בצהריים ב- 22 באוקטובר 2007 קיבלה אוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו, שיחת חירום מהכלי השירות המקומי. מדורות בר אזוריות פגעו בקווי החשמל והושבתו ומפעילת הרשת בקליפורניה הצהירה על חירום להעברת אנרגיה. סן דייגו גז וחשמל ביקשה מהאוניברסיטה להפחית את כמות החשמל שהיא שואבת מהרשת, ואם אפשר, להתחיל לייצר חשמל לשימושם של לקוחות שירות אחרים.
בתוך 10 דקות, הקמפוס התנדנד ממצב של 4 מגה וואט חשמל מרשת החשמל והזנתו 3 מגה וואט, אומר ביירון וושאום, מנהל יוזמות אנרגיה אסטרטגיות עבור UCSD. "7 מגה-וואט היו השוליים הדקים כתער בין רשת הגז והחשמל של סן דייגו שנותרו למעלה או קורסים."
קמפוס סן דייגו הצליח להגיב כל כך מהר בחלקו מכיוון שחצי מאה לפני כן החליטו מייסדיו להניח את הקרקע לאספקת חשמל המספקת את עצמה, או מה שמומחי האנרגיה מכנים כיום "מיקרו-רשת". המבנה הראשון שהוקם על הקמפוס בשנת 1962 היה תחנת כוח מרכזית שנועדה לספק חשמל דלק כמו גם חימום וקירור מחוז עבור מבני בית הספר. זה כשלעצמו לא היה יוצא דופן עבור אקדמאי או אפילו קמפוס תאגידי. אך במהלך השנים UCSD השיגה תועלת עצמית על ידי הוספת טורבינות קיטור, לוחות פוטו וולטאיים סולאריים, תאי דלק ואחסון אנרגיה, בנוסף להתקנת קווי חשמל להעברת חשמל לרשת החשמל של SDG & E וממנה.
כל הנכסים הללו פועלים כעת בשליטת מערכת ניהול אנרגיה מתוחכמת, והמיקרו-רשת של הקמפוס מאפשרת לאוניברסיטה לייצר, לאחסן ולשלוח חשמל לפי הצורך - בסופו של דבר לספק 92 אחוז מהחשמל המשמש בקמפוס. למרות שהאוניברסיטה בדרך כלל שואבת חשמל מרשת SDG & E בכדי לעמוד בעומס שלה בערך 38 מגה-ואט, היא יכולה גם לעבור למצב "אי" במקרה של בעיות חשמל או הפסקות מחוץ לקמפוס, ולענות על כל צורכי החשמל שלה. וכאשר יש מחסור בחשמל החשמלי הראשי המשרת את סן דייגו גדולה יותר, UCSD יכול למכור חשמל ל- SDG & E.
בתגובה לשיחת החירום ב -2007, האוניברסיטה פעלה טורבינת קיטור של 3 מגה-וואט והפחיתה את הביקוש לחשמל על ידי התאמת הגדרות בקרת האקלים ועברה לשאיבת מים קרים למערכת הקירור שלה ממכלי אחסון תרמיים יעילים במיוחד במקום צנרת חשמלית. "עם שתי לחיצות עכבר, עם מערכת הבקרה שלנו, אנו יכולים לשנות 4, 000 תרמוסטטים בקמפוס, " אומר וושום.
UCSD ומפעילי מיקרו-גריד אחרים מציעים לקחת על עצמם מודרנית את מערכות החשמל הקטנות של זרם ישר, המותקנות במפעלים ובמרכזי ערים החל משנות ה- 1870. בדומה למערכות המוקדמות הללו, עיצובים חדשים אלה כוללים ייצור מקומי והפצה של חשמל במקום קווי הולכה למרחקים ארוכים ותחנות כוח מרוכזות מרוחקות שאפיינו את רשת החשמל של המאה העשרים. "אנו מפרקים כרגע את רשת החשמל, בחזרה ל [תומאס] אדיסון", אומר ג'ים ריילי, שחברת הייעוץ שלו ריילי אסויטיס מייעצת למחלקת האנרגיה בפעילות מיקרו-רשת.
