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澤源能效

美國高校如何建設微電網?

  • 分類:行業新聞
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  • 發布時間:2020-12-30 19:45
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【概要描述】美國普林斯頓大學的熱電站生產蒸汽,然后通過汽管隧道將蒸汽運載至新澤西州校園的各處房屋建筑中。當颶風桑迪切斷了主電力網時,熱電站仍然燈火通明?!?

美國高校如何建設微電網?

【概要描述】美國普林斯頓大學的熱電站生產蒸汽,然后通過汽管隧道將蒸汽運載至新澤西州校園的各處房屋建筑中。當颶風桑迪切斷了主電力網時,熱電站仍然燈火通明?!?

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  • 發布時間:2020-12-30 19:45
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美國普林斯頓大學的熱電站生產蒸汽,然后通過汽管隧道將蒸汽運載至新澤西州校園的各處房屋建筑中。當颶風桑迪切斷了主電力網時,熱電站仍然燈火通明。

  攝影:Christopher Lillja,普林斯頓大學設施組織

  馬薩諸塞州劍橋市。石油的氣味彌漫在這片有幾十年歷史的發電廠中,這個發電廠位于一處離建筑師弗蘭克.蓋里建造的古怪、現代而又多彩的建筑幾個街區開外的地方。

  麻省理工學院四層樓高的發電廠已經削減了它的石油使用量,并且計劃完全不使用石油。到2020年,作為擴張計劃的一部分,這里將依靠低污染天然氣替代石油來提供能源,僅在緊急情況下使用低硫原油。發電廠的目標是在接下來的四分之一個世紀中能全面滿足校園中日益增長的能源需求。

  “我們將有能力控制電網,”麻省理工學院中央公用事業發電廠的Don Holmes說,該發電廠提供電力,供暖和供冷?!拔覀儗⑿鹿S看作是一座通往未來的橋梁?!?/p>

  麻省理工學院并不是獨一家。有些世界頂尖的工程重地也使用了超高效的創新方法來生產他們自己的能源。去年時,幾家工程重地都公布了擴展或建設新的校園發電廠的計劃,他們將沿用斯坦福大學最先進的系統,基本上是使用太陽能,而非礦物燃料。

  他們追求的是脫離中央電網自成一體的環保供電方式,因為中央電網很容易受到極端天氣的侵害或是網絡攻擊。在高校長期使用場內電源發電廠的同時,他們也考慮了使用微電網,這是由于大風暴會切斷一段時期的供電,影響到數百萬人,尤其是2012年的颶風桑迪事件更激發了他們對微電網的興趣。

  “現在高校中都有一股趨向回彈性的新興潮流,”麻省理工學院可持續性辦公室主任Julie Newman說道。她說麻省理工學院想加倍發電廠的容量,發電廠的擴建會使學校能夠“抵擋任何發生在我們身邊的天災人禍?!?/p>

  

 

  麻省理工學院的中央公用事業發電廠為校園生產能源,這里有燃氣渦輪機和(圖中所示)冷凝器還有冷凍水管道。麻省理工學院正在擴建它的熱電站,這樣它的燃氣渦輪機就能供應校園所需的所有電力,供暖和供冷了。

  攝影:Wendy Koch,國家地理

  當颶風桑迪切斷了大西洋中部部分地區的電力時,校園發電廠為大家帶來了光明。在新澤西州,普林斯頓大學斷電20分鐘,直到它重獲了足夠的能源來重啟燃氣渦輪機。渦輪機保證了校園的燈光和供暖。同樣的,曼哈頓紐約大學的熱電站也在城市范圍大斷電的時候為校園提供了部分電力。

  所以高校已經火力全開全力以赴了,而且有些高校還有政府支持。加利福尼亞州就為拉斯波西塔社區大學的微電網自動化項目提供了資金,該項目旨在為集成太陽能構畫出一個藍圖。

  紐約州北部的聯合大學去年破土動工建造了一個燃氣熱電站,當它在7月份上線時,人們都期望它能為校園供應75%的電力和幾乎全部的供暖供冷。

  微電網的大力推進

  “微電網是一種全球性現象,”Peter Asmus在Navigant Research咨詢公司最新報導的一篇微電網文章中寫道,他預測微電網的生產力會以大約20%的效率增長。

  “從歷史觀點上說,最大的微電網市場是高校和醫院,”主要研究分析師Asmus在一次采訪中說道。他在報告中期待校園和機構微電網容量能有更大的增長,從2015年的200兆瓦左右跨越到2024年超過1500兆瓦。

