2007. október 22-én, délben a kaliforniai egyetem, San Diego, sürgősségi hívást kapott a helyi közműtől. A regionális tűzoltók megrongálták és letiltották az elektromos vezetékeket, a kaliforniai hálózatüzemeltető pedig energiaátviteli vészhelyzetet jelentett be. A San Diego Gas & Electric felkérte az egyetemet, hogy csökkentse a hálózatból táplált villamosenergia mennyiségét, és ha lehetséges, kezdje el áramtermelést más közüzemi fogyasztók számára.
Byron Washom, az UCSD stratégiai energiaügyi kezdeményezéseinek igazgatója 10 perc alatt az egyetemen elindult, hogy 4 megawatt villamos energiát húzzon az energiahálózatról és 3 megawattot táplálja. "Ez a 7 megawatt volt a borotvavékony margó a fennmaradó vagy összeomló San Diego Gas & Electric hálózat között."
A San Diego campus részben ilyen gyorsan tudott reagálni, mert fél évszázaddal ezelőtt az alapítók úgy döntöttek, hogy megalapozzák az önellátó energiaellátást, vagy azt, amelyet az energiaszakértők ma „mikrohálózatnak” hívnak. Az első szerkezet A campus 1962-ben egy központi erőmű volt, amelyet gázüzemű villamos energia, valamint távfűtés és -hűtés biztosítására terveztek az iskola épületeiben. Ez önmagában volt és nem szokatlan egy akadémiai, vagy akár egy vállalati egyetemen. Az évek során azonban az UCSD önellátást szerzett gőzturbinák, fotovoltaikus napelemek, üzemanyagcellák és energiatároló hozzáadásával, valamint az SDG & E elektromos hálózatába és az onnan történő villamosenergia-továbbításhoz szükséges távvezetékek telepítésével.
Ezen eszközök mindegyike egy kifinomult energiagazdálkodási rendszer irányítása alatt működik, és a campus mikrohálózata lehetővé teszi az egyetem számára, hogy szükség szerint áramot termeljen, tároljon és továbbítson - végül az egyetemen használt villamos energia 92% -át biztosítja. Noha az egyetem általában az SDG & E hálózatról táplálja a villamos energiát, hogy kielégítse a nagyjából 38 megawatt terhelést, az egyetemen kívüli áramellátási problémák vagy áramkimaradások esetén is átválthat “sziget” üzemmódra, teljesítve az összes saját villamosenergia-igényét. És amikor a San Diegót kiszolgáló fő villamos hálózaton hiányzik az elektromosság, az UCSD áramot adhat az SDG & E-nek.
A 2007. évi sürgősségi hívásra válaszul az egyetem elbocsátott egy 3 megawattos gőzturbinát, és csökkentette az energiaigényt az éghajlati szabályozás beállításának módosításával, és átváltott arra, hogy hidegvízét hűtőrendszeréhez rendkívül hatékony hőtároló tartályokból táplálja az elektromos hűtőberendezések helyett. "Két egérkattintással és a vezérlőrendszerünkkel 4000 termosztátot cserélhetünk az egyetemen" - mondja Washom.
Az UCSD és más mikrohálózat-üzemeltetők modern átvételét kínálják az 1870-es évek elején gyárakban és városközpontokban telepített kis egyenáramú energiarendszereknek. A korai rendszerekhez hasonlóan ezek az új tervek inkább a helyi villamosenergia-termelést és -elosztást képviselik, mint a 20. századi villamosenergia-hálózatot jellemző hosszú távú távvezetékeket és távoli központosított erőműveket. „Jelenleg az elektromos hálózatot rekonstruáljuk, vissza [Thomas] Edison felé” - mondja Jim Reilly, akinek a Reilly Associates tanácsadó vállalata az Energiaügyi Minisztériumnak tanácsot ad a mikroháló üzemeltetésével kapcsolatban.
