Makt till folket

Det är mitt på eftermiddagen i soliga Kalifornien och ditt team kämpar för att avsluta en presentation när BAM! strömmen går ner. Du har hamnat i ett rullande strömavbrott som statliga tillsynsmyndigheter har beställt eftersom en värmebölja leder till miljontals luftkonditioneringsapparater. Backup-batterier ger dig tillräckligt med tid för att stänga av ditt system, men du kan glömma att avsluta presentationen. Ljuset släckt, eller hur?

Inte när ett par kylskåpstora turbiner på baksidan av ditt kontor slår till liv och förvandlar naturgas till en jämn ström av elektroner för att hålla kontoret surrande. System som dessa mikroturbiner, tillsammans med bränsleceller som utvinner elektrisk kraft från bränsle utan att bränna det, förändrar reglerna i kraftspelet. Du behöver inte längre förlita dig på ett monopolistiskt verktyg som kan ta dig - och dina kraftbehov - för givna.

Den här historien var en del av vårt majnummer 2001

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Dessa mikrokraftgeneratorer handlar inte bara om nödbackup heller. De kan ge ström av högre kvalitet 24/7 än vad du kan köpa från ditt lokala företag. Koppla in i ett av dessa system så slipper du de spänningstoppar och sjunkande datorkraschar som fördärvar elektriciteten som kommer ut ur ett vägguttag av trädgårdsvarianter. Och mikrokraft innebär att du kan överge elnätet när energipriserna stiger, eller till och med tjäna en extra slant genom att exportera kraft till dina grannar. Sprid ut tillräckligt med mikrokraft i hela nätet, så kommer själva nätet att börja lära sig knep som kan göra regionomfattande strömavbrott till ett obehagligt minne.

Premium Juice

När vårt beroende av elektriska och elektroniska system ökar, behöver många företag - och konsumenter - bättre prestanda än de 99,9 procent tillförlitlighet som det lokala elnätet ger. Dessa krävande användare behöver vad verktyg kallar premiumkraft: ren, högklassig elektrisk juice som flödar utan att misslyckas. Tillverkare, banker, telekommunikationsleverantörer – nästan alla företag som är beroende av datorer eller digital utrustning som webbservrar och routrar – behöver premiumkraft. Och det enda säkra sättet att få det, är energiexperter överens om, att generera det själv.

Industriell verksamhet har länge gjort just det, men bostads- eller kommersiella användare kunde inte uppfylla sina behov med de tillgängliga små kraftsystemen: dieselgeneratorerna som håller sjukhusen vid liv är för högljudda och smutsiga för ett förortskvarter. Solenergi blir hela tiden billigare, men den kan inte alltid leverera kilowatten. Inte för att dessa tekniker kunde göra någon större skillnad, eftersom statliga lagar höll de flesta strömkonsumenter bundna till sitt lokala nät. Avregleringen förändrar allt detta, frigör konsumenterna och släpper lös en ström av investeringar och innovation. De första produkterna av denna våg av teknikutveckling är rena, tysta och pålitliga mikroturbiner, utvecklade på 1960-talet för att tillhandahålla elektrisk kraft till luftkonditionering och cirkulationssystem på flygplan. De steg ner mot konsumentmarknaden i början av 1990-talet tack vare Rosen Motors, företaget som skapades av Compaq Computers medgrundare Ben Rosen för att bygga turbindrivna hybridelbilar.

Rosens företag var dock före sin tid och det betalade priset och föll ihop 1997 precis innan Toyota och Honda rullade ut gaselektriska hybrider i Japan. Förra året tog de japanska biljättarna hybrider till Amerika, vilket tvingade Detroit att lägga förhastade planer för sina egna hybridbilar.

Även om företagets bilsatsning kollapsade, lever dess mikroturbinkraftkälla vidare i en annan Rosen-satsning: Chatsworth, CA-baserade Capstone Turbine. Capstones mikroturbin på 30 kilowatt fungerar precis som de flera hundra megawatts naturgaseldade kraftverken som stödjer elnätet. Tänd bränslet (naturgas, bensin, fotogen - nästan allt som brinner) och snabbt expanderande förbränningsgaser pressar turbinbladen för att snurra en rotor och generera elektricitet. Avgaserna från mikroturbinerna innehåller bara cirka tre miljondelar smogbildande kväveoxider – ungefär hundra gånger mindre än dieselgeneratorer – och praktiskt taget inget sot.

