南非能源危机涉及很多方面，涵盖政治、经济、技术和环境。最近，该国电力公司Eskom的发电量仅为其产能的60%左右，不得不限制使用，以防止区域停电。

Eskom新任首席执行官已确认需求管理对于应对危机的重要性。但他仅仅“为节能灯泡提供补贴”的做法并没有奏效。该国需要大力干预，而第四次工业革命的要素可以使之成为可能。这些要素分别是无线连接、物联网、大数据分析、机器学习、人工智能和智能集中控制。

南非最大的能源消费品之一是电热水器，或称“geyser”。据估计，南非家庭和公共建筑中的540万台电热水器每天消耗约40千兆瓦时的能源，峰时耗电量超过4千兆瓦，占电网运行能力的12%。

人们往往忽略的是，这些热水器非常适合储存热能。它们在烧水时吸收电能，而在使用热水时释放热能，两者之间损失很小。这使得它们非常适合平缓电网的早晚需求高峰。在非高峰时段集中供电将使全天的用电需求更加均衡。

不过，安装加热器的好处并不止于此。我们的研究表明，通过采用最优化调度，它们所消耗的能量以及由此产生的排放也可以显著降低，另请参见我们实用的在线计算器。

在热水供应中，有两个棘手问题会影响需求与能源管理。 一是客户满意度。 最节能、需求最佳的热水器应是从未打开过的，但是谁想要一个冷水淋浴？

另一个是客户安全。热水器在低温下运行会促进有害细菌的生长。我们已经在热水器和下游管道中，甚至在高温加热器中，都检测到了可能致命的军团杆菌。

需要做什么

热水器的大量关闭被称为“脉动控制”，几十年来一直被用于需求管理。但这种单向方式不足以确保节能，并可能导致用户不满意。

这个问题可以用第四次工业革命的工具来解决。它们可以减少用户用于加热水的能量，从而减少电网的总负荷，而无需牺牲用户满意度或滋生疾病。我们已经在最近发表的关于舒适性、峰值负荷与能量的论文中证明了这一点。

智能热水器网络需要实现热水器调度的全部效益。这些措施可以报告水和能源的使用情况，远程控制每个热水器的加热计划和温度，并可了解用户的行为模式。

个别热水器有时可以在某个时间集中开关和切断，这样可以更均匀地分配一天的用电需求，同时确保所有人都能获得最佳的节能效果。我们在研究中开发并使用了这种网络，并证明了这种解决方案的有效性。

通过引入个性化的最优温度调度控制，我们发现8%到18%的节能范围是可行的。这还没有考虑到额外的节省，因为在较低的温度下无意中会使用热水。

它还不包括通过高分辨率智能电表信息导致行为改变所实现的节省。考虑到这些额外因素，尽管样本量很小，但我们观察到节能率为29％。

波纹效应

这项技术有可能抑制南非昂贵的柴油习惯，减少该国的一氧化碳量，并将连续停电的触发阈值降低至少2千兆瓦。

此外，随着对不可预测的太阳能和风能的日益引进和依赖，一个具有容迟能力的智能热水器网络可以帮助稳定电网。

保险公司很可能在用户和公用事业之间扮演中介角色，因为智能热水器限制了机械故障造成的损害。在他们控制着数千台加热器的情况下，他们可以将大规模的需求管理作为一项服务出售给这家陷入困境的公用事业公司，同时为客户提供增值服务。此外，改造现有的热水器将为安装人员创造就业机会，并刺激当地制造业。考虑到停电的多方面影响，所有新的热水器从一开始就应该是智能的。