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Anpassung An Feuer: Wie Städte Mit Dezentraler Energie Die Widerstandsfähigkeit Erhöhen Können
Anpassung An Feuer: Wie Städte Mit Dezentraler Energie Die Widerstandsfähigkeit Erhöhen Können

Video: Anpassung An Feuer: Wie Städte Mit Dezentraler Energie Die Widerstandsfähigkeit Erhöhen Können

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Video: Wege zur nachhaltigen Entwicklung von Städten seit dem 19. Jahrhundert 2023, Februar
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Ursprünglich auf der Website des Rocky Mountain Institute veröffentlicht.

von Madeline Tyson und Rushad Nanavatty

Da Kalifornien im Februar, normalerweise der Hauptregenzeit, ungewöhnlich niedrige Niederschläge verzeichnete, geraten Teile des Staates in Dürre. Dies wird die Verbreitung von Waldbränden im Bundesstaat im Jahr 2020 wahrscheinlich erhöhen und unterstreicht, dass Gemeinden über eine Reihe von Strategien nachdenken müssen, um ihre Widerstandsfähigkeit gegen Waldbrände zu erhöhen. Eine dieser Strategien ist die Art und Weise, wie Gemeinden ihre Stromsysteme angehen.

Verteilte Energieressourcen (DERs) – wie Solaranlagen vor Ort, Batteriespeicher und Microgrids – können sowohl dazu beitragen, die Wahrscheinlichkeit von Waldbränden zu verringern, als auch Gemeinden vor ihren schlimmsten Auswirkungen schützen. Die Stadtverwaltungen müssen eine wichtige Rolle spielen, um die Einführung dieser Technologien und Lösungen zu beschleunigen, indem sie die Hindernisse für die Einführung abbauen, in kritische Einrichtungen und kommunale Mikronetze investieren, die Energieeffizienz verbessern und sich an Versorgungsplanungs- und Regulierungsprozessen beteiligen.

Waldbrände verursachen unverhältnismäßigen Schaden für unsere am stärksten gefährdeten Gemeinschaften

Die Brände in Kalifornien haben uns kürzlich gezeigt, dass schwere klimabedingte Notfälle die neue Normalität sind (Kaliforniens Waldbrand-„Saison“wird zu einem ganzjährigen Phänomen) und die Kosten können astronomisch sein. Allein die wirtschaftlichen Auswirkungen der Brände im Jahr 2018 wurden auf 400 Milliarden US-Dollar geschätzt – fast das Doppelte des Zweijahresbudgets für den gesamten Bundesstaat. Die Kosten für die obligatorischen Stromausfälle oder Stromabschaltungen für öffentliche Sicherheit (PSPS), die kalifornische Versorgungsunternehmen implementiert haben, um zusätzliche Schäden durch Waldbrände zu vermeiden, sind ebenfalls exorbitant. Betrachten Sie zum Beispiel die Kosten von Schulausfällen: Das von PG&E während des Kincade-Feuers implementierte PSPS verursachte etwa 500.000 Schüler, die die Schule versäumten, mit geschätzten gesellschaftlichen Kosten von 14 Millionen Dollar pro Tag.

Am stärksten von den Auswirkungen von Waldbränden betroffen sind ältere Menschen, sehr junge Menschen, medizinisch gefährdete und einkommensschwache Gemeinschaften, die überproportional farbige Gemeinschaften sind. Eine landesweite Studie von Forschern der University of Washington hat gezeigt, dass amerikanische Ureinwohner sechsmal anfälliger für Waldbrände sind als Weiße. Schwarze und Hispanics sind etwa 50 Prozent anfälliger. Diese Gemeinden haben Mühe, für Brandschutzmaßnahmen und Versicherungen vor einer Veranstaltung und für den Wiederaufbau nach einer Veranstaltung zu bezahlen. Diese Schwachstellen werden durch Preissenkungen bei Mieten nach Waldbränden weiter verschärft, was die Wohnungsnot in Kalifornien verschärft. Während und nach diesen Ereignissen neigen die Reichen dazu, zu gehen und die Armen zu bleiben; In Gebieten, die von größeren Katastrophen betroffen sind, können die Armutsraten um einen ganzen Prozentpunkt steigen.

Städte müssen bei der Förderung von Resilienz-Lösungen führend sein

Während Unternehmen nach Katastrophen abreisen können, können Städte dies nicht. Die Kommunalverwaltungen sind ihren Bewohnern und den ansässigen Unternehmen und Institutionen, die bleiben oder zurückkehren, verantwortlich. Städte müssen ihre lokale Wirtschaft schützen und Arbeitgeber und Arbeitnehmer halten. Der Aufbau von Resilienz ist ein wesentlicher Bestandteil dieser Gleichung.

