Кто и зачем использует Микрогрид?

Элиза Вуд (Elisa Wood), Microgrid Knowledge

Сегодня многие предприятия и учреждения используют микросети (microgrid – микросеть, микрогрид) с целью повысить надёжность энергоресурсов, сделать электроснабжение более экологичным, снизить затраты, повысить эффективность и улучшить обслуживание потребителей или местного сообщества.

По мере активного развития технологии микрогрид становятся очевидны преимущества её применения в широких масштабах. Расскажем подробнее о том, какие предприятия и учреждения используют микрогрид и зачем.

Микросети в больницах

По данным Бюро переписи США, пожилых людей в США станет вдвое больше. Это приведёт к необходимости увеличения числа больниц, сетей здравоохранения, домов престарелых, центров дневного ухода за престарелыми людьми и домов-интернатов для престарелых инвалидов.

При этом больницы потребляют в 2,5 раза больше электроэнергии, чем коммерческие здания такого же размера.

Неудивительно, что руководители учреждений здравоохранения так озабочены проблемой энергопотребления, особенно ввиду ожидаемого роста цен на электричество в ближайшие годы.

Установленные в больницах микросети позволяют эффективно и грамотно планировать объёмы энергопотребления. Контроллер микросети улучшенного действия способен обеспечить оптимальную и синхронную работу различных компонентов энергооборудования. С его помощью ресурсы микросети используются в круглосуточном режиме, удовлетворяя потребности руководства больницы в электроэнергии в любое время.

Микросети в учреждениях здравоохранения – не просто красивые генераторы. Они органично объединяют источник электроснабжения больницы с электростанцией, резервными генераторами и внутренними источниками питания, используя динамичную программную логику. Такая микросеть призвана обеспечить потребности больниц в энергоснабжении и снизить на него затраты. А руководство больницы обязано при этом обеспечить работу отделения интенсивной терапии и реанимации для помощи тяжелобольным.

Микросети для университетов и исследовательских учреждений

Первыми использовать технологию микросетей начали колледжи и университеты США. Это объяснялось необходимостью круглосуточно обеспечивать студенческие городки стабильной и доступной электроэнергией. Для этого микросеть должна постоянно находиться в рабочем состоянии, чтобы обслуживать студенческий городок и более широкое сообщество, а в случае отключения электроэнергии – стать её резервным источником.

Микросети особенно важны для исследовательских лабораторий при университетах, поскольку в таких лабораториях часто хранятся образцы, чувствительные к изменениям температуры. И в случае аварийного отключения будут потеряны годы работы и миллионы долларов.

Микросети часто устанавливают в колледжах и университетах для решения вопросов изменений климата. Кроме того, микросети могут использоваться в программах-тренажёрах для студентов энергетических факультетов.

Студенческие городки потребляют большое количество тепла, пара и горячей воды, поэтому зачастую они становятся подходящим местом для установки микросетей, обеспечивающих комбинированное производство электроэнергии и тепла. Установки для комбинированной выработки тепла и электроэнергии используют тепло как побочный продукт выработки электрической энергии. Благодаря этому комбинированная выработка тепла и электроэнергии представляет собой эффективный энергоресурс.

В США усовершенствованные микросети установлены в университетах, среди которых – Принстонский университет, Техасский университет в Остине и Калифорнийский университет в Сан-Диего.

В Алгонкин-колледже (Онтарио) микрогрид наглядно демонстрирует, как можно получить максимальный доход от инвестиций. Мощность микросети вдвое превышает мощность установки для комбинированной выработки тепла и электроэнергии – от 2 до 4 мегаватт, что позволило обеспечить источник электропитания колледжа непосредственно на его территории. Микрогрид объединяет такие экологически чистые технологии, как использование солнечной энергии и наличие аккумуляторов для хранения энергии, а также удовлетворяет потребность в энергии и обеспечивает регенерацию тепла для колледжа. Установленная в Алгонкин-колледже микросеть может работать независимо от центральной сети. Правда, только в случае аварийного отключения или при условии экономической выгоды от изолированного электроснабжения. В остальных случаях микрогрид будет обеспечивать энергоснабжение параллельно с местной электростанцией.

Умные города и сообщества

Многие сообщества начали использовать микросети после череды ураганов на северо-востоке США в течение последних десяти лет. Коннектикут, Массачусетс, Нью-Джерси и Нью-Йорк запускают программу государственного финансирования в помощь сообществам.

