В полдень 22 октября 2007 года Калифорнийский университет в Сан-Диего получил экстренный вызов от местной коммунальной службы. Региональные лесные пожары повредили и повредили линии электропередачи, а калифорнийский оператор сети объявил чрезвычайную ситуацию в области передачи энергии. San Diego Gas & Electric попросила университет сократить количество электроэнергии, потребляемой ею из сети, и, если возможно, начать вырабатывать электроэнергию для использования другими коммунальными потребителями.
По словам Байрона Уошома, директора по стратегическим энергетическим инициативам для UCSD, в течение 10 минут кампус перешел от выработки 4 мегаватт электроэнергии из электросети до 3 мегаватт. «Эти 7 мегаватт были тончайшей границей между газовой и электрической сетью Сан-Диего, оставшейся или разрушающейся».
Кампус Сан-Диего смог отреагировать так быстро, отчасти потому, что полвека назад его основатели решили заложить основу для автономного энергоснабжения или того, что сегодня эксперты по энергетике называют «микросетью». Первая структура была возведена на Кампус в 1962 году был центральной электростанцией, предназначенной для обеспечения электричеством, работающим на газе, а также для отопления и охлаждения зданий школы. Это само по себе было и не является чем-то необычным для академического или даже корпоративного кампуса. Но за эти годы UCSD обрела самодостаточность, добавив паровые турбины, солнечные фотоэлектрические панели, топливные элементы и накопители энергии, а также установив линии электропередач для передачи электроэнергии в электросеть SDG & E и из нее.
Все эти активы в настоящее время работают под управлением сложной системы управления энергопотреблением, а микросетка университетского городка позволяет университету генерировать, хранить и распределять электроэнергию по мере необходимости, что в конечном итоге обеспечивает 92 процента электроэнергии, используемой в университетском городке. Хотя университет обычно получает электроэнергию из энергосистемы SDG & E для удовлетворения своей нагрузки примерно в 38 мегаватт, он также может переключаться в «островной» режим в случае проблем с электричеством или перерывов в работе за пределами кампуса, удовлетворяя все свои собственные потребности в электроэнергии. А когда в основной электрической сети не хватает электроэнергии в большей части Сан-Диего, UCSD может продавать электроэнергию SDG & E.
В ответ на экстренный вызов 2007 года университет запустил 3-мегаваттную паровую турбину и снизил энергопотребление, настроив параметры климат-контроля и переключившись на использование холодной воды для своей системы охлаждения из высокоэффективных резервуаров для хранения тепла вместо электрических чиллеров. «С помощью двух нажатий мыши, с нашей системой управления, мы можем изменить 4000 термостатов в кампусе», - говорит Уошом.
UCSD и другие операторы микросетей предлагают современное решение для небольших энергосистем постоянного тока, установленных на фабриках и в городских центрах, начиная с 1870-х годов. Как и те ранние системы, эти новые конструкции имеют локальное производство и распределение электроэнергии, а не линии передачи на дальние расстояния и удаленные централизованные электростанции, которые характеризовали энергосистему 20- го века. «В настоящее время мы демонтируем электросеть обратно к [Томасу] Эдисону», - говорит Джим Рейли, чья консалтинговая компания Reilly Associates консультирует Министерство энергетики по вопросам эксплуатации микросетей.
Корни этой тенденции к деконструкции восходят к концу 1990-х годов, когда Министерство энергетики США решило начать исследования в области передачи электроэнергии и надежности. Этот шаг стал ответом на дерегулирование электроэнергии и ожидание грядущей волны солнечных батарей на крыше и других форм децентрализованного производства электроэнергии. «В то время у нас на самом деле не было понятия« микросетки »как такового», - говорит Крис Марней, один из пионеров исследования микросетей. Идея генерировать энергию на месте была старой. Но потребовались успехи в области управления и силовой электроники, чтобы создать настоящую микросеть, которая могла бы взаимодействовать и «отделяться» от большей электросети. В течение нескольких лет исследовательская группа Marnay в Национальной лаборатории им. Лоуренса Беркли формализовала понятие микросетки в проекте для Калифорнийской энергетической комиссии.
Преимущества, предоставляемые микросетью UCSD, - гибкость и самодостаточность - в настоящее время пользуются большим спросом среди потребителей энергии, которые рискуют получить серьезные последствия в случае перебоев в электроснабжении, таких как университеты, эксплуатирующие чувствительное лабораторное оборудование, военные базы, содержащие системы контроля над вооружениями и управление центрами обработки данных. огромные объемы информации. «Это объекты, которые хотят необычайно высокого качества электроэнергии, где мы видим большую часть действия в данный момент», - говорит Марнай, вышедший на пенсию в июне из Grid Integration Group Berkeley Lab.
Экстремальные погодные явления в последние годы, такие как ураган «Сэнди», напомнили деловым, военным и политическим лидерам о хрупкости электрической инфраструктуры в Соединенных Штатах. «Растущая частота стихийных бедствий ведет к усилению интереса к микросетям и решениям для резервного питания», - говорит Брайан Кэри, руководитель американской консультативной практики по чистым технологиям для бухгалтерской фирмы PricewaterhouseCoopers, известной как PwC.
