Una nueva investigación dirigida por Stanford revela cómo los sistemas de agua, desde plantas desalinizadoras hasta instalaciones de tratamiento de aguas residuales, pueden ayudar a que la energía renovable sea más asequible y confiable. El estudio, publicado el 27 de septiembre agua de la naturalezaLa red eléctrica presenta un marco para medir cómo los sistemas de agua pueden ajustar su uso de energía para equilibrar la oferta y la demanda.
“Si queremos llegar al cero neto, necesitamos soluciones energéticas del lado de la demanda, y los sistemas de agua representan un recurso en gran medida sin explotar”, dijo Akshay Rao, estudiante de doctorado en ingeniería ambiental en la Escuela de Ingeniería de Stanford. “Nuestro enfoque ayuda a los operadores de agua y administradores de energía a tomar mejores decisiones sobre cómo coordinar estos sistemas de infraestructura para cumplir simultáneamente nuestros objetivos de descarbonización y confiabilidad del agua”.
A medida que las redes dependen cada vez más de fuentes de energía renovables, como la eólica y la solar, equilibrar la oferta y la demanda de energía se vuelve más difícil. Por lo general, las tecnologías de almacenamiento de energía, como las baterías, ayudan con esto, pero las baterías son caras. Una opción es promover la flexibilidad del lado de la demanda de los clientes de cargas grandes, como los proveedores de transporte y tratamiento de agua. Según Rao y sus coautores, los sistemas de agua, que utilizan hasta el 5% de la electricidad del país, podrían ofrecer beneficios similares para las baterías al ajustar sus operaciones para alinearse con las necesidades energéticas en tiempo real.
Un marco para la flexibilidad
Para aprovechar este potencial, los investigadores desarrollaron un marco que evalúa el valor de la flexibilidad energética de los sistemas de agua desde la perspectiva de los operadores de redes eléctricas y de sistemas de agua. El marco compara estos valores con otras soluciones de almacenamiento de energía a escala de red, como las baterías de iones de litio que almacenan electricidad durante la baja demanda de energía y la liberan durante la demanda máxima. El marco también considera factores como el riesgo de confiabilidad, el riesgo de cumplimiento y los costos de actualización de capital asociados con la entrega de flexibilidad energética utilizando sistemas de infraestructura críticos.
Los investigadores probaron su método en una planta desalinizadora de agua de mar, un sistema de distribución de agua y una planta de tratamiento de aguas residuales. También exploraron el impacto de diferentes estructuras tarifarias y tarifas de electricidad de las empresas de servicios públicos en California, Texas, Florida y Nueva York.
Descubrieron que estos sistemas podrían cambiar hasta un 30% de su uso de energía durante las horas pico de demanda, lo que resultaría en importantes ahorros de costos y una reducción del estrés en la red. Las plantas desalinizadoras muestran el mayor potencial para este tipo de flexibilidad energética al ajustar la cantidad de agua que recuperan o detener ciertas operaciones cuando los precios de la electricidad son altos.
Según los investigadores, el marco puede ayudar a los operadores de redes eléctricas a evaluar los recursos de flexibilidad energética en una variedad de sistemas de agua, compararlos con otras opciones de flexibilidad y ahorro de energía, y cambiar o fijar el precio de la energía. Este enfoque puede ayudar a los operadores de servicios de agua a tomar decisiones financieras más informadas sobre cómo diseñar y operar sus plantas en una era de redes eléctricas que cambian rápidamente.
El estudio también destaca la importancia que tiene la fijación de precios de la energía para aprovechar al máximo esta flexibilidad. Los sistemas de agua que pagan diferentes tarifas por la energía en diferentes momentos del día pueden obtener los mayores beneficios. Como parte de los programas de ahorro de energía que ofrecen las empresas de servicios públicos, estas pueden ganar dinero adicional reduciendo el uso de energía durante momentos de tensión en la red.
“Nuestro estudio ofrece a los gestores de agua y energía una herramienta para tomar decisiones inteligentes”, afirmó Rao. “Con las inversiones y políticas adecuadas, los sistemas de agua pueden desempeñar un papel importante para hacer que la transición a la energía renovable sea más fluida y asequible”.
Megan Mauter, profesora asociada de la Dirección de Ciencia de Fotones del Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC, es la autora principal del artículo. Es miembro principal del Instituto Stanford Woods para el Medio Ambiente y del Instituto Precourt de Energía y profesor asociado de ingeniería química.
Los coautores del estudio incluyen a José Boloriños y Erin Musabandesu, académicos postdoctorales en ingeniería civil y ambiental; y Fletcher Chapin, estudiante de doctorado en ingeniería ambiental en el momento de la investigación.
La investigación fue apoyada por la Alianza Nacional para la Innovación del Agua y el Departamento de Energía de EE. UU.