Keskiviikkona 22. lokakuuta 2007 Kalifornian yliopisto, San Diego, sai hätäpuhelun paikalliselta laitokselta. Alueelliset tulipalot olivat vahingoittaneet ja poistaneet voimajohdot ja Kalifornian kantaverkonhaltija oli julistanut energiansiirto-hätätilanteen. San Diego Gas & Electric pyysi yliopistoa vähentämään verkosta kuluttamansa sähkön määrää ja aloittamaan mahdollisuuksien mukaan sähköntuotannon muiden sähköasiakkaiden käyttöön.
Kymmenen minuutin kuluessa kampus nosti vetämällä 4 megawattia sähköä sähköverkosta 3 megawatin syöttämiseen, kertoo UCSD: n strategisten energia-aloitteiden johtaja Byron Washom. "Se 7 megawattia oli partakoneen ohut marginaali San Diego Gas & Electric -verkon välillä, joka pysyi ylös tai romahti."
San Diegon kampus pystyi reagoimaan niin nopeasti osittain, koska puoli vuosisataa aikaisemmin sen perustajat olivat päättäneet luoda perustan omavaraiselle virtalähteelle tai energia-asiantuntijoille, joita nykyään kutsutaan ”mikrotilloksi”. Ensimmäinen rakennettu rakennus kampus vuonna 1962 oli keskusvoimalaitos, joka oli suunniteltu toimittamaan kaasukäyttöistä sähköä sekä kaukolämpöä ja jäähdytystä koulun rakennuksiin. Se itsessään oli eikä ole epätavallista akateemisessa tai jopa yrityskampuksessa. Mutta vuosien mittaan UCSD saavutti omavaraisuuden lisäämällä höyryturbiineja, aurinkosähköpaneeleita, polttokennoja ja energian varastointia, lisäksi asentamalla voimalinjoja sähkön siirtämiseksi SDG & E: n sähköverkkoon ja sieltä.
Kaikki nämä hyödykkeet toimivat nyt hienostuneen energianhallintajärjestelmän valvonnassa, ja kampuksen mikroverkko mahdollistaa yliopiston tuottaa, varastoida ja lähettää sähköä tarpeen mukaan - tuottaen lopulta 92 prosenttia kampuksella käytetystä sähköstä. Vaikka yliopisto yleensä käyttää sähköä SDG & E-verkosta täyttääkseen noin 38 megawatin kuormansa, se voi myös siirtyä “saare” -tilaan kampuksen ulkopuolella olevien virtaongelmien tai katkoksien yhteydessä täyttäen kaikki omat sähkötarpeensa. Ja kun suuremmasta San Diegosta palvelevan pääverkon sähköstä on pulaa, UCSD voi myydä virtaa SDG & E: lle.
Vastauksena vuoden 2007 hätäkutsuun yliopisto ampui 3 megawatin höyryturbiinin ja vähensi virrankulutusta säätämällä ilmastoinnin asetuksia ja siirtyi vetämään kylmää vettä jäähdytysjärjestelmäänsä erittäin tehokkaista lämpövarastointisäiliöistä sähköjäähdyttimien sijaan. "Kahdella hiiren napsautuksella ja ohjausjärjestelmällämme voimme vaihtaa 4000 termostaattia kampuksella", Washom sanoo.
UCSD ja muut mikroverkko-operaattorit tarjoavat modernin otteen pieniin tasavirtajärjestelmiin, jotka on asennettu tehtaisiin ja kaupunkikeskuksiin 1870-luvulta alkaen. Kuten noissa varhaisissa järjestelmissä, nämä uudet mallit kuvaavat sähkön paikallista tuotantoa ja jakelua kuin pitkän matkan siirtojohtoja ja keskitettyjä keskitettyjä voimalaitoksia, jotka olivat ominaisia 20. vuosisadan sähköverkkoon. "Suunnittelemme parhaillaan sähköverkon rakentamista takaisin [Thomas] Edisonille", sanoo Jim Reilly, jonka konsultointiyritys Reilly Associates neuvoo energiaministeriötä mikrotillan toiminnassa.
