Moc dla ludzi

Jest popołudnie w słonecznej Kalifornii, a twój zespół stara się dokończyć prezentację wiążącą umowę, gdy BAM! moc spada. Zostałeś złapany w trwającą przerwę w dostawie prądu, którą władze stanowe zarządziły, gdy fala upałów sprowadza miliony klimatyzatorów. Baterie zapasowe dadzą Ci wystarczająco dużo czasu na zamknięcie systemu, ale możesz zapomnieć o zakończeniu prezentacji. Zgaszone światła, prawda?

Nie wtedy, gdy para turbin wielkości lodówki z tyłu biura ożywa, zamieniając gaz ziemny w stały strumień elektronów, aby utrzymać szum w biurze. Systemy takie jak te mikroturbiny, wraz z ogniwami paliwowymi, które pobierają energię elektryczną z paliwa bez jego spalania, zmieniają zasady gry o władzę. Nie musisz już polegać na monopolistycznym przedsiębiorstwie, które może przyjąć Ciebie i Twoje zapotrzebowanie na energię za pewnik.

Ta historia była częścią naszego wydania z maja 2001 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Te generatory mikroenergii służą nie tylko do awaryjnego tworzenia kopii zapasowych. Mogą zapewnić wyższą jakość energii przez 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu niż można kupić w lokalnym przedsiębiorstwie użyteczności publicznej. Podłącz do jednego z tych systemów, a unikniesz skoków i spadków napięcia powodujących awarię komputera, które niszczą prąd elektryczny wychodzący z gniazdka ściennego. A mikromoc oznacza, że ​​możesz zrezygnować z sieci, gdy ceny energii wzrosną, a nawet zarobić dodatkową złotówkę, eksportując energię do sąsiadów. Rozłóż wystarczającą ilość mikromocy w całej sieci, a sama sieć zacznie uczyć się sztuczek, które mogą sprawić, że przerwy w dostawie prądu w regionie staną się nieprzyjemnym wspomnieniem.

Sok Premium

Ponieważ nasza zależność od systemów elektrycznych i elektronicznych wzrasta, wiele firm i konsumentów potrzebuje lepszej wydajności niż 99,9% niezawodności zapewnianej przez lokalną sieć energetyczną. Ci wymagający użytkownicy potrzebują czegoś, co firmy użyteczności publicznej nazywają mocą premium: czystego, najwyższej jakości soku elektrycznego, który płynie bezawaryjnie. Producenci, banki, dostawcy usług telekomunikacyjnych — prawie każda firma, która polega na komputerach lub sprzęcie cyfrowym, takim jak serwery internetowe i routery — potrzebują mocy premium. Eksperci ds. energii zgadzają się, że jedynym pewnym sposobem, aby to osiągnąć, jest samodzielne jego generowanie.

Operacje przemysłowe już dawno to robiły, ale użytkownicy mieszkaniowi lub komercyjni nie mogli zaspokoić swoich potrzeb, korzystając z dostępnych małych systemów zasilania: generatory diesla, które utrzymują szpitale przy życiu, są zbyt głośne i brudne jak na podmiejskie sąsiedztwo. Energia słoneczna jest coraz tańsza, ale nie zawsze dostarcza kilowatów. Nie żeby te technologie były w stanie coś zmienić, ponieważ prawa stanowe trzymały większość odbiorców energii przykutych do lokalnych usług użyteczności publicznej. Deregulacja zmienia to wszystko, uwalniając konsumentów i uwalniając strumień inwestycji i innowacji. Pierwszymi produktami tej fali rozwoju technologii są czyste, ciche i niezawodne mikroturbiny, opracowane w latach 60. XX wieku w celu dostarczania energii elektrycznej do systemów klimatyzacji i cyrkulacji w samolotach. Zeszli w kierunku rynku konsumenckiego na początku lat 90. dzięki Rosen Motors, firmie stworzonej przez współzałożyciela Compaq Computer Bena Rosena w celu budowy hybrydowych samochodów elektrycznych z napędem turbinowym.

