Το μεσημέρι στις 22 Οκτωβρίου 2007, το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σαν Ντιέγκο, έλαβε κλήση έκτακτης ανάγκης από την τοπική υπηρεσία. Οι τοπικές πυρκαγιές είχαν κατεστραμμένες και απενεργοποιημένες γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και ο διαχειριστής του δικτύου της Καλιφόρνια δήλωσε έκτακτη ανάγκη για μετάδοση ενέργειας Η San Diego Gas & Electric ζήτησε από το πανεπιστήμιο να μειώσει την ποσότητα ηλεκτρικού ρεύματος που αντλεί από το δίκτυο και, ει δυνατόν, να αρχίσει να παράγει ενέργεια για χρήση από άλλους πελάτες κοινής ωφέλειας.
Μέσα σε 10 λεπτά, η πανεπιστημιούπολη επέστρεψε από την άντληση 4 μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας από το ηλεκτρικό δίκτυο μέχρι την τροφοδοσία 3 μεγαβάτ, λέει ο Byron Washom, Διευθυντής Στρατηγικών Ενεργειακών Πρωτοβουλιών για το UCSD. "Τα 7 megawatts ήταν το λεπτό περιθώριο μεταξύ του πλέγματος San Diego Gas & Electric που παραμένει ή καταρρέει".
Η πανεπιστημιούπολη του Σαν Ντιέγκο μπόρεσε να αντιδράσει τόσο γρήγορα επειδή για μισό αιώνα νωρίτερα οι ιδρυτές της αποφάσισαν να θέσουν τις βάσεις για ένα αυτοδύναμο τροφοδοτικό, ή τι εμπειρογνώμονες στον τομέα της ενέργειας σήμερα αποκαλούν «μικρορύθμιση». πανεπιστημιούπολη το 1962 ήταν ένα κεντρικό εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σχεδιασμένο να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια με καύση αερίου καθώς και τηλεθέρμανση και ψύξη για τα κτίρια του σχολείου. Αυτό από μόνο του ήταν και δεν είναι ασυνήθιστο για μια ακαδημαϊκή, ή ακόμη και μια εταιρική πανεπιστημιούπολη. Όμως, με την πάροδο των ετών, η UCSD κέρδισε αυτάρκεια προσθέτοντας ατμοστρόβιλους, ηλιακούς φωτοβολταϊκούς συλλέκτες, κυψέλες καυσίμου και αποθήκευση ενέργειας, εκτός από την εγκατάσταση ηλεκτρικών γραμμών για τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας από και προς το ηλεκτρικό δίκτυο της SDG & E.
Όλα αυτά τα περιουσιακά στοιχεία λειτουργούν τώρα υπό τον έλεγχο ενός εξελιγμένου συστήματος διαχείρισης της ενέργειας και ο μικροεπιχειρησιακός χώρος της πανεπιστημιούπολης δίνει τη δυνατότητα στο πανεπιστήμιο να παράγει, να αποθηκεύει και να αποστέλλει ηλεκτρικό ρεύμα ανάλογα με τις ανάγκες - παρέχοντας τελικά το 92% της ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιείται στην πανεπιστημιούπολη. Παρόλο που το πανεπιστήμιο συνήθως αντλεί ηλεκτρική ενέργεια από το δίκτυο SDG & E για να καλύψει το φορτίο περίπου 38 μεγαβάτ, μπορεί επίσης να μεταβεί σε λειτουργία "νησιού" σε περίπτωση προβλημάτων ισχύος ή διακοπών εκτός της πανεπιστημιούπολης, ικανοποιώντας όλες τις δικές του ανάγκες ηλεκτρικής ενέργειας. Και όταν η ηλεκτρική ενέργεια είναι ελλιπής στο κύριο ηλεκτρικό δίκτυο που εξυπηρετεί το μεγαλύτερο Σαν Ντιέγκο, το UCSD μπορεί να πουλάει ενέργεια στην SDG & E.
Απαντώντας στην επείγουσα κλήση του 2007, το πανεπιστήμιο πυροδότησε έναν ατμοστρόβιλο 3 megawatt και μειώνοντας τη ζήτηση ισχύος προσαρμόζοντας τις ρυθμίσεις του κλιματισμού και μεταβαίνοντας στο κρύο νερό για το σύστημα ψύξης του από υψηλής απόδοσης δεξαμενές αποθήκευσης αντί για ηλεκτρικούς ψύκτες. "Με δύο κλικ ενός ποντικιού, με το σύστημα ελέγχου μας, μπορούμε να αλλάξουμε 4.000 θερμοστάτες στην πανεπιστημιούπολη", λέει ο Washom.