Во время аварийных отключений общественные микросети (также называемые «публичные микросети»), как правило, обеспечивают электроэнергией службы жизнеобеспечения, такие как полиция, пожарная служба, телекоммуникационные башни и станции очистки сточных вод. Помещения многих микросетей служат также убежищем во время урагана.

Микросети часто выступают частью концепции умных городов. Умные города позволяют наиболее эффективно осваивать бюджетные средства, благодаря использованию технологий, позволяющих анализировать, улучшать и предоставлять услуги жителям и гостям города. С помощью технологически сложных контроллеров микросети помогают удовлетворить потребности в электроснабжении целого умного города.

Так, микросети используются в концепции умного города Питтсбурга. В городе планируется построить системы энергоснабжения, которые будут связаны с интеллектуальными системами электропитания, транспорта и коммуникаций. В самом городе и в пригородах планируется установить микросети, которые будут работать вместе и объединять существующие в районах энергосистемы.

Локальная сеть микрогридов в Питтсбурге спроектирована с учётом потребностей больниц, университетов, информационно-аналитических центров и объектов жизнеобеспечения населения. Власти города надеются усилить безопасность сетей, сократить избыточность и разработать систему бесперебойной подачи электроэнергии на предприятия и компании за счёт «взаимодействия» городских энергосистем.

Городу нужны микросети, способные обеспечить более эффективное энергоснабжение в будущем.

«Концепция электростанции, расположенной в 100 милях от твоего дома и генерирующей электроэнергию для приготовления твоего тоста, осталась в XIX веке», – сказал мэр Питтсбурга Вильям Педуто.

Микросети для правительственных зданий

Правительство штата Нью-Йорк не только учит, как делать, но и делает, как учит. Непонятно? На самом деле всё просто. Штат, который уже давно поощряет и финансирует установку микросетей силами местных сообществ, и сам построит собственную микросеть в г. Олбани, где работает правительство штата.

В столице штата Нью-Йорк микрогрид мощностью 16 мегаватт будет обеспечивать электроэнергией комплекс административных и общественных зданий площадью 98 акров Эмпайр-Стейт-Плаза (Empire State Plaza) губернатора Нельсона А. Рокфеллера, (рис. 1). Это один из примеров того, как само правительство способно обеспечить более эффективную и отказоустойчивую систему энергоснабжения своих зданий с помощью микросетей.

Рис. 1. Комплекс Эмпайр-Стейт-Плаза в Олбани, штат Нью-Йорк

90% поставляемой микрогридом в г. Олбани электроэнергии будет составлять комбинированная выработка тепла и электроэнергии, а также теплоснабжение и охлаждение 10 зданий, в которых работают 11 000 государственных служащих. Ожидается, что после перевода микросети в онлайновый режим в конце 2019 г. ежегодные расходы штата на электроэнергию сократятся на 2,7 миллиона долларов.

Руководство штата разместит микрогрид в Олбани, чтобы исключить аварийное отключение электропитания в кризисной ситуации и обеспечить оказание государственных услуг населению. Проект также призван помочь штату в снижении парниковых выбросов на 40 % к 2030 году (по сравнению с уровнем 1990 года). По подсчётам властей штата, микрогрид позволит сократить их объём на 25 600 тонн в год.

Микросети для коммунальных нужд

Коммунальные службы и их клиенты заинтересованы в более низких ценах, надёжных услугах и экологически чистой электроэнергии – всё это может обеспечить микрогрид.

В последнее время коммунальные службы всё чаще рассматривают микросети не как соперника, а как решение. Только в 2016 году коммунальные компании инвестировали минимум 1,2 миллиарда долларов, чтобы получить возможность использовать микросети и распределённую энергию. Среди инвесторов – крупные поставщики коммунальных услуг, такие как Duke Energy, Exelon, National Grid, Sempra и Southern Company (рис. 2).

Рис. 2. Энергетическая компания Commonwealth Edison планирует построить микрогрид в чикагском районе Бронзвилл

Для коммунальных служб микросети – это более дешёвый вариант покрыть потребности в электроэнергии во время пиковых нагрузок и решить ряд других проблем, связанных с цепочкой поставок. Локальные энергетические микросети называются также беспроводной альтернативой централизованной инфраструктуре – электростанциям, подстанциям, системам передачи и распределения электроэнергии.

