В новой статье, опубликованной в журнале Renewable and Sustainable Energy Reviews, междисциплинарная группа экспертов по инженерным вопросам и энергетической политике из Мичиганского технологического университета говорит, что первым шагом является оснащение военной инфраструктуры микросетевыми системами на солнечных фотоэлектрических (ФЭ) системах. Их результаты показали, что военным нужно 17 гигаватт фотоэлектрической энергии для укрепления внутренних баз — системы технически осуществимы, в рамках имеющихся у подрядчиков навыков и экономически выгодны.Кроме того, ведущий автор статьи Эмили Прехода, заканчивающая докторскую степень в области энергетической политики в Michigan Tech, говорит, что повышение энергетической независимости баз поддерживает местные сообщества.«Я происхожу из семьи, ориентированной на военное дело, поэтому для меня военные важны, чтобы соединить технические возможности и политику, чтобы перейти к другой критически важной инфраструктуре и услугам», — говорит Прехода. «Это такая огромная проблема не только для военных, но и для других организаций, и она поражает со всех сторон, с технической, экономической и социальной, и возвращает нас к идее безопасности».
Независимая энергияУ вооруженных сил США уже есть план использования возобновляемых источников энергии: 25 процентов производства энергии из возобновляемых источников к 2025 году, но только 27 из более чем 400 внутренних военных объектов либо имеют укрепленные фотоэлектрические микросети, работающие сейчас, либо имеют планы сделать это, что заставляет большинство уязвимо к долгосрочным перебоям в подаче электроэнергии. Соавтор Джошуа Пирс говорит, что это отличное начало, но требуется больше, поскольку большинство военных систем резервного копирования полагаются на генераторы, которые также уязвимы для перебоев в поставках топлива.«Армия США сейчас сильно зависит от электричества; это не люди, сражающиеся штыками», — говорит Пирс, дважды назначенный профессор электротехники и вычислительной техники, а также материаловедения и инженерии. «Если мы вложим деньги в микросети с фотоэлектрическими батареями, это сделает нас объективно более безопасными, и мы получим окупаемость наших инвестиций, поскольку после первоначальных инвестиций в фотоэлектрические системы военные будут бесплатно пользоваться солнечной электроэнергией в течение следующих 25 лет».
Основные исторические угрозы для электросети исходят от стихийных бедствий, таких как торнадо, ураганы и зимние штормы, которые ежегодно обходятся от 18 до 33 миллиардов долларов в связи с отключениями электроэнергии и повреждением инфраструктуры США. Угрозы, из-за которых эксперты по безопасности сети не могут спать по ночам, представляют собой преднамеренные атаки на сеть.
Это могут быть либо физические атаки — например, снайперская атака на подстанцию в Кремниевой долине в 2013 году, которая стоила 100 миллионов долларов и длилась 27 дней, — либо компьютерный взлом, который вызывает каскадные сбои, как в случае с отключением электроэнергии в Украине в 2016 году. В 2012 году министерство США Министерства обороны сообщило о 200 киберинцидентах в критически важных инфраструктурных системах, и почти половина из них была связана с электросетью.Во время любого мероприятия производство и распределение энергии отключаются, как потерянный камбуз в убегающем поезде.
Микросети обеспечивают гибкость и позволяют сохранять генерацию даже в случае сбоя распределения, поддерживая производительность критически важной инфраструктуры и снижая вероятность каскадных сбоев. Солнечная энергия из-за ее снижения затрат и географически распределенного доступа к долгосрочному солнечному «топливу» имеет наибольший смысл для питания микросетей.Микросети с питанием от солнечных батарейЧтобы количественно оценить технические воздействия распределенных энергетических систем, команда изучила внутренние военные базы и их текущие электрические нагрузки.
Затем они рассмотрели, где существующие и планируемые военные микросети с фотоэлектрическим питанием совпадают с прошлыми сбоями электросети, а также потенциал каждого штата в области солнечной энергетики.Команда обнаружила, что для обеспечения всей критически важной инфраструктуры в США 100-процентной солнечной энергией потребуется 2140 гигаватт, а гибридная система микросетей с хранилищем обеспечит защиту от сбоев сети.
Только военным потребовалось бы 17 гигаватт. Для сравнения: на сегодняшний день в США установлено 22,7 ГВт солнечной энергии.Затем группа изучила техническую и экономическую осуществимость использования 20 ведущих подрядчиков, уже работающих с Министерством обороны США, для установки большего количества микросетей и провела подробное исследование трех компаний, Lockheed Martin, Bechtel и General Electric, чтобы оценить масштабы. имеющихся технических навыков и ресурсов.Учитывая полученные результаты, задача обеспечения отказоустойчивости сети с помощью развертывания микросетей становится реальной, поскольку ресурсы для установки этих систем уже существуют внутри страны.
Политика в области возобновляемых источников энергииПрехода также работала со своим научным руководителем Челси Шелли, адъюнкт-профессором социологии в Michigan Tech, чтобы оценить потребности в политике. Несмотря на значительный риск для национальной безопасности, политика, направленная на устранение сбоев в электросетях, была минимальной.
Шелли объясняет, что поддержка PV имеет смысл с точки зрения национальной безопасности.«Существует определенное политическое признание того, что энергетика может быть приоритетом безопасности», — говорит Шелли, добавляя, что, хотя у США нет национальной политики в области возобновляемых источников энергии, у вооруженных сил есть, и у них есть возможности для реализации через существующих подрядчиков. «Если мы признаем, что эта мощность уже существует, тогда мы можем начать думать о фотоэлектрической энергии как о мере безопасности, интегрируя микросети, а затем создавая локальную устойчивость на основе военных технологий».В этом документе команда исследовала, как обеспечение безопасности высокоприоритетных военных микросетей может проникнуть на различные уровни критически важной инфраструктуры. Технологии, разработанные и внедренные на военных базах, могут привести к созданию аналогичных микросетей для других правительственных объектов, критически важной инфраструктуры, такой как больницы, промышленных и коммерческих систем, а также домов и микрорайонов.
«Для меня, начиная с вооруженных сил, важно с точки зрения национальной безопасности и уязвимости энергосистемы», — говорит Прехода. «Но это также дает толчок развитию технологий».Первым шагом является осознание того, что нужно для оснащения отечественных военных баз — и, в конечном итоге, военных объектов за рубежом — для борьбы с отказом энергосистемы в результате стихийных бедствий и террористических атак.