Ο UCSD και άλλοι χειριστές microgrid προσφέρουν μια σύγχρονη λήψη των μικρών ηλεκτρικών συστημάτων συνεχούς ρεύματος εγκατεστημένα σε εργοστάσια και κέντρα των πόλεων που ξεκινούν τη δεκαετία του 1870. Όπως αυτά τα πρώιμα συστήματα, αυτά τα νέα σχέδια διαθέτουν τοπική παραγωγή και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας αντί των γραμμών μεταφοράς μεγάλων αποστάσεων και των απομακρυσμένων κεντρικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής που χαρακτήριζαν το ηλεκτρικό δίκτυο του 20ου αιώνα. "Αυτή τη στιγμή αποικοδομούμε το ηλεκτρικό δίκτυο, πίσω στο [Thomas] Edison", λέει ο Jim Reilly, του οποίου η εταιρεία παροχής συμβουλών Reilly Associates συμβουλεύει το Υπουργείο Ενέργειας για τη λειτουργία microgrid.
Οι ρίζες αυτής της τάσης αποδόμησης επανέρχονται στα τέλη της δεκαετίας του 1990, όταν το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ αποφάσισε να ξεκινήσει έρευνα για τη μετάδοση ισχύος και την αξιοπιστία. Η κίνηση ήρθε ως απόκριση στην απελευθέρωση του ηλεκτρισμού και την πρόβλεψη ενός επόμενου κύματος ηλιακών συλλεκτών οροφής και άλλων μορφών αποκεντρωμένης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. "Δεν είχαμε εκείνη την εποχή πραγματικά μια έννοια των« microgrids »per se", λέει ο Chris Marnay, ένας από τους πρωτοπόρους της έρευνας microgrid. Η ιδέα της τοπικής παραγωγής ενέργειας ήταν παλιά. Ωστόσο, χρειάστηκε πρόοδος στους ελέγχους και τα ηλεκτρονικά ισχύος, ώστε να καταστεί δυνατή η ύπαρξη ενός πραγματικού μικρο-πλέγματος το οποίο θα μπορούσε να αλληλεπιδράσει με το "νησί" από το μεγαλύτερο ηλεκτρικό δίκτυο. Μέσα σε λίγα χρόνια, η ερευνητική ομάδα του Marnay στο Εθνικό Εργαστήριο του Lawrence Berkeley επισημοποίησε την ιδέα ενός microgrid σε ένα σχέδιο για την California Energy Commission.
Τα οφέλη που παρέχονται από την ευελιξία και την αυτάρκεια στο μικροσκόπιο της UCSD - είναι τώρα σε μεγάλη ζήτηση μεταξύ των ενεργειακών χρηστών που διατρέχουν σοβαρές συνέπειες σε περίπτωση διακοπών ρεύματος, όπως πανεπιστήμια με ευαίσθητο εργαστηριακό εξοπλισμό, στρατιωτικές βάσεις που διαθέτουν συστήματα ελέγχου όπλων και χειρισμό κέντρων δεδομένων τεράστιες ποσότητες πληροφοριών. "Είναι οι εγκαταστάσεις που θέλουν ασυνήθιστα υψηλής ποιότητας ενέργεια, όπου βλέπουμε το μεγαλύτερο μέρος της δράσης αυτή τη στιγμή", λέει ο Marnay, ο οποίος αποχώρησε τον Ιούνιο από την ομάδα ενσωμάτωσης του δικτύου Berkeley Lab.
Τα ακραία καιρικά φαινόμενα τα τελευταία χρόνια, όπως ο τυφώνας Sandy, έχουν υπενθυμίσει στους επιχειρηματίες, τους στρατιωτικούς και τους πολιτικούς ηγέτες την ευπάθεια της υποδομής ηλεκτρικής ενέργειας στις Ηνωμένες Πολιτείες. "Η αυξανόμενη συχνότητα των φυσικών καταστροφών προκαλεί ισχυρότερο ενδιαφέρον για τις μικροσυστήματα και τις εφεδρικές λύσεις ισχύος", λέει ο Brian Carey, ηγέτης της αμερικανικής συμβουλευτικής πρακτικής Cleantech για την λογιστική εταιρία PricewaterhouseCoopers, γνωστή ως PwC.