Och mikroturbinen är redo att gå långt utan att brinna ut, tack vare luftlager som flyter turbinen på en turbulent luftfilm bara två mikrometer tjock. Luftlagren upplever ingen friktion och inget slitage, även vid straffhastigheter - mer än 1 500 varv per sekund i Capstone-turbinen - som skulle bränna upp smorda lager.

Bränslecellskraftverk kommer att fungera ännu smidigare och billigare eftersom de är fasta tillstånd: snarare än att bränna kolväten använder bränsleceller ånga och katalysatorer för att frigöra bränslets väteatomer och ta bort dess elektroner. Undvikande förbränning och förbigående mekanik gör denna teknik ren och effektiv: bränsleceller som drivs på naturgas frigör praktiskt taget ingen kväveoxid och omvandlar 40 procent av bränslets energi till elektricitet (en tredjedel mer än mikroturbinen). Att fånga upp den bortkastade energin genom att använda bränslecellens hetvattenbiprodukt för att värma en byggnads luft och vatten pressar den totala energieffektiviteten till 80 procent eller mer.

Minst ett halvdussin typer av bränsleceller är under utveckling för elproduktion. Det bästa hoppet för mindre, mer prisvärda enheter ligger i en lätt, kompakt version baserad på en struktur som kallas ett protonbytesmembran. Detta är en teknik som vi kan tacka bilindustrin för; Ford, DaimlerChrysler och Toyota investerar miljarder för att göra denna variant av bränsleceller kraftfulla och billiga nog att ersätta förbränningsmotorn ( ser Fyll på med väte , TR november/december 2000 ).

När tekniken sprider sig från bilindustrin, driver en mängd nystartade företag, inklusive Ballard Power Systems i Burnaby, British Columbia, och Plug Power i Latham, NY, protonbytesmembranteknologi för stationär kraftproduktion. Målet är kraftverk på 1 till 15 kilowatt för att göra det möjligt för en familj att förklara sig oberoende av elnätet; större enheter, 60 till 250 kilowatt, skulle göra samma sak för kontor. Även om dessa företag har aggressiva marknadsföringsplaner, har verkligheten - i form av tekniska hinder - börjat tränga in. Plug Power och dess marknadsföringspartner, General Electric, planerade att vara de första att marknadsföra med tusentals bostäder i år. Att konstruera enheterna för kontinuerlig, felfri drift visar sig dock vara oväntat komplex, och Plug Power räknar nu med att introducera kommersiella bränslecellssystem under första halvåret 2002.

Ett elektriskt skyddsnät

Micropower hittar några av sina första applikationer inom fjärroperationer som har otillräcklig tillgång till centralt genererad el. Mikroturbiner har varit en hit på oljeborrriggar i till exempel Alberta, Colorado och Texas. Dessa riggar sitter ovanför reserver av energirikt flytande guld, men ligger antingen bortom nätet eller vid dess kant, där strömmen av elektricitet inte kan stödja tung utrustning. Nutida vildfångare är också under tryck från miljötillsynsmyndigheter för att stävja uppflammningen av de svavelbelastade gaserna som är förknippade med många brunnar. Mikroturbiner kommer att köras på nästan vad som helst, inklusive den här sura gasen, så dra en till brunnshuvudet och du kan sätta denna miljöstörning igång med att driva pumparna.

Ekonomin med att generera kraft utan att ådra sig en bränslekostnad är så övertygande att mikroturbiner kan förvandla många oljekällor till avlägsna kraftverk som genererar överskottskraft för försäljning över nätet. Expansionskapaciteten är enorm: oljekällor enbart i Texas flammar vanligtvis upp en miljard kubikmeter sur gas om året. Det räcker för att generera mer än 400 megawatt el, motsvarande ett medelstort kraftverk. Deponier och reningsverk för avloppsvatten kan vara nästa att ta emot pengar. Sedan i våras har en Capstone-mikroturbin smält metan som jäser fram från världens näst största sophög - Los Angeles Countys deponi i Puente Hills - samtidigt som den genererar endast 1,3 ppm av kväveoxider. Det är mycket renare än de 30 miljondelar som släpps ut när gasen flammar upp.

