Ved middagstid 22. oktober 2007 mottok University of California, San Diego, en nødanrop fra det lokale verktøyet. Regionale branner hadde skadet og deaktivert kraftlinjer, og nettoperatøren i California hadde erklært en nødoverføring for energioverføring. San Diego Gas & Electric ba universitetet om å redusere mengden strøm det trakk fra nettet, og om mulig begynne å generere strøm til bruk for andre brukskunder.
I løpet av 10 minutter svingte campus fra å trekke 4 megawatt strøm fra strømnettet til å mate det 3 megawatt, sier Byron Washom, direktør for strategiske energitiltak for UCSD. "At 7 megawatt var den syltynt margin mellom San Diego Gas & Electric-nettet som var igjen eller kollapset."
San Diego campus var i stand til å reagere så raskt delvis fordi et halvt århundre tidligere grunnleggerne hadde bestemt seg for å legge grunnlaget for en selvforsynt strømforsyning, eller det energiekspertene i dag kaller et ”mikrogrid.” Den første strukturen ble reist på campus i 1962 var et sentralt kraftverk designet for å skaffe gasskraft og fjernvarme og kjøling til skolens bygninger. Det i seg selv var og ikke er uvanlig for en akademiker, eller til og med et bedriftscampus. Men gjennom årene fikk UCSD selvforsyning ved å legge til dampturbiner, solcelle fotovoltaiske paneler, brenselceller og energilagring, i tillegg til å installere kraftledninger for å overføre strøm til og fra SDG & Es elektriske nett.
Alle disse eiendelene opererer nå under kontroll av et sofistikert energiledelsessystem, og campusmikrogrid gjør det mulig for universitetet å generere, lagre og sende strøm etter behov - til slutt gi 92 prosent av strømmen som brukes på campus. Selv om universitetet normalt henter strøm fra SDG & E-nettet for å oppfylle den omtrent 38 megawatt belastningen, kan det også bytte til "øy" -modus i tilfelle strømproblemer eller strømbrudd utenfor campus, og dekke alle sine egne strømbehov. Og når det er mangel på strøm på hovednettet som betjener større San Diego, kan UCSD selge strøm til SDG & E.
Som svar på nødoppringningen i 2007 fyrte universitetet opp en 3-megawatt dampturbin og reduserte strømbehovet ved å justere klimakontrollinnstillingene og gikk over til å trekke kaldt vann for kjølesystemet fra svært effektive termiske lagringstanker i stedet for elektriske kjølere. "Med to museklikk, med vårt kontrollsystem, kan vi endre 4000 termostater på campus, " sier Washom.
UCSD og andre mikrogridoperatører tilbyr et moderne overtak av små likestrømssystemer installert i fabrikker og sentrum fra begynnelsen av 1870-tallet. Som de tidlige systemene, har disse nye designene lokalproduksjon og distribusjon av elektrisitet i stedet for overføringslinjer på lang avstand og sentraliserte kraftstasjoner som kjennetegnet kraftnettet fra det 20. århundre. "Vi dekonstruerer strømnettet for øyeblikket, tilbake til [Thomas] Edison, " sier Jim Reilly, hvis konsulentselskap Reilly Associates rådgiver departementet for energi om mikrogriddrift.
Røttene til denne dekonstruksjonstrenden går tilbake til slutten av 1990-tallet, da det amerikanske energidepartementet bestemte seg for å starte forskningen om kraftoverføring og pålitelighet. Flyttingen kom som et svar på elektrisk deregulering og forventning om en kommende bølge av solcellepaneler på taket og andre former for desentralisert kraftproduksjon. "Vi hadde ikke på det tidspunktet egentlig et konsept av 'mikrogrids' i seg selv, " sier Chris Marnay, en av pionerene innen mikrogridforskning. Ideen om å generere energi lokalt var en gammel. Men det tok fremskritt innen kontroller og kraftelektronikk for å muliggjøre et ekte mikrogrid som kunne samhandle med og "øya" fra det større strømnettet. I løpet av få år formaliserte Marnays forskningsgruppe ved Lawrence Berkeley National Laboratory forestillingen om et mikrogrid i et prosjekt for California Energy Commission.
Fordelene som gis av UCSDs mikrogrid - smidighet og selvforsyning - er nå i stor etterspørsel blant energibrukere som risikerer alvorlige konsekvenser i tilfelle strømbrudd, som universiteter som kjører følsomt laboratorieutstyr, militære baser som holder våpenkontrollsystemer og datasentre håndtering enorme informasjonskrefter. "Det er fasilitetene som ønsker unormal kraft av høy kvalitet der vi ser det meste av handlingen for øyeblikket, " sier Marnay, som trakk seg i juni fra Berkeley Labs Grid Integration Group.
Ekstreme værhendelser de siste årene, som orkanen Sandy, har minnet næringsliv, militære og politiske ledere om skjørheten til elektrisitetsinfrastruktur i USA. "Den økende frekvensen av naturkatastrofer driver en sterkere interesse for mikrogrid- og sikkerhetskopieringsløsninger, " sier Brian Carey, som leder den amerikanske cleantech-rådgivningen for regnskapsfirmaet PricewaterhouseCoopers, kjent som PwC.