Tämän purkamissuuntauksen juuret ovat 1990-luvun lopulla, kun Yhdysvaltain energiaministeriö päätti aloittaa energiansiirron ja luotettavuuden tutkimuksen. Muutto tuli vastauksena sähkön sääntelyn purkamiseen ja ennakoiden tulevaa kattokerroksen aurinkopaneelien ja muun hajautetun sähköntuotannon muodon ennakointia. "Meillä ei tuolloin ollut oikeasti käsitettä" mikrotilmistä "sinänsä", kertoo Chris Marnay, yksi mikrotutkimuksen pioneereista. Ajatus energian tuottamisesta paikallisesti oli vanha. Mutta ohjauksen ja tehoelektroniikan edistyminen vaatii todellisen mikroverkon, joka voisi olla vuorovaikutuksessa suuremman sähköverkon kanssa ja “saaren” kanssa. Muutaman vuoden kuluessa Marnayn Lawrence Berkeleyn kansallisessa laboratoriossa toiminut tutkimusryhmä muotoili mikrotunnuksen käsitteen Kalifornian energiakomissiolle suunnattuun projektiin.
UCSD: n mikroryhmän tarjoamat edut - ketteryys ja omavaraisuus - ovat nyt erittäin kysyttyjä energiankäyttäjien keskuudessa, jotka uhkaavat vakavia seurauksia virrankatkoksissa, kuten yliopistot, jotka käyttävät arkaluontoisia laboratoriolaitteita, armeijan tukikohtia, joissa on aseiden valvontajärjestelmiä, ja tietokeskuksia käsitteleviä tietokeskuksia valtava tietämys. "Ne laitokset, jotka haluavat epätavallisen korkealaatuista virtaa, näemme suurimman osan toiminnasta tällä hetkellä", sanoo Marnay, joka jäi kesäkuussa eläkkeelle Berkeley Labin verkkoon integrointiryhmästä.
Viime vuosien äärimmäiset säätapahtumat, kuten hirmumyrsky Sandy, ovat muistuttaneet liike-, armeija- ja poliittisia johtajia Yhdysvaltojen sähköinfrastruktuurin hauraudesta. "Lisääntyvä luonnonkatastrofien tiheys lisää kiinnostusta mikrotietojärjestelmiin ja varavoimaratkaisuihin", sanoo Brian Carey, joka johtaa USA: n cleantech-neuvontakäytäntöä kirjanpitoyritykselle PricewaterhouseCoopersille, joka tunnetaan nimellä PwC.
Esimerkiksi Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkehallinnon pääkonttoriin rakennettu 71 miljoonan dollarin suuruinen mikroverkko toimitti kampukselle virtaa Sandy-hurrikaanin aikana ja sen jälkeen, kun alueellinen sähköverkko laski. Maaliskuussa 2011 Sendai Cityssä, Japanissa, Tohoku Fukushi -yliopiston kampuksella sijaitseva Sendai Microgrid jatkoi energian ja lämmön toimittamista asiakkaille sen jälkeen, kun tuhoisassa Tohoku-maanjäristyksessä ja tsunamissa tuhoutui virtalähteitä ympäri ympäröivää aluetta.
Vaikka joustavuus on jo pitkään ollut avain mikroverkkojen vetoomukseen tiloissa, joissa on kriittinen tehokuorma, muuttuvat energian hinnat ja tekniikan kehitys tuovat mikrotietoverkot nyt ulottuville kaupunkeihin ja lähiöihin, jotka haluavat paikallisen energiansaannin tai puhtaamman energian hallinnan kuin heidän tarjoamansa. apuohjelma.
Aurinkosähköpaneelit maksavat nyt 80 prosenttia vähemmän kuin vuonna 2008. Neuvontayritys McKinsey & Company ennustaa, että litium-ioni-akkujen hinnat saattavat pudota 200 dollariin kilowattitunnilta vuoteen 2020 mennessä, noin 500 dollarista 600 dollariin kilowattitunnilta. Laitokset, jotka rakentavat mikroverkkoja, voivat myös säästää rahaa vuosi toisensa jälkeen ostamalla vähemmän sähköä paikallisesta laitoksestaan tai joissakin tapauksissa myymällä sähköä laitokselle, kun tarjonta on rajallista.
"Se voi olla huomattava kustannussäästö, jos yliopisto tai sairaala voi tosiasiallisesti myydä voimaa reaaliaikaisen sähkön hinnoittelun perusteella, ei vain sillä hinnalla, jonka ne yleensä maksaisivat", Carey PwC: stä sanoo. "Hinnat voivat heilahdella dramaattisesti, 15 - 20 sentistä kilowattitunnilta yhden numeron dollareihin kilowattitunnilta."