Men att omvandla spillgas är en nischmöjlighet, och företag som Capstone och Ballard hoppas på mycket mer. Deras plan: fånga avregleringsvågen och förvandla miljontals energikonsumenter till kraftproducenter. Avregleringen sveper bort monopolskyddet som höll nya kraftproducenter – särskilt privata och kommersiella konsumenter – borta från marknaden. Under monopolmiljön spelade det ingen roll om du hade dessa underbara teknologier att generera själv eftersom du var skyldig att köpa din kraft från kraftverket, säger Wayne Gardner, chef för affärsutveckling och strategi på Exelon Capital Partners-the Philadelphia-baserade riskkapitalarm av den amerikanska kraftjätten Exelon.

Eftersom avreglering ger konsumenterna större frihet att generera energi, ger det dem också fler skäl att göra det. Den steniga övergången till en avreglerad marknad skapar en dimma av osäkerhet över kraftindustrin och avskräcker kraftbolag från att lägga till produktionskapacitet och uppgradera sina transmissionsledningar. Energiexperter skyller Kaliforniens tveksamma övergång till en konkurrenskraftig kraftmarknad för dess härdsmälta i vinter. Och en lösning på ett krångligt elnät, blir det tydligt, är mikrokraft. Premiumkraft är helt klart den dominerande marknaden på kort sikt för distribuerad kraft, säger Dan Rastler, expert på distribuerad kraft vid Electric Power Research Institute i Palo Alto, Kalifornien. Det befintliga distributionssystemet är inte kapabelt att möta marknadens tillförlitlighetsbehov.

Premiumkraft är redan en marknad på 7 till 10 miljarder dollar per år i Nordamerika, enligt analysföretaget Frost & Sullivan. Idag kommer det mesta från batterier och dieselmotorer som fungerar som reservkraftkällor. Men friheten att producera sin egen el kan blåsa upp denna marknad. Sökare av premiumkraft som kopplar upp mikroturbiner och bränsleceller till naturgasledningen är inte längre begränsade till att endast använda sina generatorer när lamporna släcks. De kan spara pengar genom att slå på när nätpriset överstiger bränslekostnaden. Vissa stater tillåter till och med mikrokraftsproducenter att sälja överskottskraft tillbaka till nätet för en vinst.

Denna förmåga att spela på kraftmarknaderna kommer att växa i takt med att elbolagen går mot realtidsprissättning, där priset på el från nätet speglar kostnaden för att producera den. Under tider med hög efterfrågan, när kraftverk måste sätta igång sina minst effektiva anläggningar, stiger priserna. Micropower-enheter kommer att övervaka prissättningen via en internetanslutning eller via en digital signal inbäddad i själva elen. Med hjälp av denna information kommer de att jämföra offerter för gas och el och slå på sig automatiskt när spridningen är gynnsam.

Ändå är kraftproduktion inte en kärnkompetens för de flesta företag (för att inte tala om privatpersoner), så det kommer att vara viktigt att hitta personer som kan driva mikrokraft smidigt. Med stigande naturgaspriser kan det kosta ett paket att slå på mikrokraft vid fel tidpunkt. Teknikutvecklarna och många av investerarna har lagt mer fokus på att få tekniken utvecklad utan att tänka på driftsidan av vem som ska stödja den, vem som ska installera den, vem som ska garantera den, säger Exelons Gardner.

Capstones bästa svar är Williams International, en Tulsa, OK-baserad energijätte som sålde eller leasade 60 av de första 1 000 mikroturbinerna som Capstone producerade i november förra året. Williams, vars pipelines bär nästan 20 procent av USA:s naturgasförsörjning, tillhandahåller ett komplett energiservicepaket: finansierar mikrokraftsenheten, tillhandahåller ström från nätet och hjälper konsumenterna att avgöra när topprakning är vettigt (företaget är en ledande handlare av el och naturgas). Mory Houshmand, chef för Williams Distributed Power Services-enhet, säger att Williams förväntar sig att dess grossister i USA, Sydamerika och Sydostasien kommer att installera cirka 1 500 mikroturbiner i år och ytterligare 2 000 till 3 000 under 2002.

