O ensaio a seguir é reimpresso com permissão de 
A conversa, uma publicação on -line que cobre as pesquisas mais recentes.
À medida que o verão chega, as pessoas estão ligando os ar condicionados na maior parte dos EUA, mas se você é como eu, sempre se sente um pouco culpado por isso. As gerações anteriores foram gerenciadas sem ar condicionado – eu realmente preciso disso? E quão ruim é usar toda essa eletricidade para resfriar em um mundo de aquecimento?
Se eu deixar meu ar condicionado fora, fico muito quente. Mas se todos ligarem o ar condicionado ao mesmo tempo, os picos de demanda de eletricidade, que podem forçar os operadores da rede elétrica a ativar algumas das usinas de energia mais caras e sujas. Às vezes, esses picos podem perguntar muito da grade e levar a brownouts ou apagões.
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Pesquisas que publiquei recentemente com uma equipe de estudiosos me faz sentir um pouco melhor. Descobrimos que é possível coordenar a operação de um grande número de unidades de ar condicionado em casa, equilibrando a oferta e a demanda na rede elétrica-e sem fazer as pessoas suportarem altas temperaturas dentro de suas casas.
Estudos nesse sentido, usando o controle remoto dos aparelhos de ar condicionado para apoiar a grade, há muitos anos exploraram possibilidades teóricas como essa. No entanto, poucas abordagens foram demonstradas na prática e nunca para uma aplicação de alto valor e nessa escala. O sistema que desenvolvemos não apenas demonstrou a capacidade de equilibrar a grade em escalas de tempo de segundos, mas também provou que era possível fazê -lo sem afetar o conforto dos moradores.
Os benefícios incluem o aumento da confiabilidade da rede de energia, o que facilita a aceitação da grade mais renovável. Nosso objetivo é transformar os ar condicionados de um desafio para a rede de energia em um ativo, apoiando uma mudança para longe dos combustíveis fósseis em direção à energia mais limpa.
Equipamento ajustável
Minha pesquisa se concentra em baterias, painéis solares e equipamentos elétricos – como veículos elétricos, aquecedores de água, ar condicionado e bombas de calor – que podem se ajustar para consumir diferentes quantidades de energia em momentos diferentes.
Originalmente, a rede elétrica dos EUA foi construída para transportar eletricidade de grandes usinas para casas e empresas dos clientes. E originalmente, as usinas de energia eram operações grandes e centralizadas que queimavam carvão ou gás natural, ou energia colhida a partir de reações nucleares. Essas usinas estavam normalmente sempre disponíveis e podiam ajustar a quantidade de energia que geraram em resposta à demanda dos clientes, para que a grade seja equilibrada entre a energia que vem dos produtores e sendo usada pelos consumidores.
Mas a grade mudou. Existem mais fontes de energia renováveis, das quais nem sempre a energia é disponível – como painéis solares à noite ou turbinas eólicas em dias calmos. E existem os dispositivos e equipamentos que estudo. Essas opções mais recentes, chamadas de “recursos energéticos distribuídos”, geram ou armazenam energia perto de onde os consumidores precisam – ou ajustam quanta energia eles estão usando em tempo real.
Um aspecto da grade não mudou: não há muito armazenamento incorporado no sistema. Portanto, toda vez que você acende uma luz, por um momento, não há eletricidade suficiente para fornecer tudo o que deseja naquele momento: a grade precisa de um produtor de energia para gerar um pouco mais de energia. E quando você desliga uma luz, há um pouco demais: um produtor de energia precisa diminuir.
A maneira como as usinas de energia sabem quais são necessários ajustes de energia em tempo real, monitorando de perto a frequência da grade. O objetivo é fornecer eletricidade em uma frequência constante – 60 Hertz – o tempo todo. Se for necessária mais energia do que está sendo produzida, as quedas de frequência e uma usina aumentam a saída. Se houver muita energia sendo produzida, a frequência aumenta e uma usina diminui um pouco a produção. Essas ações, um processo chamado “regulação da frequência”, acontecem em questão de segundos para manter a grade equilibrada.
Essa flexibilidade de saída, principalmente de usinas de energia, é essencial para manter as luzes acesas para todos.
