Ved middagstid den 22. oktober 2007 modtog University of California, San Diego, et nødopkald fra det lokale værktøj. Regionale vilde ildfirme havde beskadiget og deaktiveret kraftledninger, og netværket i Californien havde erklæret en nødsituation med energiforsendelse. San Diego Gas & Electric bad universitetet om at reducere mængden af elektricitet, det trækkede fra nettet, og om muligt begynde at generere strøm til brug af andre hjælpekunder.
I løbet af 10 minutter svingede campus fra at trække 4 megawatt elektricitet fra elnettet til at fodre det 3 megawatt, siger Byron Washom, direktør for strategiske energiinitiativer for UCSD. ”De 7 megawatt var den knivskarne margin mellem San Diego Gas & Electric-nettet, der forblev op eller kollapsede.”
San Diego campus var i stand til at reagere så hurtigt delvist, fordi et halvt århundrede tidligere dens grundlæggere havde besluttet at lægge grunden til en selvforsynende strømforsyning, eller hvad energieksperter i dag kalder et ”mikrogrid.” Den første struktur opført på campus i 1962 var et centralt kraftværk designet til at levere gasfyret elektricitet såvel som fjernvarme og køling til skolens bygninger. Det i sig selv var og er ikke usædvanligt for en akademiker eller endda en virksomhedscampus. Men i årenes løb opnåede UCSD selvforsyning ved at tilføje dampturbiner, solcellepaneler, brændselsceller og energilagring, ud over at installere kraftledninger til transmission af elektricitet til og fra SDG & E's elektriske net.
Alle disse aktiver fungerer nu under kontrol af et sofistikeret energiledelsessystem, og campusmikrogridet gør det muligt for universitetet at generere, opbevare og afsende elektricitet efter behov - i sidste ende levere 92 procent af elektricitet, der bruges på campus. Selvom universitetet normalt trækker elektricitet fra SDG & E-nettet for at imødekomme det ca. 38 megawatt belastning, kan det også skifte til “ø” -tilstand i tilfælde af strømproblemer eller strømafbrydelser uden for campus og imødekomme alle sine egne elbehov. Og når der er mangel på elektricitet på det vigtigste elektriske net, der betjener større San Diego, kan UCSD sælge strøm til SDG & E.
Som svar på nødopkaldet i 2007 fyrede universitetet op en 3 megawatt dampturbine og reducerede strømbehovet ved at justere klimakontrolindstillingerne og skiftede til at trække koldt vand til sit kølesystem fra meget effektive termiske lagertanke i stedet for elektriske køleapparater. ”Med to museklik med vores kontrolsystem kan vi ændre 4.000 termostater på campus, ” siger Washom.
UCSD og andre mikrogridoperatører tilbyder et moderne overtagelse af de små jævnstrømssystemer, der er installeret i fabrikker og bycentre fra 1870'erne. Ligesom de tidlige systemer har disse nye design lokal produktion og distribution af elektricitet snarere end langdistancetransmissionslinier og fjernstyrede centralstationer, der kendetegner elnettet i det 20. århundrede. ”Vi dekonstruerer i øjeblikket elnettet, tilbage til [Thomas] Edison, ” siger Jim Reilly, hvis konsulentfirma Reilly Associates rådgiver Department of Energy om mikrogriddrift.
Grunden til denne dekonstruktionstrend går tilbage til slutningen af 1990'erne, da det amerikanske energiministerium besluttede at starte forskningen i kraftoverførsel og pålidelighed. Flytningen kom som et svar på elektrisk deregulering og forventning om en kommende bølge af tagpaneler og andre former for decentral kraftproduktion. ”Vi havde ikke på det tidspunkt virkelig et begreb” mikrogrids ”i sig selv, ” siger Chris Marnay, en af pionererne inden for mikrogridforskning. Ideen om at generere energi lokalt var en gammel. Men det tog fremskridt inden for kontrol og kraftelektronik for at muliggøre et ægte mikrogrid, der kunne interagere med og "ø" fra det større strømnettet. I løbet af få år formaliserede Marnays forskningsgruppe ved Lawrence Berkeley National Laboratory forestillingen om et mikrogrid i et projekt for Californiens energikommission.
Fordelene, der leveres af UCSDs mikrogrid - smidighed og selvforsyning - er nu i efterspørgsel blandt energibrugere, der risikerer alvorlige konsekvenser i tilfælde af strømafbrydelser, såsom universiteter, der kører følsomt laboratorieudstyr, militærbaser med våbenkontrolsystemer og datacentre store troves af information. ”Det er de faciliteter, der ønsker unormal strøm af høj kvalitet, hvor vi ser det meste af handlingen i øjeblikket, ” siger Marnay, der blev pensioneret i juni fra Berkeley Labs Grid Integration Group.
Ekstreme vejrbegivenheder i de seneste år, såsom orkanen Sandy, har mindet erhvervslivets, militære og politiske ledere om skrøbeligheden ved elinfrastruktur i USA. ”Den stigende hyppighed af naturkatastrofer driver en stærkere interesse for mikrogrid- og back-up-strømløsninger, ” siger Brian Carey, der leder den amerikanske cleantech-rådgivningspraksis for regnskabsfirmaet PricewaterhouseCoopers, kendt som PwC.
