能源部和美國各地的公用事業公司正在探索各種方法，以提高城市在應對日益增多且代價高昂的由極端風暴和熱浪（隨著氣候變化而加劇）導致的停電時的彈性。
他們將利用城市電網中出現的一些相對較新的功能，包括大型儲能電池、越來越多的屋頂太陽能裝置以及新的計算機控制程式和開關。他們還將尋求房主的幫助。
一些公用事業公司已經在推廣諸如空調、恆溫器甚至電熱水器的雙向控制裝置，以減少消費者在超熱天氣中的電力需求。
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最雄心勃勃的努力是賦予當地公用事業公司在停電開始時快速重新配置電網的控制權。它將嘗試收集和分配足夠的再生能源，以支援一個“島嶼”，或者可以快速為醫院、警察和消防站以及其他緊急中心重新供電的較小電網區域。
這個實驗的舞臺被稱為德克薩斯州奧斯汀中東部的穆勒社群，這是一個大型現代化住宅開發專案，於 1999 年在原城市機場的跑道上開始。穆勒擁有許多可能需要的拼圖，包括大量帶有屋頂太陽能陣列的新房屋，以及最近安裝的大型電池儲存系統，奧斯汀的市政公用事業公司奧斯汀能源公司在聯邦撥款的幫助下獲得了該系統。
奧斯汀的第一個目標是利用該社群和大型電池，幫助其到 2027 年將對可再生能源的依賴擴大到 65%。奧斯汀能源公司已經開始使用安裝在穆勒社群邊緣的電池，以收集足夠的太陽能，幫助其滿足 100 度高溫天氣期間不斷增長的電力需求。
“我們還用它來進行能源套利，”該公用事業公司的策略師卡梅倫·弗雷伯格說。該電池收集並輸送太陽能在白天使用，此時電價很高。該系統在晚上使用電網的廉價風能充電，因此它為第二天的空調需求而戰做好了準備。
今年 6 月，美國能源部向奧斯汀能源公司提供了一筆 500 萬美元贈款的一部分，用於應對更復雜的挑戰。它是要從穆勒的房屋中的太陽能陣列中建立“靈活的能源通道”，以便在停電期間可以利用它們來供電。為此，當地公用事業公司正在加入一個更大的團隊，共享能源部的贈款，以探索儘量減少風暴引起的停電的及時方法。
它被稱為太陽能關鍵基礎設施供電系統，簡稱 SOLACE。它的名字不太恰當，因為參與實驗的人不太可能立即得到安慰。
風暴和可再生電力的物理特性是一個難以解決的問題。太陽能陣列產生或儲存在電池中的電力是以直流電的形式存在的，而電網上使用的電力是交流電。這種不匹配通常可以透過太陽能陣列上稱為逆變器的常見裝置來解決，該裝置將直流電轉換為交流電。
但是停電會關閉電網，使這種轉換過程癱瘓。最近，透過建立一個更復雜的裝置（稱為“併網”逆變器）解決了這個問題，該裝置的大小相當於兩個大號手提箱，透過模擬正常的電網條件，使來自附近屋頂陣列的電力可用。
如果這行得通，那麼下一個問題將是如何在電網損壞的情況下將電力輸送到需要的地方。每次風暴的影響都將是特殊的，迫使公用事業公司快速弄清楚其電網的哪些部分仍然完好無損。
斯科特·辛森是 Pecan Street Inc. 的首席技術官，Pecan Street Inc. 是一家非營利性研究組織，專注於推廣太陽能以減少電力生產中化石燃料的使用。Pecan Street 位於穆勒社群，並組織了一些自願的房主參與停電實驗。這可能會使他們偶爾遭受停電。
正如他解釋的那樣，公用事業公司可以重新配置他們的電網，關閉其中的某些部分進行維護。但是，計劃這個過程可能需要數週時間。像 2017 年襲擊並關閉了十多家發電廠並導致 10 萬德克薩斯人斷電的颶風哈維這樣的強風暴來襲，留給人們準備的時間相對較少。
