Остров у штата Мэн может стать моделью возобновляемой энергии для всего мира.

Жизнь на острове вынуждает человека быть новатором как в большом, так и в маленьком. Для примерно 50 круглогодичных жителей Isle au Haut, острова у побережья штата Мэн, инновации могут выглядеть как использование трубы из ПВХ в качестве карниза, потому что под рукой нет настоящих карнизов, или это может выглядеть как будущее электрической сети страны.

Остров длиной 6 миль и шириной 2 мили (10 км в длину и 3 км в ширину) столкнулся с перебоями в подаче электроэнергии. Таким образом, островитяне, как они это делают каждый день, проявили творческий подход — и в процессе интегрировали технологии, которые были доступны на протяжении десятилетий с появлением инноваций, чтобы создать то, что могло бы стать моделью возобновляемой энергии для остальной части США и, возможно, всего мира.

Isle au Haut получает электричество по подводному кабелю с материка, примерно в 7 милях (11 км) от него. Но этот кабель, кропотливо проложенный по дну океана местным жителем в 1983 году, почти вдвое превысил расчетный срок службы и может выйти из строя в любой момент.

Если кабель выйдет из строя, на острове может работать резервный дизельный генератор, но это утроит стоимость электроэнергии для жителей, говорит Джим Уилсон, президент Isle au Haut Electric Power Company. «Это была бы экономическая катастрофа», — говорит он.

Более того, использование дизельного генератора в качестве основного источника электроэнергии на острове также потребует более тщательного обслуживания и не благоприятно для климата.

Пять лет назад, зная, что островитяне живут взаймы, совет электроэнергетической компании начал изучать варианты. Среди них: создание микросети для острова, которая была бы независимой от материковой энергетической компании.

Чтобы пойти по маршруту микросетей, они должны иметь возможность вырабатывать электроэнергию на острове. Для этого они рассматривали микротурбины, устройства размером с холодильник, которые сжигают топливо для выработки электроэнергии. Они также смотрели на ветряные и солнечные турбины. По словам Уилсона, солнечная микросеть была разработана за небольшую часть стоимости всех других вариантов, включая замену кабеля.

Этим летом при поддержке островитян энергетическая компания готовится установить возобновляемую энергосистему на базе микросетей, которая включает 300-киловаттную солнечную батарею из 900 панелей.

Супер хранилище

По словам Уилсона, доведение этого проекта до точки запуска было «приключением». Когда одна сложная ситуация решалась, возникала другая.

Среди множества проблем, с которыми они столкнулись, была одна, которую должен решить каждый, кто заинтересован в переходе на возобновляемые источники энергии, такие как солнечная или ветровая: хранение переодически производимой для дальнейшего использования. Одно из наиболее распространенных решений для хранения — это литий-ионные батареи, но они не подходили для проекта острова по ряду причин, включая стоимость и предполагаемый срок службы.

Изучив несколько других вариантов хранения, энергетическая компания остановилась на суперконденсаторах, созданных нью-йоркской компанией по управлению энергопотреблением Kilowatt Labs. По словам председателя, соучредителя и управляющего директора Kilowatt Labs Чипа Зайберта, суперконденсаторы — это электронные устройства, которые накапливают и высвобождают энергию с высокой скоростью, не ухудшая, как это делают обычные батареи.

Электросеть острова, работающая на солнечной энергии, будет иметь хранилище на один мегаватт-час в суперконденсаторах, размещенных в двух 20-футовых (6-метровых) контейнерах, напоминающих трейлеры. Kilowatt Labs также предоставляет систему управления питанием, размещенную в 10-футовом (3-метровом) контейнере, которая направляет мощность в микросеть и из нее.

Сокращение отходов

Когда выяснилось, что такое хранилище, электроэнергетическая компания острова столкнулась с проблемой огромного сезонного несоответствия в количестве необходимой электроэнергии. Летом население острова увеличивается с 50 до 250–300 человек. Чтобы удовлетворить потребность в электроэнергии в летние месяцы, острову нужна более крупная энергосистема. В не летние месяцы эта более крупная система производит больше электроэнергии, чем используется.

Пока кабель еще функционирует, электроэнергетическая компания острова может продать эту избыточную мощность коммунальной компании на материке. Но как только кабель выходит из строя, любое электричество, произведенное сверх того, что может храниться в суперконденсаторах, будет потрачено впустую.

Решение? Установка систем отопления с тепловым насосом воздух-вода в жилых, муниципальных и коммерческих объектах на острове для преобразования избыточной электроэнергии в горячую воду, которую затем можно использовать для обогрева зданий, которые в настоящее время отапливаются с помощью различных источников, от древесины до масло к керосину.

