Magt til folket

Det er midt på eftermiddagen i det solrige Californien, og dit hold knokler for at afslutte en præsentation, der giver en aftale, når BAM! strømmen går ned. Du er blevet fanget i et rullende blackout, som statens regulatorer har beordret, da en hedebølge bringer millioner af klimaanlæg. Backup-batterier vil give dig tid nok til at lukke dit system ned, men du kan glemme at afslutte den præsentation. Lyser slukket, ikke?

Ikke når et par møller på størrelse med køleskabet bagved dit kontor springer til live og forvandler naturgas til en konstant strøm af elektroner for at holde kontoret til at brumme. Systemer som disse mikroturbiner, sammen med brændselsceller, der udvinder elektrisk strøm fra brændstof uden at brænde det, ændrer reglerne i magtspillet. Du må ikke længere stole på et monopolistisk værktøj, der kan tage dig - og dine strømbehov - for givet.

Denne historie var en del af vores maj 2001-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Disse mikrostrømgeneratorer handler heller ikke kun om nødbackup. De kan levere strøm af højere kvalitet 24/7, end du kan købe hos dit lokale værk. Sæt stikket i et af disse systemer, og du undgår de computerkrasende spændingsspidser og fald, der ødelægger elektriciteten, der kommer ud af en stikkontakt i haven. Og mikrokraft betyder, at du kan forlade nettet, når strømpriserne stiger, eller endda tjene en ekstra penge ved at eksportere strøm til dine naboer. Spred nok mikrokraft i hele nettet, og selve nettet vil begynde at lære tricks, der kan gøre regionsdækkende strømafbrydelser til et ubehageligt minde.

Premium Juice

Efterhånden som vores afhængighed af elektriske og elektroniske systemer øges, har mange virksomheder - og forbrugere - brug for bedre ydeevne end den 99,9 procent pålidelighed, som det lokale elnet giver. Disse krævende brugere har brug for, hvad forsyningsselskaber kalder premium power: ren, førsteklasses elektrisk juice, der flyder uden fejl. Producenter, banker, telekommunikationsudbydere - næsten enhver virksomhed, der er afhængig af computere eller digitalt udstyr såsom webservere og routere - har brug for premium strøm. Og den eneste sikre måde at få det på, er energieksperter enige om, at generere det selv.

Industrielle operationer har længe gjort netop det, men private eller kommercielle brugere kunne ikke opfylde deres behov ved at bruge de tilgængelige små strømsystemer: dieselgeneratorerne, der holder hospitaler i live, er for højlydte og beskidte til et forstadskvarter. Solenergi bliver ved med at blive billigere, men den kan ikke altid levere kilowattene. Ikke at disse teknologier var i stand til at gøre den store forskel, eftersom statens love holdt de fleste strømforbrugere lænket til deres lokale forsyning. Deregulering ændrer alt det, frigør forbrugerne og udløser en strøm af investeringer og innovation. De første produkter af denne bølge af teknologisk udvikling er rene, støjsvage og pålidelige mikroturbiner, udviklet i 1960'erne til at levere elektrisk strøm til aircondition- og cirkulationssystemer på fly. De faldt ned mod forbrugermarkedet i begyndelsen af ​​1990'erne takket være Rosen Motors, virksomheden oprettet af Compaq Computer-medstifter Ben Rosen for at bygge turbinedrevne hybrid-elbiler.

Rosens firma var dog forud for sin tid, og det betalte prisen og faldt i 1997, lige før Toyota og Honda rullede gas-elektriske hybrider ud i Japan. Sidste år bragte de japanske bilgiganter hybrider til Amerika, hvilket tvang Detroit til at lægge forhastede planer for sine egne hybridbiler.

Selvom virksomhedens bilprojekt kollapsede, lever dens mikroturbinestrømkilde videre i et andet Rosen-projekt: Chatsworth, CA-baserede Capstone Turbine. Capstones mikroturbine på 30 kilowatt fungerer ligesom de flere hundrede megawatt naturgasfyrede kraftværker, der understøtter elnettet. Antænd brændstoffet (naturgas, benzin, petroleum - næsten alt, der brænder), og hurtigt ekspanderende forbrændingsgasser skubber turbinebladene til at dreje en rotor og generere elektricitet. Udstødningen fra mikroturbinerne indeholder kun omkring tre ppm smogdannende nitrogenoxider - omkring hundrede gange mindre end dieselgeneratorer - og stort set ingen sod.

