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Réduire le fardeau: le chauffage intelligent de l’eau pourrait contribuer à la crise énergétique en Afrique du Sud

Les chaudières individuelles pourraient être allumées et éteintes de manière centralisée de temps en temps, ce qui répartirait plus uniformément la demande d’électricité pendant la journée, tout en garantissant des économies d’énergie optimales pour tous, écrit MJ (Thinus) Booysen

Sud africain la crise énergétique a de nombreuses dimensions, allant du politique et économique au technique et environnemental.

Récemment, la compagnie d’électricité Eskom n’a produit qu’environ 60% de sa capacité et a dû limiter son utilisation pour éviter une panne régionale.

Le nouveau PDG d’Eskom a réaffirmé l’importance de la gestion de la demande pour faire face à la crise.

Mais son approche consistant simplement à « subventionner les ampoules à faible consommation d’énergie » ne diminuera pas cela.

Le pays a besoin d’interventions drastiques – et des éléments de la quatrième révolution industrielle sont disponibles pour rendre cela possible.

Ce sont: la connectivité sans fil, l’Internet des objets, l’analyse de données volumineuses, l’apprentissage automatique, l’intelligence artificielle et le contrôle centralisé intelligent.

L’un des plus gros consommateurs d’énergie en Afrique du Sud est le chauffe-eau électrique ou «geyser».

On estime que 5,4 millions de chauffe-eau électriques dans les foyers et les bâtiments publics sud-africains consomment environ 40 GWh d’énergie par jour, déchargeant plus de 4 GW, 12% de la capacité de fonctionnement du réseau électrique est à son apogée.

Ce qui est généralement négligé, c’est que ces chauffe-eau sont parfaits pour stocker l’énergie thermique.

Ils absorbent l’électricité lors du chauffage de l’eau et rejettent de la chaleur plus tard lorsque l’eau chaude est utilisée, avec de petites pertes entre les deux.

Cela les rend aptes à aligner les pics de demande du réseau le matin et le soir. Leur inclusion centrale dans la période creuse permettrait de répartir la demande d’électricité plus uniformément tout au long de la journée.

Régulateur de chauffe-eau électrique. (MJ Thinus Booysen)

Les avantages de la programmation des appareils de chauffage ne s’arrêtent pas là.

Nos recherches ont montré que l’énergie qu’ils consomment et les émissions qui en résultent peuvent être considérablement réduites en appliquant un calendrier optimal – voir également notre calculateur de réseau utile.

Deux questions épineuses rivalisent avec la demande et la gestion de l’énergie dans le chauffage de l’eau. L’un est la satisfaction du client. Le chauffe-eau le plus économe en énergie et le plus recherché est celui qui ne s’allume jamais, mais qui veut une douche froide?

Le second est la sécurité des clients. Une chaudière qui fonctionne à basse température peut favoriser la croissance de bactéries nocives. Nous en avons découvert des potentiellement mortels Legionella bactéries dans les chaudières et les tuyaux en aval, et même dans les appareils de chauffage réglés à des températures élevées.

Que faire

L’arrêt de chaudière, appelé «contrôle d’ondulation», est utilisé depuis des décennies pour gérer la demande. Mais cette approche à sens unique ne suffit pas pour assurer des économies d’énergie et pourrait conduire à des utilisateurs mécontents.

Le problème peut être surmonté avec les outils de la quatrième révolution industrielle.

Ils peuvent réduire la quantité d’énergie que les clients utilisent pour chauffer l’eau, et donc la charge globale du réseau, sans sacrifier la satisfaction des clients ni encourager la maladie. Nous l’avons démontré dans notre article récemment publié sur le confort, la charge de pointe et l’énergie.

Un réseau de chauffe-eau intelligents est nécessaire pour profiter de tous les avantages de la planification des chauffe-eau. Ils mesurent et rapportent la consommation d’eau et d’énergie, contrôlent à distance le programme de chauffage et la température de chaque chaudière et peuvent apprendre les modèles de comportement des utilisateurs.

Les chauffe-eau individuels pourraient être activés et désactivés de manière centralisée à l’occasion, ce qui répartirait la demande d’électricité plus uniformément pendant la journée, tout en garantissant des économies d’énergie optimales pour tous. Nous avons développé et utilisé un tel réseau dans nos recherches et démontré l’efficacité d’une telle solution.

En introduisant une régulation optimale individualisée de la distribution de température, nous avons montré que des économies d’énergie de l’ordre de 8% à 18% sont réelles.

Cela ne prend pas en compte les économies supplémentaires qui résulteront de l’utilisation non intentionnelle d’eau chaude à des températures plus basses.

Cela élimine également les économies réalisées grâce aux informations de compteur intelligent haute résolution qui entraînent un changement de comportement. En tenant compte de ces ajouts, nous avons remarqué une économie d’énergie de 29%, bien que dans un petit échantillon.

Effet rides

Cette technologie peut freiner l’habitude onéreuse du diesel en Afrique du Sud, réduire l’empreinte CO2 du pays et réduire le seuil d’activation des temps d’arrêt d’au moins 2 GW.

De plus, avec un déploiement accru et une dépendance à l’égard de l’énergie solaire et éolienne imprévisible, un réseau de chauffe-eau intelligents résistants aux retards pourrait aider à stabiliser le réseau.

Les assureurs sont susceptibles de jouer les intermédiaires entre l’utilisateur et le service public, car les chauffe-eau intelligents limitent les dommages résultant de pannes mécaniques.

Avec des milliers de radiateurs sous leur contrôle, ils pourraient alors vendre la gestion à forte demande en tant que service à une entreprise de services publics en difficulté tout en fournissant un service à valeur ajoutée aux clients.

De plus, la modernisation des chaudières existantes créera des emplois pour les installateurs et stimulera la production locale.

Compte tenu de l’effet de gradation multidimensionnel, tous les nouveaux chauffe-eau devraient être intelligents dès le départ.Conversation

– MJ (Thinus) Booysen, professeur associé au Département de génie électrique et électronique, Université de Stellenbosch

Cet article a été publié dans le magazine The Conversation sous une licence Creative Commons.

Lire l’article original.MJ (Thinus) Booysen, professeur agrégé au Département d’électricité et d’électronique, Université de Stellenbosch

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