Например, микросеть стоимостью в 71 миллион долларов, построенная в штаб-квартире Управления по контролю за продуктами и лекарствами США, обеспечивала электроснабжение кампуса во время и после урагана «Сэнди», когда региональная электросеть вышла из строя. В марте 2011 года Sendai Microgrid, расположенная в кампусе университета Тохоку Фукуши в городе Сендай, Япония, продолжала снабжать потребителей электроэнергией и теплом после разрушительного землетрясения в Тохоку и цунами, которые привели к отключению электропитания во всем окружающем регионе.
В то время как отказоустойчивость долгое время была ключевой для привлекательности микросетей для объектов с критическими энергетическими нагрузками, изменяющиеся цены на энергоносители и технологические достижения в настоящее время делают микросетки доступными для городов и районов, которые хотят иметь местный контроль над своими источниками питания или более чистой энергией, чем те, которые предлагаются полезность.
Солнечные фотоэлектрические панели теперь стоят на 80 процентов дешевле, чем в 2008 году. Консалтинговая компания McKinsey & Company прогнозирует, что цены на литий-ионные аккумуляторы могут упасть до 200 долларов за киловатт-час к 2020 году с примерно 500-600 долларов за киловатт-час сегодня. Предприятия, которые строят микросетки, также могут год за годом экономить деньги, покупая меньше электроэнергии у своих местных коммунальных служб или, в некоторых случаях, продавая электроэнергию коммунальным предприятиям в условиях ограниченного снабжения.
«Это может быть значительная экономия затрат, если университет или больница могут продавать электроэнергию на основе рыночных цен на электроэнергию в реальном времени, а не только по той цене, которую они обычно платят», - говорит Кэри из PwC. «Цены могут резко колебаться, от 15 до 20 центов за киловатт-час до однозначных долларов за киловатт-час».
По словам Байрона Уошома из UCSD, университет экономит 800 000 долларов в месяц на счетах за электроэнергию, вырабатывая 92 процента потребляемой электроэнергии. FDA заявляет, что микросетка университетского городка ежегодно экономит агентству 11 миллионов долларов на расходах на электроэнергию.
Быстро развивающаяся технология обеспечивает лучшую интеграцию и оптимизацию компонентов микросетки. Washom отмечает, например, что усовершенствованные инструменты солнечного прогнозирования информируют систему управления энергопотреблением кампуса, когда следует заряжать или разряжать батареи. «Мы являемся свидетелями превосходных систем управления, которые могут управлять микросетью, а также управлять всей установкой», - говорит он. «Существует целый ряд новых инструментов для управления вашим предложением, спросом, хранением и импортом». Вскоре, по словам Уошома, менеджеры по энергетике будут оценивать готовность активов системы каждые несколько минут, чтобы предвидеть или реагировать на меняющиеся условия.
Однако, несмотря на то, что технология движется вперед, эксперты считают, что для ускорения внедрения микросетей необходимы новые стратегии. Марней говорит, что текущая политика США на уровне штатов и федеральном уровне продвигает отдельные энергетические технологии, такие как солнечная энергия, энергия ветра и хранение энергии, но требуется больше поддержки для развертывания этих технологий в сложных системах, таких как микросетки.
Министерство энергетики уже установило партнерские отношения с местными и государственными чиновниками, чтобы адаптировать проекты военных микросетей для гражданского применения. Например, в Нью-Джерси, когда ураган «Сэнди» отключил общественный транспорт и оставил некоторых жителей без электричества на неделю или более, Министерство энергетики совместно с государственным транзитным агентством разрабатывает микросеть, которая поможет поддерживать электропоезд поездов в естественном режиме. катастрофа.
Департамент энергетики также начал играть более активную роль в установлении стандартов для руководства проектированием и эксплуатацией будущих микросетей, а также их интеграции с существующей энергетической инфраструктурой. Даже определение того, что делает микросеть, меняется: масштаб может достигнуть 60 мегаватт в ближайшие годы. Группа экспертов из агентства разрабатывает план для коммерческой микросетевой системы, способной сократить время простоя более чем на 98 процентов при стоимости, сравнимой с резервным источником питания на дизельном топливе, одновременно уменьшая выбросы и повышая энергоэффективность системы за счет минимум 20 процентов к 2020 году.
По словам Кэри, стандартизация должна упростить процесс разработки проекта, сократить расходы и улучшить доступ к финансированию, упростив банкам оценку рисков. «Необходимость иметь специализированный инжиниринг для каждой микросети, очевидно, является очень дорогостоящим предложением и большой нагрузкой на их развертывание», - говорит Марнай.
В конце концов, микросети угрожают разрушить централизованную модель генерации и распределения, которая доминировала в электроэнергетической системе США более столетия, и коммунальные службы не спешат внедрять новую модель. «Коммунальные предприятия видят в микросетях угрозу своим потокам доходов», - говорит Кэри. Тем не менее, преимущества наличия источников питания, которые могут отсоединяться или синхронизироваться с традиционной сетью по мере необходимости, все больше выигрывают над такими утилитами, как SDG & E. Кэри говорит: «Это должно позволить им поддерживать стабильность сети».