Enron, en Houston-baserad energijätte och rival till Williams, ser samma möjlighet med bränsleceller. Förra hösten slöt Enron en allians med FuelCell Energy, investerade 5 miljoner dollar i Danbury, CT, startup och fick optioner på ytterligare 1,3 miljoner aktier om företaget säljer mer än 55 megawatts värde av sina smältkarbonatbränsleceller (tillräckligt). för att lysa upp 10 000 hem). Jeremy Blachman, operativ chef för Enron Energy Services, är hausse på mikrokraft. När marknadspriset på kraft dyker upp överallt och når några av de nivåer som vi har sett under högsommarefterfrågan upp till 7 000 USD per megawattimme, blir distribuerad produktion med bränsleceller mycket mer ekonomisk. (Även vid dagens skyhöga priser skulle naturgas kosta mindre än $100 per megawattimme för att tända en mikroturbin och mindre än $75 per megawattimme för att driva en bränslecell.)

Kraft från alla

För de stora energibolagen som Williams och Enron går lockbetet med mikrokraft utöver försäljning och uthyrning av små produktionsanläggningar. Dessa organisationer ser en möjlighet att utvecklas som kommer att göra det möjligt för dem att sälja gas och el i massor. Aggregera produktionen från tusentals bränsleceller och små turbiner till ett virtuellt kraftverk, och peak shaving blir krafthandel. Om Williams kunde fjärraktivera tusentals mikroturbiner i sina kunders lokaler, skulle företaget kunna generera hundratals megawatt för försäljning på grossistmarknaden. Houshmand säger att detta dramatiskt kan sänka kostnaderna för mikroturbinen, vilket lockar företag som hans egna att ta en större andel: Titta på mobiltelefoner. För några år sedan var de väldigt dyra och nu ger tjänsteleverantörer bort dem. Varför? Eftersom de säljer tjänsten.

Föreställningen om virtuella kraftverk kan också charma traditionella verktyg som hittills har varit ljumma mot teknologier som låter konsumenter och företag generera sin egen kraft. Tidigare byggde elbolag upp barriärer för distribuerad kraft, såsom underhållsavgifter för akut backup-tjänst. Ritchie Priddy, biträdande direktör för distribuerad energi vid Cambridge Energy Research Associates i Cambridge, MA, säger att verktyg förblir ambivalenta om mikrokraft. Till exempel betalar många allmännyttiga företag nu detaljhandeln för överskottsenergi från solpaneler eller vindkraftverk - en ström av energi som utgör liten konkurrens. Men samma kraftverk betalar lite eller ingenting för överskottskraft från mikroturbiner och dieslar, där kilowatten verkligen kunde läggas ihop. Vissa kraftbolag anammar distribuerad produktion, men helt ärligt så gör de det på sina villkor, säger Priddy, en före detta företagschef för energibolag.

Mikrokraftsförespråkare som Priddy vill övertyga kraftbolag om att spridningen av mikrokraftsgeneratorer kan hjälpa deras verksamhet genom att hjälpa till att stabilisera nätet. Det finns några hoppfulla tecken. Japanska kraftbolag subventionerar till exempel utvecklingen av bränsleceller för bostäder som värmer vatten och tar ut en kilowatt elektricitet – inte i närheten av tillräckligt med juice för att driva hushållet (en brödrost förbrukar enbart mer än en kilowatt), men tillräckligt sammanlagt för att underlätta belastningen på överbelastade kraftledningar. Virtuella kraftverk skulle kunna ha en mer dynamisk effekt på nätet: i stället för att be konsumenter att stänga av sin utrustning när energibehovet stiger, föreställ dig Kaliforniens belägrade elnätskontroller som fjärraktiverar tusentals mikroturbiner och bränsleceller för att möta efterfrågan i topp.

Dölj