能源部和美国各地的公用事业公司正在探索各种方法，以提高城市在应对日益增多且代价高昂的由极端风暴和热浪（随着气候变化而加剧）导致的停电时的弹性。
他们将利用城市电网中出现的一些相对较新的功能，包括大型储能电池、越来越多的屋顶太阳能装置以及新的计算机控制程序和开关。他们还将寻求房主的帮助。
一些公用事业公司已经在推广诸如空调、恒温器甚至电热水器的双向控制装置，以减少消费者在超热天气中的电力需求。
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最雄心勃勃的努力是赋予当地公用事业公司在停电开始时快速重新配置电网的控制权。它将尝试收集和分配足够的再生能源，以支持一个“岛屿”，或者可以快速为医院、警察和消防站以及其他紧急中心重新供电的较小电网区域。
这个实验的舞台被称为德克萨斯州奥斯汀中东部的穆勒社区，这是一个大型现代化住宅开发项目，于 1999 年在原城市机场的跑道上开始。穆勒拥有许多可能需要的拼图，包括大量带有屋顶太阳能阵列的新房屋，以及最近安装的大型电池存储系统，奥斯汀的市政公用事业公司奥斯汀能源公司在联邦拨款的帮助下获得了该系统。
奥斯汀的第一个目标是利用该社区和大型电池，帮助其到 2027 年将对可再生能源的依赖扩大到 65%。奥斯汀能源公司已经开始使用安装在穆勒社区边缘的电池，以收集足够的太阳能，帮助其满足 100 度高温天气期间不断增长的电力需求。
“我们还用它来进行能源套利，”该公用事业公司的策略师卡梅伦·弗雷伯格说。该电池收集并输送太阳能在白天使用，此时电价很高。该系统在晚上使用电网的廉价风能充电，因此它为第二天的空调需求而战做好了准备。
今年 6 月，美国能源部向奥斯汀能源公司提供了一笔 500 万美元赠款的一部分，用于应对更复杂的挑战。它是要从穆勒的房屋中的太阳能阵列中创建“灵活的能源通道”，以便在停电期间可以利用它们来供电。为此，当地公用事业公司正在加入一个更大的团队，共享能源部的赠款，以探索尽量减少风暴引起的停电的及时方法。
它被称为太阳能关键基础设施供电系统，简称 SOLACE。它的名字不太恰当，因为参与实验的人不太可能立即得到安慰。
风暴和可再生电力的物理特性是一个难以解决的问题。太阳能阵列产生或存储在电池中的电力是以直流电的形式存在的，而电网上使用的电力是交流电。这种不匹配通常可以通过太阳能阵列上称为逆变器的常见设备来解决，该设备将直流电转换为交流电。
但是停电会关闭电网，使这种转换过程瘫痪。最近，通过创建一个更复杂的设备（称为“并网”逆变器）解决了这个问题，该设备的大小相当于两个大号手提箱，通过模拟正常的电网条件，使来自附近屋顶阵列的电力可用。
如果这行得通，那么下一个问题将是如何在电网损坏的情况下将电力输送到需要的地方。每次风暴的影响都将是特殊的，迫使公用事业公司快速弄清楚其电网的哪些部分仍然完好无损。
斯科特·辛森是 Pecan Street Inc. 的首席技术官，Pecan Street Inc. 是一家非营利性研究组织，专注于推广太阳能以减少电力生产中化石燃料的使用。Pecan Street 位于穆勒社区，并组织了一些自愿的房主参与停电实验。这可能会使他们偶尔遭受停电。
正如他解释的那样，公用事业公司可以重新配置他们的电网，关闭其中的某些部分进行维护。但是，计划这个过程可能需要数周时间。像 2017 年袭击并关闭了十多家发电厂并导致 10 万德克萨斯人断电的飓风哈维这样的强风暴来袭，留给人们准备的时间相对较少。