Одни коммунальные компании в США разрабатывают микросети для потребителей в своей зоне обслуживания; у других есть конкурентоспособные филиалы, которые устанавливают микросети по всей стране. Например, компания Duke Energy работает в обоих направлениях.

Однако создание микросетей для коммунальных нужд не обходится без конфликтов и «палок в колёса». Коммунальные службы в некоторых штатах пытаются убедить власти штата разрешить им оплачивать микросети за счёт налогоплательщиков. Оппоненты заявляют, что микросети выгодны только ограниченному числу потребителей, поэтому за них не должны платить все. Коммунальщики возражают: налогоплательщики могут не беспокоиться о том, на что будут потрачены их деньги, ведь микросети различными способами дополняют более широкую сеть. Например, коммунальная служба использует микрогрид в качестве источника энергоснабжения и для обслуживания всей сети в периоды повышенного спроса на электроэнергию. Или как «островок энергобезопасности» для населения во время сильной непогоды.

Также существуют разногласия по поводу того, стоит ли разрешать владение микросетями и использование их штатам, подвергшимся реорганизации. В таких штатах независимые компании имеют право конкурировать с энергетическими предприятиями за право поставлять энергоресурсы потребителям. Чтобы обеспечить равные конкурентные условия, власти этих штатов запрещают энергетическим компаниям владеть электростанциями. Поэтому возникает вопрос, можно ли считать микрогрид электростанцией.

Военные микросети

Пэррис-Айленд известен как тренировочная база морской пехоты США, на которой готовят одних из лучших солдат мира.

Но скоро Пэррис-Айленд станет и домом для самой «стойкой» микросети в мире.

Микросеть, которая предназначается для Рекрутского депо морской пехоты (MCRD) на Пэррис-Айленд, штат Южная Каролина, будет включать новую газифицированную установку для комбинированной выработки тепла и электроэнергии мощностью 3,5 мегаватт, фотоэлектрические солнечные панели мощностью 6,7 мегаватт (постоянный ток), а также аккумуляторные батареи мощностью 8 мегаватт/час.

Благодаря чему эта микросеть так устойчива?

Её современный высокотехнологичный контроллер отслеживает и координирует передачу энергии, а также работу аварийных дизельных генераторов. Он постоянно проверяет качество подключения к энергосетям и в случае аварийного отключения питания изолирует микрогрид. Электроэнергия будет поступать на военную базу от установленных на месте источников электропитания. Контроллер также облегчит работу системы быстрого сброса нагрузки.

Микрогрид Пэррис-Айленда – лишь один из нескольких аналогичных проектов по всей стране, цель которых – обеспечить военные базы автономными источниками питания. Кроме того, в настоящее время микросети устанавливаются на военных объектах с целью сделать электроэнергию экологически чистой и повысить уровень кибербезопасности.

Микросети находят применение и непосредственно в зоне боевых действий – передвижные модули можно установить в сжатые сроки. В мобильных микросетях часто используются возобновляемые источники энергии или батареи, поэтому устраняется необходимость доставки топлива на отдалённые посты. Случай в Афганистане наглядно показал, как экономия топлива спасает жизни. По данным армейского исследования, в этой стране было совершено нападение на один из 24 топливных конвоев США, что привело к человеческим жертвам.

Микросети для складов и заправочных станций

Хьюстон часто подвергается атакам ураганов, ветров и наводнений. Поэтому один из главных принципов работы местной сети супермаркетов H-E-B – своевременное оказание помощи во время стихийного бедствия. «Двери наших магазинов всегда открыты для тех, кто нуждается в помощи. Таким образом мы лишь укрепляем свои позиции в служении нашим гражданам», – сказал Джордж Прессес, вице-президент топливно-энергетического комплекса сети продуктовых магазинов, которая обслуживает население вот уже 110 лет. Сеть H-E-B насчитывает более 370 магазинов в США и Мексике, а её годовой объём продаж равен 23 миллиардам долларов.

Неудивительно, что микросети были установлены в 45 магазинах сети по всему Хьюстону. За счёт использования генераторов, работающих на природном газе, микросети обеспечат непрерывную работу холодильных установок в магазинах, а покупатели смогут приобрести продукты и такие незаменимые на случай аварийного отключения электроэнергии запасы, как уголь, свечи, батарейки и фонарики.

В Бруклине, штат Нью-Йорк, владельцы сети продуктовых магазинов Whole Foods организовали микрогрид, которая в случае аварийного отключения электроснабжения поможет жителям города зарядить телефон, связаться с членами семей и обеспечит их горячей пищей.

