U podne, 22. listopada 2007., kalifornijsko sveučilište u San Diegu primilo je hitni poziv lokalne službe. Regionalne požare oštetile su i onemogućile dalekovode, a kalifornijski mrežni operator proglasio je izvanredni prijenos energije. San Diego Gas & Electric zatražio je od sveučilišta da smanji količinu električne energije koju crpi iz mreže i, ako je moguće, započne proizvoditi električnu energiju za korištenje od strane drugih kupaca komunalnih usluga.
U roku od 10 minuta, kampus je krenuo od crpljenja 4 megavata električne energije iz elektroenergetske mreže do napajanja od 3 megavata, kaže Byron Washom, direktor Strateške energetske inicijative za UCSD. "Tih 7 megavata bila je granica tanke poput britvice između mreže San Diego Gas & Electric i dalje ili urušavanja."
Kampus San Diega mogao je dijelom tako brzo reagirati jer su pola stoljeća ranije njegovi osnivači odlučili postaviti temelje za samodovoljno napajanje električnom energijom, ili ono što energetski stručnjaci danas nazivaju "mikro rešetkom". Prva konstrukcija podignuta na kampus 1962. bila je centralna elektrana dizajnirana za opskrbu električnom energijom na plin, kao i daljinsko grijanje i hlađenje školskih zgrada. To samo po sebi bilo je i nije neuobičajeno za akademski, pa čak i korporativni kampus. No tijekom godina, UCSD je stekao samodovoljnost dodavanjem parnih turbina, solarnih fotonaponskih panela, gorivnih ćelija i skladištenja energije, uz postavljanje dalekovoda za prijenos električne energije do i iz električne mreže SDG & E.
Sva ta imovina sada djeluje pod nadzorom sofisticiranog sustava upravljanja energijom, a mikrogrupa u kampusu omogućava sveučilištu da proizvodi, skladišti i otprema električnu energiju prema potrebi - u konačnici osiguravajući 92 posto električne energije koja se koristi u kampusu. Iako sveučilište obično crpi električnu energiju iz SDG i E mreže kako bi zadovoljilo napon od oko 38 megavata, može prebaciti i na "otok" način rada u slučaju problema ili nestanka struje izvan kampusa, zadovoljavajući sve vlastite potrebe za električnom energijom. A kad nedostaje struje na glavnoj električnoj mreži koja služi većem San Diegu, UCSD može prodati struju SDG & E-u.
Kao odgovor na hitni poziv iz 2007. godine, sveučilište je pokrenulo parnu turbinu snage 3 megavata i smanjilo potrošnju električne energije podešavanjem postavki klimatske kontrole i prešlo se na crtanje hladne vode za svoj rashladni sustav iz visoko učinkovitih termičkih spremnika umjesto električnih hladnjaka. "S dva klika mišem, pomoću našeg upravljačkog sustava, možemo promijeniti 4000 termostata u kampusu", kaže Washom.
UCSD i drugi operatori mikrohrana nude moderan rad na malim sustavima napajanja istosmjernom strujom instaliranim u tvornicama i gradskim središtima počevši od 1870-ih. Kao i oni rani sustavi, i ovaj novi dizajn uključuje lokalnu proizvodnju i distribuciju električne energije, a ne dalekovode i udaljene centralizirane elektrane koje su karakterizirale elektroenergetsku mrežu 20. stoljeća. "Trenutno dekonstruiramo elektroenergetsku mrežu, vraćamo se [Thomasu Edisonu", kaže Jim Reilly, čija konzultantska tvrtka Reilly Associates savjetuje Ministarstvo energetike u vezi s radom mikrohrane.
Korijeni ovog trenda dekonstrukcije sežu u kasne devedesete, kad je američko Ministarstvo energetike odlučilo započeti istraživanje prijenosa i pouzdanosti energije. Taj potez uslijedio je kao odgovor na deregulaciju električne energije i očekivanje nadolazećeg vala solarnih panela na krovu i drugih oblika decentralizirane proizvodnje energije. "U to vrijeme zapravo nismo imali koncept" mikro-rešetki ", kaže Chris Marnay, jedan od pionira istraživanja mikro-mreže. Ideja lokalne proizvodnje energije bila je stara. Ali bio je potreban napredak u kontroli i elektronici napajanja kako bi se omogućila istinska mikrohrana koja bi mogla utjecati na „otok“ iz veće elektroenergetske mreže. U roku od nekoliko godina, Marnayjeva istraživačka skupina u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Berkeley formalizirala je pojam mikro rešetke u projektu za kalifornijsku energetsku komisiju.
Prednosti koje pruža UCSD mikro rešetka - okretnost i samodovoljnost - sada su velika potražnja među korisnicima energije koji riskiraju teške posljedice u slučaju prekida napajanja, poput sveučilišta koja upravljaju osjetljivom laboratorijskom opremom, vojne baze koje drže sustave za kontrolu oružja i rukovanje centrima za obradu podataka. golemi niz informacija. "To su objekti koji žele nenormalno visokokvalitetne snage tamo gdje vidimo većinu akcija trenutno", kaže Marnay, koji se u lipnju povukao iz grupe za integraciju mrežnih mreža Berkeley.
Ekstremni vremenski događaji posljednjih godina, poput uragana Sandy, podsjetili su poslovne, vojne i političke vođe na krhkost elektroenergetske infrastrukture u Sjedinjenim Državama. "Sve veća učestalost prirodnih katastrofa pokreće sve veći interes za mikrorežije i rezervna rješenja za napajanje", kaže Brian Carey, koji vodi američku cleantech savjetodavnu praksu za računovodstveno poduzeće PricewaterhouseCoopers, poznat kao PwC.
