22. oktoobri 2007. aasta keskpäeval sai California ülikool San Diegos kohalikust kommunaalteenistusest hädaabikõne. Piirkondlikud tulekahjud olid kahjustanud ja keelanud elektriliinid ning California võrguettevõtja kuulutas välja energia edastamise hädaolukorra. San Diego Gas & Electric palus ülikoolil vähendada elektrivõrgust tarbitavat elektrienergia kogust ja võimaluse korral hakata tootma elektrit teistele kommunaalklientidele kasutamiseks.
Kümne minuti jooksul tõmbus ülikoolilinnak 4 megavatti elektrienergiat elektrivõrgust kuni 3 megavatti toitmiseni, ütles UCSD strateegiliste energiaalgatuste direktor Byron Washom. "See 7 megavatti oli habemenuga marginaal San Diego gaasi- ja elektrivõrgu vahel, mis alles jäi või kokku varises."
San Diego ülikoolilinnak suutis osaliselt nii kiiresti reageerida, sest pool sajandit varem olid selle asutajad otsustanud panna alus iseseisva energiavarustuse jaoks või sellele, mida energeetikaeksperdid nimetavad tänapäeval „mikrovõrguks”. Esimene konstruktsioon, mis püstitati ülikoolilinn 1962. aastal oli keskne elektrijaam, mis oli mõeldud koolihoonete gaasküttega elektri, samuti kaugkütte ja -jahutuse tagamiseks. See iseenesest oli ega ole ebaharilik akadeemilise või isegi korporatiivse ülikoolilinnaku jaoks. Kuid aastate jooksul saavutas UCSD iseseisva toimetuleku, lisades auruturbiinid, fotogalvaanilised päikesepaneelid, kütuseelemendid ja energiasalvesti, lisaks elektriliinide paigaldamiseks, et edastada elektrienergiat SDG & E elektrivõrku ja tagasi.
Kõik need varad töötavad nüüd keeruka energiajuhtimissüsteemi kontrolli all ja ülikoolilinnaku mikrovõrk võimaldab ülikoolil elektrienergiat vastavalt vajadusele genereerida, talletada ja välja saata - lõppkokkuvõttes saadakse 92 protsenti ülikoolilinnas kasutatavast elektrienergiast. Kuigi tavaliselt tarbib ülikool elektrienergiat SDG & E võrgust, et täita oma umbes 38-megavatist koormust, saab ülikoolilinnakuväliste toiteprobleemide või katkestuste korral lülituda ka saarerežiimi, rahuldades kõik omaenda elektrivajadused. Ja kui San Diegot teenindavas peamises elektrivõrgus on elektrit napib, saab UCSD müüa elektrienergiat SDG & E-le.
Vastusena 2007. aasta hädaabikõnele vallandas ülikool 3-megavatise võimsusega auruturbiini ja vähendas energiatarvet, kohandades kliimaseadmete seadistusi ja lülitas oma jahutussüsteemi külma vee võtmise ülitõhusatest soojussalvestusmahutitest elektriliste jahutite asemel. "Kahe hiireklõpsuga ja juhtimissüsteemiga saame ülikoolilinnas muuta 4000 termostaati, " räägib Washom.
UCSD ja muud mikrovõrkude operaatorid pakuvad tänapäevaseid väikeseid alalisvoolu toitesüsteeme, mis on tehastes ja kesklinnades paigaldatud 1870. aastatest. Nagu varasemates süsteemides, kajastavad need uued kujundused pigem kohalikku elektrienergia tootmist ja jaotust kui 20. sajandi elektrivõrku iseloomustavaid pikamaa-ülekandeliine ja kaugjuhtimisega tsentraliseeritud elektrijaamu. "Ehitame praegu elektrivõrku tagasi [Thomas] Edisonile, " ütleb Jim Reilly, kelle konsultatsioonifirma Reilly Associates nõustab energeetikaosakonda mikrovõrkude töös.
