Ketika musim panas tiba, banyak orang di AS menyalakan AC. Tapi, kalau kamu seperti saya, pasti ada rasa bersalah sedikit. Generasi sebelumnya bisa hidup tanpa AC – apakah saya benar-benar membutuhkannya? Dan seberapa buruk dampaknya menggunakan listrik sebanyak ini untuk pendinginan di dunia yang semakin panas?
Kalau saya tidak menyalakan AC, pasti kepanasan. Tapi kalau semua orang menyalakan AC bersamaan, permintaan listrik melonjak drastis, memaksa operator jaringan listrik mengaktifkan pembangkit listrik yang paling mahal dan paling kotor. Kadang lonjakan ini bisa membebani jaringan dan menyebabkan reduksi daya atau pemadaman.
Tapi, penelitian yang saya terbitkan bersama tim akademisi membuat saya sedikit lega. Kami menemukan bahwa mungkin untuk mengkoordinasi operasi AC rumah dalam jumlah besar, menyeimbangkan pasokan dan permintaan di jaringan listrik – tanpa membuat orang menderita suhu panas di dalam rumah mereka.
Studi serupa tentang kontrol jarak jauh AC untuk mendukung jaringan listrik telah mengeksplorasi kemungkinan teoretis seperti ini selama bertahun-tahun. Namun, hampir tidak ada pendekatan yang terbukti dalam praktik, apalagi untuk aplikasi bernilai tinggi dan skala besar. Sistem yang kami kembangkan tidak hanya menunjukkan kemampuan menyeimbangkan jaringan dalam hitungan detik, tetapi juga membuktikan bahwa hal ini bisa dilakukan tanpa mengganggu kenyamanan penghuni rumah.
Manfaatnya termasuk meningkatkan keandalan jaringan listrik, sehingga lebih mudah menerima energi terbarukan. Tujuan kami adalah mengubah AC dari beban menjadi aset bagi jaringan listrik, mendukung transisi dari bahan bakar fosil ke energi bersih.
Peralatan yang bisa disesuaikan
Riset saya berfokus pada baterai, panel surya, dan peralatan listrik – seperti mobil listrik, pemanas air, AC, dan pompa panas – yang bisa menyesuaikan diri untuk mengkonsumsi energi berbeda pada waktu berbeda.
Awalnya, jaringan listrik AS dibangun untuk mengalirkan listrik dari pembangkit besar ke rumah-rumah dan bisnis. Pembangkit listrik dulu adalah operasi besar terpusat yang membakar batu bara atau gas alam, atau memanfaatkan energi nuklir. Pembangkit ini biasanya selalu tersedia dan bisa menyesuaikan output sesuai permintaan, sehingga jaringan tetap seimbang antara produksi dan konsumsi.
Tapi jaringan listrik telah berubah. Ada lebih banyak sumber energi terbarukan yang tidak selalu tersedia – seperti panel surya di malam hari atau turbin angin saat tidak ada angin. Dan ada perangkat yang saya teliti. Opsi baru ini, disebut “sumber daya energi terdistribusi”, menghasilkan atau menyimpan energi dekat konsumen – atau menyesuaikan penggunaan energi secara real-time.
Tapi satu hal tetap sama: sistem ini punya sedikit penyimpanan. Jadi setiap kali kamu menyalakan lampu, untuk sesaat tidak ada cukup listrik. Grid membutuhkan pembangkit untuk menghasilkan lebih banyak. Dan saat lampu dimatikan, ada kelebihan listrik: pembangkit perlu mengurangi output.
Cara pembangkit tahu kebutuhan penyesuaian adalah dengan memantau frekuensi jaringan. Tujuannya menyediakan listrik pada frekuensi konstan – 60 hertz. Jika permintaan melebihi produksi, frekuensi turun dan pembangkit menambah output. Jika kelebihan produksi, frekuensi naik dan pembangkit mengurangi output. Proses ini, disebut “regulasi frekuensi”, terjadi dalam hitungan detik untuk menjaga keseimbangan.
Fleksibilitas output ini, terutama dari pembangkit, sangat penting untuk menjaga listrik tetap menyala.
Mencari solusi baru
Saya tertarik bagaimana sumber daya terdistribusi bisa meningkatkan fleksibilitas jaringan. Mereka bisa melepas lebih banyak energi atau mengurangi konsumsi untuk merespons perubahan pasokan/permintaan, membantu menyeimbangkan grid dan menjaga frekuensi mendekati 60 hertz.
Beberapa orang khawatir ini bisa invasif, memberi pihak luar kendali atas baterai atau AC mereka. Karena itu, kami ingin membuktikan bahwa AC rumah bisa membantu menyeimbangkan grid dengan regulasi frekuensi – tanpa mengganggu kenyamanan penghuni.
Dari 2019-2023, tim saya di University of Michigan menguji pendekatan ini bekerja sama dengan Pecan Street Inc., Los Alamos National Laboratory, dan UC Berkeley, dengan dana dari ARPA-E.
Kami merekrut 100 pemilik rumah di Austin, Texas, untuk uji coba. Semua rumah memiliki sistem pendingin udara sentral, yang kami sambungkan ke papan kontrol dan sensor khusus. Peralatan ini memungkinkan kami mengirim instruksi ke AC berdasarkan frekuensi grid.
Sebelum menjelaskan sistem ini, perlu dipahami cara kerja termostat. Orang menetapkan suhu, dan termostat menyalakan/mematikan kompresor AC untuk mempertahankan suhu dalam rentang kecil. Misalnya, jika diatur 68°F, AC menyala pada 70°F dan mati pada 66°F.
Sistem kami sedikit mengubah waktu nyala/mati kompresor AC beberapa detik sekali, sehingga konsumsi daya gabungan berubah. Dengan ini, sekelompok kecil AC rumah bereaksi seperti pembangkit listrik – menambah atau mengurangi energi untuk menyeimbangkan grid dan menjaga frekuensi di 60 hertz.
Yang penting, sistem ini menjaga suhu rumah tetap dalam rentang kecil di sekitar setpoint.
Menguji pendekatan
Kami menjalankan empat tes, masing-masing satu jam. Hasilnya menggembirakan.
Pertama, AC bisa memberikan regulasi frekuensi setidaknya seakurat pembangkit tradisional. Artinya, AC bisa berperan besar meningkatkan fleksibilitas grid. Tapi yang lebih penting – terutama untuk mendorong partisipasi – kami bisa melakukannya tanpa mengorbankan kenyamanan penghuni.
Suhu rumah tidak menyimpang lebih dari 1,6°F dari setpoint. Pemilik rumah bisa menonaktifkan kontrol jika tidak nyaman, tapi hampir tidak ada yang melakukannya. Sebagian besar tes berjalan tanpa permintaan override. Kasus terburuk, hanya 2 dari 100 rumah yang meminta override.
Dalam praktiknya, teknologi ini bisa ditambahkan ke termostat komersial yang terhubung internet. Sebagai imbalan diskon tagihan, pengguna bisa memilih bergabung dengan layanan dari produsen termostat, perusahaan listrik, atau pihak ketiga.
Dengan begitu, orang bisa menyalakan AC saat panas tanpa merasa bersalah, karena tahu mereka membantu membuat grid lebih andal dan ramah energi terbarukan – tanpa mengorbankan kenyamanan sendiri.
Johanna Mathieu, Associate Professor of Electrical Engineering & Computer Science, University of Michigan. Artikel ini diterbitkan ulang dari The Conversation di bawah lisensi Creative Commons. Baca artikel aslinya.