Pada tengah hari pada 22 Oktober 2007, University of California, San Diego, menerima panggilan kecemasan dari utiliti tempatan. Banjir hutan serantau telah rosak dan talian kuasa dilumpuhkan dan operator grid California telah mengisytiharkan kecemasan penghantaran tenaga. San Diego Gas & Electric meminta universiti itu untuk mengurangkan jumlah elektrik yang digerakkan dari grid dan, jika boleh, mula menjana kuasa untuk digunakan oleh pelanggan utiliti lain.
Dalam masa 10 minit, kampus itu bergerak dari lukisan 4 megawatt elektrik dari grid kuasa untuk memberi makan 3 megawatt, kata Byron Washom, Pengarah Inisiatif Tenaga Strategik untuk UCSD. "Itu 7 megawatt adalah margin cukur tipis antara grid San Diego Gas & Electric yang tersisa atau runtuh."
Kampus San Diego mampu bereaksi dengan cepat sebahagiannya kerana sejak pertengahan abad, pengasasnya telah memutuskan untuk meletakkan asas untuk bekalan kuasa yang mencukupi, atau tenaga pakar yang kini memanggil "mikrogrid." Struktur pertama yang didirikan pada kampus pada tahun 1962 adalah sebuah loji janakuasa pusat yang direka untuk menyediakan elektrik yang dipancarkan gas serta pemanasan dan penyejukan daerah untuk bangunan sekolah. Itu dengan sendirinya adalah dan tidak biasa untuk kampus akademik, atau bahkan sebuah syarikat korporat. Tetapi selama bertahun-tahun, UCSD telah memperoleh kecekapan dengan menambah turbin stim, panel fotovoltaik solar, sel bahan api dan penyimpanan tenaga, selain memasang talian kuasa untuk menghantar elektrik ke dan dari grid elektrik SDG & E.
Semua aset ini kini beroperasi di bawah kawalan sistem pengurusan tenaga yang canggih, dan mikrogrid kampus membolehkan universiti menjana, menyimpan dan menghantar elektrik seperti yang diperlukan-pada akhirnya menyediakan 92 peratus tenaga elektrik yang digunakan di kampus. Walaupun universiti biasanya menarik tenaga elektrik dari grid SDG & E untuk memenuhi beban 38 megawattnya, ia juga boleh bertukar kepada mod "pulau" sekiranya masalah kuasa atau gangguan di luar kampus, memenuhi semua keperluan elektriknya sendiri. Dan apabila bekalan elektrik tidak mencukupi pada grid elektrik utama yang melayani San Diego yang lebih besar, UCSD boleh menjual kuasa kepada SDG & E.
Sebagai tindak balas kepada panggilan kecemasan 2007, universiti itu menaikkan turbin stim 3 megawatt dan mengurangkan permintaan tenaga dengan menyesuaikan tetapan kawalan iklim dan bertukar untuk menarik air sejuk untuk sistem penyejukannya daripada tangki simpanan haba yang sangat cekap dan bukan penyejuk elektrik. "Dengan dua klik tetikus, dengan sistem kawalan kami, kami boleh menukar 4, 000 termostat di kampus, " kata Washom.
UCSD dan pengendali mikrogrid yang lain menawarkan sistem moden kecil yang dipasang di kilang-kilang dan pusat-pusat bandar yang bermula pada tahun 1870-an. Seperti sistem awal, reka bentuk baru ini mempunyai generasi tempatan dan pengedaran elektrik berbanding talian penghantaran jarak jauh dan stesen kuasa berpusat jauh yang mencirikan grid kuasa abad ke -20. "Kami sedang membina semula grid kuasa, kembali ke [Thomas] Edison, " kata Jim Reilly, yang syarikat perundingnya Reilly Associates menasihati Jabatan Tenaga mengenai operasi mikrogrid.
