Pada tengah hari pada 22 Oktober 2007, Universitas California, San Diego, menerima panggilan darurat dari utilitas setempat. Kebakaran hutan regional telah merusak dan melumpuhkan saluran listrik dan operator jaringan California telah menyatakan darurat transmisi energi. San Diego Gas & Electric meminta universitas untuk mengurangi jumlah listrik yang diambilnya dari jaringan dan, jika mungkin, mulai menghasilkan daya untuk digunakan oleh pelanggan utilitas lain.
Dalam 10 menit, kampus berayun dari menggambar 4 megawatt listrik dari jaringan listrik ke memberi makan 3 megawatt, kata Byron Washom, Direktur Inisiatif Energi Strategis untuk UCSD. "7 megawatt itu adalah selisih tipis antara jaringan Gas & Listrik San Diego yang tersisa atau runtuh."
Kampus San Diego dapat bereaksi sangat cepat sebagian karena setengah abad sebelumnya para pendirinya telah memutuskan untuk meletakkan dasar untuk pasokan daya mandiri, atau apa yang para ahli energi saat ini sebut "microgrid." Struktur pertama didirikan pada kampus pada tahun 1962 adalah pembangkit listrik pusat yang dirancang untuk menyediakan listrik berbahan bakar gas serta pemanasan dan pendinginan distrik untuk bangunan sekolah. Itu sendiri adalah dan tidak biasa untuk akademis, atau bahkan kampus perusahaan. Tetapi selama bertahun-tahun, UCSD mendapatkan swasembada dengan menambahkan turbin uap, panel fotovoltaik surya, sel bahan bakar dan penyimpanan energi, selain memasang saluran listrik untuk mengirimkan listrik ke dan dari jaringan listrik SDG&E.
Semua aset ini sekarang beroperasi di bawah kendali sistem manajemen energi yang canggih, dan microgrid kampus memungkinkan universitas untuk menghasilkan, menyimpan, dan mengirimkan listrik sesuai kebutuhan — yang pada akhirnya menyediakan 92 persen listrik yang digunakan di kampus. Meskipun universitas biasanya mengambil listrik dari jaringan SDG & E untuk memenuhi beban sekitar 38 megawattnya, universitas ini juga dapat beralih ke mode “pulau” jika terjadi masalah listrik atau pemadaman di luar kampus, untuk memenuhi semua kebutuhan listriknya sendiri. Dan ketika pasokan listrik terbatas pada jaringan listrik utama yang melayani San Diego yang lebih besar, UCSD dapat menjual daya ke SDG & E.
Menanggapi panggilan darurat 2007, universitas mengeluarkan turbin uap 3-megawatt dan mengurangi permintaan daya dengan menyesuaikan pengaturan kontrol iklim dan beralih ke menggambar air dingin untuk sistem pendinginnya dari tangki penyimpanan termal yang sangat efisien alih-alih pendingin listrik. "Dengan dua klik mouse, dengan sistem kontrol kami, kami dapat mengubah 4.000 termostat di kampus, " kata Washom.
UCSD dan operator microgrid lainnya menawarkan pandangan modern pada sistem daya arus searah kecil yang dipasang di pabrik dan pusat kota mulai tahun 1870-an. Seperti sistem-sistem awal itu, desain-desain baru ini menampilkan pembangkitan listrik lokal dan distribusi daripada jalur transmisi jarak jauh dan pembangkit listrik terpusat terpencil yang menjadi ciri jaringan listrik abad ke -20. "Kami saat ini mendekonstruksi jaringan listrik, kembali ke [Thomas] Edison, " kata Jim Reilly, yang perusahaan konsultannya Reilly Associates menyarankan Departemen Energi pada operasi microgrid.
