Auf einem Hinterhof hinter einem Gebäude des Idaho National Laboratory in Idaho Falls führt mich der Ingenieur für Energiesysteme, Kurt Myers, nach draußen, um einen unscheinbaren Schiffscontainer und einen geschlossenen Anhänger zu betrachten. Während diese generisch aussehenden Kisten auf den ersten Blick zum Transport von allem verwendet werden könnten, zeigt ein genauerer Blick Paneele mit ausgeklügelten Anschlüssen, Messgeräten und Kontrollleuchten, die mit einem Nest aus dicken Elektrokabeln verbunden sind. Diese Kabel sind mit Sonnenkollektoren und einer kleinen Windkraftanlage verbunden, die ebenfalls hinter diesem hochmodernen Labor versteckt sind.
Bild mit freundlicher Genehmigung von Idaho National Laboratory
Hier ist mehr los als man denkt.
Diese Sammlung mobiler Anhänger und Container ist ein voll funktionsfähiges Microgrid. Als Microgrid in a Box bezeichnet, umfasst es 320 Kilowattstunden Batteriespeicher und kann sich nahtlos in ein modernes Stromnetz einbinden und die Stromverteilung für ein kleines Dorf, eine Militärbasis oder, im Katastrophenfall, a koordinieren Krankenhaus, Transportdepot oder anderes Gebäude mit kritischer Infrastruktur.
Das Projekt ist eine Zusammenarbeit mit Privatindustrie und Regierungskunden. Eine frühe Version des Microgrid in a Box wurde bereits für militärische Zwecke in Kuwait eingesetzt.
„Während wir viel davon für militärische Anwendungen entwickelt haben, insbesondere für Stützpunkte in Übersee, wo ein Großteil der Infrastruktur nicht permanent oder semipermanent ist, kann Microgrid in a Box auch für die Unterstützung bei Ausfällen oder für wichtige Dienste während einer Katastrophe verwendet werden“, sagte Meyers . „Weil Microgrid in a Box einfach zu demontieren und zu bewegen ist, umgeht es die Notwendigkeit des Baus und ermöglicht es uns, effektiver mit Dieselgeneratoren zu arbeiten – oder sie sogar durch kohlenstofffreie Technologien wie Kernenergie, Solarenergie und solche, die mit Strom betrieben werden, zu ersetzen saubere Kraftstoffe.“
Einzigartig
Während Forscher in der Vergangenheit Microgrids mit ähnlichen Fähigkeiten gebaut haben, ist dies das erste tragbare System dieser Größenordnung mit all seinen fortschrittlichen Steuerungsfunktionen und Spezifikationen. Das Mikronetz kann etwa 250 Kilowatt Strom verwalten und sowohl in US-amerikanischen als auch in britischen Standard-Elektrosystemen funktionieren. Zum Vergleich: Das Gebäude des Center for Advanced Energy Studies in Idaho Falls benötigt durchschnittlich etwa 350 kW. „Wir könnten etwa zwei Drittel dieses Gebäudes für einen bestimmten Zeitraum mit Strom versorgen, abhängig von den Energieressourcen, die während der Integration verwendet werden“, sagte Myers. „Das wäre wie ein kleines Krankenhaus oder ein kritischer Teil eines großen Krankenhauses.“
„Wir wollten etwas Tragbares mit einer beträchtlichen Größe“, fuhr Myers fort. „Es ist nicht einfach, dieses Zeug portabel und mit allen erforderlichen Funktionen zu machen. Es ist kein Standardangebot auf dem Markt. Batterien und Wechselrichter dieses Typs sind normalerweise nicht für mobile Anwendungen ausgelegt.“
Aber was das Microgrid in a Box wirklich einzigartig macht, ist seine Flexibilität, die Stromerzeugung aus einer beliebigen Anzahl von Quellen zu verwalten und zu koordinieren, einschließlich Solar-, Wind-, Kern- oder Dieselgeneratoren, während es gleichzeitig gut mit dem Stromnetz spielt und Optionen für Netzdienste bietet.
Die meisten Microgrids konzentrieren sich entweder auf die Bedürfnisse des Endverbrauchers (z. B. die Stromversorgung eines Krankenhauses) oder arbeiten nahtlos für ein Versorgungsunternehmen auf der Seite der Kundenzähler. Das Microgrid in a Box verwendet mehrere Technologien, die es ihm ermöglichen, beide Rollen zu übernehmen.
„Die Batterie ist der Stoßdämpfer und eine zusätzliche Drossel für erneuerbare Energien und Versorgungsdienste“, sagte Myers. „Wenn Sie viele variable erneuerbare Energien haben, brauchen Sie die Speicherung, um die Verwaltung der Systeme zu unterstützen.“
Das mobile Mikronetz ist auch mit speziellen Wechselrichtern ausgestattet – Geräten, die Gleichspannung (DC) in Wechselspannung (AC) und Leistung umwandeln. Das System ist in der Lage, etwa 200 kW AC-gekoppelte, auf Wechselrichtern basierende Erzeugung aus Quellen wie Wind, Kernkraft und/oder Solarenergie plus zusätzliche 250 kW AC an kraftstoffbetriebener, synchroner Erzeugung zu bewältigen.
Diese Wechselrichter geben den Microgrid-Betreibern viel Kontrolle. „Das Maß an Kontrolle hängt davon ab, wie intelligent der Wechselrichter ist und wie die Steuerungssysteme sind“, sagte Myers. “Es ist eine viel feiner abgestimmte Steuerung, wenn ich inkrementell drosseln kann.”
Derzeit ist das Microgrid im Energy Systems Laboratory des INL mit einem Solartrailer, mehreren Reihen einsetzbarer Photovoltaikanlagen, einem Versorgungsnetz, einer kippbaren Windkraftanlage und einem kleineren Wechselrichtertrailer verbunden. Für die Zukunft planen Myers und sein Team Tests mit anderen Systemen, darunter ein kleines Wasserstofferzeugungssystem, wasserstoff- oder ammoniakbasierte Erzeugungssysteme und die Critical Infrastructure Test Range des INL
Wie bei dem frühen System, das derzeit in Kuwait eingesetzt wird, wird das Microgrid in a Box wahrscheinlich zuerst für Anwendungsdemonstrationen des Verteidigungsministeriums verwendet. Meyers räumt jedoch ein, dass es ein breites Interesse an der Anwendung der Technologie auch in Versorgungs- und Nothilfebereichen gibt. „In Bezug auf Steuerung, erweiterte Funktionen und Energiegehalt gibt es wirklich nichts Vergleichbares“, sagte Meyers. „Wir wissen, dass viele Leute darauf achten, was wir hier tun, und wir würden die Gelegenheit begrüßen, mit ihnen darüber zu sprechen, was es ist, wie es anders ist, und Erfahrungen auszutauschen.“
Die Battelle Energy Alliance verwaltet INL für das Office of Nuclear Energy des US-Energieministeriums. Das INL ist das nationale Zentrum für Kernenergieforschung und -entwicklung und forscht auch in allen strategischen Zielbereichen des DOE: Energie, nationale Sicherheit, Wissenschaft und Umwelt. Für weitere Informationen besuchen Siewww.inl.gov. Folgen Sie uns in den sozialen Medien: Twitter, Facebook, Instagram und LinkedIn.
Artikel mit freundlicher Genehmigung von Idaho National Laboratory, Von Cory Hatch, INL Communications
Vorgestelltes Bild, Foto von Kristin Hiller An Unsplash