Og mikroturbinen er klar til at gå langt uden at brænde ud, takket være luftlejer, der flyder turbinen på en turbulent film af luft, der kun er to mikrometer tyk. Luftlejerne oplever ingen friktion og intet slid, selv ved hårde hastigheder - mere end 1.500 omdrejninger i sekundet i Capstone-turbinen - som ville brænde smurte lejer op.

Brændselscellekraftværker vil køre endnu glattere og billigere, fordi de er i fast tilstand: I stedet for at brænde kulbrinter anvender brændselsceller damp og katalysatorer til at frigive brændstoffets brintatomer og fjerne dets elektroner. Undgåelse af forbrænding og bypass-mekanik gør denne teknologi ren og effektiv: Brændselsceller, der kører på naturgas, frigiver stort set ingen nitrogenoxid og omdanner 40 procent af brændstoffets energi til elektricitet (en tredjedel mere end mikroturbinen). At fange den spildte energi ved at bruge brændselscellens varmtvandsbiprodukt til at opvarme en bygnings luft og vand, skubber den samlede energieffektivitet til 80 procent eller mere.

Mindst et halvt dusin typer brændselsceller er under udvikling til elproduktion. Det bedste håb for mindre, mere overkommelige enheder ligger i en let, kompakt version baseret på en struktur kendt som en protonudvekslingsmembran. Dette er en teknologi, som vi kan takke bilindustrien for; Ford, DaimlerChrysler og Toyota investerer milliarder for at gøre denne række brændselsceller kraftfulde og billige nok til at erstatte forbrændingsmotoren ( se Fyld op med brint , TR november/december 2000 ).

Efterhånden som teknologien spreder sig fra bilindustrien, skubber en række startups, herunder Ballard Power Systems fra Burnaby, British Columbia, og Plug Power fra Latham, NY, protonudvekslingsmembranteknologi til stationær kraftproduktion. Målet er 1- til 15-kilowatt kraftværker for at gøre det muligt for en familie at erklære sig uafhængig af det elektriske net; større enheder, 60 til 250 kilowatt, ville gøre det samme for kontorer. Selvom disse virksomheder har aggressive marketingplaner, er virkeligheden - i form af tekniske forhindringer - begyndt at trænge sig på. Plug Power og dets marketingpartner, General Electric, planlagde at være de første til at markedsføre med tusindvis af boligenheder i år. Konstruktion af enhederne til kontinuerlig, fejlfri drift viser sig dog at være uventet kompleks, og Plug Power forventer nu at introducere kommercielle brændselscellesystemer i første halvdel af 2002.

Et elektrisk sikkerhedsnet

Micropower er ved at finde nogle af sine første applikationer i fjernoperationer, der har utilstrækkelig adgang til centralt genereret elektricitet. Mikroturbiner har været et hit på olieborerigge i for eksempel Alberta, Colorado og Texas. Disse rigge sidder over reserver af energirigt flydende guld, men ligger enten ud over nettet eller ved dets kant, hvor strømmen af ​​elektricitet ikke kan understøtte tungt udstyr. Nutidens vildkatte er også under pres fra miljømyndigheder for at bremse opbrændingen af ​​de svovlfyldte gasser, der er forbundet med mange brønde. Mikroturbiner vil køre på stort set alt, inklusive denne sure gas, så træk en til brøndhovedet, og du kan sætte disse miljøgener i gang med at drive pumperne.

Økonomien ved at producere strøm uden at pådrage sig en brændstofomkostning er så overbevisende, at mikroturbiner kan forvandle mange oliebrønde til fjerntliggende kraftværker, der genererer overskudsstrøm til salg over nettet. Ekspansionskapaciteten er enorm: Oliebrønde alene i Texas afbrænder typisk en milliard kubikmeter sur gas om året. Det er nok til at generere mere end 400 megawatt elektricitet, svarende til et mellemstort elværk. Lossepladser og spildevandsrensningsanlæg kan være de næste til at tjene penge på. Siden sidste forår har en Capstone-mikroturbine fordøjet den metan, der gærer fra verdens næststørste affaldsbunke - Los Angeles Countys Puente Hills losseplads - mens den kun genererer 1,3 ppm. af nitrogenoxider. Det er meget renere end de 30 ppm, der frigives, når gassen afbrændes.