Firma Rosena wyprzedziła jednak swoje czasy i zapłaciła cenę, składaną w 1997 r., tuż przed wprowadzeniem hybryd gazowo-elektrycznych w Japonii przez Toyoty i Hondę. W zeszłym roku japońscy giganci motoryzacyjni przywieźli hybrydy do Ameryki, zmuszając Detroit do pochopnych planów dotyczących własnych samochodów hybrydowych.

Chociaż przedsięwzięcie motoryzacyjne firmy upadło, jej źródło zasilania mikroturbiny żyje w innym przedsięwzięciu Rosen: Chatsworth, CA Capstone Turbine. 30-kilowatowa mikroturbina firmy Capstone działa tak samo, jak kilkaset-megawatowe elektrownie opalane gazem ziemnym, które zasilają sieć elektryczną. Zapal paliwo (gaz ziemny, benzyna, nafta – prawie wszystko, co się pali) i gwałtownie rozprężające się gazy spalinowe popychają łopatki turbiny, aby obracać wirnik i generować energię elektryczną. Spaliny z mikroturbin zawierają tylko około trzech części na milion tlenków azotu powodujących smog – około sto razy mniej niż generatory diesla – i praktycznie nie zawierają sadzy.

A mikroturbina jest gotowa do pokonania dystansu bez wypalania się, dzięki łożyskom powietrznym, które unoszą turbinę na turbulentnej warstwie powietrza o grubości zaledwie dwóch mikrometrów. Łożyska powietrzne nie doświadczają tarcia ani zużycia, nawet przy straszliwych prędkościach – ponad 1500 obrotów na sekundę w turbinie Capstone – które mogłyby spalić smarowane łożyska.

Elektrownie na ogniwa paliwowe będą działać jeszcze płynniej i taniej, ponieważ są w stanie stałym: zamiast spalać węglowodory, ogniwa paliwowe wykorzystują parę i katalizatory do uwalniania atomów wodoru z paliwa i usuwania jego elektronów. Unikanie spalania i omijanie mechaniki sprawia, że ​​ta technologia jest czysta i wydajna: ogniwa paliwowe działające na gaz ziemny praktycznie nie uwalniają tlenku azotu i przekształcają 40 procent energii paliwa w energię elektryczną (o jedną trzecią więcej niż mikroturbina). Przechwytywanie marnowanej energii poprzez wykorzystanie produktu ubocznego gorącej wody z ogniwa paliwowego do ogrzewania powietrza i wody w budynku podnosi ogólną efektywność energetyczną do 80% lub więcej.

Co najmniej pół tuzina rodzajów ogniw paliwowych jest opracowywanych do wytwarzania energii elektrycznej. Największą nadzieją na mniejsze, bardziej przystępne cenowo jednostki jest lekka, kompaktowa wersja oparta na konstrukcji zwanej membraną do wymiany protonów. Jest to technologia, za którą możemy podziękować branży motoryzacyjnej; Ford, DaimlerChrysler i Toyota inwestują miliardy, aby ta różnorodność ogniw paliwowych była wystarczająco mocna i tania, aby zastąpić silnik spalinowy ( zobaczyć Napełnij wodorem , TR listopad/grudzień 2000 ).

W miarę rozprzestrzeniania się technologii z branży motoryzacyjnej wiele start-upów, w tym Ballard Power Systems z Burnaby w Kolumbii Brytyjskiej i Plug Power z Latham w stanie Nowy Jork, promuje technologię membran wymiany protonów do stacjonarnej produkcji energii. Celem są elektrownie o mocy od 1 do 15 kilowatów, aby umożliwić rodzinie zadeklarowanie niezależności od sieci elektrycznej; większe jednostki, od 60 do 250 kilowatów, zrobiłyby to samo dla biur. Chociaż firmy te mają agresywne plany marketingowe, rzeczywistość – w postaci przeszkód inżynieryjnych – zaczęła się wtrącać. Plug Power i jej partner marketingowy, General Electric, planowali w tym roku jako pierwsi wprowadzić na rynek tysiące jednostek mieszkalnych. Projektowanie jednostek pod kątem ciągłej, bezproblemowej pracy okazuje się jednak nieoczekiwanie skomplikowane, a Plug Power spodziewa się teraz wprowadzenia komercyjnych systemów ogniw paliwowych w pierwszej połowie 2002 roku.

