California can be the Launchpad The Crisis We are now - - PDF document

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Clean Energy “Moonshot”

California can be the Launchpad

The Crisis

We ¡are ¡now ¡experiencing ¡ the ¡exponen5al ¡accelera5on ¡

• f ¡global ¡warming. ¡

¡ Nega5ve ¡feedback ¡cycles ¡ causing ¡uncontrollable ¡ climate ¡change. ¡ ¡

We ¡must ¡act. ¡Now. ¡

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The Crisis

Pinnacle ¡Point ¡was ¡the ¡ holdout ¡for ¡ancient ¡humans ¡ escaping ¡climate ¡disaster ¡ ~190,000 ¡years ¡ago. ¡ ¡ The ¡last ¡10,000 ¡humans ¡ survived ¡at ¡the ¡end ¡of ¡the ¡ earth, ¡sheltering ¡in ¡place ¡and ¡ wai5ng ¡for ¡the ¡climate ¡to ¡

• stabilize. ¡

¡

We ¡don’t ¡have ¡to ¡let ¡this ¡ happen ¡again. ¡

Problem: Centralized Energy and Long-Distance Transmission

• Electricity ¡system ¡produces ¡43% ¡of ¡California’s ¡

Greenhouse ¡Gas ¡Emissions. ¡

• Distributed ¡renewable ¡power ¡genera5on ¡capped ¡at ¡

~15% ¡because ¡of ¡grid ¡limita5ons. ¡Integra5ng ¡new ¡ renewable ¡resources ¡is ¡costly ¡and ¡slow. ¡

• Vast ¡amounts ¡of ¡energy ¡are ¡lost ¡in ¡transmission ¡

and ¡distribu5on ¡from ¡line ¡loss ¡and ¡other ¡

• inefficiencies. ¡
• Grid ¡is ¡vulnerable ¡to ¡systemic ¡disrup5ons, ¡terrorist ¡

acts, ¡and ¡natural ¡disasters. ¡ ¡

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Global Clean Energy “Moonshot”

Academy ¡plan ¡combines ¡cu:ng-­‑edge ¡research, ¡advances ¡in ¡prac>cal ¡renewable ¡ energy ¡technology, ¡proven ¡financing ¡models, ¡and ¡a ¡robust ¡business ¡pathway ¡for ¡ implementa>on, ¡with ¡the ¡goal ¡of ¡urgently ¡addressing ¡climate ¡change. ¡

• Researchers ¡have ¡proven ¡that ¡a ¡shiT ¡to ¡100% ¡renewable ¡energy ¡is ¡possible ¡using ¡exis5ng ¡

technology, ¡resul5ng ¡in ¡$1.6 ¡Trillion ¡+ ¡in ¡new ¡business ¡ac5vity ¡in ¡California ¡alone. ¡ [Jacobson, ¡Brutoco] ¡

• Community ¡Microgrids ¡with ¡fuel ¡cell ¡power ¡plants ¡are ¡more ¡efficient ¡and ¡solve ¡key ¡

storage ¡and ¡transmission ¡issues; ¡are ¡ready ¡to ¡be ¡piloted ¡and ¡scaled. ¡[Samuelson, ¡Kristov, ¡ Clean ¡Coali>on] ¡ ¡

• With ¡new ¡energy ¡markets, ¡business ¡can ¡deploy ¡renewable ¡energy ¡systems ¡widely. ¡

Abundant ¡sources ¡of ¡private ¡capital ¡exist ¡to ¡finance ¡this ¡transi5on. ¡With ¡a ¡profitable ¡ pathway ¡this ¡solu5on ¡can ¡go ¡global. ¡[Shah, ¡Brutoco] ¡

California Clean Energy “Moonshot”

To ¡change ¡our ¡fate, ¡we ¡must ¡change ¡our ¡minds ¡about ¡what ¡is ¡possible. ¡

¡

Goals: ¡

• Start ¡Local ¡— ¡Implement ¡zero-­‑carbon ¡electricity ¡system ¡for ¡State ¡of ¡California ¡in ¡10 ¡years ¡
• Make ¡It ¡Pay ¡— ¡Iden5fy ¡profitable ¡pathways ¡for ¡business ¡to ¡invest ¡in ¡the ¡transi5on ¡
• Go ¡Global ¡— ¡Create ¡a ¡scalable ¡approach ¡that ¡can ¡be ¡replicated ¡across ¡the ¡planet ¡

If ¡not ¡here… ¡where? ¡ ¡ ¡ ¡If ¡not ¡us… ¡who? ¡ ¡ If ¡not ¡now… ¡when? ¡ ¡

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¡ ¡

Step #1: Build Community Microgrids

Eliminate ¡19th ¡century ¡technology, ¡Implement ¡21st ¡century ¡technology ¡

• Centralized ¡energy ¡produc5on ¡
• Inefficient ¡long ¡distance ¡transmission ¡
• Very ¡limited ¡markets ¡for ¡local ¡energy ¡
• Distributed ¡energy ¡produc5on ¡ ¡
• Almost ¡zero ¡transmission ¡
• Local ¡management, ¡local ¡markets ¡

Massive ¡Statewide ¡Grid ¡ Community ¡Microgrids ¡

Why Community Microgrids?