Ennek a dekonstrukciós trendnek a gyökerei az 1990-es évek végére nyúlnak vissza, amikor az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma úgy döntött, hogy elindítja az energiaátvitel és a megbízhatóság kutatását. A lépés a villamos energia deregulációjának és a tetőtéri napelemek és a decentralizált energiatermelés egyéb formáinak előrejelzésének a következménye. "Abban az időben nem volt valójában a" mikrohálók "fogalma" - mondja Chris Marnay, a mikrohálók kutatásának egyik úttörője. Az ötlet az energia helyi előállítása volt a régi. De a vezérlők és az erőátviteli elektronika fejlődéséhez szükség volt egy valódi mikrohálózat kialakítására, amely kölcsönhatásba léphet a nagyobb villamosenergia-hálózattal és a sziget között. Néhány éven belül Marnay Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium kutatócsoportja a kaliforniai energiaügyi bizottság számára egy formában formalizálta a mikroháló fogalmát.
Az UCSD mikrohálózata által nyújtott előnyökre - az agilitásra és az önellátásra - jelenleg nagy a kereslet az energiafelhasználók körében, akik áramellátás megszakítása esetén súlyos következményekkel járnak, például érzékeny laboratóriumi berendezéseket működtető egyetemek, fegyvervezérlő rendszereket tartó katonai bázisok és adatközpontok kezelése céljából. hatalmas mennyiségű információ. "Jelenleg a legtöbb intézkedést látjuk azoknak a létesítményeknek, amelyek rendkívül magas színvonalú energiát akarnak" - mondja Marnay, aki júniusban vonult vissza a Berkeley Lab Grid Integrációs Csoportjából.
Az utóbbi évek szélsőséges időjárási eseményei, mint például a Sandy hurrikán, az üzleti, katonai és politikai vezetőkre emlékeztették az Egyesült Államok villamosenergia-infrastruktúrájának törékenységét. „A természeti katasztrófák egyre gyakoribbá válása növeli az érdeklődést a mikrohálózatok és a tartalék energiaellátási megoldások iránt” - mondja Brian Carey, aki a PwC néven ismert PricewaterhouseCoopers számviteli cég USA cleantech tanácsadói gyakorlatát vezette.
Például egy 71 millió dolláros mikrohálózat, amelyet az USA Élelmezési és Gyógyszerügynökségének székhelyén építettek, táplálták a campusot a Sandy hurrikán alatt és után, amikor a regionális villamosenergia-hálózat leesett. 2011 márciusában a Sendai mikrohálózat, amely a japán Sendai városban, a Tohoku Fukushi Egyetem campusán helyezkedik el, továbbra is áramot és hőt szolgáltatott az ügyfeleknek, miután a pusztító Tohoku földrengés és szökőár a villamosenergia-ellátást lebontotta a környező régióban.
Míg a rugalmasság már régóta kulcsfontosságú a mikrohálózatok vonzereje számára a kritikus energiaterhelésű létesítmények számára, az változó energiaárak és a technológiai fejlődés lehetővé teszi a mikrohálózatok elérését azokban a városokban és környékeken, amelyek energiaellátásuk helyi szabályozását vagy tisztább energiát akarnak, mint amit a hasznosság.
A napelemes fotoelektromos panelek most 80 százalékkal olcsóbbak, mint 2008-ban. A McKinsey & Company tanácsadó cég azt jósolja, hogy a lítium-ion akkumulátorok ára 2020-ra kilowattóra-ban 200 dollárra eshet, a mai körülbelül 500–600 dollár / kilowattóra. A mikrohálókat építő létesítmények évről évre pénzt takaríthatnak meg oly módon, hogy kevesebb villamos energiát vásárolnak a helyi közüzemből, vagy bizonyos esetekben haszonnal elegendő energiát adnak el a közműnek.
„Jelentős költségmegtakarítás lehet, ha egy egyetem vagy kórház valódi energiát értékesíthet a valós idejű piaci árazás alapján, nem csak olyan áron, amelyet általában fizetnének” - mondja Carey, a PwC. "Az árak drámaian ingadozhatnak, 15-20 cent / kilowattóra, egy számjegyű dollár / kilowatt-óra".