Eine Möglichkeit, wie Städte zum Aufbau von Resilienz handeln, besteht darin, ihre Energiesysteme besser zu kontrollieren. Am äußersten Ende des Spektrums evaluieren San Jose und San Francisco das Potenzial zur Kommunalisierung ihrer Energiesysteme (dh Kauf der lokalen Strominfrastruktur und Betrieb als Stadtversorger), was es ihnen ermöglichen könnte, Investitionen wie lokale Mikronetze in deren Ressourcenplanung. Andere verwenden ihre Community-Choice-Aggregation-Programme, um ähnliche Lösungen zu implementieren.

Es gibt jedoch mehrere andere Möglichkeiten, wie Städte dieselben Ziele innerhalb der Struktur einer konventionellen Stadt-Versorger-Beziehung fördern können, darunter:

  1. Straffung der Genehmigung für Solar-plus-Speicher für Privathaushalte und Unternehmen.
  2. Verbesserung der gemeinschaftsweiten Widerstandsfähigkeit durch Investitionen in kritische Einrichtungen und Mikronetze.
  3. Förderung der Energieeffizienz von Gebäuden, um die Nachfrageseite der Resilienzgleichung zu adressieren.
  4. Unterstützung der Widerstandsfähigkeit bei der Planung von Stromsystemen durch die Zusammenarbeit mit Versorgungsunternehmen und Regulierungsbehörden.

Schauen wir uns diese der Reihe nach an.

Straffung der Genehmigung für Solar-Plus-Speicher

Solar-plus-Speicher hinter dem Zähler kann die „Kontinuität des Betriebs“in unseren Häusern und Unternehmen ermöglichen und es uns ermöglichen, unsere Klimaanlagen, Kühlschränke, Lampen, Computer und medizinischen Geräte zu Hause weiter zu betreiben. Die verstärkte Nutzung dieser verteilten Energieressourcen kann auch dazu beitragen, die Brandgefahr zu verringern, indem die Belastung alternder Übertragungsgeräte verringert wird – die Schuldigen am kalifornischen Camp Fire, dem zerstörerischsten in der Geschichte des Staates.

Aber diese Lösungen sind teuer – und Anreize wie die 100 Millionen US-Dollar für das Batterieprogramm hinter dem Zähler, das von der California Public Utilities Commission implementiert wird, werden nicht alle erreichen können. Eine 10-Kilowatt-Solaranlage kostet etwa 30.000 US-Dollar, während die billigste Tesla Powerwall Sie um etwa 10.000 US-Dollar kostet.

Auch wenn Städte möglicherweise nicht viel tun können, um den Preis eines Solarmoduls oder Batteriepakets zu beeinflussen, können sie sicherlich dazu beitragen, „weiche Kosten“zu senken – insbesondere für Solaranlagen auf dem Dach. Nach Angaben der Solar Foundation macht der Genehmigungs-, Inspektions- und Zusammenschaltungsprozess für die Installation einer typischen Wohnsolaranlage etwa ein Drittel der Gesamtkosten aus, die in den USA durchschnittlich zwischen 3,00 und 3,50 US-Dollar pro Watt betragen. Vergleichen Sie das mit Australien, wo die durchschnittlichen Solarpreise für Privathaushalte zum großen Teil unter 1,30 USD pro Watt gefallen sind, aufgrund eines Genehmigungs- und Zusammenschaltungsverfahrens, bei dem Solaranlagen in Privathaushalten eher wie Haushaltsgeräte und nicht wie große Teile der Netzinfrastruktur behandelt werden.

Ein Konsortium aus der Solarindustrie und gemeinnützigen Organisationen arbeitet an einem Genehmigungs- und Inspektionssystem, das eher dem von Australien oder Deutschland ähnelt. Das System würde eine einfache, kostenlose Online-Bewerbungsplattform beinhalten, auf der vorab genehmigte Installateure eine automatische Genehmigung erhalten, solange sie aus einer zertifizierten Ausrüstungsliste schöpfen. Als Teil des Systems würden zufällige Stichprobenkontrollen die Installateure bei der Einhaltung der Vorschriften halten, wobei Unternehmen die Akkreditierung verlieren würden, wenn sie versagen. In einem System wie diesem kontrollieren die Städte die Genehmigungen – und beeinflussen die Zusammenschaltungskosten –, sodass dies die Einführung der DER erheblich beschleunigen und gleichzeitig die lokalen Arbeitsplätze in der Solarinstallation fördern könnte, die bereits eine der am schnellsten wachsenden Beschäftigungskategorien dieses Landes sind.