Кроме того, общественные микросети по всей стране предусматривают и наличие станций обслуживания в своей сети энергоснабжения. Как и продуктовые магазины, станции обслуживания находятся в частной собственности, но городские власти считают их настоящими объектами жизнеобеспечения, которые являются не только своего рода «заправочными» станциями для жителей города, но и обеспечивают работу полицейского управления, пожарной службы, спасательной службы и национальной гвардии, а также коммунальных служб. Преимуществом станций обслуживания с круглосуточными магазинами является и возможность приобрести продукты питания, необходимые запасы, зарядное устройство для мобильных телефонов и другие приборы в случае аварийного отключения электричества.

Микросети для организаций и производственных предприятий

До недавнего времени микросети использовали в основном военные, местные сообщества, учебные заведения и энергетические компании. Но сегодня ситуация меняется. По данным исследователей из Navigant Research, в настоящее время технологию микросетей планируют внедрить бизнес-компании и производственные предприятия, опережая другие отрасли.

Это обусловлено несколькими причинами. Прежде всего, аварийные отключения электроэнергии больно бьют по национальной экономике. На ликвидацию их последствий правительство США ежегодно тратит 18–33 миллиардов долларов.

Особенно дорого аварийные отключения обходятся центрам обработки и хранения данных – и ситуация только ухудшается. В Институте Понемон (Ponemon Institute) говорят, что средняя стоимость аварийного отключения электричества в дата-центре увеличилась с 505 502 долларов в 2010 году до 740 357 долларов в 2016, то есть рост составил 38 %.

Для промышленного предприятия даже кратковременное отключение электричества тоже может привести к значительным убыткам. Например, если из-за отключения питания оборудование по переработке молока останавливается всего на несколько минут, его придётся полностью выключить для очистки в соответствии с требованиями безопасности. Этот процесс может занять несколько часов.

А установка микросети на территории бизнес-парков способна привлечь многих ключевых арендаторов, для которых вопрос аварийных отключений стоит особенно остро. Также есть большая вероятность привлечения предприятий, клиенты которых поддерживают принципы защиты окружающей среды и предпочитают сотрудничать с предприятиями, разделяющими их ценности.

Более того, благодаря эффективности микросетей и их способности влиять на развитие рынков энергоносителей можно снизить затраты на энергоресурсы – ещё один большой плюс для бизнес-парков. Микросети с установкой для комбинированной выработки тепла и электроэнергии предлагают значительное финансовое преимущество для промышленного производства, требующего большого количества тепла, пара, кондиционирования воздуха или горячей воды.

Микросети для жилых домов

Микросети всё еще слишком дороги для большинства домохозяйств, но уже есть исключения. Например, микросети могут стать экономически выгодным решением для многоквартирных домов (рис. 3).

Рис. 3. Микросети могут стать экономически выгодным решением для многоквартирных домов

В июне 2017 года в Нью-Йорке была представлена первая микросеть, обслуживающая жилой комплекс Marcus Garvey. Она была установлена в рамках проекта рефинансирования и реновации стоимостью 190 миллионов долларов для 10 кварталов Бруклина Дополнительно к новым кухням, ванным комнатам и другим удобствам жилой комплекс на 625 квартир теперь оснащён микрогридом с солнечными батареями и хранилищем энергии (solar plus storage). Солнечные панели общей мощностью 480 киловатт, соединённые с топливным элементом на 400 киловатт и литиевой батареей на 300 киловатт, установлены на 21 участке крыши жилого комплекса.

Помимо этого, микросети используются в районах, где источники питания в нескольких домах образуют виртуальную электростанцию. Коммунальная компания Green Mountain Power (GMP) в штате Вермонт недавно установила микросети типа solar plus storage в 14 модульных домах, где проживают квартиросъёмщики с низкими доходами. Используемые в системе аккумуляторные батареи обеспечивают резервное питание во время аварийных отключений электричества. Кроме того, они служат универсальным энергоресурсом, позволяющим энергетической компании снизить расходы на обслуживание микросети. Компания-владелец этих систем аккумулирует и перенаправляет энергию батареи на сеть в периоды повышенного энергопотребления. Цель компании GMP – снизить расходы на передачу электроэнергии и плату за установленную мощность в адрес организации ISO New England.

Источник: https://microgridknowledge.com/microgrids-businesses-institutions/