Akar trend dekonstruksi ini kembali ke akhir 1990-an, apabila Jabatan Tenaga Amerika Syarikat memutuskan untuk memulakan penyelidikan ke dalam transmisi dan kebolehpercayaan kuasa. Langkah itu datang sebagai tindak balas kepada penyahkawalseliaan elektrik dan jangkaan gelombang solar panel bumbung yang datang dan bentuk penjanaan kuasa yang terdesentralisasi. "Kami tidak pada masa itu benar-benar mempunyai konsep 'microgrids' per se, " kata Chris Marnay, salah seorang pelopor penyelidikan mikrogrid. Idea untuk menjana tenaga secara tempatan adalah yang lama. Tetapi ia memerlukan kemajuan dalam kawalan dan elektronik kuasa untuk membolehkan microgrid sebenar yang dapat berinteraksi dengan dan "pulau" dari grid kuasa yang lebih besar. Dalam beberapa tahun, kumpulan penyelidikan Marnay di Lawrence Berkeley National Laboratory merumuskan tanggapan mikrogrid dalam satu projek untuk Suruhanjaya Tenaga California.
Faedah-faedah yang disediakan oleh mikrogrid-kelincahan dan kebolehan diri UCSD kini kini berada dalam permintaan yang tinggi di kalangan pengguna tenaga yang menghadapi risiko yang teruk dalam hal gangguan kuasa, seperti universiti yang menjalankan peralatan makmal sensitif, pangkalan tentera yang memegang sistem kawalan senjata dan pengendalian pusat data trojan maklumat yang luas. "Ia adalah kemudahan yang menginginkan kuasa yang sangat berkualiti tinggi di mana kita melihat kebanyakan tindakan pada masa ini, " kata Marnay, yang bersara pada bulan Jun dari Grid Integration Group Berkeley Lab.
Peristiwa cuaca yang melampau pada tahun-tahun kebelakangan ini, seperti Taufan Sandy, telah mengingatkan para pemimpin perniagaan, ketenteraan dan politik tentang kerapuhan infrastruktur elektrik di Amerika Syarikat. "Peningkatan kekerapan bencana alam memacu minat yang lebih kuat dalam penyelesaian kuasa mikro dan sokongan, " kata Brian Carey, yang mengetuai amalan penasihat cleantech AS untuk firma perakaunan PricewaterhouseCoopers, yang dikenali sebagai PwC.
Mikrogrid bernilai $ 71 juta yang dibina di ibu pejabat Pentadbiran Makanan dan Dadah AS, sebagai contoh, membekalkan kuasa ke kampus semasa dan selepas Hurricane Sandy apabila grid kuasa serantau turun. Pada bulan Mac 2011, Sendai Microgrid, yang terletak di kampus Universiti Tohoku Fukushi di Sendai City, Jepun, terus membekalkan tenaga dan haba kepada para pelanggan selepas gempa bumi Tohoku dan tsunami yang merosakkan bekalan elektrik di seluruh kawasan sekitarnya.
Walaupun daya tahan lama telah menjadi kunci kepada daya tarikan mikro untuk kemudahan dengan beban tenaga kritikal, perubahan harga tenaga dan kemajuan teknologi kini membawa mikrogrim dalam jangkauan untuk bandar-bandar dan kawasan kejiranan yang mahu kawalan tempatan bekalan kuasa mereka atau tenaga yang lebih bersih daripada yang ditawarkan oleh mereka utiliti.
Panel fotovoltaik suria sekarang kos 80 peratus kurang daripada yang mereka lakukan pada tahun 2008. Syarikat perundingan McKinsey & Company meramalkan bahawa harga bateri lithium-ion boleh jatuh ke $ 200 per kilowatt-jam menjelang 2020, dari kira-kira $ 500- $ 600 setiap kilowatt-jam hari ini. Kemudahan yang membina microgrid juga boleh menjimatkan wang tahun demi tahun dengan membeli elektrik yang kurang dari utiliti tempatan mereka atau, dalam beberapa kes, menjual kuasa kepada utiliti apabila bekalannya ketat.
"Ini boleh menjadi penjimatan kos yang signifikan jika universiti atau hospital sebenarnya boleh menjual kuasa berdasarkan harga pasaran masa nyata untuk kuasa, bukan hanya pada kadar yang biasanya mereka bayar, " kata Carey, dari PwC. "Harga boleh berayun secara dramatik, dari 15 hingga 20 sen per kilowatt-jam hingga satu digit dolar per kilowatt-jam."