  微電網的建立“很有彈性”,Asmus說自從它們能夠脫離中央電網獨立運轉后,它們有可能能抵制讓全城斷電的網絡攻擊。

  事實上,著作了暢銷書《熄燈》的經驗豐富的新聞工作者Ted Koppel將微電網稱為最大程度降低潛在的網絡攻擊中央電網影響的“絕妙好計”。

  關注網絡恐怖行動的同時,高級研究分析師Meegan Kelly說“頻繁而持續”增加的電網故障也激發著高校自己生產更多電力。

  “它們就像一個小小的城市”,美國理事會能量效率經濟部門的智囊團Kelly說。她說高校是開展微電網的最佳選擇,因為他們有全天候的能源需求以及長期的投資者。

  她還說一半是以天然氣為燃料的美國微電網可以變得非常節能,因為許多設備用一次燃料就可以產生兩種能源——電力和熱力。這些廢熱發電或是結合了供熱和發電(熱電聯供)的發電廠回收渦輪機的廢熱,用蒸汽來供暖和供冷,而廢熱在常規電廠就會白白浪費掉。

  因此,Kelly說熱電聯供系統運作起來就會更加高效,至少能提高60%的效率,而且能夠削減溫室氣體的排放。她說它們能幫助各州達到奧巴馬政府制定的清潔能源計劃中各自的排放指標,還能使高校達到自己的可持續性目標。

  

 

  普林斯頓熱電站(中心),建于1996年,生產電力的同時以蒸汽來供應暖氣,熱水和殺菌。

  攝影:Christopher Lillja,普林斯頓大學設施組織

  有些校園微電網通過以太陽能板或風力渦輪機產生后儲存在電池中的合并可再生能源來更進一步。加利福尼亞大學在圣地亞哥的發電廠能夠供應超過90%的校園能源,這里的煤氣發生爐結合屋頂太陽能和溶解碳酸鹽燃料電池共同運作來獲得能源儲備。

  “現在的趨勢是以太陽能和鋰離子電池結合的熱電聯合,”Asmus說,他補充說理想的情況是使燃料源變得多元化來降低風險。他說當前天然氣價格比較低廉,但日后在反水利壓裂法的作用下天然氣會削減供給并增加成本。

  位于加利福尼亞州北部的斯坦福大學可能會為它的創新得到很多贊。去年四月,它宣布換下已經使用了30年的煤氣加熱熱電站,替換為首開先河的太陽能和高效廢熱回收系統。

  大學和太陽能公司達成了協議來購買一家巨大場外太陽能廠的產量,協議將在今年晚些時候完成。這所太陽能廠將生產出斯坦福大學所需大約一半的電力,剩下的將會供應自校園太陽能板或是加州的電力網。斯坦福大學預估學校三分之二的電力將出自可再生能源,而且學校的碳排放將下降68%,相當于有32,000輛車停止行駛。

  作為大學新SESI(斯坦福大學能源系統創新)項目的一部分,學校建造了一個校園設備來提供超過90%的校園供暖。這個設備從校園冷卻系統回收了將近三分之二的廢熱,然后用其生產熱水來供暖。為了替換成蒸汽轉熱水的系統,斯坦福大學替換了22英里的地下管道,翻新了155棟樓。

  而且斯坦福大學預計,與廢熱發電相比,SESI項目將為學校在35年內節省4億2千萬美元,而且還將減少大約15%的水使用。該項目起源于2008年商討出的一個包含了整個學校社區的能源和氣候計劃,參與人員包括關注環境保護和可持續能源的教職人員。

  “這個系統可以為其他關注溫室氣體減排和未來有意愿投資的人們做一個范本,”斯坦福大學校長John Hennessy在對外公布SESI時說道,他將SESI稱為“21世紀的能源系統轉型?!?/p>

  麻省理工學院看重的是效率

  在美國的另一側海岸,麻省理工學院在十年前選擇了不同的項目,當時學??紤]的是它日漸老化的汽電聯產發電廠的未來。學校決定擴展設備,而非廢棄它們。

  “這是我們目前的最佳解決方案,”Holmes說,他是麻省理工學院公共事業及維護部門的主任,他說他將天然氣看作是一種“過渡燃料”。

  學校計劃將使用了20年之久的單個天然氣渦輪機替換成一個新的,再加裝第二個渦輪機,然后完成它們的冷凍水設備升級。通過將渦輪機容量加倍到42兆瓦,學校計劃能滿足整個校園的能源需求。

  麻省理工學院表示這兩個新的渦輪機將更加潔凈高效地工作。他們期待著學校能有更多能源可用,尤其是渦輪機上還加載了龐大的納米技術新中心,不過升級過的發電廠在2020年時仍會放出相較于2014年減少了10%的溫室氣體,但它將幫助大學恪守承諾在2030年時總共削減32%的排放量。

  可持續性辦公室主任Newman說,學校安排了其它步驟來削減排放。她說學校將很快開始評估現場或場外生產可再生能源的方法。目前,校園中不使用太陽能源,除非要點亮穹頂。一月份時,麻省理工學院發布了第一份校園溫室氣體綜合清單來幫助指導遠景規劃。

  同時,麻省理工學院說升級過的熱電站將為校園提供極端天氣保護,有些極端天氣是全球變暖惡化的產物。渦輪機能夠無外部電網電力而啟動,而它的基礎組分將被安置在預計500年內的洪水位之上,使發電廠在最惡劣的暴風雨環境中仍可運轉。

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