Sieć bezpieczeństwa elektrycznego

Micropower znajduje swoje pierwsze zastosowania w operacjach zdalnych, które mają niewystarczający dostęp do energii elektrycznej wytwarzanej centralnie. Mikroturbiny stały się hitem na platformach wiertniczych na przykład w Albercie, Kolorado i Teksasie. Platformy te znajdują się nad rezerwami bogatego w energię płynnego złota, ale leżą albo poza siecią, albo na jej krawędzi, gdzie strumyk elektryczności nie jest w stanie utrzymać ciężkiego sprzętu. Dzisiejsze dzikie zwierzęta są również pod presją organów regulacyjnych ochrony środowiska, aby powstrzymać spalanie gazów zawierających siarkę związanych z wieloma odwiertami. Mikroturbiny będą działać na prawie wszystko, łącznie z tym kwaśnym gazem, więc przeciągnij jedną do głowicy odwiertu i możesz wykorzystać tę uciążliwość dla środowiska do pracy, napędzając pompy.

Ekonomia wytwarzania energii bez ponoszenia kosztów paliwa jest tak przekonująca, że ​​mikroturbiny mogą przekształcić wiele szybów naftowych w odległe elektrownie, które wytwarzają nadwyżki energii na sprzedaż za pośrednictwem sieci. Możliwości ekspansji są ogromne: w samych tylko Teksasie szyby naftowe zwykle spalają miliard metrów sześciennych kwaśnego gazu rocznie. To wystarczy, aby wytworzyć ponad 400 megawatów energii elektrycznej, co odpowiada średniej wielkości elektrowni. Składowiska i oczyszczalnie ścieków mogą być kolejnymi, które zarobią. Od zeszłej wiosny mikroturbina Capstone rozkłada metan, który fermentuje z drugiego co do wielkości na świecie hałdy śmieci – składowiska Puente Hills w hrabstwie Los Angeles – generując zaledwie 1,3 części na milion tlenków azotu. To znacznie czystsze niż 30 części na milion uwalnianych podczas spalania gazu.

Ale przekształcanie gazów odlotowych to niszowa okazja, a firmy takie jak Capstone i Ballard liczą na znacznie więcej. Ich plan: złapać falę deregulacji i przekształcić miliony odbiorców energii w producentów energii. Deregulacja znosi ochronę monopolu, która powstrzymywała nowych producentów energii – zwłaszcza konsumentów indywidualnych i komercyjnych – z dala od rynku. W warunkach monopolu nie miało znaczenia, czy miałeś te wspaniałe technologie do samodzielnego generowania, ponieważ musiałeś kupować energię od dostawcy, mówi Wayne Gardner, kierownik ds. rozwoju biznesu i strategii w Exelon Capital Partners z siedzibą w Filadelfii. ramię venture capital amerykańskiego giganta energetycznego Exelon.

Ponieważ deregulacja daje konsumentom większą swobodę w wytwarzaniu energii, daje im również więcej powodów, aby to robić. Skaliste przejście na rynek zderegulowany rzuca mgłę niepewności na energetykę, zniechęcając zakłady energetyczne do zwiększania mocy wytwórczych i modernizacji linii przesyłowych. Eksperci ds. energii obwiniają wahające się przejście Kalifornii w kierunku konkurencyjnego rynku energii za jej krach tej zimy. Staje się jasne, że jednym z rozwiązań niedomagającej sieci jest mikroenergia. Jak mówi Dan Rastler, ekspert ds. energii rozproszonej z Electric Power Research Institute w Palo Alto w Kalifornii, energia premium jest wyraźnie dominującym rynkiem energii rozproszonej w najbliższym czasie. Istniejący system dystrybucji nie jest w stanie sprostać potrzebom niezawodności tego rynku.

