La prânz, pe 22 octombrie 2007, Universitatea din California, San Diego, a primit un apel de urgență de la utilitatea locală. Incendiile regionale aveau linii electrice avariate și dezactivate, iar operatorul rețelei din California a declarat o urgență pentru transmisia de energie. San Diego Gas & Electric a cerut universității să reducă cantitatea de energie electrică pe care o trage din rețea și, dacă este posibil, să înceapă să genereze energie pentru a fi utilizat de către alți clienți ai utilității.
În 10 minute, campusul a trecut de la extragerea a 4 megawati de electricitate de la rețeaua electrică la alimentarea cu 3 megavati, spune Byron Washom, directorul inițiativelor energetice strategice pentru UCSD. „Acești 7 megawati au fost marja subțire de ras dintre rețeaua San Diego Gas & Electric care rămase în sus sau se prăbușea.”
Campusul din San Diego a reușit să reacționeze atât de repede în parte, deoarece o jumătate de secol mai devreme fondatorii săi au decis să pună bazele unei alimentări cu energie suficientă sau ceea ce experții energetici astăzi numesc „microgrid”. Prima structură ridicată pe campusul din 1962 a fost o centrală electrică proiectată pentru a furniza electricitate cu gaz, precum și încălzire și răcire raională pentru clădirile școlii. Acest lucru în sine a fost și nu este neobișnuit pentru un universitar sau chiar un campus corporativ. Însă, de-a lungul anilor, UCSD a câștigat autosuficiență adăugând turbine cu abur, panouri fotovoltaice solare, celule de combustibil și stocare de energie, pe lângă instalarea liniilor electrice pentru a transmite electricitate către și din rețeaua electrică SDG & E.
Toate aceste active funcționează acum sub controlul unui sistem sofisticat de gestionare a energiei, iar microgridul campusului permite universității să genereze, să stocheze și să expedieze energie electrică în funcție de necesități - în cele din urmă furnizând 92 la sută din energia electrică folosită în campus. Deși, în mod normal, universitatea extrage electricitate din rețeaua SDG & E pentru a-și satisface încărcarea de aproximativ 38 de megavati, ea poate trece și la modul „insulă” în caz de probleme sau întreruperi în afara campusului, pentru a satisface toate nevoile de energie electrică. Și atunci când energia electrică este redusă la rețeaua electrică principală care furnizează o mai mare San Diego, UCSD poate vinde energie către SDG și E.
Ca răspuns la apelul de urgență din 2007, universitatea a lansat o turbină cu abur de 3 megavati și a redus cererea de energie, prin reglarea setărilor de climatizare și a trecut la extragerea apei reci pentru sistemul său de răcire de la rezervoarele de stocare termică extrem de eficiente în loc de răcitoarele electrice. „Cu două clicuri de mouse, cu sistemul nostru de control, putem schimba 4.000 de termostate în campus”, spune Washom.
UCSD și alți operatori microgrid oferă o abordare modernă asupra micilor sisteme de curent continuu instalate în fabrici și centre orașe începând cu anii 1870. La fel ca acele sisteme timpurii, aceste proiecte noi prezintă generarea și distribuția locală a energiei electrice, mai degrabă decât liniile de transmisie pe distanțe lungi și centralele de la distanță centralizate care au caracterizat rețeaua electrică din secolul XX. „În prezent deconstruim rețeaua electrică, înapoi la [Thomas] Edison”, spune Jim Reilly, a cărui companie de consultanță Reilly Associates sfătuiește Departamentul de Energie în operarea microgridului.
Rădăcinile acestei tendințe de deconstrucție se întorc până la sfârșitul anilor '90, când Departamentul de Energie al SUA a decis să înceapă cercetările privind transmisia și fiabilitatea energiei electrice. Mișcarea a venit ca un răspuns la dereglarea electricității și anticiparea unei valuri viitoare de panouri solare pe acoperiș și a altor forme de generare descentralizată de energie electrică. „La vremea respectivă nu aveam cu adevărat un concept de„ microgriduri ”, spune Chris Marnay, unul dintre pionierii cercetării în microgrid. Ideea de a genera energie locală a fost una veche. Însă a fost nevoie de progrese în ceea ce privește controalele și electronica de alimentare pentru a permite un microgrid adevărat care să poată interacționa cu „insula” din rețeaua de energie mai mare. În câțiva ani, grupul de cercetare al lui Marnay de la Laboratorul Național Lawrence Berkeley a oficializat noțiunea de microgrid într-un proiect al Comisiei pentru energie din California.
Beneficiile oferite de microgridul UCSD - agilitate și autosuficiență - sunt acum la cerere mare în rândul utilizatorilor de energie care riscă consecințe severe în caz de întreruperi de energie, cum ar fi universitățile care operează echipamente de laborator sensibile, baze militare care dețin sisteme de control al armelor și centre de date vaste trove de informații. „Sunt facilitățile care doresc o putere anormală de înaltă calitate, unde vedem cea mai mare parte a acțiunii în acest moment”, spune Marnay, care s-a retras în iunie din Grupul de integrare Grid Berkeley Lab.
Evenimentele meteo extreme din ultimii ani, cum ar fi uraganul Sandy, au amintit liderii de afaceri, militari și politici de fragilitatea infrastructurii de electricitate din Statele Unite. „Frecvența din ce în ce mai mare a dezastrelor naturale determină un interes mai puternic pentru soluțiile de alimentare cu microgrid și back-up”, spune Brian Carey, care conduce practica de consultanță americană a serviciilor de contabilitate pentru firma de contabilitate PricewaterhouseCoopers, cunoscută sub numele de PwC.
