De macht aan het volk

Het is halverwege de middag in het zonnige Californië en je team haast zich om een ​​deal-clining-presentatie af te ronden wanneer BAM! de stroom valt weg. Je bent betrapt op een voortschrijdende stroomuitval die regelgevers van de staat hebben bevolen omdat een hittegolf miljoenen airconditioners met zich meebrengt. Back-upbatterijen geven u voldoende tijd om uw systeem uit te schakelen, maar u kunt die presentatie vergeten. Licht uit, toch?

Niet wanneer een paar turbines ter grootte van een koelkast achter in uw kantoor tot leven komen en aardgas omzetten in een gestage stroom elektronen om het kantoor te laten draaien. Systemen zoals deze microturbines, samen met brandstofcellen die elektrische stroom uit brandstof halen zonder deze te verbranden, veranderen de regels in het machtsspel. U hoeft niet langer te vertrouwen op een monopolistisch nutsbedrijf dat u - en uw stroombehoeften - als vanzelfsprekend beschouwt.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van mei 2001

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Deze micropower-generatoren gaan ook niet alleen over noodback-up. Ze kunnen 24/7 stroom van hogere kwaliteit leveren dan u bij uw plaatselijke nutsbedrijf kunt kopen. Sluit een van deze systemen aan op een van deze systemen en u vermijdt de computercrashende spanningspieken en -zakkingen die de elektriciteit uit een stopcontact van verschillende soorten tuinieren ontsieren. En micro-energie betekent dat u het net kunt verlaten wanneer de stroomprijzen stijgen, of zelfs extra geld kunt verdienen door stroom naar uw buren te exporteren. Verspreid voldoende microstroom over het netwerk, en het netwerk zelf zal trucjes leren die een regionale stroomuitval tot een onaangename herinnering kunnen maken.

Premium sap

Naarmate onze afhankelijkheid van elektrische en elektronische systemen toeneemt, hebben veel bedrijven en consumenten betere prestaties nodig dan de 99,9 procent betrouwbaarheid die het lokale elektriciteitsnet biedt. Deze veeleisende gebruikers hebben behoefte aan wat nutsbedrijven premium power noemen: puur, eersteklas elektrisch sap dat feilloos stroomt. Fabrikanten, banken, telecommunicatieproviders - zowat elk bedrijf dat afhankelijk is van computers of digitale apparatuur zoals webservers en routers - hebben premium stroom nodig. En de enige zekere manier om het te krijgen, zijn energie-experts het erover eens, is om het zelf op te wekken.

Industriële operaties hebben dat al lang gedaan, maar residentiële of commerciële gebruikers konden hun behoeften niet vervullen met de beschikbare kleine stroomsystemen: de dieselgeneratoren die ziekenhuizen in leven houden, zijn te luid en vies voor een buitenwijk. Zonne-energie wordt steeds goedkoper, maar kan niet altijd de kilowatts leveren. Niet dat deze technologieën veel verschil konden maken, aangezien de staatswetten de meeste stroomverbruikers aan hun lokale nutsvoorziening vasthielden. Deregulering verandert dat allemaal, bevrijdt consumenten en ontketent een stortvloed aan investeringen en innovatie. De eerste producten van deze golf van technologische ontwikkeling zijn schone, stille en betrouwbare microturbines, ontwikkeld in de jaren zestig om elektrische energie te leveren voor airconditioning en circulatiesystemen in vliegtuigen. Ze daalden af ​​naar de consumentenmarkt in het begin van de jaren negentig dankzij Rosen Motors, het bedrijf dat door Ben Rosen, medeoprichter van Compaq Computer, werd opgericht om hybride elektrische auto's met turbineaandrijving te bouwen.

Het bedrijf van Rosen was zijn tijd echter vooruit en het betaalde de prijs door in 1997 op te vouwen net voordat Toyota en Honda gas-elektrische hybrides in Japan uitrolden. Vorig jaar brachten de Japanse autogiganten hybride auto's naar Amerika, waardoor Detroit gedwongen werd overhaaste plannen te maken voor hun eigen hybride auto's.

Hoewel de automobielonderneming van het bedrijf instortte, leeft de stroombron van de microturbine voort in een andere onderneming in Rosen: de Capstone Turbine uit Chatsworth, CA. Capstone's 30 kilowatt microturbine functioneert net als de honderden megawatt aardgasgestookte elektriciteitscentrales die het elektriciteitsnet ondersteunen. Steek de brandstof aan (aardgas, benzine, kerosine - zo ongeveer alles wat brandt) en snel uitzettende verbrandingsgassen duwen de turbinebladen om een ​​rotor te laten draaien en elektriciteit op te wekken. De uitlaatgassen van de microturbines bevatten slechts ongeveer drie delen per miljoen smogvormende stikstofoxiden - ongeveer honderd keer minder dan dieselgeneratoren - en vrijwel geen roet.