Byron Washom, az UCSD szerint az egyetem havi 800 000 dollárt takarít meg energiaszámlákon azáltal, hogy az elfogyasztott villamos energia 92% -át előállítja. Az FDA szerint az egyetemi mikrohálózat évente 11 millió dollárt takarít meg az ügynökségnek az energiával kapcsolatos költségekben.
A gyorsan érő technológia lehetővé teszi a mikrohálós komponensek jobb integrálását és optimalizálását. Washom megjegyzi például, hogy a továbbfejlesztett napenergia-előrejelző eszközök tájékoztatják az egyetemi energiamenedzsment rendszert az akkumulátorok feltöltése vagy kisütéséről. "Tanúi vagyunk a kiváló vezérlőrendszereknek, amelyek képesek egy mikrohálózat és egy egész létesítmény kezelésére is" - mondja. „Számos új eszköz jelenik meg, amely irányítja a kínálatot, a keresletet, a tárolást és az importot.” Hamarosan, Washom szerint, az energiavezetők néhány percenként felmérik a rendszer eszközeinek készségét a reagál a változó körülményekre.
Miközben a technológia tovább halad, a szakértők szerint új politikákra van szükség a mikrohálózat elfogadásának felgyorsítása érdekében. Marnay szerint az Egyesült Államok jelenlegi állami és szövetségi politikája elősegíti az egyes energetikai technológiákat, például a napenergia, a szél és az energiatárolást, de további támogatásra van szükség ezeknek a technológiáknak a komplex rendszerekben, például a mikrohálókban történő telepítéséhez.
Az Energiaügyi Minisztérium már együttműködött a helyi és állami tisztviselőkkel a katonai mikrohálózat terveinek polgári alkalmazásokhoz történő hozzáigazítása érdekében. Például New Jersey-ben, ahol a Sandy hurrikán kiütötte a tömegközlekedést, és egyes lakosokat egy vagy több hétig hatalom nélkül hagyott, a DOE az állami tranzitügynökséggel együttműködve kidolgoz egy mikrohálózatot, amely elősegíti az elektromos hajtású vonatok természetes közlekedés közbeni működését. katasztrófa.
Az Energiaügyi Minisztérium aktívabb szerepet vállalt a jövőbeni mikrohálózatok tervezésének és működtetésének, valamint a meglévő energia-infrastruktúrához való integrációjának iránymutatásainak meghatározásában is. Még a mikrohálózat meghatározásának meghatározása is változik: az elkövetkező években a skála elérheti a 60 megawattot is. Az ügynökség szakértői csoportja kidolgozza egy olyan kereskedelmi méretű mikrohálózati rendszer tervet, amely képes a kiesési idők több mint 98 százalékkal történő csökkentésére olyan költségekkel, mint a dízelüzemű tartalék tápegység, miközben csökkenti a kibocsátást és a rendszer energiahatékonyságát legalább 20 százalék 2020-ra.
A szabványosításnak Carey szerint ésszerűsítenie kell a projektfejlesztési folyamatot, csökkentenie kell a költségeket és javítania kell a finanszírozáshoz való hozzáférést azáltal, hogy megkönnyíti a bankok számára a kockázat felmérését. „Az, hogy minden mikrohálóra speciális mérnökökkel rendelkezzünk, nyilvánvalóan nagyon költséges javaslat és nagy terhet jelent a telepítésükre” - mondja Marnay.
A nap végén a mikrohálózatok azzal fenyegetnek, hogy felveszik a központosított termelési és elosztási modellt, amely több mint egy évszázad óta uralja az Egyesült Államok villamosenergia-rendszerét, és a közművek lassan alkalmazzák az új modellt. "A közművek a mikrohálózatokat fenyegetik bevételi forrásaik szempontjából" - mondja Carey. A hagyományos hálózatokkal elválasztható vagy szinkronizálható tápegységek előnyei azonban egyre inkább elnyerik az olyan szolgáltatásokat, mint az SDG és E. Carey azt mondja: "Ennek lehetővé kell tennie számukra, hogy a rácsot stabilabbá tegyék."
