Sydafrikas energikris har många dimensioner, från politiskt och ekonomiskt till tekniskt och miljömässigt. Nyligen, landets elnät, Eskom, har genererat endast cirka 60% av sin kapacitet och har varit tvungen att begränsa användningen för att förhindra en regional blackout.

Eskoms nya verkställande direktör har bekräftat vikten av efterfrågestyrning för att hantera krisen. Men hans tillvägagångssätt att bara "subventionera energieffektiva glödlampor" kommer inte att minska det. Landet behöver drastiska ingripanden - och elementen i den fjärde industriella revolutionen är tillgängliga för att göra detta möjligt. Dessa är:trådlös anslutning, sakernas internet, analys av stora data, maskininlärning, artificiell intelligens och intelligent centraliserad kontroll.

En av de största energiförbrukarna i Sydafrika är den elektriska varmvattenberedaren, eller "gejser". Uppskattningsvis 5,4 miljoner elektriska vattenvärmare i sydafrikanska hem och offentliga byggnader använder cirka 40 GWh energi per dag, dränerar mer än 4 GW, 12% av driftskapaciteten från elnätet vid rusningstider.

Det som tenderar att förbises är att dessa varmvattenberedare är perfekta för lagring av värmeenergi. De absorberar elektrisk energi vid uppvärmning av vatten, och släpp ut termisk energi senare när varmvattnet används, med liten förlust emellan. Detta gör dem väl lämpade för att platta ut nätets morgontags- och kvällstoppstoppar. Centralt att slå på dem under lågtider skulle fördela efterfrågan på el jämnare under dagen.

Fördelarna med att schemalägga värmare slutar dock inte där. Vår forskning har visat att energin de gnisslar, och de resulterande utsläppen, kan också reduceras avsevärt genom att tillämpa optimal schemaläggning - se även vår praktiska onlinekalkylator.

Två tagna frågor konkurrerar med efterfrågan och energihantering inom vattenvärme. En är kundnöjdhet. Den mest energieffektiva och efterfrågeoptimala vattenvärmaren är en som aldrig slås på, men vem vill ha en kall dusch?

Den andra är kundsäkerhet. En varmvattenberedare som körs vid en låg temperatur kan främja tillväxten av skadliga bakterier. Vi har upptäckt potentiellt dödliga Legionella bakterier i vattenvärmare och nedströms rör, och även i värmare som är inställda på höga temperaturer.

Vad behöver göras

Mängden avstängning av varmvattenberedare, kallas "krusningskontroll, "har använts för att göra efterfrågestyrning i decennier. Men detta enriktade tillvägagångssätt är inte tillräckligt för att säkerställa energibesparingar, och kan leda till missnöjda användare.

Problemet kan övervinnas med hjälp av verktygen från den fjärde industriella revolutionen. De kan minska mängden energi som kunderna använder för att värma vatten, och därmed den totala belastningen på nätet, utan att offra användartillfredsställelse eller uppmuntra sjukdom. Vi har visat detta i vår nyligen publicerade artikel om komfort, toppbelastning och energi.

Ett nätverk av smarta vattenvärmare krävs för att inse de fulla fördelarna med att schemalägga vattenvärmare. Dessa mäter och rapporterar vatten- och energianvändning, fjärrstyra uppvärmningsschemat och temperaturen för varje varmvattenberedare och kan lära sig användarens beteendemönster.

Individuella varmvattenberedare skulle kunna slås på och av centralt vid tillfällen som skulle fördela efterfrågan på el jämnare under dagen samtidigt som de garanterar optimala energibesparingar för alla. Vi utvecklade och använde ett sådant nätverk i vår forskning och demonstrerade effekten av en sådan lösning.

Genom att införa individualiserad optimal temperatur-schema kontroll, vi visade att energibesparingar från 8% till 18% är realistiska. Detta är utan att ta hänsyn till de extra besparingar som kommer att resultera eftersom oavsiktlig varmvattenanvändning kommer att vara vid lägre temperaturer.

Det utesluter också de besparingar som uppnås genom högupplöst smartmätarinformation som leder till beteendeförändringar. Med tanke på dessa tillägg observerade vi energibesparingar på 29%, om än i ett litet urval.

Krusningseffekten

Denna teknik har potential att stävja Sydafrikas dyra dieselvanor, minska landets CO₂ -avtryck och minska utlösningströskeln för rullande strömavbrott med minst 2 GW.

Också, med det ökade införandet av och beroendet av oförutsägbar sol- och vindkraft, ett nätverk av fördröjningstoleranta smarta vattenvärmare kan hjälpa till att stabilisera nätet.

Försäkringsbolag kommer sannolikt att spela mellanhänder mellan användaren och verktyget, eftersom smarta vattenvärmare begränsar skador som orsakas av mekaniska fel. Med tusentals värmare under sin kontroll, de kunde sedan sälja storskalig efterfrågestyrning som en tjänst till det kämpande verktyget, samtidigt som man tillhandahåller en mervärdestjänst till kunderna. Vad mer, eftermontering av befintliga vattenvärmare skapar jobb för installatörer och stimulerar lokal tillverkning. Med tanke på den multidimensionella effekten av strömavbrott, alla nya vattenvärmare bör vara smarta från början.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.