Men at transformere spildgas er en nichemulighed, og virksomheder som Capstone og Ballard håber på meget mere. Deres plan: fange dereguleringsbølgen og forvandle millioner af strømforbrugere til strømproducenter. Deregulering fjerner monopolbeskyttelsen, der holdt nye elproducenter - især private og kommercielle forbrugere - ude af markedet. Under monopolmiljøet gjorde det ikke noget, hvis du havde disse vidunderlige teknologier til selv at generere, fordi du var forpligtet til at købe din strøm fra forsyningsvirksomheden, siger Wayne Gardner, leder af forretningsudvikling og strategi hos Exelon Capital Partners-the Philadelphia-baserede venturekapitalarm af den amerikanske elgigant Exelon.

Da deregulering giver forbrugerne større frihed til at producere strøm, giver det dem også større grund til at gøre det. Den stenede overgang til et dereguleret marked kaster en tåge af usikkerhed over elindustrien og afskrækker forsyningsselskaber fra at tilføje produktionskapacitet og opgradere deres transmissionsledninger. Energieksperter giver Californiens tøvende overgang til et konkurrencedygtigt elmarked skylden for dens nedsmeltning denne vinter. Og en løsning på et skrantende net, er det ved at blive klart, mikrokraft. Premium-strøm er klart det dominerende marked for distribueret strøm på kort sigt, siger Dan Rastler, en distribueret strømekspert hos Electric Power Research Institute i Palo Alto, Californien. Det eksisterende distributionssystem er ikke i stand til at opfylde dette markeds pålidelighedsbehov.

Premium power er allerede et marked på $7 til $10 milliarder om året i Nordamerika, ifølge analysefirmaet Frost & Sullivan. I dag kommer det meste fra batterier og dieselmotorer, der tjener som reservestrømkilder. Men friheden til at producere sin egen elektricitet kunne blæse dette marked åbent. Søgere efter førsteklasses strøm, der tilslutter mikroturbiner og brændselsceller til naturgasledningen, er ikke længere begrænset til kun at bruge deres generatorer, når lyset går ud. De kan spare penge ved at tænde, når netprisen overstiger brændstofomkostningerne. Nogle stater tillader endda mikrokraftproducenter at sælge overskydende strøm tilbage til nettet for en fortjeneste.

Denne evne til at spille på elmarkederne vil vokse, efterhånden som forsyningsselskaber bevæger sig mod realtidspriser, hvor prisen på el fra nettet afspejler omkostningerne ved at producere den. I tider med høj efterspørgsel, hvor forsyningsselskaber skal tænde for deres mindst effektive anlæg, stiger priserne. Micropower-enheder vil overvåge priserne via en internetforbindelse eller via et digitalt signal indlejret i selve elektriciteten. Ved hjælp af disse oplysninger vil de sammenligne tilbud på gas og elektricitet og automatisk tænde for sig selv, når spredningen er gunstig.

Alligevel er elproduktion ikke en kernekompetence for de fleste virksomheder (endsige private forbrugere), så det vil være vigtigt at finde de folk, der kan køre mikrokraft problemfrit. Når naturgaspriserne stiger, kan det koste et bundt at tænde for mikrokraft på det forkerte tidspunkt. Teknologiudviklerne og mange af investorerne har sat mere fokus på at få teknologien udviklet uden at tænke på driftssiden af, hvem der skal understøtte den, hvem der skal installere den, hvem der skal garantere den, siger Exelons Gardner.

Capstones bedste svar er Williams International, en Tulsa, OK-baseret energigigant, der solgte eller leasede 60 af de første 1.000 mikroturbiner, som Capstone producerede gennem november sidste år. Williams, hvis rørledninger bærer næsten 20 procent af den amerikanske naturgasforsyning, leverer en komplet energiservicepakke: finansiering af mikrokraftenheden, leverer strøm fra nettet og hjælper forbrugerne med at bestemme, hvornår peak barbering giver mening (virksomheden er en førende forhandler af elektricitet og naturgas). Mory Houshmand, direktør for Williams Distributed Power Services-enhed, siger, at Williams forventer, at deres grossister i USA, Sydamerika og Sydøstasien installerer omkring 1.500 mikroturbiner i år og yderligere 2.000 til 3.000 i 2002.