En de microturbine is klaar om de hele afstand af te leggen zonder door te branden, dankzij luchtlagers die de turbine laten drijven op een turbulente luchtfilm van slechts twee micrometer dik. De luchtlagers ondervinden geen wrijving en geen slijtage, zelfs bij zware snelheden - meer dan 1.500 omwentelingen per seconde in de Capstone-turbine - die gesmeerde lagers zouden verbranden.

Brandstofcelcentrales zullen nog soepeler en goedkoper werken omdat ze in vaste toestand zijn: in plaats van koolwaterstoffen te verbranden, gebruiken brandstofcellen stoom en katalysatoren om de waterstofatomen van de brandstof vrij te maken en de elektronen weg te halen. Door verbranding te vermijden en mechanica te omzeilen, is deze technologie schoon en efficiënt: brandstofcellen die op aardgas werken, geven vrijwel geen stikstofoxide af en zetten 40 procent van de energie van de brandstof om in elektriciteit (een derde meer dan de microturbine). Door de verspilde energie op te vangen door het bijproduct van warm water uit de brandstofcel te gebruiken om de lucht en het water van een gebouw te verwarmen, wordt de algehele energie-efficiëntie opgevoerd tot 80 procent of meer.

Er zijn minstens een half dozijn soorten brandstofcellen in ontwikkeling voor de opwekking van elektrische energie. De beste hoop voor kleinere, meer betaalbare eenheden ligt in een lichte, compacte versie op basis van een structuur die bekend staat als een protonenuitwisselingsmembraan. Dit is een technologie waarvoor we de auto-industrie kunnen bedanken; Ford, DaimlerChrysler en Toyota investeren miljarden om deze verscheidenheid aan brandstofcellen krachtig en goedkoop genoeg te maken om de verbrandingsmotor te vervangen ( zien Fill'er Up met waterstof , TR november/december 2000 ).

Terwijl de technologie zich vanuit de auto-industrie verspreidt, stimuleren een groot aantal startups, waaronder Ballard Power Systems uit Burnaby, British Columbia en Plug Power uit Latham, NY, protonenuitwisselingsmembraantechnologie voor stationaire energieproductie. Het doel is elektriciteitscentrales van 1 tot 15 kilowatt om een ​​gezin in staat te stellen zich onafhankelijk te verklaren van het elektriciteitsnet; grotere eenheden, 60 tot 250 kilowatt, zouden hetzelfde doen voor kantoren. Hoewel deze bedrijven agressieve marketingplannen hebben, begint de realiteit - in de vorm van technische obstakels - binnen te dringen. Plug Power en zijn marketingpartner General Electric waren van plan om dit jaar als eerste op de markt te komen met duizenden wooneenheden. Het ontwikkelen van de units voor continue, storingsvrije werking blijkt echter onverwacht complex te zijn, en Plug Power verwacht nu commerciële brandstofcelsystemen te introduceren in de eerste helft van 2002.

Een elektrisch vangnet

Micropower vindt enkele van zijn eerste toepassingen in operaties op afstand die onvoldoende toegang hebben tot centraal opgewekte elektriciteit. Microturbines zijn bijvoorbeeld een hit op booreilanden in Alberta, Colorado en Texas. Deze platforms bevinden zich boven reserves van energierijk vloeibaar goud, maar liggen ofwel buiten het net of aan de rand, waar het straaltje elektriciteit geen zware apparatuur kan dragen. Hedendaagse wildcatters staan ​​ook onder druk van milieuregelgevers om het affakkelen van de met zwavel beladen gassen in verband met veel putten te beteugelen. Microturbines werken op zo ongeveer alles, inclusief dit zure gas, dus sleep er een naar de bron en je kunt deze milieuoverlast aan het werk zetten door de pompen aan te drijven.

De economie van het opwekken van stroom zonder brandstofkosten is zo aantrekkelijk dat microturbines veel oliebronnen kunnen veranderen in afgelegen elektriciteitscentrales die overtollige stroom opwekken voor verkoop via het net. De capaciteit voor expansie is enorm: oliebronnen in Texas alleen al fakkelen typisch een miljard kubieke meter zuur gas per jaar af. Dat is genoeg om meer dan 400 megawatt aan elektriciteit op te wekken, wat overeenkomt met een middelgrote elektriciteitscentrale. Stortplaatsen en afvalwaterzuiveringsinstallaties kunnen de volgende zijn die geld binnenhaalt. Sinds afgelopen lente verteert een Capstone-microturbine het methaan dat fermenteert uit 's werelds op een na grootste afvalberg - de Puente Hills-stortplaats in Los Angeles County - en genereert slechts 1,3 delen per miljoen van stikstofoxiden. Dat is een stuk schoner dan de 30 delen per miljoen die vrijkomen bij het affakkelen van het gas.