Akar tren dekonstruksi ini kembali ke akhir 1990-an, ketika Departemen Energi AS memutuskan untuk memulai penelitian tentang transmisi daya dan keandalan. Langkah ini datang sebagai respons terhadap deregulasi listrik dan antisipasi gelombang panel surya di atap dan bentuk-bentuk lain dari pembangkit listrik yang didesentralisasi. "Kami pada waktu itu tidak benar-benar memiliki konsep 'microgrids' per se, " kata Chris Marnay, salah satu pelopor penelitian microgrid. Gagasan menghasilkan energi secara lokal sudah lama. Tetapi butuh kemajuan dalam kontrol dan elektronik daya untuk memungkinkan microgrid sejati yang dapat berinteraksi dengan dan "pulau" dari jaringan listrik yang lebih besar. Dalam beberapa tahun, kelompok riset Marnay di Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley meresmikan gagasan microgrid dalam sebuah proyek untuk Komisi Energi California.
Manfaat yang diberikan oleh microgrid UCSD — kelincahan dan kemandirian — sekarang dalam permintaan tinggi di antara pengguna energi yang berisiko konsekuensi parah jika terjadi gangguan daya, seperti universitas yang menjalankan peralatan lab sensitif, pangkalan militer yang memegang sistem kendali senjata, dan penanganan pusat data. banyak sekali informasi. "Ini adalah fasilitas yang menginginkan kekuatan berkualitas tinggi yang tidak normal di mana kita melihat sebagian besar tindakan saat ini, " kata Marnay, yang pensiun pada Juni dari Grup Grid Integration Berkeley Lab.
Peristiwa cuaca ekstrem dalam beberapa tahun terakhir, seperti Badai Sandy, telah mengingatkan para pemimpin bisnis, militer dan politik tentang kerapuhan infrastruktur listrik di Amerika Serikat. "Meningkatnya frekuensi bencana alam mendorong minat yang lebih kuat pada solusi daya microgrid dan cadangan, " kata Brian Carey, yang memimpin praktik penasehat cleantech AS untuk firma akuntansi PricewaterhouseCoopers, yang dikenal sebagai PwC.
Sebuah microgrid senilai $ 71 juta dibangun di markas Administrasi Makanan dan Obat-obatan AS, misalnya, memasok listrik ke kampus selama dan setelah Badai Sandy ketika jaringan listrik regional turun. Pada bulan Maret 2011, Sendai Microgrid, yang terletak di kampus Universitas Tohoku Fukushi di Kota Sendai, Jepang, terus memasok daya dan panas kepada pelanggan setelah gempa bumi dan tsunami Tohoku yang menghancurkan menghancurkan pasokan listrik di seluruh wilayah sekitarnya.
Sementara ketahanan telah lama menjadi kunci bagi daya tarik microgrid untuk fasilitas dengan beban daya kritis, pergeseran harga energi dan kemajuan teknologi kini membawa microgrid dalam jangkauan untuk kota dan lingkungan yang menginginkan kontrol lokal terhadap pasokan daya atau energi yang lebih bersih daripada yang ditawarkan oleh mereka utilitas.
Panel surya fotovoltaik sekarang harganya 80 persen lebih murah daripada yang mereka lakukan pada tahun 2008. Perusahaan konsultan McKinsey & Company memperkirakan bahwa harga baterai lithium-ion dapat turun menjadi $ 200 per kilowatt-hour pada tahun 2020, dari sekitar $ 500- $ 600 per kilowatt-jam hari ini. Fasilitas yang membangun microgrid juga dapat menghemat uang tahun demi tahun dengan membeli lebih sedikit listrik dari utilitas lokal mereka, atau, dalam beberapa kasus, menjual daya ke utilitas ketika pasokan terbatas.
"Ini bisa menjadi penghematan biaya yang signifikan jika sebuah universitas atau rumah sakit benar-benar dapat menjual daya berdasarkan harga pasar real-time untuk daya, tidak hanya pada tingkat yang biasanya mereka bayar, " kata Carey, dari PwC. "Harga dapat berayun secara dramatis, mulai dari 15 hingga 20 sen per kilowatt-jam hingga satu digit dolar per kilowatt-jam."