Et mikrogrid på 71 millioner dollars, der blev bygget i hovedkvarteret for US Food and Drug Administration, for eksempel leverede strøm til campus under og efter orkanen Sandy, da det regionale elnettet gik ned. I marts 2011 fortsatte Sendai Microgrid, der ligger på campus ved Tohoku Fukushi University i Sendai City, Japan, fortsat med at levere strøm og varme til kunder, efter at det ødelæggende Tohoku-jordskælv og tsunami bragte strømforsyninger overalt i det omkringliggende område.
Mens robusthed længe har været nøglen til appel fra mikrogrids til faciliteter med kritiske strømbelastninger, skifter energipriser og teknologiske fremskridt nu mikrogrids inden for rækkevidde for byer og kvarterer, der ønsker lokal kontrol af deres strømforsyning eller renere energi end dem, der tilbydes af deres nytte.
Solcellepaneler koster nu 80 procent mindre, end de gjorde i 2008. Konsulentfirmaet McKinsey & Company forudsiger, at priserne på lithium-ion-batterier kunne falde til $ 200 pr. Kilowattime i 2020, fra omkring $ 500- $ 600 per kilowatt-time i dag. Faciliteter, der bygger mikrogridser, kan også spare penge år efter år ved at købe mindre elektricitet fra deres lokale forsyningsselskab eller i nogle tilfælde sælge strøm til værktøjet, når forsyningen er lille.
”Det kan være en betydelig omkostningsbesparelse, hvis et universitet eller et hospital rent faktisk kan sælge magt baseret på markedspriser i realtid for magt, ikke kun til den sats, de normalt ville betale, ” siger Carey, fra PwC. ”Priserne kan svinge dramatisk fra 15 til 20 cent pr. Kilowattime til enkeltcifre dollars pr. Kilowattime.”
Ifølge Byron Washom fra UCSD sparer universitetet 800.000 $ pr. Måned på sine strømregninger ved at generere 92 procent af den elektricitet, det bruger. FDA siger, at dens campusmikrogrid sparer agenturet 11 millioner dollars årligt i energirelaterede omkostninger.
En hurtig modningsteknologi muliggør bedre integration og optimering af mikrogridkomponenter. Washom bemærker for eksempel, at forbedrede solprognoseværktøjer informerer campusens energiledelsessystem, hvornår de skal oplades eller aflades. ”Vi er vidne til overlegne kontrolsystemer, der kan håndtere et mikrogrid, såvel som det kan styre en hel facilitet, ” siger han. ”Der er en lang række nye værktøjer, der kommer frem til, hvordan du styrer dit udbud, din efterspørgsel, din opbevaring og din import.” Snart, siger Washom, vil energiledere vurdere parathed i systemets aktiver hvert par minutter til at foregribe eller reagere på skiftende forhold.
Mens teknologi løber fremad, siger eksperter imidlertid nye politikker for at fremskynde vedtagelse af mikrogrid. Marnay siger, at de nuværende amerikanske politikker på statligt og føderalt niveau fremmer individuelle energiteknologier, såsom sol-, vind- og energilagring, men at der er behov for mere støtte til implementering af disse teknologier i komplekse systemer som mikrogrids.
Energiministeriet har allerede samarbejdet med lokale og statslige embedsmænd for at tilpasse militært mikrogrid-design til civile applikationer. I New Jersey, for eksempel, hvor orkanen Sandy udslettede offentlig transport og efterlod nogle beboere uden strøm i en uge eller mere, arbejder DOE med det statslige transitagentur for at designe et mikrogrid, der ville hjælpe med at holde elektriske drev kørt under et naturligt katastrofe.
Energiafdelingen er også begyndt at tage en mere aktiv rolle i at opstille standarder til vejledning i design og drift af fremtidige mikrogridser samt deres integration med eksisterende kraftinfrastruktur. Selv definitionen på, hvad der skaber et mikrogrid, ændrer sig: Skalaen kan nå op til 60 megawatt i de kommende år. En gruppe eksperter fra agenturet udvikler en plan for et kommercielt mikrogrid-system, der er i stand til at reducere driftsstider med mere end 98 procent til en omkostning, der kan sammenlignes med en dieseldrevet backup-strømforsyning, samtidig med at reduktion af emissioner og forbedring af systemets energieffektivitet ved mindst 20 procent inden 2020.
Standardisering, siger Carey, bør strømline projektudviklingsprocessen, reducere omkostningerne og forbedre adgangen til finansiering ved at gøre det lettere for bankerne at evaluere risiko. ”At skulle have specialiseret teknik til hvert mikrogrid er åbenlyst et meget dyre forslag og en stor byrde for deres implementering, ” siger Marnay.
I slutningen af dagen truer mikrogrids med at styrke den centraliserede produktions- og distributionsmodel, der har domineret det amerikanske elsystem i mere end et århundrede, og værktøjer har været langsomme med at omfavne den nye model. ”Hjælpeprogrammer ser mikrogridser som en trussel mod deres indtægtsstrømme, ” siger Carey. Alligevel er fordelene ved at have strømforsyninger, der kan splittes eller synkroniseres med det traditionelle net efter behov, i stigende grad at vinde hjælpeprogrammer som SDG & E. Siger Carey, "Det skal give dem mulighed for at holde nettet mere stabilt."