Według firmy badawczej Frost & Sullivan, rynek energii premium w Ameryce Północnej już teraz kosztuje od 7 do 10 miliardów dolarów rocznie. Obecnie większość z nich pochodzi z akumulatorów i silników wysokoprężnych służących jako zapasowe źródła zasilania. Ale wolność wytwarzania własnej energii elektrycznej może rozwalić ten rynek. Poszukiwacze mocy premium, którzy podłączają mikroturbiny i ogniwa paliwowe do linii gazu ziemnego, nie są już ograniczeni do używania generatorów tylko wtedy, gdy gasną światła. Mogą zaoszczędzić pieniądze, uruchamiając się, gdy cena sieci przekracza koszt paliwa. Niektóre stany pozwalają nawet producentom mikroenergii sprzedawać nadwyżki energii z powrotem do sieci z zyskiem.

Ta zdolność do grania na rynkach energii będzie rosła, gdy przedsiębiorstwa użyteczności publicznej będą dążyć do ustalania cen w czasie rzeczywistym, gdzie cena energii z sieci odzwierciedla koszt jej produkcji. W okresach szczytowego zapotrzebowania, kiedy przedsiębiorstwa użyteczności publicznej muszą uruchamiać swoje najmniej wydajne elektrownie, ceny gwałtownie rosną. Mikrozasilacze będą monitorować ceny za pośrednictwem połączenia internetowego lub sygnału cyfrowego wbudowanego w samą energię elektryczną. Korzystając z tych informacji, porównują ceny gazu i energii elektrycznej i automatycznie włączają się, gdy spread jest korzystny.

Jednak wytwarzanie energii nie jest podstawową kompetencją większości firm (nie mówiąc już o konsumentach indywidualnych), dlatego ważne będzie znalezienie osób, które mogą płynnie zarządzać mikroenergią. Przy rosnących cenach gazu ziemnego włączenie mikroenergii w niewłaściwym czasie może kosztować pakiet. Twórcy technologii i wielu inwestorów skupiło się na rozwijaniu technologii, nie zastanawiając się nad tym, kto będzie ją wspierał, kto ją zainstaluje, kto będzie ją gwarantował, mówi Gardner z Exelona.

Najlepszą odpowiedzią Capstone jest Williams International, gigant energetyczny z Tulsa, OK, który sprzedał lub wydzierżawił 60 z pierwszych 1000 mikroturbin wyprodukowanych przez Capstone do listopada zeszłego roku. Williams, którego rurociągi dostarczają prawie 20 procent dostaw gazu ziemnego w USA, zapewnia kompletny pakiet usług energetycznych: finansowanie mikroelektrowni, dostarczanie energii z sieci i pomaganie konsumentom w określeniu, kiedy usuwanie szczytów ma sens (firma jest wiodącym sprzedawcą energii elektrycznej i gazu ziemnego). Mory Houshmand, dyrektor działu Williams Distributed Power Services, mówi, że Williams spodziewa się, że jego hurtownicy w Stanach Zjednoczonych, Ameryce Południowej i południowo-wschodniej Azji zainstalują w tym roku około 1500 mikroturbin i kolejne 2000 do 3000 w 2002 roku.