Encontrando novas opções
Estou interessado em como os recursos energéticos distribuídos podem melhorar a flexibilidade na grade. Eles podem liberar mais energia ou consumir menos, para responder à mudança de oferta ou demanda e ajudar a equilibrar a grade, garantindo que a frequência permaneça perto de 60 Hertz.
Algumas pessoas temem que isso possa ser invasivo, dando a alguém fora de sua casa a capacidade de controlar sua bateria ou ar condicionado. Portanto, queríamos ver se poderíamos ajudar a equilibrar a grade com a regulamentação de frequência usando unidades de ar condicionado em casa, em vez de usinas de energia-sem afetar a maneira como os moradores usam seus aparelhos ou quão confortáveis estão em suas casas.
De 2019 a 2023, meu grupo da Universidade de Michigan tentou essa abordagem, em colaboração com pesquisadores da Pecan Street Inc., Laboratório Nacional de Los Alamos e da Universidade da Califórnia, Berkeley, com financiamento do Departamento de Pesquisa Avançada de Pesquisa de Energia dos EUA.
Recrutamos 100 proprietários de casas em Austin, Texas, para fazer um teste do mundo real do nosso sistema. Todas as casas tinham sistemas de refrigeração de ar forçada inteira, que conectamos a placas e sensores de controle personalizados que os proprietários nos permitiram instalar em suas casas. Este equipamento vamos enviar instruções para as unidades de ar condicionado com base na frequência da grade.
Antes de explicar como o sistema funcionou, primeiro preciso explicar como os termostatos funcionam. Quando as pessoas definem termostatos, escolhem uma temperatura e o termostato troca o compressor de ar condicionado para manter a temperatura do ar dentro de uma pequena faixa em torno desse ponto de ajuste. Se a temperatura for ajustada em 68 graus, o termostato acende o CA quando a temperatura estiver, digamos, 70 e o desliga quando é resfriado para, digamos, 66.
A cada poucos segundos, nosso sistema alterou ligeiramente o tempo da comutação do compressor de ar condicionado para alguns dos 100 ar condicionados, fazendo com que o consumo agregado de energia agregado das unidades mude. Dessa forma, nosso pequeno grupo de ar condicionados domésticos reagiu às mudanças de grade da maneira como uma usina – usando mais ou menos energia para equilibrar a grade e manter a frequência perto de 60 Hertz.
Além disso, nosso sistema foi projetado para manter as temperaturas domésticas dentro da mesma pequena faixa de temperatura ao redor do ponto de ajuste.
Testando a abordagem
Nós executamos nosso sistema em quatro testes, cada um com duração de uma hora. Encontramos dois resultados encorajadores.
Primeiro, os ar condicionados foram capazes de fornecer regulamentação de frequência pelo menos com tanta precisão quanto uma usina tradicional. Portanto, mostramos que os ar condicionados poderiam desempenhar um papel significativo no aumento da flexibilidade da grade. Mas talvez o mais importante – pelo menos em termos de incentivar as pessoas a participar desses tipos de sistemas – descobrimos que pudemos fazê -lo sem afetar o conforto das pessoas em suas casas.
Descobrimos que as temperaturas domésticas não desviaram mais de 1,6 Fahrenheit do ponto de ajuste. Os proprietários foram autorizados a substituir os controles se se sentissem desconfortáveis, mas a maioria não. Para a maioria dos testes, recebemos solicitações de substituição zero. Na pior das hipóteses, recebemos solicitações de substituição de duas das 100 casas em nosso teste.
Na prática, esse tipo de tecnologia pode ser adicionado a termostatos conectados à Internet disponíveis comercialmente. Em troca de créditos em suas contas de energia, os usuários podem optar por ingressar em um serviço administrado pela empresa Termostato, seu provedor de serviços públicos ou algum outro terceiro.
Em seguida, as pessoas poderiam ligar o ar condicionado no calor do verão sem essa pontada de culpa, sabendo que estavam ajudando a tornar a grade mais confiável e mais capaz de acomodar fontes de energia renovável – sem sacrificar seu próprio conforto no processo.
Este artigo foi publicado originalmente em A conversa. Leia o Artigo original.