שורשי מגמת הפירוק הזו חוזרים לסוף שנות התשעים, כאשר משרד האנרגיה האמריקני החליט להקפיץ את המחקר בנושא העברת כוח ואמינות. המהלך הגיע כתגובה לפיקוח בחשמל וציפייה לגל הקרוב של לוחות סולאריים על הגג וצורות אחרות של ייצור חשמל מבוזר. "באותו זמן לא היה לנו מושג של 'מיקרו גרידס' כשלעצמו", אומר כריס מרנאיי, מחלוצי מחקר המיקרו גריד. הרעיון לייצר אנרגיה מקומית היה רעיון ישן. אבל זה לקח התקדמות בבקרות ובאלקטרוניקה של כוח כדי לאפשר מיקרו רשת אמיתית שיכולה לתקשר עם "האי" מרשת החשמל הגדולה יותר. בתוך מספר שנים, קבוצת המחקר של מרנאיי במעבדה הלאומית לורנס ברקלי רשמית את הרעיון של מיקרו גריד בפרויקט של נציבות האנרגיה בקליפורניה.
היתרונות הניתנים על ידי המיקרו-רשת של UCSD - זריזות וסיפוק עצמי - מבוקשים כעת בקרב משתמשי אנרגיה שמסכנים השלכות חמורות במקרה של הפרעות חשמל, כמו אוניברסיטאות המפעילות ציוד מעבדה רגיש, בסיסים צבאיים המחזיקים במערכות בקרת נשק ומרכזי נתונים המטפלים שפע מידע עצום. "המתקנים שרוצים כוח באיכות גבוהה באופן חריג, שבהם אנו רואים את רוב הפעולות כרגע", אומר מארנאיי, שפרש ביוני מקבוצת הרשת לשילוב ברשת ברקלי.
אירועי מזג אוויר קיצוניים בשנים האחרונות, כמו הוריקן סנדי, הזכירו למנהיגים עסקיים, צבאיים ופוליטיים את שבריריות תשתיות החשמל בארצות הברית. "התדירות ההולכת וגוברת של אסונות טבע מעוררת עניין רב יותר בפתרונות כוח מיקרו-גריד וגיבוי, " אומר בריאן קארי, שמוביל את תחום הייעוץ הקלינטק האמריקני בחברת רואי החשבון PricewaterhouseCoopers, המכונה PwC.
מיקרו-רשת, בסך 71 מיליון דולר, שנבנתה במטה של מנהל המזון והתרופות האמריקני, למשל, סיפקה כוח לקמפוס במהלך הוריקן סנדי ואחריו כשירדה רשת החשמל האזורית. במארס 2011 המשיך מיקרו גריד סנדאי, שנמצא בקמפוס של אוניברסיטת טוהוקו פוקושי בסנדאי סיטי, יפן, והמשיך לספק כוח וחום ללקוחות לאחר שרעידת האדמה ההרסנית וטוהאמי ההרסנית הפילה את אספקת החשמל ברחבי האזור שמסביב.
בעוד שהגמישות כבר מזמן הייתה המפתח לפנייה של מיקרו-רשתות למתקנים עם עומסי כוח קריטיים, אולם מחירי האנרגיה וההתקדמות הטכנולוגית מביאים כעת את המיקרו-רשתות בהישג יד לערים ושכונות שרוצות שליטה מקומית באספקת החשמל או באנרגיה נקייה יותר מזו שמציעה שלהם שירות.
לוחות פוטו-וולטאיים סולאריים עולים כעת 80 אחוז פחות ממה שהם עשו בשנת 2008. חברת הייעוץ מקינזי וחברה צופה כי מחירי סוללות ליתיום-יון עלולות לרדת ל -200 דולר לקילוואט-שעה עד 2020, מכ- 500-600 $ לקילוואט-שעה כיום. מתקנים הבונים מיקרו-רשתות יכולים גם לחסוך כסף שנה אחרי שנה על ידי רכישת פחות חשמל מהשירות המקומי שלהם, או, במקרים מסוימים, במכירת חשמל לכלי השירות כאשר האספקה דחוקה.
"זה יכול להיות חיסכון משמעותי בעלויות אם אוניברסיטה או בית חולים באמת יכולים למכור כוח בהתבסס על תמחור השוק בזמן אמת לכוח, ולא רק לפי השיעור שהם בדרך כלל ישלמו, " אומרת קארי, מ- PwC. "המחירים יכולים לנוע בצורה דרמטית, בין 15 ל -20 סנט לקילוואט-שעה לדולר ספרות בודדות לקילוואט-שעה."
