De energiecrisis in Zuid-Afrika heeft vele dimensies, van politiek en economisch tot technisch en milieu. Onlangs, het elektriciteitsbedrijf van het land, Eskom, heeft slechts ongeveer 60% van zijn capaciteit gegenereerd en heeft het gebruik moeten beperken om een ​​regionale stroomstoring te voorkomen.

De nieuwe chief executive officer van Eskom heeft het belang van vraagbeheer bevestigd om de crisis aan te pakken. Maar zijn benadering van louter "subsidie ​​van energiezuinige gloeilampen" zal het niet redden. Het land heeft drastische interventies nodig - en de elementen van de vierde industriële revolutie zijn beschikbaar om dit mogelijk te maken. Dit zijn:draadloze connectiviteit, het internet der dingen, big data-analyse, machinaal leren, kunstmatige intelligentie en intelligente gecentraliseerde controle.

Een van de grootste energieverbruikers in Zuid-Afrika is de elektrische boiler, of "geiser". De naar schatting 5,4 miljoen elektrische boilers in Zuid-Afrikaanse huizen en openbare gebouwen verbruiken ongeveer 40 GWh aan energie per dag, meer dan 4 GW afvoeren, 12% van de operationele capaciteit van het elektriciteitsnet op piekmomenten.

Wat vaak over het hoofd wordt gezien, is dat deze boilers perfect zijn voor het opslaan van thermische energie. Ze absorberen elektrische energie bij het verwarmen van water, en thermische energie later af te voeren wanneer het warme water wordt gebruikt, met weinig verlies tussendoor. Dit maakt ze zeer geschikt om de ochtend- en avondpieken van het net af te vlakken. Door ze tijdens de daluren centraal aan te zetten, zou de vraag naar elektriciteit gelijkmatiger over de dag worden verdeeld.

De voordelen van het plannen van kachels houden daar echter niet op. Ons onderzoek heeft aangetoond dat de energie die ze opslurpen, en de daaruit voortvloeiende emissies, kan ook aanzienlijk worden verminderd door een optimale planning toe te passen - zie ook onze handige online calculator.

Twee netelige kwesties concurreren met vraag- en energiebeheer bij waterverwarming. Een daarvan is klanttevredenheid. De meest energiezuinige en vraagoptimale boiler is er een die nooit wordt aangezet, maar wie wil er een koude douche?

De andere is de veiligheid van de klant. Een boiler die op een lage temperatuur draait, kan de groei van schadelijke bacteriën bevorderen. We hebben potentieel dodelijke gedetecteerd Legionella bacteriën in boilers en stroomafwaartse leidingen, en zelfs in kachels die op hoge temperaturen zijn ingesteld.

Wat gedaan moet worden

Het massaal uitschakelen van boilers, genaamd "rimpelcontrole, " wordt al tientallen jaren gebruikt voor vraagbeheer. Maar deze unidirectionele benadering is niet voldoende om energiebesparingen te garanderen, en kan leiden tot ontevreden gebruikers.

Het probleem kan worden overwonnen met behulp van de instrumenten van de vierde industriële revolutie. Ze kunnen de hoeveelheid energie verminderen die klanten gebruiken om water te verwarmen, en dus de totale belasting op het net, zonder de tevredenheid van de gebruiker op te offeren of ziekte aan te moedigen. We hebben dit aangetoond in ons onlangs gepubliceerde artikel over comfort, piekbelasting en energie.

Een netwerk van slimme waterverwarmers is vereist om de volledige voordelen van het plannen van waterverwarmers te realiseren. Deze meten en rapporteren het water- en energieverbruik, op afstand het verwarmingsschema en de temperatuur van elke boiler regelen en de gedragspatronen van de gebruiker leren.

Individuele boilers zouden centraal kunnen worden in- en uitgeschakeld op momenten dat de vraag naar elektriciteit gelijkmatiger over de dag zou worden verdeeld en tegelijkertijd een optimale energiebesparing voor iedereen zou worden gegarandeerd. We ontwikkelden en gebruikten een dergelijk netwerk in ons onderzoek en toonden de effectiviteit van een dergelijke oplossing aan.

Door geïndividualiseerde optimale temperatuurregeling te introduceren, we hebben aangetoond dat energiebesparingen van 8% tot 18% realistisch zijn. Dit is zonder rekening te houden met de extra besparingen die het gevolg zijn omdat onbedoeld warmwaterverbruik bij lagere temperaturen zal zijn.

Het sluit ook de besparingen uit die worden behaald door slimme-meterinformatie met een hoge resolutie die leidt tot gedragsverandering. Rekening houdend met deze extra's zagen we een energiebesparing van 29%, zij het in een kleine steekproef.

Het rimpeleffect

Deze technologie heeft de potentie om Zuid-Afrika's dure dieselgebruik te beteugelen, verklein de CO₂-voetafdruk van het land en verlaag de triggerdrempel voor rolling black-outs met minimaal 2 GW.

Ook, met de toegenomen introductie van en afhankelijkheid van onvoorspelbare zonne- en windenergie, een netwerk van vertragingstolerante slimme waterverwarmers zou kunnen helpen het net te stabiliseren.

Verzekeraars zullen waarschijnlijk bemiddelen tussen de gebruiker en het nutsbedrijf, omdat slimme waterverwarmers schade beperken die het gevolg is van mechanische storingen. Met duizenden kachels onder hun controle, ze zouden dan grootschalige vraagbeheer kunnen verkopen als een dienst aan het worstelende nutsbedrijf, terwijl we klanten een service met toegevoegde waarde bieden. Bovendien, Het aanpassen van bestaande boilers zal banen scheppen voor installateurs en lokale productie stimuleren. Gezien de multidimensionale impact van black-outs, alle nieuwe boilers moeten vanaf het begin slim zijn.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.