Никто не ожидает, что каждый владелец собственности на острове переоборудует свои системы отопления на систему теплового насоса / резервуара для горячей воды, — говорит Молли Сигел, местный сотрудник Island Institute, некоммерческой организации из штата Мэн, которая защищает и сотрудничает с островные и прибрежные сообщества государства. По словам Сигеля, установка системы будет стоить около 9000 долларов США, что является огромными расходами для большинства жителей островов, проживающих круглый год. Но те, кто это сделает, могут рассчитывать на существенную экономию затрат на отопление.

По словам Уилсона, с учетом размера здания и того, насколько хорошо оно теплоизолировано, система теплового насоса / горячего водоснабжения может вдвое сократить расходы владельца на отопление. Таким образом, срок окупаемости первоначальных затрат на систему теплового насоса составляет от четырех до семи лет.

То, как осуществляется управление микросетью, делает энергетическую систему Isle au Haut следующей сеткой: компьютерная программа на основе алгоритмов, дополненная машинным обучением и искусственным интеллектом.

Созданное компанией в Портленде, штат Мэн, программное обеспечение, которое также рассматривается для использования в Европе и Африке, рассчитывает стоимость электроэнергии в режиме реального времени, чтобы потребители могли управлять своим выбором энергии.

«Мы обеспечиваем оптимальное распределение ресурсов», — объяснил Кей Айкин, соучредитель и генеральный директор Introspective Systems, во время вебинара о проекте острова, представленном прошлым летом для Smart Electric Power Alliance, некоммерческой организации, базирующейся в Вашингтоне, округ Колумбия.

Это означает, например, что программное обеспечение определяет, когда наиболее рентабельно отапливать здание с помощью системы теплового насоса воздух-вода / резервуара для горячей воды или использовать резервный источник тепла здания, такой как монитор, работающий на керосине. Обогреватели, то есть отдельные потребители, используя интерфейс приборной панели, напоминающий планшетный компьютер, могут выбрать наиболее удобный для них вариант. И они могут делать это, зная, что их конфиденциальность защищена: выбор потребителя в области управления энергопотреблением не передается энергетической компании.

По словам Уилсона, это довольно увлекательный материал. «Когда все это пойдет вместе, это будет совсем другая система, чем мы думали, когда начинали».

Деньги имеют значение

Как оплатить эту новую энергосистему и сделать ее максимально доступной для электроэнергетической компании и островитян — это еще один орешек, — говорит Николас Филлер, вице-президент энергетической компании.

Проект стоимостью 1,8 миллиона долларов финансируется из различных источников, включая частные инвестиции, пожертвования материалов, гранты и займы. Но островитяне все равно почувствуют себя кусочком. По словам Филлера, тариф за электроэнергию останется прежним — 32 цента за киловатт-час, но каждый владелец недвижимости должен будет заплатить оценочный сбор в размере до 6800 долларов, чтобы покрыть расходы по проекту. Владельцам недвижимости будет предоставлена возможность оплатить оценку сразу или через 20-летний план выплат.

Несмотря на дополнительные расходы для семейных бюджетов, островитяне поддержали проект, говорит Уилсон. Во-первых, они признают необходимость, но также есть факторы, которые снимают часть дополнительных затрат.

По его словам, если владельцы недвижимости перейдут на систему теплового насоса воздух-вода / накопления горячей воды, то экономия на их расходах на отопление смягчит большую часть увеличения их счетов за электроэнергию, а также за счет использования солнечных батарей и отопления. Остров в целом значительно сократит использование ископаемого топлива.

Привлечение внимания

Инновационный проект привлек внимание ряда отраслевых организаций. Ян Бернс, директор по стратегическим инициативам Efficiency Maine, говорит, что организация согласилась предоставить гранты на сумму более 65 000 долларов, чтобы поддержать проект, в надежде, что данные, собранные с острова, послужат информацией для будущих усилий организации.

«Мы относимся к этому с осторожным оптимизмом», — говорит Ян Бернс, директор по стратегическим инициативам Efficiency Maine. Хотя он не уверен, что этот тип проекта подходит для каждого сообщества в штате, он может стать сильной частью головоломки о том, как интегрировать возобновляемые источники энергии в электрическую систему. «Это может принести много пользы».

С точки зрения Уилсона, нет никаких сомнений в том, что то, что они делают на острове О-О, может иметь огромное значение для сообществ на материке в штате Мэн и для страны в целом.

«У нас должен быть план, который предполагает постепенный шаг за шагом», — говорит он. «Когда вы смотрите на то, что делает Isle au Haut, это действительно интересный детский шаг, который на самом деле является довольно большим скачком в схеме вещей».