Investitionen in kritische Anlagen und Mikronetze

Während eine Notstromversorgung auf der Ebene des einzelnen Haushalts oder Kleinunternehmens sinnvoll sein kann, sind diese Lösungen für einen Großteil unserer Bevölkerung weitgehend unzugänglich. Laut US-Volkszählungsdaten werden 34 Prozent der amerikanischen Häuser von Mietern bewohnt und 57 Prozent der Amerikaner leben in Mehrfamilienhäusern. Außerdem nützen Sonnenkollektoren und eine Powerwall niemandem viel, wenn er sein Zuhause oder seinen Arbeitsplatz evakuieren muss.

Städte müssen daher Resilienz zu einem Merkmal ihrer Gemeinden machen, indem sie in wesentliche Einrichtungen investieren, die in Notfällen direkte Hilfe leisten und in Zukunft als Grundlage für ausgedehntere lokale Mikronetze dienen können. Kommunale Gebäude wie Schulen, Erholungszentren und Sozialwohnungen sind naheliegende Kandidaten. Sie werden oft als „sekundäre kritische Lasten“betrachtet und verfügen nicht über eine dedizierte Notstromversorgung. Städte können klein anfangen und in genügend Kapazitäten investieren, um die Funktionen zu bedienen, die normalerweise nur 10 bis 25 Prozent des Gesamtenergiebedarfs dieser Einrichtungen ausmachen.

Um die Resilienzvorteile dieser Lösungen zu maximieren, ist es wichtig, sie auf Solar-plus-Speicher statt auf fossilen Brennstoffen zu basieren. Anlagen, die auf Dieselgeneratoren angewiesen sind, haben normalerweise nur genug Kraftstoff für ein paar Tage, während die Batterien bei jedem Sonnenaufgang (und sogar durch den Lauffeuerdunst) wieder aufgefüllt werden. Das Microgrid der Stone Edge Farm, das hauptsächlich auf Solarenergie und 10 verschiedenen Batterietypen basiert, wurde 2017 während 10 Tagen der Brände in Sonoma County und im Herbst 2019 erneut über das PSPS von PG&E betrieben, wobei die Solaranlage trotz 50 Prozent der normalen Produktion betrieben wurde der Rauch und die Asche.

Neue Batterietechnologien, wie Flow-Batterien oder Festkörperbatterien, können auch die Entflammbarkeitsprobleme, die mit Standard-Lithium-Ionen-Chemikalien einhergehen, mildern oder beseitigen. Darüber hinaus vermeiden Solar-plus-Speicherlösungen die starke Verschmutzung, die durch das Verbrennen von Diesel verursacht wird, sowohl während ihres Notbetriebs als auch während der monatlichen Tests – was in dicht besiedelten Stadtgebieten besorgniserregend ist.

Die verwendeten Batterien müssen nicht stationär sein. Die 60-kWh-Batterie, die mit einem Tesla Model 3 der Mittelklasse (Amerikas meistverkauftem Elektrofahrzeug im Jahr 2018) geliefert wird, speichert so viel Strom, wie ein durchschnittliches amerikanisches Haus in zwei Tagen verbraucht. Elektrobusse könnten Schulen mit Notstrom versorgen, die in Notfällen oft als Zufluchtszentren dienen – wie Holy Cross Energy im Roaring Fork Valley in Colorado erwägt.

Städte können auch enger mit privaten Einrichtungen zusammenarbeiten, die wichtige öffentliche Dienstleistungen erbringen, darunter Gesundheitsversorgung, Lebensmitteldienste, Telekommunikation, Wasser- und Abfallwirtschaft. Obwohl viele dieser Einrichtungen bereits über eine robuste Notstromversorgung verfügen, könnten sie möglicherweise von einem integrierten Ansatz profitieren, der die Gesamtsystemkapazität erhöht und die Vorteile der Ausfallsicherheit auf zusätzliche Einrichtungen ausdehnt, während die Gesamtsystemkosten gesenkt werden. Eine Studie der New York State Energy Research and Development Authority (NYSERDA) hat gezeigt, dass sich die Wirtschaftlichkeit dieser integrierten Microgrids verbessert, wenn:

das System kann häufiger betrieben werden, mehr Dienste bereitstellen und auf mehr Wertströme als nur die Erzeugung von Backups zugreifen;

  • kritische Einrichtungen liegen dicht beieinander (innerhalb einer halben Meile voneinander);
  • Optimierung des Systemdesigns durch Zugriff auf granulare Verbrauchsdaten (15-Minuten-Intervalle); und
  • die Kosten für die Installation von Schaltgeräten an bestehenden Versorgungsleitungen – ein wichtiger Kostenfaktor – können auf ein Minimum reduziert werden.