Enron, gigant energetyczny z siedzibą w Houston i rywal Williamsa, widzi taką samą szansę w przypadku ogniw paliwowych. Jesienią ubiegłego roku Enron zawarł sojusz z FuelCell Energy, inwestując 5 milionów dolarów w Danbury, CT, start i zdobywając opcje na kolejne 1,3 miliona akcji, jeśli firma sprzeda ponad 55 megawatów swoich ogniw paliwowych ze stopionego węgla (wystarczy oświetlić 10 000 domów). Jeremy Blachman, dyrektor operacyjny Enron Energy Services, jest uparty w kwestii mikroenergii. Kiedy cena rynkowa energii rośnie w każdym miejscu i osiąga niektóre z poziomów, które widzieliśmy w szczytowym letnim popycie – do 7000 USD za megawatogodzinę – wówczas generacja rozproszona z ogniwami paliwowymi staje się znacznie bardziej ekonomiczna. (Nawet przy dzisiejszych niebotycznie wysokich cenach gaz ziemny kosztowałby mniej niż 100 dolarów za megawatogodzinę, aby uruchomić mikroturbinę i mniej niż 75 dolarów za megawatogodzinę, aby uruchomić ogniwo paliwowe).

Moc od wszystkich

Dla wielkich firm energetycznych, takich jak Williams i Enron, pokusa mikroenergii wykracza poza sprzedaż i dzierżawę małych elektrowni. Organizacje te widzą możliwość rozwoju, która umożliwi im masową sprzedaż gazu i energii elektrycznej. Połącz wydajność tysięcy ogniw paliwowych i małych turbin w wirtualną elektrownię, a usuwanie szczytów stanie się handlem energią. Gdyby Williams mógł zdalnie aktywować tysiące mikroturbin na terenie swoich klientów, firma mogłaby wygenerować setki megawatów na sprzedaż na rynku hurtowym. Houshmand mówi, że może to radykalnie obniżyć koszt mikroturbiny, zachęcając firmy takie jak jego do większego udziału: Spójrz na telefony komórkowe. Jeszcze kilka lat temu były bardzo drogie, a teraz usługodawcy je rozdają. Czemu? Ponieważ sprzedają usługę.

Pojęcie wirtualnych elektrowni może również oczarować tradycyjne przedsiębiorstwa, które do tej pory były niechętne technologiom, które pozwalają konsumentom i przedsiębiorstwom wytwarzać własną energię. W przeszłości przedsiębiorstwa użyteczności publicznej wznosiły bariery dla rozproszonej energii, takie jak opłaty eksploatacyjne za usługę awaryjnego tworzenia kopii zapasowych. Ritchie Priddy, zastępca dyrektora ds. energii rozproszonej w Cambridge Energy Research Associates w Cambridge, MA, mówi, że media pozostają ambiwalentne w kwestii mikroenergii. Na przykład wiele przedsiębiorstw użyteczności publicznej płaci obecnie za nadwyżkę energii z paneli słonecznych lub turbin wiatrowych — strużka energii, która stanowi niewielką konkurencję. Ale te same zakłady użyteczności publicznej płacą niewiele lub nic za nadwyżkę mocy z mikroturbin i diesli, gdzie kilowaty naprawdę mogą się sumować. Niektóre zakłady użyteczności publicznej stawiają na generację rozproszoną, ale szczerze mówiąc, robią to na swoich warunkach, mówi Priddy, były kierownik firmy użyteczności publicznej.

Zwolennicy mikroenergii, tacy jak Priddy, chcą przekonać firmy energetyczne, że rozprzestrzenianie się generatorów mikroenergii może wspomóc ich działalność, pomagając ustabilizować sieć. Jest kilka obiecujących znaków. Na przykład japońscy przedsiębiorstwa użyteczności publicznej dofinansowują rozwój domowych ogniw paliwowych, które podgrzewają wodę i wytwarzają jeden kilowat energii elektrycznej – w żadnym stopniu soku nie wystarcza do zasilania gospodarstwa domowego (sam toster zużywa więcej niż kilowat), ale w sumie wystarczająco dużo, by ułatwić obciążenie przeciążonych linii energetycznych. Wirtualne elektrownie mogą mieć bardziej dynamiczny wpływ na sieć: zamiast prosić konsumentów o wyłączanie swoich urządzeń, gdy zapotrzebowanie na moc wzrasta, wyobraź sobie kalifornijskie kontrolery sieci zdalnie aktywujące tysiące mikroturbin i ogniw paliwowych w celu zaspokojenia szczytowego zapotrzebowania.

ukryć