Menurut Byron Washom dari UCSD, universitas menghemat $ 800.000 per bulan untuk tagihan listriknya dengan menghasilkan 92 persen dari listrik yang dikonsumsi. FDA mengatakan bahwa microgrid kampusnya menghemat $ 11 juta setiap tahunnya dari agensi yang berhubungan dengan energi.
Teknologi yang cepat matang memungkinkan integrasi dan optimalisasi komponen microgrid yang lebih baik. Washom mencatat, misalnya, bahwa alat prakiraan matahari yang ditingkatkan menginformasikan sistem manajemen energi kampus kapan harus mengisi atau mengeluarkan baterai. "Kami menyaksikan sistem kontrol unggul yang dapat mengelola microgrid juga dapat mengelola seluruh fasilitas, " katanya. "Ada berbagai macam alat baru yang muncul untuk bagaimana Anda mengelola pasokan Anda, permintaan Anda, penyimpanan Anda dan impor Anda." Segera, Washom mengatakan, manajer energi akan menilai kesiapan aset sistem setiap beberapa menit untuk mengantisipasi atau menanggapi perubahan kondisi.
Sementara teknologi berkembang pesat, para ahli mengatakan kebijakan baru diperlukan untuk mempercepat adopsi microgrid. Marnay mengatakan kebijakan AS saat ini di tingkat negara bagian dan federal memajukan teknologi energi individu, seperti tenaga surya, angin, dan penyimpanan energi, tetapi lebih banyak dukungan diperlukan untuk penyebaran teknologi ini dalam sistem yang kompleks seperti microgrid.
Departemen Energi telah bermitra dengan pejabat lokal dan negara bagian untuk mengadaptasi desain microgrid militer untuk aplikasi sipil. Di New Jersey, misalnya, di mana Badai Sandy mematikan angkutan umum dan meninggalkan beberapa penduduk tanpa listrik selama seminggu atau lebih, DOE bekerja dengan agen angkutan negara untuk merancang microgrid yang akan membantu menjaga kereta bertenaga listrik tetap berjalan selama alam. bencana.
Departemen Energi juga telah mulai mengambil peran yang lebih aktif dalam menetapkan standar untuk memandu desain dan operasi microgrid masa depan, serta integrasi mereka dengan infrastruktur listrik yang ada. Bahkan definisi apa yang membuat microgrid berubah: skalanya bisa mencapai 60 megawatt di tahun-tahun mendatang. Sekelompok ahli dari agensi sedang mengembangkan rencana untuk sistem microgrid skala komersial yang mampu mengurangi waktu pemadaman lebih dari 98 persen dengan biaya yang sebanding dengan catu daya cadangan bertenaga diesel sambil mengurangi emisi dan meningkatkan efisiensi energi sistem dengan pada setidaknya 20 persen pada tahun 2020.
Standardisasi, kata Carey, harus merampingkan proses pengembangan proyek, mengurangi biaya dan meningkatkan akses ke pembiayaan dengan membuatnya lebih mudah bagi bank untuk mengevaluasi risiko. "Harus memiliki rekayasa khusus untuk setiap microgrid jelas merupakan proposisi yang sangat mahal dan beban besar untuk penyebarannya, " kata Marnay.
Pada akhirnya, microgrid mengancam untuk membalikkan model pembangkit dan distribusi terpusat yang telah mendominasi sistem kelistrikan AS selama lebih dari seabad, dan perusahaan-perusahaan listrik lambat untuk merangkul model baru. "Utilitas melihat microgrids sebagai ancaman terhadap aliran pendapatan mereka, " kata Carey. Namun manfaat dari memiliki catu daya yang dapat memisahkan atau menyinkronkan dengan jaringan tradisional sesuai kebutuhan semakin menang atas utilitas seperti SDG & E. Kata Carey, "Ini seharusnya memungkinkan mereka untuk menjaga grid lebih stabil."
