使能源生产民主化

最初发布于Mediumby Pyro-E

在20世纪下半叶，个人计算机在信息传播，提高生产力和集体智慧方面带来了一系列进步。没有人，甚至连第二次世界大战中Enigma密码破解机的发明者Alan Turing都没有想到，简单的1和0会对社会产生如此大的影响，可能比任何一种发明的技术都大。现在，在工业革命爆发一百周年之后，另一个机遇就在眼前。这次，对全球能源安全和环境可持续性的日益增长的需求将为新技术创新带来最大的社会经济影响。但是，到目前为止，仅进行了增量改进。例如，大规模采用风能和太阳能受到其间歇性基本性质的限制。尽管如此，下一波创新真的能像计算机为信息，生产力和互连性所做的那样，在能源方面带来巨大的变革吗？

要提供替代方法，我们需要检查当前的能源基础设施的价值。自1900年代初期到中期，美国的电网就已经存在。很老根据美国工程院，它也被认为是“ 20世纪最重大的工程成就”。在城市边界和人口稠密地区发电的同时，工业化催生了更高的效率。按照目前的状态，电网是地球上最大的互联机器，拥有9200个发电机组，超过一百万兆瓦的发电能力以及超过300,000英里的输电线路。工业集团爱迪生电气研究所（Edison Electric Institute）估计整个系统的价值为8,760亿美元。令人印象深刻的是，尽管能源部年代久远，但该国的电网可靠度高达99.97％。

电网现代化的总成本

毕竟，中央电网基于串行架构-生成先于传输，然后再进行配电。为了获得如此高的可靠性，它需要随时可以使用的备用备份。负荷跟踪和调峰电站是两种备用容量，如果主要动力源脱机或用于需求响应，则可以调度备用容量。在任何时候，可用的备用容量都是所使用容量的两倍。这意味着，不仅储备容量大部分时间都处于闲置状态，而且下游输配电基础设施的设计必须能够处理总容量，而不管其使用情况如何—为了收回成本，公用事业公司向更大的工业差pay纳税人收取费用即使不使用也可达到峰值容量。这种串行冗余是我们集中式系统保持连续性和防止供应中断的方式。相关成本（包括固定成本（网格优化）和可变成本（峰值/负载跟踪容量））被传递给纳税人，以在电网不可用时对冲0.03％的时间（甚至不防止与天气有关的停机！）。根据美国能源部的数据，在每年的2.6个小时中，美国经济遭受了70到2000亿美元的损失，这些损失主要与天气有关，例如工资损失和经济产出中断。而且，根据估算，在接下来的两个十年中维持现状所需的费用约为$ 14T。

检修电网类似于延长使用寿命长达十年的汽车的寿命，该汽车在天气转冷时会发生故障。更糟糕的是，不愿接受这种权宜之计的投资超出了其天文数字的成本。这也与公共政策有关。基础设施投资的最大障碍是：“谁应该进行投资？”。

公共政策讨论中的一个因素与间歇性太阳能和风能的普及程度有关。例如，公用事业公司将不得不投入巨资进行电网现代化改造，而由于住宅光伏发电水平的提高，其目前成本回收模式的收益正在下降。问题在于，一半以上的电力输送是固定成本，而只有一小部分是通过可变费用来回收的，也许是10％。在太阳能装置中观察到这种情况，其中50％的可变PV容量仅占总能源供应的5％！

另一个问题涉及太阳能和风能的非均质性。例如，防晒带州占太阳总辐射的85％。同样适用于风带州（ND，SD，TX，KS，MT，OK，CO，NM），占陆地风能总容量的93％（EIA，2009c）。但是，最大的能源使用者存在于加利福尼亚州和东北部。而且，由于公用事业公司和电网运​​营商的地理位置也各不相同，因此在确定谁应该为输配电费用提供资金时面临挑战，这是一个挑战，因为这可以迅速建立在每英里地面传输线需要建造新法拉利的地方。

分布式微型发电与集中式发电

缺乏基础设施投资已经在破坏夏威夷的住宅太阳能市场。截至2015年4月，大约12％的电力用户使用屋顶太阳能，其容量已经超过了该公用事业公司白天负荷的120％。这种超载状况导致想要安装太阳能电池板的住宅积压。其中一位是61岁的艾伦·阿卡明（Allan Akamine），他是一家电缆公司的经理，他花了12,000美元购买了屋顶太阳能电池板，但是在18个月的时间里，他一直在等待与夏威夷州最大的夏威夷电气公司（Ohio Electric Company）谈判搭售。由于客户的积压，2014年夏威夷的光伏安装量增长首次放缓。鉴于到目前为止，光伏住宅仅占夏威夷房屋的一小部分，因此迫切需要优化电网以解决最细微的水平（每米背后）的太阳能装置。

没有新的基础设施没有分配没有传输没有间歇存储没有电网馈入没有许可证要求没有峰值成本

或者，想象一下另一种使我们的能源基础设施现代化的方法，该方法不需要改造成千上万的发电机组和近一百万英里的输配电。相反，想象一下，依靠数十亿台本地化，看不见的微型发电机来为我们的现代经济提供动力的能源基础设施。像个人计算机的好处一样，这种微型发电机网络将产生空前水平的用户数据，效率和互连性。当前，在全国许多地方，公用事业公司应对停电事件的唯一方法是致电客户！到那时，数百万的住宅和企业受到影响，并造成了高昂的损失。在系统互连的微型发电机不存在的情况下，这种情况将不会发生，因为系统级的可靠性与总冗余单元成正比。

这种以离网方法确保电力供应的观点已经部分地以微电网的形式实现。有人将其称为智能电网，其概念是这样的：由多个发电源组成的单个岛屿，包括太阳能电池板，风力涡轮机，甚至还有满足当地能源用户需求的高级存储容量。德克萨斯大学奥斯汀分校拥有世界上最大的微电网之一，峰值负荷为62兆瓦，可为校园内的150座建筑物提供服务。

为了进一步推动这一发展，我们提出了一种微型发电机网络，该网络可以独立于电网运行，通过资源和规模的多样性创造冗余，并结合了一系列最新的能效措施。优点是提高了效率，消除了集中式工厂的传输损耗，并且可以将热量作为空间和水加热发电的副产品现场使用。本地化，大规模互连的发电机还为使用传感器进行数据分析，管理和反馈控制提供了令人兴奋的机会，从而使电源供应更加灵敏和可靠。

没有比现在改变能源基础设施更大的挑战和更好的时机。迫切需要提高我们能源供应的可见性，灵活性和可靠性，可以总结出使用微型发电进行此类变革的动力。正如ARPA-E的谢丽尔·马丁（Cheryl Martin）博士所言：“回顾现在50年前，我希望那些评判[能源创新]的人会看到与[互联网]相同水平的影响。”我同意。拥有能源互联网将令人兴奋。

Pyro-E是最后一英里能源解决方案的提供商，该解决方案可以实现本地可持续的电力，水和冷却。