规划者希望，形成一个岛屿，或者一些人称之为“微电网”，将为他们提供更多恢复电力的工具。“我们每年都在安装越来越多的太阳能，因此我们需要了解这些事物是如何相互作用的，”辛森说。穆勒社区“提供了一个很好的测试平台来做到这一点。”
在他看来，运行该实验的团队将必须绘制出社区中太阳能阵列的位置，以便它们可以与奥斯汀能源电池连接。他们必须创建第二个电路图，该电路图将允许电池将电力输送到紧急中心。
“您必须安装一堆东西才能进行实验，而所有这些都需要一些时间，”辛森说，他指出，该团队可能需要两年时间来计划和安装开关设备。第三年将用于创建和测试模拟中断，以查看是否可以收集太阳能并将其发送到选定的地方。
这就是穆勒房主参与其中的地方。
“非常大的转型”
奥斯汀能源公司正在为穆勒社区的“微电网”安装电池。图片来源：奥斯汀能源公司
一些志愿者将继续连接到奥斯汀能源公司的电网，而另一些志愿者将连接到为测试配置的紧急备用系统。预计没有人会因本次演习而断电。
该团队的另一位成员是 Yaskawa Solectria Solar。这家位于马萨诸塞州劳伦斯的公司将制造其新型 XGI 1500 逆变器的一个变体，以创建满足测试需求的“并网”逆变器。
该公司产品管理总监迈尔斯·罗素说，它将提供一个“稳定的电压波形”，使太阳能产生的电力可以从太阳能阵列和电池转移到为测试创建的电网中。如果结果成功，他预测这种设备将会有全球市场。
“不要把它看作是一项实验，”罗素说。“把它看作是旨在为全国电网的改善而开发这种能力的重点指导研究。这是一个我们看到更多风暴和更强烈的风暴的时代，这些风暴可能会摧毁我们电网的一部分。”
奥斯汀的测试将由位于加利福尼亚州帕洛阿尔托的电力研究所 (EPRI) 指导。它是一家非营利性机构，其成员包括美国和另外 35 个国家的公用事业公司。
领导其太阳能和电池研究团队的布莱恩·西尔解释说，大多数美国人在他们的一生中都经历了可靠的电力供应，并且自 2008 年左右以来，美国发电系统的增长一直保持平稳。
许多消费者可能会使用智能电表等自动化设备来帮助他们减少用电量。但是，他们可能看不到他所谓的为了电力可靠性而进一步参与的“商业动机”。许多新型空调和热泵都具有可以实现这一点的调整功能。他估计，为了避免可能发生的停电而有意努力减少能源需求的消费者比例“是个位数”。
他说，在奥斯汀将发生的是“下一代电网管理”的演示，这是一种可以在更广泛的区域断电时生成并启动本地系统的系统。这将需要更多关于储能和太阳能使用的经验。
西尔补充说：“我们需要即时重新配置一个系统，并使其为弹性目的而工作，”他将其比作警察在飓风疏散期间的作用。“这就像改变州际公路，在危机期间减少入境车道并将其作为出境车道运行。”
有迹象表明，需要更多的变化才能保持照明。美国能源部估计，2017 年的停电次数增加了一倍，其中大多数是由飓风和严重的冬季风暴造成的。
“必须发生非常大的转型，”位于奥斯汀的 Itron Inc. 的副总裁史蒂夫·汉布里克解释说，该公司一直在关注 SOLACE 实验的准备工作。
在行业中，这个问题被称为控制“需求响应”。解决电力需求高峰期（例如预测的热浪）的传统方法是公用事业公司与当地行业达成预先安排，使其停工一天。
汉布里克说，这可能不再提供足够的电力。但是，解决方案可能也不是建造一座 30 亿美元的发电厂。答案将是建立一个改进的电网，“可以处理所有这些出现在人们屋顶和车库中的 30,000 美元的发电厂。”
汉布里克的公司生产自动化设备，这将有助于公用事业公司在更恶劣的天气条件下管理他们未来的电力需求。“我认为没有任何公用事业公司知道如何大规模地做到这一点，”他说。
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