يمكن أن يؤدي استخدام سخانات المياه الكهربائية لتخزين الطاقة المتجددة عمل مليوني بطارية منزلية – ويوفر علينا المليارات

إن انتقال الطاقة في أستراليا يسير على قدم وساق. هناك حوالي 3 ملايين منزل لديها طاقة شمسية على أسطح المنازل وتزداد مبيعات السيارات الكهربائية متوسطة الحجم. ولكن بينما نعمل من أجل منازل تعمل بالكهرباء بالكامل تعمل بالطاقة المتجددة ، هل أغفلنا تقنية التمكين الرئيسية ، وهي سخان المياه الكهربائي المتواضع؟

يستخدم حوالي نصف الأسر الأسترالية سخانات المياه الكهربائية ، بينما يستخدم الباقي الغاز. إذن ما هو الشيء العظيم في سخانات المياه الكهربائية؟

توفر سخانات المياه الكهربائية وسيلة رخيصة لتخزين كميات كبيرة من الطاقة ، على شكل ماء ساخن. يمكن للسخان المزود بخزان سعة 300 لتر تخزين نفس القدر من الطاقة مثل الجيل الثاني من Tesla Powerwall – بجزء بسيط من التكلفة.

وجد بحثنا في معهد UTS للعقود المستقبلية المستدامة أن الأستراليين يمكنهم استخدام سخانات المياه الكهربائية المنزلية لتخزين ما يزيد عن مليوني بطارية منزلية من هذا النوع. يمكن أن يوفر هذا في النهاية أكثر من 6 مليارات دولار أسترالي في فواتير الطاقة لدينا بينما يقربنا من صافي انبعاثات الكربون.

يوصي تقريرنا ، الذي نُشر اليوم بتمويل من الوكالة الأسترالية للطاقة المتجددة (ARENA) ، بخفض الانبعاثات إلى النصف بحلول عام 2030 والوصول إلى صافي الصفر بحلول عام 2050 ، نحن بحاجة ماسة إلى سياسات لاستبدال سخانات المياه بالغاز بسرعة بسخانات مياه كهربائية “ذكية”. يمكن تشغيل وإيقاف السخانات الذكية استجابة للتغيرات في العرض والطلب على الكهرباء عبر الشبكة.

وهذا يعني أن هذه السخانات يمكنها امتصاص الطاقة المتجددة الزائدة “خارج أوقات الذروة” ، وخاصة من الطاقة الشمسية ، وبالتالي تساعدنا في حل مشكلتين رئيسيتين في وقت واحد. يمكن أن تساعد في تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والقضاء عليها في النهاية. ويمكنهم أن يجعلوا شبكة الكهرباء الخاصة بنا أكثر استقرارًا من خلال توفير طلب مرن يساعد في موازنة العرض المتقلب من المصادر المتجددة.

خفض الانبعاثات

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من سخانات المياه الكهربائية. يستخدم سخان “المقاومة” التقليدي الكهرباء لتسخين المياه مباشرة. تستخدم سخانات المياه بالطاقة الشمسية ضوء الشمس والكهرباء ، ولكنها أصبحت أقل شيوعًا مع ظهور وحدات “مضخة حرارية” جديدة. هذه تجمع الحرارة من الهواء و “تضخها” في الماء. تستخدم المضخة الحرارية كهرباء أقل بثلاث إلى أربع مرات من سخان المقاومة.

بالعودة إلى عام 2010 ، كان سخان المياه الكهربائي المقاوم ينتج عادةً انبعاثات أكثر بأربعة أضعاف من مكافئ الغاز. كانت انبعاثات المضخات الحرارية هي نفسها بالنسبة للغاز. ذلك لأن سخانات المياه الكهربائية تستهلك الكثير من الكهرباء ، ومعظمها يأتي من حرق الفحم.

مع قيامنا بتوليد المزيد من الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة ، تتغير هذه الصورة بشكل كبير. ينشر مشغل سوق الطاقة الأسترالي ، AEMO ، مسارات محدثة بانتظام لمستقبل الطاقة النظيفة. في النتيجة الأكثر ترجيحًا ، “سيناريو التغيير التدريجي” ، سيصبح الغاز أكثر خيارات تسخين المياه كثيفة الاحتباس الحراري بحلول عام 2030.

بحلول عام 2040 ، بمجرد اكتمال الانتقال إلى نظام الكهرباء المتجددة إلى حد كبير ، ستكون الانبعاثات من سخانات المياه ذات المضخات الحرارية والمقاومة أقل بكثير من نظيراتها الغازية.