Mikrogreska vrijedna 71 milijun dolara, na primjer, izgrađena u sjedištu američke Agencije za hranu i lijekove, napajala je struju u kampusu za vrijeme i nakon uragana Sandy, kada je regionalna elektroenergetska mreža pala. U ožujku 2011., mikrodrega Sendai, koja se nalazi u kampusu Sveučilišta Tohoku Fukushi u gradu Sendai u Japanu, nastavila je opskrbljivati struju i toplinu za kupce nakon što su razorni zemljotres u Tohokuu i cunamiju oborio opskrbu strujom u cijeloj okolnoj regiji.
Iako je otpornost već dugo ključna za privlačenje mikro-rešetki za objekte s kritičnim opterećenjima napajanja, pomicanje cijena energije i napredak tehnologije sada dovode mikro-mreže dohvatne za gradove i četvrti koja žele lokalnu kontrolu nad njihovim napajanjem ili čišćom energijom od one koju nude njihovi korisnost.
Solarni fotonaponski paneli sada koštaju 80 posto manje nego u 2008. Savjetodavna tvrtka McKinsey & Company predviđa da bi cijene litij-ionskih baterija do 2020. mogle pasti na 200 USD po kilovat-satu, s oko 500 do 600 USD po kilovat-satu danas. Postrojenja koja grade mikro mreže mogu također uštedjeti novac iz godine u godinu kupovinom manje električne energije od lokalnog komunalnog poduzeća ili, u nekim slučajevima, prodajom električne energije komunalnom uređaju kada je opskrba tijesna.
"To može biti značajna ušteda troškova ako sveučilište ili bolnica mogu stvarno prodati struju na temelju tržišnih cijena električne energije u stvarnom vremenu, a ne samo po cijeni koju bi inače plaćali", kaže Carey iz PwC-a. "Cijene se mogu drastično nizati, od 15 do 20 centi po kilovat-satu do jednocifrenih dolara po kilovat-satu."
Prema Byronu Washomu iz UCSD-a, sveučilište štedi 800.000 dolara mjesečno na svojim računima za struju stvarajući 92 posto električne energije koju troši. FDA kaže kako njegova mikrohramica u kampusu štedi agenciju 11 milijuna dolara godišnje u troškovima energije.
Tehnologija brzog sazrijevanja omogućava bolju integraciju i optimizaciju komponenata mikrohrane. Washom napominje, na primjer, da poboljšani alati za predviđanje solarne energije obavještavaju sustav upravljanja energijom u kampusu kada treba napuniti ili isprazniti baterije. "Svjedoci smo vrhunskih upravljačkih sustava koji mogu upravljati mikro-mrežom, a može upravljati cijelim postrojenjem", kaže on. „Postoji čitav niz novih alata koji se pojavljuju kako upravljate opskrbom, potražnjom, skladištem i uvozom.“ Uskoro, kaže Washom, energetski menadžeri procjenjivat će spremnost imovine sustava svakih nekoliko minuta za predviđanje ili reagirati na promjenjive uvjete.
Iako tehnologija napreduje naprijed, stručnjaci kažu kako su potrebne nove politike kako bi se ubrzalo usvajanje mikro rešetki. Marnay kaže da trenutna američka politika na državnoj i saveznoj razini unapređuje pojedinačne energetske tehnologije, poput sunčeve energije, vjetra i skladištenja energije, ali potrebna je veća podrška za primjenu tih tehnologija u složenim sustavima poput mikrohrana.
Ministarstvo energetike već je surađivalo s lokalnim i državnim dužnosnicima kako bi prilagodili nacrte vojnih mikrohrambi za civilne primjene. Na primjer, u New Jerseyu, gdje je uragan Sandy otpao javni prijevoz i ostavio stanovnike bez struje tjedan ili više, DOE surađuje s državnom tranzitnom agencijom na dizajniranju mikro-mreže koja bi pomogla da vozovi na električni pogon voze tijekom prirodnih katastrofa.
Odjeljenje za energetiku također je započelo preuzimati aktivniju ulogu u postavljanju standarda za usmjeravanje dizajna i rada budućih mikro-mreža, kao i njihovu integraciju u postojeću elektroenergetsku infrastrukturu. Čak se i definicija onoga što čini mikrohridu mijenja: mjerilo bi u narednim godinama moglo dostići čak 60 megavata. Skupina stručnjaka iz agencije razvija plan za komercijalni sustav mikrohrane koji može smanjiti vrijeme prekida rada više od 98 posto po trošku usporedivom s rezervnim napajanjem na dizelski pogon, a istovremeno smanjuje emisiju i poboljšava energetsku učinkovitost sustava. najmanje 20 posto do 2020. godine.
Standardizacija, kaže Carey, trebala bi usmjeriti proces razvoja projekata, smanjiti troškove i poboljšati pristup financiranju tako da banke olakšavaju procjenu rizika. "Potreba za specijaliziranim inženjeringom za svaku mikro-rešetku očito je skupi prijedlog i veliki teret za njihovo korištenje", kaže Marnay.
Na kraju dana, mikro rešetke prijete da će upotrijebiti centralizirani model proizvodnje i distribucije koji je više od jednog stoljeća dominirao američkim elektroenergetskim sustavom, a komunalije sporo prihvaćaju novi model. "Komunalne usluge vide mikro-mreže kao prijetnju njihovim prihodima", kaže Carey. Ipak, prednosti napajanja napajanjem koje se po potrebi mogu razdvojiti ili sinkronizirati s tradicionalnom mrežom sve više pobjeđuju nad uslužnim programima poput SDG i E. Kaže Carey, "To bi im trebalo omogućiti stabilniju mrežu."
