3900万美元用于更好地将可再生能源整合到电网

美国国家科学基金会(National Science Foundation)向加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的一个工程师和计算机科学家团队授予了3900万美元的奖金，用于建造一个史无前例的测试平台，以更好地了解如何将太阳能电池板、风力涡轮机、智能建筑和电动汽车电池等分布式能源集成到电网中。他们的目标是在2025年之前让外部研究团队和工业界可以使用这个试验台。

Jan Kleissl是该项目的首席研究员，同时也是DERConnect的负责人。他是机械和航空航天工程系的教授。

该项目的主要驱动力是需要脱碳电网，保护其免受网络安全攻击，并使其更具弹性。为了从清洁能源中提供50%或更多的电力，电网必须能够利用分布式能源，可靠地管理动态变化，同时最大限度地减少对客户服务质量的影响。

“我们将在一个校园里复制整个加州电网，”加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系教授、该项目的首席研究员简·克莱斯特尔(Jan Kleissl)说。

DERConnect测试平台的创建，解决了国家对大学、国家实验室、工业、公用事业公司和独立系统运营商大规模测试能力的突出需求，以在现实场景中验证自主能源电网的未来技术。事实上，目前在实际能源系统运行中采用这种技术的主要障碍是在现实规模上开发现实的测试用例。

可再生能源和分布式能源不像传统能源(如天然气发电厂)那样稳定，这是大多数公用事业公司都在苦苦挣扎的事实。例如，太阳能电池板的输出取决于天气，风力涡轮机也是如此。在电网的另一端，电动汽车每天只需要充电一定的时间，不使用时可以作为临时电池来存储可再生能源的能量。

因此，尽管电网上分布式能源资源的数量和多样性正在迅速扩大，但这些资源用于电网平衡的采用受到安全、可靠性和成本问题的阻碍。

Kleissl说:“这造成了典型的‘鸡生蛋还是蛋生鸡’的情况，分布式能源的经济效益和影响无法得到证明，因为独立系统运营商的购买有限，以及其他实际问题，分布式能源的数量太少了。”

为公用事业、研究人员、工业和其他实体提供一个具有现实通信挑战的测试平台，对于解决这些问题和开发新的分布式控制理论、算法和应用至关重要。设想中的试验台是建立在加州大学圣地亚哥分校的一系列技术创新基础上的，这些技术创新创建了一个包含分布式能源的微电网，包括能源存储、电动汽车和建筑物中的独立电力和热力系统。这种分布式系统由计算和网络系统监控和控制，使本地和远程研究人员可以作为可编程平台访问它。

加州大学圣地亚哥分校吉尔曼停车场顶层的太阳能树。

“任何电网的最终目标都是可靠性，这是加州大学圣地亚哥分校的首要问题，因为我们必须不断为医疗中心和主要研究设施供电，”资源管理和规划副校长加里·马修斯(Gary Matthews)说。“与建筑物交互并智能改变其能源结构的能力既提高了电网稳定性，又节省了大量能源。我们在最高水平上支持这个生活实验室，因为这笔赠款使我们能够为未来的研究建立基础设施，与顶尖科学家合作研究现实世界的解决方案。”

DERConnect将在校园的微电网中包括2500多个分布式能源资源，以及它的燃料电池和太阳能电池板，12座教室和办公楼，以及300个电动汽车充电站。它还需要在东校区建造一个新的储能测试设施。

微电网的升级将使研究人员能够实时控制加热、通风和空调系统、照明、太阳能电池板、电池存储和电动汽车。试验台的控制中心将设在加州大学圣地亚哥分校的罗宾逊大厅，该大厅将变成一个完全可控的建筑，可以随时与校园电网断开连接。

大部分工程将在即将到来的学年进行。研究人员希望能够在2022年开始测试他们的设备。

DERConnect将是美国第一个为DER技术、协议和标准的实施提供所需实验评估和验证的集成平台。将建立广泛的智能电网实施用例和测试程序，为分布式和可再生能源集成、储能系统、先进配电管理、先进计量基础设施和网络安全等领域的DER控制算法、新兴技术和协议提供受控实验室评估。DERConnect将能够探索哪些架构和相应的资源聚合方法允许消费者和电网运营商调整其运营，以实现全系统运营成本和可再生能源集成的显著改善。