يمكن أن تدوم سخانات المياه 15 عامًا أو أكثر. لذا فإن مخزون السخانات في منازلنا خلال العقدين المقبلين يعتمد على ما نقوم بتركيبه اليوم. لذلك يجب أن يكون استبدال سخانات الغاز بسخانات كهربائية أولوية فورية في انتقال الطاقة لدينا.

استكشف عملنا مجموعة من السيناريوهات ، لكل منها مزيج مختلف من تقنيات تسخين المياه. أحدهما كان خط الأساس للعمل كالمعتاد حيث لا تزال سخانات المياه الغازية سائدة. في السيناريوهات البديلة ، يتم التخلص التدريجي من الغاز خلال السنوات العشر إلى العشرين القادمة.

لقد وجدنا أن استبدال الغاز بتسخين المياه بالكهرباء لن يساعدنا فقط في الوصول إلى انبعاثات صافية صفرية في وقت أقرب ، بل سيوفر لنا المال.

الغاز باهظ الثمن ومن غير المرجح أن يصبح أرخص بكثير. توفر مصادر الطاقة المتجددة الوفيرة فائضًا من الكهرباء الرخيصة التي يمكن أن تساعد سخانات المياه في امتصاصها. قد يؤدي تبني هذه الفرصة إلى توفير أكثر من 6 مليارات دولار سنويًا من فواتير الطاقة لدينا بحلول عام 2040.

تعزيز استقرار الشبكة

تعد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح الآن أرخص التقنيات التي نمتلكها لتوليد الكهرباء. ولكن للحفاظ على نظام كهرباء مستقر ، نحتاج إلى مطابقة الطلب مع العرض المتقلب من مصادر الطاقة المتجددة. تقدم البطاريات حلاً جزئيًا ، لكنها لا تزال مكلفة نسبيًا.

توفر سخانات المياه الكهربائية طريقة أرخص بكثير لتخزين كميات كبيرة من الطاقة وتوفير مرونة الطلب التي تحتاجها الشبكة.

وجد بحثنا أنه ، مقارنة بخط الأساس المعتاد للعمل كالمعتاد ، فإن السيناريو الذي يؤكد مرونة الطلب باستخدام سخانات المياه الكهربائية الذكية يمكن أن يوفر 30 جيجاوات ساعة إضافية من سعة الطلب اليومية المرنة. هذا يعادل أكثر من مليوني بطارية منزلية عبر سوق الكهرباء الوطني ، الذي يزود شرق وجنوب أستراليا بالكهرباء.

العودة إلى المستقبل لتسخين المياه

منذ الخمسينيات من القرن الماضي ، شهدت “المياه الساخنة خارج أوقات الذروة” قيام مزودي الكهرباء الأستراليين بإيقاف تشغيل سخانات المياه المنزلية أثناء النهار والليل لمطابقة الطلب والعرض بشكل أفضل. في المقابل ، حصل العملاء على أسعار مخفضة بشكل كبير.

في العقود الأخيرة ، ابتعدنا عن استخدام الماء الساخن الكهربائي خارج أوقات الذروة ، حيث تضاءلت الحوافز واتصل المزيد من المنازل بالغاز الطبيعي.

بينما نقوم بتزويد الماء الساخن بالكهرباء ، ما هي التكنولوجيا التي يجب أن نتبناها: المقاومة أم المضخة الحرارية؟ الجواب كلاهما.

استكشف بحثنا المفاضلة بين سخانات المياه عالية المقاومة والمضخات الحرارية عالية الكفاءة ولكن الأقل مرونة.

تستخدم المضخات الحرارية كهرباء أقل وتكلفة تشغيل أقل. عندما تكون أسعار الكهرباء مرتفعة أو يكون تدفق الطاقة محدودًا ، يكون استخدام المضخات الحرارية أمرًا منطقيًا. ومع ذلك ، لديهم تكلفة مقدمة أعلى وليست مناسبة لجميع المنازل. العديد من الشقق ، على سبيل المثال ، تفتقر إلى مساحة خارجية مناسبة.

ولأنها تستهلك كهرباء أقل ، فإن المضخات الحرارية توفر طلبًا أقل مرونة. نظرًا لأن مصادر الطاقة المتجددة ، وخاصة الطاقة الشمسية ، تزود شبكتنا بالطاقة بشكل متزايد ، فإن قدرة السخانات الكهربائية المقاومة لامتصاص الطاقة المتجددة “خارج الذروة” تعد ميزة كبيرة.

من خلال السياسات الصحيحة وإصلاحات السوق ، سنستفيد جميعًا من نظام يكافئ العملاء مرة أخرى بالكهرباء الرخيصة خارج أوقات الذروة في مقابل أن يتمكن مشغلو الشبكات من إيقاف تشغيل سخانات المياه وتشغيلها حسب الحاجة.