Menurut Byron Washom dari UCSD, universiti menjimatkan $ 800, 000 sebulan atas bil kuasa dengan menjana 92 peratus daripada elektrik yang dikonsumsi. FDA mengatakan bahawa mikrogrid kampusnya menjimatkan agensi $ 11 juta setiap tahun dalam kos yang berkaitan dengan tenaga.
Teknologi yang matang dengan pantas membolehkan penyepaduan dan pengoptimuman komponen mikrogradi yang lebih baik. Nota-nota Washom, contohnya, alat ramalan solar yang lebih baik memaklumkan sistem pengurusan tenaga kampus apabila mengecas atau menunaikan bateri. "Kami menyaksikan sistem kawalan unggul yang boleh menguruskan mikrogrid serta dapat menguruskan seluruh kemudahan, " katanya. "Terdapat pelbagai alat baru yang muncul untuk bagaimana anda menguruskan bekalan anda, permintaan anda, simpanan anda dan import anda." Tidak lama kemudian, Washom berkata, pengurus tenaga akan menilai kesediaan aset sistem setiap beberapa minit untuk menjangka atau balas kepada perubahan keadaan.
Walau bagaimanapun, perlumbaan teknologi ke hadapan, pakar mengatakan dasar baru diperlukan untuk mempercepat penerimaan mikrogrid. Marnay berkata dasar AS saat ini di peringkat negeri dan persekutuan memajukan teknologi tenaga individu, seperti solar, angin dan penyimpanan tenaga, tetapi lebih banyak sokongan diperlukan untuk penggunaan teknologi ini dalam sistem kompleks seperti microgrids.
Sudah tentu, Jabatan Tenaga telah bekerjasama dengan pegawai-pegawai tempatan dan negeri untuk menyesuaikan reka bentuk mikrograd tentera untuk aplikasi awam. Di New Jersey, contohnya, di mana Taufan Sandy mengetepikan transit awam dan meninggalkan beberapa penduduk tanpa kuasa selama seminggu atau lebih, DOE bekerja dengan agensi transit negara untuk merekabentuk mikrogrid yang akan membantu menjaga kereta api berkuasa elektrik berjalan semasa alam semulajadi bencana.
Jabatan Tenaga juga telah mula mengambil peranan yang lebih aktif dalam menetapkan standard untuk membimbing reka bentuk dan operasi mikrogrid masa depan, serta integrasi mereka dengan infrastruktur kuasa yang sedia ada. Malah definisi apa yang membuat mikrogrid berubah: skala boleh mencapai setinggi 60 megawatt dalam tahun-tahun akan datang. Sekumpulan pakar dari agensi sedang membangunkan rancangan untuk sistem mikrogrid berskala komersil yang mampu mengurangkan masa gangguan sebanyak 98 peratus pada kos yang setanding dengan bekalan kuasa sandaran berkuasa diesel sementara mengurangkan pengeluaran dan meningkatkan kecekapan tenaga sistem dengan kurangnya 20 peratus menjelang tahun 2020.
Standardisasi, Carey berkata, perlu menyelaraskan proses pembangunan projek, mengurangkan kos dan meningkatkan akses kepada pembiayaan dengan memudahkan bank menilai risiko. "Memiliki kejuruteraan khusus bagi setiap mikrogrid jelas merupakan cadangan yang sangat mahal dan beban yang besar kepada penggunaan mereka, " kata Marnay.
Pada akhir hari, microgrids mengancam untuk menaikkan model generasi dan pengedaran berpusat yang telah menguasai sistem elektrik AS lebih dari satu abad, dan utiliti telah lambat untuk memeluk model baru. "Utiliti melihat mikrogrid sebagai ancaman kepada aliran pendapatan mereka, " kata Carey. Namun faedah-faedah mempunyai bekalan kuasa yang boleh dipisahkan atau diselaraskan dengan grid tradisional seperti yang diperlukan semakin memenangi utiliti seperti SDG & E. Kata Carey, "Ia sepatutnya membolehkan mereka menyimpan grid lebih stabil."