Μια μικροργιλία ύψους 71 εκατομμυρίων δολαρίων που κατασκευάστηκε στην έδρα της αμερικανικής υπηρεσίας τροφίμων και φαρμάκων, για παράδειγμα, παρείχε ενέργεια στην πανεπιστημιούπολη κατά τη διάρκεια και μετά τον τυφώνα Sandy όταν μειώθηκε το περιφερειακό δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Τον Μάρτιο του 2011, το Sendgard Microgrid, που βρίσκεται στην πανεπιστημιούπολη Tohoku Fukushi University στο Sendai City της Ιαπωνίας, συνέχισε να παρέχει ενέργεια και θερμότητα σε πελάτες μετά τον καταστροφικό σεισμό Tohoku και το τσουνάμι κατέστρεψαν τροφοδοτικά σε όλη την περιβάλλουσα περιοχή.
Ενώ η ευελιξία είναι από καιρό κλειδί για την προσέλκυση μικροσυστημάτων για εγκαταστάσεις με κρίσιμα φορτία ενέργειας, η μετατόπιση των τιμών της ενέργειας και η πρόοδος της τεχνολογίας φέρνουν τώρα τα μικροσυστήματα στην περιοχή για τις πόλεις και τις γειτονιές που επιθυμούν τοπικό έλεγχο της τροφοδοσίας τους ή καθαρότερη ενέργεια από αυτή που προσφέρουν χρησιμότητα.
Τα ηλιακά φωτοβολταϊκά πάνελ κοστίζουν σήμερα 80 τοις εκατό λιγότερο από ό, τι το 2008. Η συμβουλευτική εταιρεία McKinsey & Company προβλέπει ότι οι τιμές των μπαταριών ιόντων λιθίου θα μειώνονταν στα 200 δολάρια ανά κιλοβατώρα έως το 2020 από περίπου 500 έως 600 δολάρια ανά κιλοβατώρα σήμερα. Οι εγκαταστάσεις που κατασκευάζουν μικροσυστήματα μπορούν επίσης να εξοικονομήσουν χρήματα κάθε χρόνο αγοράζοντας λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια από την τοπική χρησιμότητα ή, σε ορισμένες περιπτώσεις, πωλώντας ενέργεια στο βοηθητικό πρόγραμμα όταν η τροφοδοσία είναι σφιχτή.
"Μπορεί να υπάρξει σημαντική εξοικονόμηση κόστους εάν ένα πανεπιστήμιο ή ένα νοσοκομείο μπορεί στην πραγματικότητα να πουλήσει ισχύ με βάση την τιμολόγηση της αγοράς ενέργειας σε πραγματικό χρόνο, όχι μόνο με το ρυθμό που κανονικά θα πληρώνουν", λέει ο Carey, της PwC. "Οι τιμές μπορούν να κυμανθούν δραματικά, από 15 σε 20 σεντ ανά κιλοβατώρα σε δολάρια ενιαίου ψηφίου ανά κιλοβατώρα."
Σύμφωνα με τον Byron Washom του UCSD, το πανεπιστήμιο εξοικονομεί $ 800.000 το μήνα στους λογαριασμούς ηλεκτρικού ρεύματος του, παράγοντας το 92% της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνει. Η FDA λέει ότι η πανεπιστημιούπολη microgrid της αποθηκεύει τον οργανισμό 11 εκατομμύρια δολάρια ετησίως σε ενεργειακό κόστος.
Η τεχνολογία ταχείας ωρίμανσης επιτρέπει την καλύτερη ολοκλήρωση και βελτιστοποίηση των συστατικών του μικροσυστήματος. Η Washom σημειώνει, για παράδειγμα, ότι τα βελτιωμένα εργαλεία πρόβλεψης της ηλιακής ενέργειας ενημερώνουν το σύστημα διαχείρισης της πανεπιστημιούπολης όταν πρόκειται να φορτιστούν ή να εκφορτιστούν οι μπαταρίες. «Είμαστε μάρτυρες ανώτερων συστημάτων ελέγχου που μπορούν να διαχειριστούν ένα microgrid καθώς μπορεί επίσης να διαχειριστεί μια ολόκληρη εγκατάσταση», λέει. "Υπάρχει μια ολόκληρη ποικιλία νέων εργαλείων που αναδύονται στο πώς διαχειρίζεστε την προσφορά σας, τη ζήτηση, την αποθήκευση και τις εισαγωγές σας." Σύντομα, λέει ο Washom, οι διαχειριστές ενέργειας θα εκτιμούν την ετοιμότητα των περιουσιακών στοιχείων του συστήματος κάθε λίγα λεπτά για να προβλέψουν ή ανταποκρίνεται στις μεταβαλλόμενες συνθήκες.