一名研究生在斯克里普斯海洋研究所检查天气监测站。

加州大学圣地亚哥分校正在利用NODES的经验，这是ARPA-E提供的一项为期三年、288万美元的拨款，由机械和航空航天工程系教授索尼娅·马丁内斯(Sonia Martinez)领导，她也是DERConnect的CO-PI。NODES的目标是开发转型电网管理和控制技术，以促进可再生能源和der的整合，提高运营效率并减少碳足迹。NODES涉及相同的研究团队，并构成DERConnect在分散控制der算法的开发和初步测试中的智力骨干。在加州大学圣地亚哥分校微电网进行的测试是最成功的测试之一，因为设备的数量、多样性以及与现实世界运行条件的一致性。基于这种体验，DERConnect致力于为拥有大量设备的用户提供即插即用的体验，在平台准备方面为用户提供最小的开销，以及允许在一天中的任何时间进行实验的故障安全系统。

实验与算法

DERConnect将提供先进的控制、传感器和数据分析，以优化建筑能源使用，同时保持甚至提高居住者的舒适度。例如，计算机科学与工程大楼配备了超过4500个传感和控制点。每个控制单元都可以控制，从空气阻尼器的位置到送风扇到房间的速度。DERConnect将升级另外12座建筑，使用先进的控制基础设施，使研究人员能够通过新颖的编程方法和工具实时访问运行状况并设置各种运行参数。这种能力尤其重要，因为具有中央空气处理的建筑物的室内操作条件已成为研究人员和建筑运营商减少传染病传播的重要焦点。

研究人员计划通过改变教室的气流、温度、湿度和照明条件来优化学生的学习条件。同样，研究人员可以改变电动汽车充电站的能源价格，看看这如何影响客户延迟充电的意愿，从而使电网受益。

外展工作和教育

该试验台还将成为加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院新系统工程项目学生的训练场，以及与加州大学圣地亚哥分校Halicioglu数据科学研究所相关的数据驱动研究和顶点项目。

从小学到高中的推广工作将采取“教师研究经验”项目的形式，针对来自工程专业学生数量较多的学校的10名教师。学生也可以参观试验台，相关的教学计划将提供给他们的老师。

该团队还将与新墨西哥州的圣达菲社区学院合作，开发一门以本地数据和技术为重点的课程，为微电网的规划、运营和维护以及脱碳提供信息。

此外，该团队还将为美洲土著部落提供微电网研讨会。研讨会将提供基础设施设计和建设关键方面的培训，现场参观设施建设区域和当地微电网设施。研讨会参与者将包括参与微电网规划和建设的部落成员，以及微电网和DER规划和安装各个方面的学生培训。

专业研讨会和研讨会将提高Sempra能源公司、圣地亚哥天然气和电力公司、南加州爱迪生公司以及其他公用事业和能源公司的高级研究人员和工程师对DERConnect的认识，目的是推广测试平台以扩大用户基础，并在可再生能源集成的新概念方面培训他们。

这个团队

除了将担任DERConnect主任的Kleissl之外，研究团队还包括担任副主任的合作pi教授Sonia Martinez，机械和航空航天工程系的Jorge Cortes和Raymond de Callafon;以及加州大学圣地亚哥分校Halicioglu数据科学研究所所长Rajesh Gupta教授。其他高级人员包括全球政策与战略学院的David Victor教授和Josh Graff Zivin教授;加州大学圣地亚哥分校可持续电力与能源中心主任、纳米工程教授刘平;来自能源研究中心的Mike Ferry和Antonio Tong，以及加州大学圣地亚哥分校的设施管理和规划能源经理John Dilliott。研究人员与加州大学圣地亚哥分校首席信息安全官迈克尔·科恩一起制定了详细的网络安全计划。研究事务办公室的Sharon Franks和Wendy Groves在整个漫长的提案开发和审查过程中提供了战略建议。行业合作伙伴包括江森自控和Sunspec Alliance。