Maar het transformeren van afvalgas is een nichekans, en bedrijven als Capstone en Ballard hopen op veel meer. Hun plan: de dereguleringsgolf opvangen en miljoenen stroomverbruikers omvormen tot stroomproducenten. Deregulering veegt de monopoliebescherming weg die nieuwe stroomproducenten - met name particuliere en commerciële consumenten - van de markt hield. Onder de monopolieomgeving maakte het niet uit of je deze prachtige technologieën zelf kon genereren, omdat je verplicht was om je stroom van het nutsbedrijf te kopen, zegt Wayne Gardner, manager bedrijfsontwikkeling en -strategie bij Exelon Capital Partners - het in Philadelphia gevestigde durfkapitaaltak van de Amerikaanse energiegigant Exelon.

Omdat deregulering consumenten meer vrijheid biedt om stroom op te wekken, geeft het hen ook meer reden om dat te doen. De rotsachtige overgang naar een gedereguleerde markt werpt een waas van onzekerheid over de energiesector, waardoor nutsbedrijven worden ontmoedigd om opwekkingscapaciteit toe te voegen en hun transmissielijnen te upgraden. Energie-experts verwijten Californië's aarzelende overgang naar een concurrerende energiemarkt voor de ineenstorting deze winter. En een oplossing voor een noodlijdend elektriciteitsnet, wordt steeds duidelijker, is micro-energie. Premium stroom is duidelijk de dominante kortetermijnmarkt voor gedistribueerde stroom, zegt Dan Rastler, een expert op het gebied van gedistribueerde stroom bij het Electric Power Research Institute in Palo Alto, CA. Het bestaande distributiesysteem is niet in staat om aan de betrouwbaarheidsbehoeften van die markt te voldoen.

Premium power is volgens het onderzoeksbureau Frost & Sullivan al een markt van $ 7 tot $ 10 miljard per jaar in Noord-Amerika. Tegenwoordig is het meeste daarvan afkomstig van batterijen en dieselmotoren die als back-upstroombronnen dienen. Maar de vrijheid om zelf elektriciteit op te wekken zou deze markt wel eens kunnen opblazen. Wie op zoek is naar eersteklas stroomvoorziening die microturbines en brandstofcellen aansluit op de aardgasleiding, is niet langer beperkt tot het gebruik van hun generatoren alleen als de lichten uitgaan. Ze kunnen geld besparen door op te laden wanneer de netprijs hoger is dan de brandstofkosten. Sommige staten staan ​​zelfs producenten van micro-energie toe om overtollige stroom met winst aan het net terug te verkopen.

Dit vermogen om op de energiemarkten te spelen, zal groeien naarmate nutsbedrijven evolueren naar realtime prijsstelling, waarbij de prijs van stroom van het net de kosten om het te produceren weerspiegelt. In tijden van piekvraag, wanneer nutsbedrijven hun minst efficiënte centrales moeten opstarten, schieten de prijzen omhoog. Micropower-units zullen de prijsbepaling volgen via een internetverbinding of via een digitaal signaal dat is ingebed in de elektriciteit zelf. Met deze informatie vergelijken ze offertes voor gas en elektriciteit en schakelen ze zichzelf automatisch in als de spreiding gunstig is.

Toch is energieopwekking geen kerncompetentie voor de meeste bedrijven (laat staan ​​voor huishoudelijke consumenten), dus het zal belangrijk zijn om de mensen te vinden die micro-energie soepel kunnen gebruiken. Met stijgende aardgasprijzen kan het op het verkeerde moment inschakelen van micro-energie een bundel kosten. De technologieontwikkelaars en veel investeerders hebben meer aandacht besteed aan het ontwikkelen van de technologie zonder na te denken over de operationele kant van wie het gaat ondersteunen, wie het gaat installeren, wie het gaat garanderen, zegt Exelon's Gardner.

Het beste antwoord van Capstone is Williams International, een in Tulsa, OK gebaseerde energiegigant die 60 van de eerste 1.000 microturbines die Capstone tot en met november vorig jaar produceerde, verkocht of verhuurde. Williams, wiens pijpleidingen bijna 20 procent van de Amerikaanse aardgasvoorziening vervoeren, biedt een compleet energieservicepakket: de financiering van de micropower-eenheid, het leveren van stroom van het net en het helpen van consumenten om te bepalen wanneer peak-shaving zinvol is (het bedrijf is een toonaangevende handelaar van elektriciteit en aardgas). Mory Houshmand, directeur van de Williams Distributed Power Services-eenheid, zegt dat Williams verwacht dat zijn groothandelaren in de Verenigde Staten, Zuid-Amerika en Zuidoost-Azië dit jaar ongeveer 1.500 microturbines zullen installeren en nog eens 2.000 tot 3.000 in 2002.