Enron, en Houston-baseret energigigant og rival til Williams, ser den samme mulighed med brændselsceller. Sidste efterår indgik Enron en alliance med FuelCell Energy, investerede 5 millioner dollars i Danbury, CT, opstarten og opnåede optioner på yderligere 1,3 millioner aktier, hvis virksomheden sælger mere end 55 megawatts værdi af sine brændselsceller med smeltet carbonat (nok at lyse op i 10.000 hjem). Jeremy Blachman, Chief Operating Officer for Enron Energy Services, er optimistisk med hensyn til mikrokraft. Når markedsprisen på strøm dukker op over det hele og når nogle af de niveauer, som vi har set under højsommeren efterspørgsel op til $7.000 pr. megawatt-time, så bliver distribueret produktion med brændselsceller meget mere økonomisk. (Selv ved nutidens skyhøje priser ville naturgas koste mindre end $100 pr. megawatt-time at fyre op i en mikroturbine og mindre end $75 pr. megawatt-time for at drive en brændselscelle.)

Kraft fra alle

For de store energiselskaber som Williams og Enron rækker tillokkelsen af ​​mikrokraft ud over salg og leasing af små produktionsanlæg. Disse organisationer ser en mulighed ved at udvikle sig, som vil sætte dem i stand til at sælge gas og elektricitet i massevis. Saml outputtet fra tusindvis af brændselsceller og små turbiner til et virtuelt kraftværk, og peak shaving bliver strømhandel. Hvis Williams kunne fjernaktivere tusindvis af mikroturbiner på sine kunders lokaler, kunne virksomheden generere hundredvis af megawatt til salg på engrosmarkedet. Houshmand siger, at dette dramatisk kan sænke prisen på mikroturbinen, hvilket lokker virksomheder som hans egen til at bære en større andel: Se på mobiltelefoner. For nogle år siden var de meget dyre, og nu giver serviceudbydere dem væk. Hvorfor? Fordi de sælger tjenesten.

Begrebet virtuelle kraftværker kunne også charme traditionelle forsyningsselskaber, der indtil nu har været lunkne over for teknologier, der lader forbrugere og virksomheder generere deres egen strøm. Tidligere opførte forsyningsselskaber barrierer for distribueret strøm, såsom vedligeholdelsesgebyrer for nødhjælpstjeneste. Ritchie Priddy, associeret direktør for distribueret energi hos Cambridge Energy Research Associates i Cambridge, MA, siger, at forsyningsselskaber forbliver ambivalente omkring mikrokraft. For eksempel betaler mange forsyningsselskaber nu detailhandelen for overskudsenergi fra solpaneler eller vindmøller - en strøm af energi, der ikke er konkurrencedygtig. Men de samme forsyningsselskaber betaler lidt eller intet for overskudsstrøm fra mikroturbiner og dieselmotorer, hvor kilowattene virkelig kunne tømmes. Nogle forsyningsselskaber omfavner distribueret generation, men helt ærligt gør de det på deres præmisser, siger Priddy, en tidligere forsyningsselskabschef.

Fortalere for mikrokraft som Priddy ønsker at overbevise elselskaber om, at udbredelsen af ​​mikrokraftgeneratorer kan hjælpe deres drift ved at hjælpe med at stabilisere nettet. Der er nogle håbefulde tegn. Japanske forsyningsselskaber subsidierer f.eks. udviklingen af ​​boligbrændselsceller, der opvarmer vand og udleder en kilowatt elektricitet - ikke i nærheden af ​​nok juice til at drive husstanden (en brødrister alene bruger mere end en kilowatt), men nok i alt til at lette belastningen af ​​overbelastede elledninger. Virtuelle kraftværker kunne have en mere dynamisk effekt på nettet: I stedet for at bede forbrugerne om at slukke deres udstyr, når strømbehovet stiger, forestil dig Californiens belejrede netcontrollere, der fjernaktiverer tusindvis af mikroturbiner og brændselsceller for at imødekomme spidsbelastningen.

skjule