Ενώ οι τεχνολογικές εξελίξεις προχωρούν, ωστόσο, οι ειδικοί λένε ότι απαιτούνται νέες πολιτικές για την επιτάχυνση της υιοθέτησης μικροδασμών. Ο Marnay λέει ότι οι τρέχουσες αμερικανικές πολιτικές σε κρατικό και ομοσπονδιακό επίπεδο προάγουν μεμονωμένες ενεργειακές τεχνολογίες, όπως η αποθήκευση ηλιακής, αιολικής και ενεργειακής ενέργειας, αλλά απαιτείται περισσότερη υποστήριξη για την ανάπτυξη αυτών των τεχνολογιών σε πολύπλοκα συστήματα όπως τα μικροσυστήματα.
Ήδη το Τμήμα Ενέργειας έχει συνεργαστεί με τοπικούς και κρατικούς αξιωματούχους για την προσαρμογή των στρατιωτικών σχεδίων microgrid για πολιτικές εφαρμογές. Στο Νιου Τζέρσεϊ, για παράδειγμα, όπου ο τυφώνας Αμύγδαλος χτύπησε τη δημόσια διαμετακόμιση και άφησε κάποιους κατοίκους χωρίς εξουσία για μια εβδομάδα ή περισσότερο, η DOE συνεργάζεται με την κρατική υπηρεσία διαμετακόμισης για να σχεδιάσει ένα μικροπλάνο που θα συνέβαλε στη διατήρηση ηλεκτρικών τρένων που λειτουργούν κατά τη διάρκεια μιας φυσικής καταστροφή.
Το Τμήμα Ενέργειας έχει επίσης αρχίσει να παίρνει πιο ενεργό ρόλο στον καθορισμό προτύπων για τον σχεδιασμό και τη λειτουργία των μελλοντικών μικροδέντρων, καθώς και στην ενσωμάτωσή τους στην υπάρχουσα υποδομή ενέργειας. Ακόμα και ο ορισμός του τι κάνει ένα μικροπλάνο αλλάζει: η κλίμακα θα μπορούσε να φθάσει τα 60 μεγαβάτ τα επόμενα χρόνια. Μια ομάδα εμπειρογνωμόνων από τον οργανισμό αναπτύσσει ένα σχέδιο για ένα σύστημα microgrid σε εμπορική κλίμακα ικανό να μειώσει τους χρόνους διακοπής κατά περισσότερο από 98 τοις εκατό σε κόστος συγκρίσιμο με εφεδρικό τροφοδοτικό ισχύος με ντίζελ μειώνοντας παράλληλα τις εκπομπές και βελτιώνοντας την ενεργειακή απόδοση του συστήματος από τουλάχιστον 20% έως το 2020.
Η τυποποίηση, λέει ο Carey, θα πρέπει να εξορθολογίσει τη διαδικασία ανάπτυξης του έργου, να μειώσει το κόστος και να βελτιώσει την πρόσβαση στη χρηματοδότηση, διευκολύνοντας τις τράπεζες να αξιολογήσουν τον κίνδυνο. "Το να έχεις εξειδικευμένη μηχανική για κάθε microgrid είναι προφανώς μια πολύ δαπανηρή πρόταση και ένα μεγάλο βάρος για την ανάπτυξή τους", λέει ο Marnay.
Στο τέλος της ημέρας, τα microgrids απειλούν να ανεβάσουν το κεντρικό μοντέλο παραγωγής και διανομής που κυριαρχεί στο αμερικανικό σύστημα ηλεκτρισμού για περισσότερο από έναν αιώνα και οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας ανέκοψαν αργά το νέο μοντέλο. "Τα βοηθητικά προγράμματα βλέπουν τα microgrids ως απειλή για τις ροές εισοδήματός τους", λέει ο Carey. Ωστόσο, τα οφέλη από την ύπαρξη τροφοδοτικών που μπορούν να αποσπαστούν ή να συγχρονιστούν με το παραδοσιακό πλέγμα, όπως απαιτείται, κερδίζουν όλο και περισσότερο τις επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας όπως το SDG & E. Λέει Carey, "Θα πρέπει να τους επιτρέψει να κρατήσει το δίκτυο πιο σταθερό."