Et mikrogrid på 71 millioner dollar som ble bygget i hovedkvarteret til US Food and Drug Administration, for eksempel, forsynte strøm til campus under og etter orkanen Sandy da det regionale kraftnettet gikk ned. I mars 2011 fortsatte Sendai Microgrid, som ligger på campus ved Tohoku Fukushi University i Sendai City, Japan, med å levere strøm og varme til kundene etter at det ødeleggende Tohoku-jordskjelvet og tsunamien brakte ned strømforsyninger i hele området rundt.
Selv om resiliency lenge har vært nøkkelen til appellen til mikrogrid for anlegg med kritisk kraftbelastning, skifter energipriser og teknologiske fremskritt nå mikrogrids innen rekkevidde for byer og nabolag som ønsker lokal kontroll av strømforsyningen eller renere energi enn det som tilbys av deres nytte.
Solcellepaneler koster nå 80 prosent mindre enn de gjorde i 2008. Konsulentfirmaet McKinsey & Company spår at prisene på litiumionbatterier kan falle til 200 dollar per kilowattime i 2020, fra omtrent $ 500- $ 600 per kilowattime i dag. Fasiliteter som bygger mikrogrid kan også spare penger år etter år ved å kjøpe mindre strøm fra deres lokale verktøy eller, i noen tilfeller, selge strøm til verktøyet når forsyningen er tett.
"Det kan være en betydelig kostnadsbesparelse hvis et universitet eller et sykehus faktisk kan selge kraft basert på markedsprising i sanntid for strøm, ikke bare til den prisen de normalt betaler, " sier Carey, fra PwC. "Prisene kan svinge dramatisk, fra 15 til 20 cent per kilowattime til enkelsifrede dollar per kilowattime."
I følge Byron Washom fra UCSD sparer universitetet 800.000 dollar per måned på strømregningene ved å generere 92 prosent av strømmen det bruker. FDA sier at mikrokampanjen på campus sparer byrået 11 millioner dollar årlig i energirelaterte kostnader.
Rask modningsteknologi muliggjør bedre integrasjon og optimalisering av mikrogridkomponenter. Washom bemerker for eksempel at forbedrede verktøy for solvarsling informerer campusens energiledelsessystem når de skal lade eller lades ut batterier. "Vi er vitne til overordnede kontrollsystemer som kan administrere et mikrogrid i tillegg til at det kan administrere et helt anlegg, " sier han. "Det er en rekke nye verktøy som dukker opp for hvordan du styrer tilbudet, etterspørselen, lagringen og importen din." Snart, sier Washom, vil energiledere vurdere beredskapen til systemets eiendeler med noen få minutter til å forutse eller svare på skiftende forhold.
Mens teknologi løper fremover, sier eksperter imidlertid ny policy for å fremskynde adopsjon av mikrogrid. Marnay sier at dagens amerikanske politikker på statlig og føderalt nivå fremmer individuelle energiteknologier, for eksempel sol-, vind- og energilagring, men mer støtte er nødvendig for distribusjon av disse teknologiene i komplekse systemer som mikrogrid.
Energidepartementet har allerede samarbeidet med lokale og statlige tjenestemenn for å tilpasse militært mikrogrid-design til sivile applikasjoner. I New Jersey, for eksempel der orkanen Sandy slo ut kollektivtransport og etterlot noen innbyggere uten strøm i en uke eller mer, samarbeider DOE med det statlige transittbyrået for å designe et mikrogrid som vil bidra til å holde elektrisk drevne tog kjørt under en naturlig katastrofe.
Energiavdelingen har også begynt å ta en mer aktiv rolle i å sette standarder for å veilede design og drift av fremtidige mikrogrid, samt integrering av dem med eksisterende kraftinfrastruktur. Til og med definisjonen av hva som lager et mikrogrid, endrer seg: skalaen kan nå så stor som 60 megawatt de kommende årene. En gruppe eksperter fra byrået utvikler en plan for et kommersielt skala-mikrogrid-system som kan redusere driftsstider med mer enn 98 prosent til en kostnad som kan sammenlignes med en dieseldrevet backup-strømforsyning, samtidig som utslippene reduseres og energieffektiviteten i systemet forbedres minst 20 prosent innen 2020.
Standardisering, sier Carey, bør effektivisere prosjektutviklingsprosessen, redusere kostnadene og forbedre tilgangen på finansiering ved å gjøre det lettere for bankene å vurdere risiko. "Å måtte ha spesialisert prosjektering for hvert mikrogrid er åpenbart et veldig kostbart forslag og en stor belastning for utplasseringen av dem, " sier Marnay.
På slutten av dagen truer mikrogridene med å øke den sentraliserte generasjons- og distribusjonsmodellen som har dominert det amerikanske elsystemet i mer enn et århundre, og verktøyene har gått sakte med å omfavne den nye modellen. "Verktøy ser mikrogridser som en trussel mot inntektsstrømmene deres, " sier Carey. Likevel vinner fordelene ved å ha strømforsyninger som kan splitte seg eller synkroniseres med det tradisjonelle nettet etter behov i økende grad over verktøy som SDG og E. Sier Carey, "Det skal gi dem mulighet til å holde nettet mer stabilt."
