveten schemaläggning är tydliga, "Benson sa, "vi måste utforma hastighetsstrukturer som skulle uppmuntra till maximal strömförbrukning när det är som renast."

Stanford som ett levande labb

Även om kombinationen av elektrifierad uppvärmning, termisk lagring och kolmedveten schemaläggning fungerar inte överallt, studien finner att tillvägagångssättet fungerar under många förhållanden. När det gör det, termisk lagring har en stor fördel jämfört med traditionella batterier. Forskarna, som inkluderade Peter Glynn, professor i managementvetenskap och teknik, fann att termisk lagring kostar cirka 15 procent av vad stora batterier som finns tillgängliga idag kostar. Plus, termiska lagringstankar håller mycket längre än batterier.

De Chalendar arbetar med andra universitet för att på samma sätt elektrifiera och optimera sina värmesystem. Under tiden, andra doktorander har separata forskningsprojekt baserade på det unika systemet, sa Joseph Stagner, Stanfords verkställande direktör för hållbarhet och energihantering.

"Stanford är inte bara ett universitet. Det är också ett levande laboratorium, "Sa Stagner." Vi har visat hur kolsyrning av värmesektorn är både möjligt och ekonomiskt genom ren elektrifiering. Vi är glada att andra enheter kan använda denna information för att förbättra sina egna energisystem. "

Denna forskning har konsekvenser för offentlig politik och de elpriser som debiteras kunderna.

"Vi måste börja inse värdet av samhällslösningar i kombination med riklig solenergi på nätet, termisk lagringskapacitet, och kolpriser i priser, "sa Dian Grueneich, en tidigare kommissionär med California Public Utilities Commission och ett dotterbolag till Stanford's Precourt Institute. Grueneich var inte inblandad i studien.