Selle dekonstrueerimise suuna juured ulatuvad 1990-ndate aastate lõppu, kui USA energeetikaministeerium otsustas alustada elektriülekande ja töökindluse uurimist. Kolimine tuli vastusena elektrienergia dereguleerimisele ning katusealuste päikesepaneelide ja muude detsentraliseeritud energiatootmise vormide eelseisva laine ootusele. "Meil ei olnud sel ajal tegelikult" mikrovõrkude "kontseptsiooni, " ütleb Chris Marnay, üks mikrovõrkude uurimise pioneere. Idee energiat kohalikul tasandil toota oli vana. Kuid tõelise mikrovõrgu võimaldamiseks, mis saaks suhelda suurema elektrivõrguga ja saarel liikuda, kulus juhtnuppude ja jõuelektroonika osas edusamme. Mõne aasta jooksul vormistas Marnay Lawrence Berkeley riikliku labori uurimisrühm Kalifornias tegutseva energiakomisjoni projektis mikrovõrgu idee.
UCSD mikrovõrgu pakutavad eelised - paindlikkus ja isemajandamine - on praegu energiatarbijate hulgas, kellel on oht elektrivarustuse katkestuste korral tõsiste tagajärgede tekkeks, näiteks tundlike laboriseadmetega töötavad ülikoolid, relvakontrollisüsteeme hoidvad sõjaväebaasid ja andmekeskused. tohutult teavet. "Praegu näeme enamikku tegevusi rajatistest, mis soovivad ebaharilikult kõrgetasemelist energiat, " ütleb Marnay, kes läks juunis Berkeley Labi võrguintegratsioonigrupist tagasi.
Viimaste aastate ekstreemsed ilmastikuolud, näiteks orkaan Sandy, on äri-, sõjaväe- ja poliitilistele liidritele meenutanud USA elektritaristu nõrkust. "Loodusõnnetuste sagenemine põhjustab üha suuremat huvi mikrovõrkude ja varutoitelahenduste vastu, " ütleb Brian Carey, kes juhib PwC-ga tuntud raamatupidamisettevõtte PricewaterhouseCoopers USA puhastehnikute nõustamispraktikat.
Näiteks USA toidu- ja ravimiameti peakorterisse ehitatud 71 miljoni dollari suurune mikrovõrk varustas ülikoolilinnakut elektrienergiaga orkaan Sandy ajal ja pärast seda, kui piirkondlik elektrivõrk langes. Jaapanis Sendai linnas Tohoku Fukushi ülikooli ülikoolilinnas asuv Sendai mikrogrid jätkas 2011. aasta märtsis klientidele elektrienergia ja soojuse tarnimist pärast seda, kui laastav Tohoku maavärin ja tsunami viisid kogu ümbritseva piirkonna elektrivarud.
Kui vastupidavus on juba pikka aega olnud mikrovõrkude atraktiivse tähtsusega kriitilise energiakoormusega rajatiste jaoks, pakuvad muutuvad energiahinnad ja tehnoloogia areng nüüd mikrovõrgud käeulatuses linnadele ja linnaosadele, kes soovivad oma energiavarustuse või puhtama energia kohalikku kontrolli kui nende pakutav. utiliit.
Päikesepaneelide päikeseenergia paneelid maksavad nüüd 80 protsenti vähem kui 2008. aastal. Konsultatsioonifirma McKinsey & Company ennustab, et liitium-ioon akude hinnad võivad langeda 2020. aastaks 200 dollarini kilovatt-tunni kohta, umbes 500 dollarilt 600 dollarini kilovatt-tunni kohta. Rajatised, mis ehitavad mikrovõrke, võivad ka aasta-aastalt raha kokku hoida, ostes kohalikelt kommunaalettevõtetelt vähem elektrit või mõnel juhul müües kommunaalteenustele energiat, kui pakkumine on piiratud.
"See võib olla märkimisväärne kulude kokkuhoid, kui ülikool või haigla saab tegelikult energiat müüa reaalajas turuhindade alusel, mitte ainult sellisel kiirusel, nagu nad tavaliselt maksaksid, " ütleb Carey PwC-st. "Hinnad võivad kõikuda dramaatiliselt, ulatudes 15-20 sendini kilovatt-tunnist kuni ühekohaliste dollariteni kilovatt-tunni kohta."