Schließlich könnten Microgrids mit Fokus auf kritische Anlagen weiter ausgebaut werden. Die Priorisierung könnte dazu dienen, die 16 Infrastruktursektoren zu unterstützen, die vom US-Heimatschutzministerium als „so wichtig“angesehen werden, dass ihre Entmündigung oder Zerstörung eine schwächende Wirkung auf die nationale Sicherheit, die nationale Wirtschaft, die öffentliche Gesundheit und die öffentliche Sicherheit haben würde.

Viele Städte können ihre „Town and Gown“-Beziehungen auch nutzen, indem sie Microgrid-Unterricht an ihren örtlichen Colleges und Universitäten nehmen. Hochschulen sind seit langem führend im Bereich Microgrid, da der Verlust von Macht den Verlust von Jahren lebenswichtiger Arbeit bedeuten kann. Juan Ontiveros von der UT Austin erklärt: „Wenn ein Professor eine transgene Maus verliert, in die 20 Jahre Forschung eingebaut sind, ist das ein Albtraum.“Das von ihm verwaltete Microgrid, das die Forschung der Universität im Wert von 500 Millionen US-Dollar schützen soll, ist eines der größten des Landes und hat in den letzten 40 Jahren eine Zuverlässigkeit von 99,999 Prozent erreicht. Das Microgrid von Princeton ließ während des Hurrikans Sandy das Licht an, als ein Großteil des umliegenden New Jersey dunkel wurde. Das Microgrid der UC San Diego deckt 92 Prozent ihres Strombedarfs.

Wenn die technischen Microgrid-Fixes von Finanzierungslösungen begleitet werden, können diese Community Microgrids ohne Kapitaleinsatz der Stadt umgesetzt werden. So wurde beispielsweise das Mikronetz von Montgomery County in Maryland von Schneider Electric und Duke Energy entwickelt und finanziert. In Kalifornien soll das Microgrid der Feuerwache von Fremont der Stadt durch einen Stromabnahmevertrag voraussichtlich 350.000 US-Dollar einsparen.

Förderung der Energieeffizienz von Gebäuden

Solar-plus-Speicher- und Microgrid-Lösungen werden noch viel weiter gehen, wenn sie effizient arbeitenden Gebäuden und Anlagen dienen. Zum Beispiel kann eine 10-Kilowattstunden-Batterie eine hocheffiziente 1,5-Tonnen-Klimaanlage (US SEER 18) drei Stunden lang betreiben, was etwa doppelt so lange ist wie ein Gerät mit niedrigem Wirkungsgrad (US SEER 9).

Mit anderen Worten, Ausfallsicherheitslösungen, die Notstrom mit Effizienzmaßnahmen kombinieren, bieten viel mehr kritische „Stunden der Sicherheit“(die Dauer, die ein Gebäude während eines extremen Wetterereignisses oder eines Waldbrands bewohnbare Bedingungen aufrechterhalten kann). Neben der Aufrechterhaltung angenehmer Temperaturen könnte dies bedeuten, dass kritische Geräte weiter funktionieren und eine minimal akzeptable Raumluftqualität aufrechterhalten werden kann. Dies ist in und in der Nähe von besiedelten Gebieten wichtig, wo der Rauch von Waldbränden besonders schädlich sein kann, da er nicht nur die Reste von Bäumen und Pflanzen, sondern auch synthetische Chemikalien, Farben und Kunststoffe enthält.

Zu den wichtigsten Determinanten der Sicherheitszeiten gehören, wie gut ein Gebäude isoliert ist (zum Schutz vor extremen Temperaturen), wie viel Luftleck zwischen innen und außen auftritt (was sich sowohl auf die Raumluftqualität als auch auf die Temperatur auswirkt) und wie lange kritische Geräte können funktionstüchtig bleiben – eine Funktion der Reserveleistungskapazität im Verhältnis zur Last (z. B. die in Ihrer Batterie gespeicherte Energie im Verhältnis zur Leistungsaufnahme Ihres Heimdialysegeräts).

Die Nachfrageseite der Resilienzgleichung könnte durch städtische Bemühungen unterstützt werden, die Bauvorschriften zu verbessern, Emissionsgrenzwerte und Mindesteffizienzstandards für bestehende Gebäude festzulegen, Gebäudeangaben zu Emissionen und Energieeffizienz zu verlangen und Ausrüstungsstandards durchzusetzen.

