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学术交流

旧金山发展微电网应对地震威胁

20153月下旬,落基山研究所主办了第二届年度eLabAccelerator研讨会。该会议被视为娱乐行业的创新训练营,在为期4天的密集会议中,来自全美各地的12支团队(从新墨西哥到阿拉斯加,再从加利福尼亚到新泽西)探讨了新商业模式、能源创新区域以及新型客户解决方案等议题。这些团队与落基山研究所、ReosPartners公司以及众多专家一起,通过各自努力取得了丰硕成果。本文就介绍其中一个故事。

 

美国地质勘探局(UnitedStatesGeologicalSurvey)在2008年曾报告,加利福尼亚州在接下来30年里发生一次6.7级或以上级别地震的可能性为99%。就在2014年,旧金山港湾地区就发生过一次6.0级地震,造成该地区大面积停电,受影响人数超过4万人。这是自1979年以来湾区发生的第四次6级或以上地震,这次地震造成一场世界职业棒球大赛中断,140万人受断电影响。旧金山市已经别无选择,他们正在发展微电网(也称作微网)为(下一次)大地震做准备。

 

旧金山环境部能源与气候项目经理CalBroomhead表示:“旧金山整个西部地区都建在沙地上。一旦发生一次强地震,天然气管道设施就会被摧毁,我们会面临大面积停电的危险。”如果输气管道设施被毁,会切断中心燃气电厂的天然气供应,并影响到分布式燃气发电机的使用。旧金山市希望找到一种分布式且不依靠燃烧柴油的备用电源解决方案。

 

2015年,旧金山市得到了美国能源部太阳能市场发展路径计划的赞助,将太阳能和储能技术纳入该市应急计划中。当地娱乐供应商太平洋燃气电气公司(PG&E),这是加利福尼亚州四家主要私营娱乐公司之一,也参与了该计划。太平洋燃气电气公司服务分析部主管DavidRubin对落基山研究所表示:“他们的提议与我们的想法不谋而合。我们可以依靠清洁能源和储能技术,在断电时为关键设施提供应急娱乐供应。”该计划的目标就是让我们的建筑得到更安全的娱乐供应,在面对自然灾害(如地震)时仍能够继续为居民提供服务。

 

该项目由旧金山环境部主导,国际公司Arup作为主要承包商,凯尔特人能源和Strategen咨询公司提供技术支持和专家意见。在为美国能源部撰写项目企划时,Broomhead想到,参加落基山研究所的eLabAccelerator研讨会将会对项目很有帮助。因此,Broomhead和来自太平洋燃气电气公司的Rubin,来自ArupRussellCarr以及来自凯尔特人能源公司的ChrisLotspeich一同参加了研讨会,探讨为旧金山乃至全美国提供一种太阳能和储能技术保障娱乐供应的方式。

 

现实情景

 

在研讨会上,该团队研究了在旧金山市不同地区可能发生的12种不同情景。他们选择了其中之一进行了细致分析,以此作为微电网的设计基础。该情景就是遭受地震灾害的唐人街。虽然旧金山对许多重点设施都进行过地震预防改造,但地震时输气和输电管道还是会被同时切断,这种情况有可能会持续3天以上。更糟糕的是,事件发生在11月份,此时旧金山地区天气以阴天为主。那么,这座城市要如何通过太阳能和储能技术提供紧急情况下的能源供应?

 

在了解关键问题和所需的不同标准后,研讨团队为技术设计过程制作了一幅决策图表,并以消防站为例对该设计过程进行测试。决策图表提出了关于电网负载的具体问题,以及能够通过现场或离场太阳能加储能技术是否足以满足娱乐需求,然后判断微电网或设备规模系统(无论是否使用柴油发电机)能否可以成为最佳解决方案。此外,团队还针对三种微电网配置设计了方案,分别考虑不同利益相关方(消费者、太平洋燃气电气公司或旧金山公共事业委员会)拥有微电网时的不同情况。团队还研究了一系列方案,将既有的私人光伏系统纳入到灾后能源供应服务体系中。不过,团队在研讨会中学到最重要的知识并非技术细节,还有更重要的议题。

 

全局观念

 

落基山研究所项目经理KobenCalhouneLabAccelerator团队协调人,他表示,研讨会帮助这个团队以更全面的视角看待整个问题,了解哪些是最重要的事情。Calhoun说:“最重要的事情并非技术细节,而是诸如社区实际需求、财务问题、管理和所有权等问题,这些才真正决定解决方案的设计走向。”自参加研讨会以后,旧金山环境部还组织了多次交流,讨论至今仍在继续。他们与其它利益相关方一起努力解决财务和管理问题,例如如何筹集资金,谁将拥有网内资产等。

 

在研讨会上,该团队还得以与其它面临类似问题的其他团队一起分享经验。Broomhead说:“参加研讨会最棒的一点就是能够认识来自KetchumHoboken的团队。我们的技术团队从其他人那里学到了许多知识与经验。”

 

现在一些非技术问题已经得到解决,接下来的工作将是现场考察、划定微电网区域范围,并与太平洋燃气电气公司和其它合作者们研究技术细节。

 

思维模式的改变

 

大家都认为,eLabAccelerator研讨会最具价值的地方在于将所有来自不同领域的专家聚集在一起,为了相似的目标而努力。太平洋燃气电气公司的Rubin说:“旧金山市主动找到我们并视我们为合作伙伴,我们非常感激。这个项目也提出了我们公司非常重视的两点:清洁能源和能源供应的稳定性。当自然灾害来临时,我们希望能与我们的社区和客户一起渡过难关。”

 

旧金山市的这一项目意义不仅是在灾难时刻保持微电网的能源服务。“我们的目标是超越城市的界限,”Calhoun说道,“这座城市希望创造一种可以被其他相邻城市所效仿的模式,并设计出具体规划,让这个国家的其它城市都能够实现类似的改进。”

 

旧金山环保部的Broomhead表示:“我们的计划不仅对应急预案很重要,对电网和未来能源体系也非常重要。最初,我们设计这个可再生能源系统的目的是提供紧急备用能源,而当人们看到我们可以不必再使用柴油发电机时,大家的想法开始发生转变。这表明利用可再生能源为建筑物供能不仅有利于环境,更是一种明智和可靠的选择。”