UCSD esindaja Byron Washomi sõnul säästab ülikool oma elektriarvetel 800 000 dollarit kuus, genereerides 92 protsenti tarbitavast elektrienergiast. FDA sõnul säästab tema ülikoolilinnaku mikrovõrk agentuurile igal aastal 11 miljonit dollarit energiakuludega seotud kulude katteks.
Kiiresti valmiv tehnoloogia võimaldab mikrovõrkude komponente paremini integreerida ja optimeerida. Washom märgib näiteks, et täiustatud päikeseenergia prognoosimise tööriistad teavitavad ülikoolilinnaku energiahaldussüsteemi akude laadimisest või tühjendamisest. "Oleme tunnistajaks headele juhtimissüsteemidele, mis suudavad hallata nii mikrovõrku kui ka tervet rajatist, " ütleb ta. “Pakkumise, nõudluse, ladustamise ja impordi haldamiseks on ilmumas terve rida uusi tööriistu.” Varsti, Washomi sõnul, hindavad energiajuhid iga paari minuti tagant energiahaldurite süsteemi varade valmisolekut, et ennetada või reageerida muutuvatele tingimustele.
Ehkki tehnoloogia areneb edasi, on ekspertide sõnul mikrovõrkude kasutuselevõtu kiirendamiseks vaja uusi põhimõtteid. Marnay sõnul edendavad USA praegused riiklikud ja föderaalsed poliitikad individuaalseid energiatehnoloogiaid, näiteks päikese, tuule ja energia salvestamist, kuid nende tehnoloogiate kasutuselevõtuks keerukates süsteemides nagu mikrovõrgud on vaja rohkem tuge.
Juba on energeetikaministeerium teinud koostööd kohalike ja riigiametnikega, et kohandada sõjalist mikrotasandit tsiviilotstarbeliseks kasutamiseks. Näiteks New Jerseys, kus orkaan Sandy lõi ühistranspordi käest ja jättis mõned elanikud nädalaks või pikemaks ajaks elektrita, töötab DOE koos riikliku transiidiagentuuriga välja mikrovõrgu, mis aitaks hoida elektrimootoriga rongide liiklust looduslikul ajal katastroof.
Energiaosakond on hakanud aktiivsemalt osalema ka tulevaste mikrovõrkude kavandamist ja kasutamist ning nende integreerimist olemasoleva elektritaristuga reguleerivate standardite kehtestamisel. Isegi mikrovõrgu määratlus on muutumas: lähiaastatel võib skaala ulatuda 60 megavatini. Agentuuri eksperdirühm töötab välja kaubandusliku ulatusega mikrovõrgusüsteemi plaani, mis suudab vähendada seisakuid rohkem kui 98 protsenti hinnaga, mis on võrreldav diiselmootoriga varutoiteallikaga, vähendades samal ajal heitkoguseid ja parandades süsteemi energiatõhusust aastaks 2020 vähemalt 20 protsenti.
Standardiseerimine peaks Carey sõnul sujuvamaks muutma projekti arendusprotsessi, vähendama kulusid ja parandama juurdepääsu rahastamisele, muutes pankadel riskide hindamise lihtsamaks. "Spetsiaalse tehnika väljatöötamine igale mikrovõrgule on ilmselgelt väga kulukas pakkumine ja nende kasutuselevõtu jaoks suur koormus, " ütleb Marnay.
Päeva lõpus ähvardavad mikrovõrgud kasutusele võtta tsentraliseeritud tootmis- ja jaotusmudeli, mis on USA elektrisüsteemis domineerinud juba enam kui sajandi ja kommunaalteenused on uue mudeli omaks võtnud aeglaselt. "Kommunaalkulud näevad mikrovõrkudes ohtu nende sissetulekutele, " ütleb Carey. Kuid eelised, mis tulenevad toiteallikatest, mis saavad vajaduse korral lahti jagada või sünkroniseerida traditsioonilise võrguga, võidavad üha enam selliste kommunaalteenuste nagu SDG ja E üle. Carey ütleb: "See peaks võimaldama neil võrku stabiilsemaks hoida."