על פי נתוני ביירון וושאום מ- UCSD, האוניברסיטה חוסכת 800, 000 דולר לחודש על חשבונות החשמל שלה בכך שהיא מייצרת 92 אחוז מהחשמל שהיא צורכת. על פי ה- FDA, המיקרו-רשת הקמפוס שלה חוסך לסוכנות 11 מיליון דולר בשנה בעלויות הקשורות לאנרגיה.
טכנולוגיית התבגרות מהירה מאפשרת שילוב ואופטימיזציה טובים יותר של רכיבי מיקרו-גרד. Washom מציין, למשל, כי כלי חיזוי סולאריים משופרים מודיעים למערכת ניהול האנרגיה בקמפוס מתי לטעון או לפרוק סוללות. "אנו עדים למערכות בקרה מעולות שיכולות לנהל מיקרו-רשת גם כן הן יכולות לנהל מתקן שלם, " הוא אומר. "יש מגוון שלם של כלים חדשים שמתגלים כיצד אתה מנהל את ההיצע שלך, את הביקוש שלך, את האחסון ואת היבוא שלך." בקרוב, אומר וושום, מנהלי האנרגיה יעריכו את נכונות נכסי המערכת כל כמה דקות לחזות או להגיב לתנאים משתנים.
עם זאת, בעוד הטכנולוגיה מתמודדת קדימה, עם זאת, מומחים טוענים כי יש צורך במדיניות חדשה בכדי לזרז את אימוץ המיקרו-רשת. מארנאיי אומר כי המדיניות הנוכחית של ארה"ב ברמה המדינית והפדרלית מקדמת טכנולוגיות אנרגיה אינדיבידואליות, כגון אחסון סולארי, רוח ואנרגיה, אך דרושה תמיכה רבה יותר לפריסת טכנולוגיות אלה במערכות מורכבות כמו מיקרו-רשתות.
מחלקת האנרגיה כבר שיתפה פעולה עם גורמים מקומיים ומדיניים בכדי להתאים עיצובים מיקרו-גרדיים צבאיים ליישומים אזרחיים. בניו ג'רזי, למשל, שם הוריקן סנדי הפיל את התחבורה הציבורית והשאיר תושבים מסוימים ללא כוח למשך שבוע ויותר, DOE עובדת עם סוכנות התעבורה הממלכתית כדי לתכנן מיקרו-רשת שתעזור להחזיק רכבות המונעות באמצעות חשמל במהלך פעילות טבעית. אסון.
מחלקת האנרגיה החלה גם היא לקחת תפקיד פעיל יותר בקביעת סטנדרטים להנחת תכנון ותפעול של מיקרו-רשתות עתידיות, כמו גם שילובם עם תשתיות כוח קיימות. אפילו ההגדרה של מה שמייצר מיקרו-גריד משתנה: הסולם יכול להגיע לגודל של עד 60 מגה-וואט בשנים הבאות. קבוצה של מומחים מהסוכנות מפתחים תוכנית למערכת מיקרו-גראד בקנה מידה מסחרי המסוגלת להפחית את זמני ההפסקה ביותר מ- 98 אחוזים בעלות הדומה לספקית גיבוי המונעת באמצעות דיזל תוך הפחתת פליטות ושיפור יעילות האנרגיה של המערכת עד לפחות 20 אחוזים עד 2020.
סטנדרטיזציה, אומרת קארי, צריכה לייעל את תהליך פיתוח הפרויקטים, להפחית עלויות ולשפר את הגישה למימון על ידי הקלה על הבנקים על הערכת הסיכון. "הצורך להיות בעל הנדסה ייעודית לכל מיקרו-גריד הוא ללא ספק הצעה יקרה מאוד ועומס גדול על פריסתם", אומר מארנאיי.
בסופו של יום מאיימים מיקרו-רשתות לשדרג את מודל הייצור וההפצה הריכוזי ששלט במערכת החשמל האמריקאית במשך יותר ממאה שנה, וכלי השירות לאטו לאמץ את המודל החדש. "כלי עזר רואים במיקרו-גרידייטים איום על זרמי ההכנסות שלהם", אומר קארי. עם זאת, היתרונות של אספקת חשמל שיכולים להתפצל או לסנכרן עם הרשת המסורתית לפי הצורך מנצחים יותר ויותר על שירותים כמו SDG ו- E. אומר קארי, "זה אמור לאפשר להם לשמור על רשת יציבה יותר."