Enron, een in Houston gevestigde energiegigant en rivaal van Williams, ziet dezelfde kans komen met brandstofcellen. Afgelopen herfst smeedde Enron een alliantie met FuelCell Energy, waarbij hij $ 5 miljoen investeerde in de startup Danbury, CT en opties verwerft op nog eens 1,3 miljoen aandelen als het bedrijf meer dan 55 megawatt aan gesmolten-carbonaatbrandstofcellen verkoopt (genoeg om 10.000 huizen te verlichten). Jeremy Blachman, chief operating officer van Enron Energy Services, is optimistisch over micropower. Wanneer de marktprijs van stroom overal opduikt en enkele van de niveaus bereikt die we hebben gezien tijdens de piekzomervraag - tot $ 7.000 per megawattuur - dan wordt gedistribueerde opwekking met brandstofcellen veel zuiniger. (Zelfs bij de torenhoge prijzen van vandaag zou aardgas minder dan $ 100 per megawattuur kosten om een ​​microturbine op te starten en minder dan $ 75 per megawattuur om een ​​brandstofcel te laten werken.)

Kracht van iedereen

Voor de grote energiebedrijven als Williams en Enron gaat de aantrekkingskracht van micro-energie verder dan de verkoop en leasing van kleine elektriciteitscentrales. Deze organisaties zien een kans ontstaan ​​om massaal gas en elektriciteit te verkopen. Voeg de output van duizenden brandstofcellen en kleine turbines samen tot een virtuele energiecentrale, en peak-shaving wordt energiehandel. Als Williams op afstand duizenden microturbines bij zijn klanten zou kunnen activeren, zou het bedrijf honderden megawatt kunnen genereren voor verkoop op de groothandelsmarkt. Houshmand zegt dat dit de kosten van de microturbine drastisch zou kunnen verlagen, waardoor bedrijven zoals de zijne zouden worden verleid om een ​​groter aandeel te dragen: kijk naar mobiele telefoons. Een paar jaar geleden waren ze erg duur, en nu geven dienstverleners ze weg. Waarom? Omdat ze de service verkopen.

Het idee van virtuele energiecentrales zou ook traditionele nutsbedrijven kunnen bekoren die tot nu toe lauw stonden tegenover technologieën waarmee consumenten en bedrijven hun eigen stroom kunnen opwekken. In het verleden hebben nutsbedrijven barrières opgeworpen voor gedistribueerde stroom, zoals onderhoudskosten voor noodback-upservices. Ritchie Priddy, associate director voor gedistribueerde energie bij Cambridge Energy Research Associates in Cambridge, MA, zegt dat nutsbedrijven ambivalent blijven over micro-energie. Veel nutsbedrijven betalen nu bijvoorbeeld de detailhandel voor overtollige energie van zonnepanelen of windturbines - een stroompje energie dat weinig concurrentie oplevert. Maar dezelfde nutsbedrijven betalen weinig of niets voor overtollige stroom van microturbines en diesels, waar de kilowatts behoorlijk kunnen oplopen. Sommige nutsbedrijven omarmen gedistribueerde opwekking, maar eerlijk gezegd doen ze het op hun voorwaarden, zegt Priddy, een voormalig manager van een nutsbedrijf.

Voorstanders van micro-energie, zoals Priddy, willen energiebedrijven ervan overtuigen dat de verspreiding van micro-energiegeneratoren hun activiteiten kan helpen door het net te helpen stabiliseren. Er zijn enkele hoopvolle tekenen. Japanse nutsbedrijven subsidiëren bijvoorbeeld de ontwikkeling van brandstofcellen voor woningen die water verwarmen en één kilowatt elektriciteit produceren - lang niet genoeg sap om het huishouden van stroom te voorzien (een broodrooster alleen verbruikt meer dan een kilowatt), maar in totaal genoeg om de de belasting van overbelaste hoogspanningslijnen. Virtuele energiecentrales zouden een dynamischer effect op het net kunnen hebben: in plaats van consumenten te vragen hun apparatuur uit te zetten wanneer de vraag naar stroom stijgt, stelt u zich de belegerde netbeheerders van Californië voor die op afstand duizenden microturbines en brandstofcellen activeren om aan de piekvraag te voldoen.

zich verstoppen