Un microgrid de 71 de milioane de dolari construit la sediul Administrației SUA pentru Alimente și Droguri, de exemplu, a furnizat energie campusului în timpul și după Uraganul Sandy, când rețeaua electrică regională a scăzut. În martie 2011, Sendai Microgrid, situată în campusul Universității Tohoku Fukushi din Sendai City, Japonia, a continuat să furnizeze energie și căldură clienților, după ce devastatorul cutremur Tohoku și tsunami au adus surse de alimentare în toată regiunea înconjurătoare.
În timp ce rezistența a fost mult timp esențială pentru atragerea microgridurilor pentru instalațiile cu sarcini critice de energie, schimbarea prețurilor la energie și avansurile tehnologice aduc acum microgriduri pentru orașele și cartierele care doresc controlul local al surselor de alimentare sau al energiei mai curate decât cel oferit de către utilitate.
Panourile fotovoltaice solare costă acum cu 80% mai puțin decât o făceau în 2008. Firma de consultanță McKinsey & Company prezice că prețurile bateriilor cu litiu-ion ar putea scădea la 200 USD pe kilowatt-oră până în 2020, de la aproximativ 500-600 USD pe kilowatt-oră astăzi. Facilitățile care construiesc microgriduri pot economisi bani de la an la an, cumpărând mai puțină energie electrică de la utilitatea locală sau, în unele cazuri, vânzând energie electrică atunci când furnizarea este redusă.
„Poate fi o economie semnificativă de costuri dacă o universitate sau un spital pot vinde de fapt energie pe baza prețurilor de piață în timp real pentru energie electrică, nu doar la rata pe care ar plăti-o în mod normal”, spune Carey, de la PwC. „Prețurile se pot schimba dramatic, de la 15 la 20 de centi pe kilowatt-oră la cifre unice dolari pe kilowatt-oră.”
Potrivit lui Byron Washom, de la UCSD, universitatea economisește 800.000 de dolari pe lună pe facturile de energie, generând 92 la sută din energia electrică pe care o consumă. FDA spune că microgridul său din campus economisește agenției 11 milioane de dolari anual în costuri legate de energie.
Tehnologia de maturizare rapidă permite o mai bună integrare și optimizare a componentelor microgrid. Washom observă, de exemplu, că instrumentele îmbunătățite de prognoză solară informează sistemul de gestionare a energiei din campus cu privire la încărcarea sau descărcarea bateriilor. „Asistăm la sisteme de control superioare care pot gestiona o microgrid, precum și pot gestiona o întreagă instalație”, spune el. „Există o varietate de instrumente noi care apar la modul în care vă gestionați oferta, cererea, stocarea și importurile.” În curând, spune Washom, managerii de energie vor evalua disponibilitatea activelor sistemului la fiecare câteva minute pentru a anticipa sau răspunde la schimbarea condițiilor.
În timp ce tehnologia avansează, însă, experții spun că sunt necesare noi politici pentru a grăbi adoptarea microgridului. Marnay spune că politicile americane actuale la nivel de stat și federale avansează tehnologiile energetice individuale, cum ar fi energia solară, eoliană și stocarea de energie, dar este nevoie de mai mult sprijin pentru implementarea acestor tehnologii în sisteme complexe precum microgridurile.
Deja, Departamentul Energiei s-a asociat cu oficialii locali și de stat pentru a adapta proiectele de microgrid militare pentru aplicații civile. În New Jersey, de exemplu, în cazul în care uraganul Sandy a eliminat tranzitul public și a lăsat unii rezidenți fără putere timp de o săptămână sau mai mult, DOE lucrează cu agenția de tranzit de stat pentru a proiecta o microgridă care ar ajuta la menținerea trenurilor cu energie electrică în timpul unui proces natural dezastru.
De asemenea, Departamentul pentru Energie a început să joace un rol mai activ în stabilirea standardelor care să ghideze proiectarea și funcționarea viitoarelor microgriduri, precum și integrarea acestora cu infrastructura de energie existentă. Chiar și definiția a ceea ce face un microgrid se schimbă: scara ar putea ajunge la 60 de megawați în anii următori. Un grup de experți din cadrul agenției elaborează un plan pentru un sistem de microgrid la scară comercială, capabil să reducă timpii de întrerupere cu peste 98 la sută la un cost comparabil cu un sistem de alimentare cu rezervă diesel alimentat în timp ce reduce emisiile și îmbunătățește eficiența energetică a sistemului prin cel puțin 20 la sută până în 2020.
Carey spune că standardizarea ar trebui să eficientizeze procesul de dezvoltare a proiectului, să reducă costurile și să îmbunătățească accesul la finanțare, facilitând evaluarea riscurilor băncilor. „Trebuie să ai o inginerie specializată pentru fiecare microgrid este, în mod evident, o propunere foarte costisitoare și o povară mare pentru desfășurarea lor”, spune Marnay.
La sfârșitul zilei, microgrid-urile amenință că vor susține modelul centralizat de generare și distribuție care a dominat sistemul electric din SUA de mai bine de un secol, iar utilitățile au încetat să îmbrățișeze noul model. „Utilitățile văd microgridurile ca o amenințare pentru fluxurile de venituri ale acestora”, spune Carey. Cu toate acestea, avantajele de a avea surse de alimentare care pot fi împărțite sau sincronizate cu rețeaua tradițională, după cum este necesar, câștigă din ce în ce mai mult pe utilități precum SDG & E. Spune Carey, „Ar trebui să le permită să mențină grila mai stabilă.”