規劃者希望，形成一個島嶼，或者一些人稱之為“微電網”，將為他們提供更多恢復電力的工具。“我們每年都在安裝越來越多的太陽能，因此我們需要了解這些事物是如何相互作用的，”辛森說。穆勒社群“提供了一個很好的測試平臺來做到這一點。”
在他看來，執行該實驗的團隊將必須繪製出社群中太陽能陣列的位置，以便它們可以與奧斯汀能源電池連線。他們必須建立第二個電路圖，該電路圖將允許電池將電力輸送到緊急中心。
“您必須安裝一堆東西才能進行實驗，而所有這些都需要一些時間，”辛森說，他指出，該團隊可能需要兩年時間來計劃和安裝開關裝置。第三年將用於建立和測試模擬中斷，以檢視是否可以收集太陽能並將其傳送到選定的地方。
這就是穆勒房主參與其中的地方。
“非常大的轉型”
奧斯汀能源公司正在為穆勒社群的“微電網”安裝電池。圖片來源：奧斯汀能源公司
一些志願者將繼續連線到奧斯汀能源公司的電網，而另一些志願者將連線到為測試配置的緊急備用系統。預計沒有人會因本次演習而斷電。
該團隊的另一位成員是 Yaskawa Solectria Solar。這家位於馬薩諸塞州勞倫斯的公司將製造其新型 XGI 1500 逆變器的一個變體，以建立滿足測試需求的“併網”逆變器。
該公司產品管理總監邁爾斯·羅素說，它將提供一個“穩定的電壓波形”，使太陽能產生的電力可以從太陽能陣列和電池轉移到為測試建立的電網中。如果結果成功，他預測這種裝置將會有全球市場。
“不要把它看作是一項實驗，”羅素說。“把它看作是旨在為全國電網的改善而開發這種能力的重點指導研究。這是一個我們看到更多風暴和更強烈的風暴的時代，這些風暴可能會摧毀我們電網的一部分。”
奧斯汀的測試將由位於加利福尼亞州帕洛阿爾託的電力研究所 (EPRI) 指導。它是一家非營利性機構，其成員包括美國和另外 35 個國家的公用事業公司。
領導其太陽能和電池研究團隊的布萊恩·西爾解釋說，大多數美國人在他們的一生中都經歷了可靠的電力供應，並且自 2008 年左右以來，美國發電系統的增長一直保持平穩。
許多消費者可能會使用智慧電錶等自動化裝置來幫助他們減少用電量。但是，他們可能看不到他所謂的為了電力可靠性而進一步參與的“商業動機”。許多新型空調和熱泵都具有可以實現這一點的調整功能。他估計，為了避免可能發生的停電而有意努力減少能源需求的消費者比例“是個位數”。
他說，在奧斯汀將發生的是“下一代電網管理”的演示，這是一種可以在更廣泛的區域斷電時生成並啟動本地系統的系統。這將需要更多關於儲能和太陽能使用的經驗。
西爾補充說：“我們需要即時重新配置一個系統，並使其為彈性目的而工作，”他將其比作警察在颶風疏散期間的作用。“這就像改變州際公路，在危機期間減少入境車道並將其作為出境車道執行。”
有跡象表明，需要更多的變化才能保持照明。美國能源部估計，2017 年的停電次數增加了一倍，其中大多數是由颶風和嚴重的冬季風暴造成的。
“必須發生非常大的轉型，”位於奧斯汀的 Itron Inc. 的副總裁史蒂夫·漢布里克解釋說，該公司一直在關注 SOLACE 實驗的準備工作。
在行業中，這個問題被稱為控制“需求響應”。解決電力需求高峰期（例如預測的熱浪）的傳統方法是公用事業公司與當地行業達成預先安排，使其停工一天。
漢布里克說，這可能不再提供足夠的電力。但是，解決方案可能也不是建造一座 30 億美元的發電廠。答案將是建立一個改進的電網，“可以處理所有這些出現在人們屋頂和車庫中的 30,000 美元的發電廠。”
漢布里克的公司生產自動化裝置，這將有助於公用事業公司在更惡劣的天氣條件下管理他們未來的電力需求。“我認為沒有任何公用事業公司知道如何大規模地做到這一點，”他說。
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