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Zusammenarbeit mit Versorgungsunternehmen und Regulierungsbehörden

Selbst wenn die Spannungen hoch sind, wie es bei Stromausfällen der Fall ist, ist die Zusammenarbeit zwischen Stadt und Versorgungsunternehmen von entscheidender Bedeutung, damit Städte ihre Resilienz- und Nachhaltigkeitsziele erreichen können. Die Bedingungen und Ziele der Zusammenarbeit können sehr unterschiedlich sein, aber Städtepartnerschaftsvereinbarungen bieten Beispiele dafür, wie Städte die Kommunikation verbessern und Ressourcen und Kapazitäten auf die wichtigsten Planungsanforderungen abstimmen können. Wenn beispielsweise Versorgungsunternehmen wie PG&E in Kalifornien die Entwicklung von Resilienzzonen und vorinstallierten Verbindungsknotenpunkten vorantreiben, könnten Städte sicherstellen, dass diese DERs die Ziele der Städte erfüllen und nicht zu Investitionen in mehr Kapazitäten zur Erzeugung fossiler Brennstoffe führen.

Die RMI-Analyse hat gezeigt, dass die Kosten für die Installation von Solar-plus-Speicher in kritischen Einrichtungen gleich sind wie die Zentralisierung der Anlagen an einem Standort im Besitz eines Versorgungsunternehmens, wenn die durchschnittlichen jährlichen Ausfälle 1 Prozent erreichen, und die Kosten bei einem Ausfall von mehr als 1. geringer sind Prozent. Investitionen in Ausgleichseinrichtungen und Speicher in oder in der Nähe bestehender Umspannwerke können die Belastung der Übertragungsleitungen verringern (indem die Auswirkungen der solaren Überproduktion abgemildert werden) und die „Inselung“von Teilen des Verteilnetzes ermöglichen. Die Teilnahme am kalifornischen Energiespeichermarkt während Nicht-Notfällen kann einen zusätzlichen Wertstrom schaffen und die Wirtschaftlichkeit dieser Investitionen weiter verbessern.

Das Engagement der Städte kann nicht beim Versorgungsverhältnis enden – Städte müssen sich auch in den Regulierungsprozess einbringen. Regulierungsverfahren zu integrierten Ressourcenplänen (IRPs), Tariffällen und Pilotprogrammen wirken sich direkt auf die Resilienz- und Nachhaltigkeitsziele von Städten aus. Diese Verfahren können komplex und obskur sein, aber es ist entscheidend, dass Städte auftauchen und ihren Einfluss als (oft) größte Kunden der Versorgungsunternehmen nutzen. Sie können die Expertenaussagen sowohl von gemeinnützigen Dienstleistern wie GridLab als auch von gewinnorientierten Beratern wie der Greenlink Group oder Synapse Energy nutzen. Sie können auch das Wissen anderer Städte und technischer Experten (einschließlich des Rocky Mountain Institute) durch Initiativen wie die American Cities Climate Challenge und das Urban Sustainability Directors Network nutzen.

Städte in Georgia und Utah haben gezeigt, wie sie wichtige Planungsentscheidungen beeinflussen können. Nach Interventionen von Atlanta und mehreren anderen lokalen Gemeinden im jüngsten IRP von Georgia Power hat der Versorger seinen Einsatz erneuerbarer Energien mehr als verdoppelt und seine Energiespeicherkapazität fast verdoppelt. Daniel Tait, Forscher am Energy and Policy Institute, sagt: „Intervenatoren haben durch Zeugenaussagen einen Unterschied gemacht. Mit den Informationen, die die Streithelfer vorbringen, ihren Modellen und ihren Aussagen wird immer deutlicher, wie wettbewerbsfähig erneuerbare Energien und zunehmend auch Speicher in Georgien sind.“In Utah hat sich Rocky Mountain Power mit mehreren lokalen Regierungen zusammengetan, um die Verabschiedung staatlicher Gesetze zu unterstützen, die Gemeinden mit ehrgeizigen Zielen für saubere Energie einen Weg zu 100 % erneuerbarem Nettostrom ermöglichen.

Vorausschauen

Diese Art des Engagements von Städten wird es ihnen ermöglichen, ihre Energiesysteme zu verbessern, um in die Widerstandsfähigkeit ihrer Gemeinden zu investieren. In unserer immer turbulenter werdenden Welt müssen all diese Strategien von bemerkenswerten zur Norm werden.

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