UCSD: n Byron Washomin mukaan yliopisto säästää 800 000 dollaria kuukaudessa energialaskuissaan tuottamalla 92 prosenttia kuluttamastaan sähköstä. FDA: n mukaan kampuksen mikroverkko säästää virastolle vuosittain 11 miljoonaa dollaria energiaan liittyviä kustannuksia.
Nopeasti kypsyvä tekniikka mahdollistaa mikroverkon komponenttien paremman integroinnin ja optimoinnin. Washom toteaa esimerkiksi, että parannetut aurinkoenergian ennustetyökalut antavat kampuksen energianhallintajärjestelmälle akkujen lataamisen tai purkamisen. "Olemme todistamassa erinomaisia ohjausjärjestelmiä, jotka pystyvät hallitsemaan mikroverkkoa, samoin kuin se voi hallita koko laitetta", hän sanoo. ”Tarjolla, kysynnällä, varastoinnilla ja tuonnilla hallitsemiseksi on syntymässä joukko uusia työkaluja.” Pian Washom sanoo, että energiapäälliköt arvioivat järjestelmän varojen valmiuden muutaman minuutin välein ennakoida tai reagoi muuttuviin olosuhteisiin.
Vaikka tekniikka kilpailee, asiantuntijat sanovat kuitenkin, että tarvitaan uusia politiikkoja mikrotietojen käyttöönoton nopeuttamiseksi. Marnay sanoo, että Yhdysvaltojen nykyisissä osavaltion ja liittovaltion politiikoissa edistetään yksittäisiä energiateknologioita, kuten aurinko-, tuuli- ja energian varastointi, mutta näiden tekniikoiden käyttöönottoon monimutkaisissa järjestelmissä, kuten mikrotietoverkoissa, tarvitaan enemmän tukea.
Energiaministeriö on jo tehnyt yhteistyötä paikallisten ja valtion virkamiesten kanssa mukauttaakseen sotilaallisia mikroseinämalleja siviilikäyttöön. Esimerkiksi New Jerseyssä, jossa hirmumyrsky Sandy tiputti julkisen liikenteen ja jätti jotkut asukkaat virrattomiksi viikoksi tai pidemmäksi ajaksi, DOE työskentelee yhdessä valtion passitusviraston kanssa mikroruudukon avulla, joka auttaisi pitämään sähkökäyttöiset junat käynnissä luonnollisen ajan katastrofi.
Energiaosasto on myös alkanut aktiivisemmin osallistua standardien laatimiseen tulevien mikrotietoverkkojen suunnittelun ja toiminnan ohjaamiseksi sekä niiden integroimiseksi olemassa olevaan energiainfrastruktuuriin. Jopa määritelmä siitä, mistä mikroverkon tekee, muuttuu: asteikko voi nousta tulevina vuosina jopa 60 megawattiin. Ryhmä asiantuntijaryhmää virastosta kehittää suunnitelmaa kaupallisen mittakaavan mikrotietojärjestelmästä, joka pystyy vähentämään seisokkeja yli 98 prosentilla kustannuksilla, jotka ovat verrattavissa dieselkäyttöiseen varavirtalähteeseen vähentäen samalla päästöjä ja parantamalla järjestelmän energiatehokkuutta vähintään 20 prosenttia vuoteen 2020 mennessä.
Standardoinnin, Careyn mukaan, tulisi virtaviivaistaa projektin kehitysprosessia, vähentää kustannuksia ja parantaa rahoituksen saatavuutta helpottamalla pankkien riskien arviointia. "Erityisen suunnitellun tekniikan hankkiminen jokaiselle mikroseinälle on tietysti erittäin kallis ehdotus ja suuri taakka niiden käyttöönotolle", Marnay sanoo.
Päivän lopussa mikroverkot uhkaavat käyttää keskitettyä tuotanto- ja jakelumallia, joka on hallinnut Yhdysvaltojen sähköjärjestelmää yli vuosisadan, ja apuohjelmat ovat olleet hitaita omaksumaan uuden mallin. "Apuohjelmat näkevät mikroverkot uhkana niiden tulovirroille", Carey sanoo. Silti hyödyt, jotka johtuvat virtalähteistä, jotka voivat tarvittaessa hajottaa tai synkronoida perinteisen verkon kanssa, voittavat yhä enemmän apuohjelmista kuten SDG & E. Carey sanoo: "Sen pitäisi antaa heidän pitää verkon stabiilimpana."