Community ¡Microgrids ¡use ¡advanced ¡technology ¡to ¡improve ¡efficiency ¡and ¡vastly ¡ increase ¡the ¡opportunity ¡local ¡renewable ¡energy ¡produc5on. ¡

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Why Community Microgrids?

Local ¡grids ¡allow ¡for ¡integra>on ¡of ¡renewables ¡more ¡quickly. ¡

• Currently ¡locally ¡produced ¡renewable ¡energy ¡is ¡limited ¡to ¡~15% ¡of ¡total ¡grid ¡load ¡

due ¡to ¡limits ¡imposed ¡by ¡old ¡grid ¡technology. ¡

• Community ¡Microgrids ¡enable ¡integra5on ¡of ¡limitless ¡local ¡renewable ¡energy. ¡

¡

• Local ¡energy ¡produc5on ¡is ¡much ¡more ¡efficient. ¡Communi5es ¡make ¡power ¡

where ¡it ¡is ¡used, ¡reducing ¡transmission ¡and ¡overall ¡energy ¡consump5on. ¡ ¡ ¡

• Local ¡management ¡can ¡ac5vely ¡oversee ¡the ¡system, ¡increasing ¡flexibility ¡and ¡

more ¡easily ¡handling ¡the ¡intermiaency ¡of ¡renewable ¡energy ¡systems. ¡ ¡

• Local ¡energy ¡produc5on ¡opportuni5es ¡lead ¡to ¡innova5on, ¡entrepreneurship, ¡and ¡

job ¡growth ¡within ¡the ¡service ¡area. ¡

Interconnected Community Microgrids

Local ¡grids ¡support ¡ neighboring ¡grids, ¡crea5ng ¡a ¡ resilient ¡“networked” ¡system ¡

• f ¡connected ¡microgrids. ¡

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Step #2: Add Fuel Cell Power

Integrate ¡fuel ¡cell ¡power ¡plants ¡as ¡“buffer” ¡for ¡local ¡grids. ¡

(14.9 ¡MW ¡Grid ¡Support ¡Fuel ¡Cell ¡Energy ¡Plant, ¡Bridgeport ¡CT) ¡ ¡ Gas ¡ Electricity ¡ No ¡NOx, ¡SOx, ¡and ¡Par5culates ¡ ¡

Why Fuel Cell Power?

Fuel ¡cell ¡power ¡plants ¡provide ¡clean ¡energy ¡support ¡for ¡local ¡ grids, ¡create ¡pathway ¡for ¡100% ¡carbon-­‑free ¡base ¡power. ¡

• U5lity ¡scale ¡fuel ¡cells ¡are ¡almost ¡silent ¡and ¡emit ¡zero ¡criteria ¡pollutants, ¡thus ¡

can ¡be ¡easily ¡sited. ¡Much ¡cleaner ¡than ¡exis5ng ¡turbines. ¡ ¡

• Powered ¡by ¡methane ¡gas, ¡easily ¡transi5oned ¡to ¡renewable ¡hydrogen ¡gas ¡with ¡

minor ¡altera5ons. ¡Permits ¡smooth ¡shiT ¡from ¡current ¡energy ¡paradigm ¡ (methane) ¡to ¡the ¡next ¡energy ¡paradigm ¡(renewable ¡H2 ¡gas). ¡

• Provide ¡load ¡balancing ¡and ¡robust ¡backup ¡power ¡for ¡microgrid ¡reliability. ¡
• Enable ¡long-­‑term ¡storage ¡and ¡use ¡of ¡renewable ¡energy ¡(stored ¡as ¡H2 ¡gas). ¡
• Fuel ¡cell ¡produc5on ¡is ¡ready ¡to ¡scale ¡now. ¡ ¡

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Storing Excess Energy as Hydrogen

All ¡excess ¡renewable ¡energy ¡stored ¡as ¡hydrogen ¡for ¡deployment ¡later ¡– ¡none ¡wasted! ¡

“TITAN” ¡Modular ¡Storage ¡Tanks ¡

Siemens ¡Electrolyzer ¡

Community ¡Waste ¡ Water ¡(Gray ¡Water) ¡

H2 ¡gas ¡stored ¡later ¡ create ¡electricity ¡ produc2on ¡on ¡ demand, ¡or ¡sold ¡as ¡ a ¡commodity. ¡ Excess ¡ electricity ¡

+

Electrolyzer ¡turns ¡ water ¡and ¡ electricity ¡into ¡ clean, ¡carbon ¡free ¡ hydrogen ¡gas. ¡ Hydrogen ¡gas ¡(H2) ¡is ¡a ¡ powerful ¡store ¡of ¡

• energy. ¡

H ¡ H ¡

Step #3: Pilot Community Microgrids with Fuel Cell “Buffers”

Two ¡substa5ons ¡in ¡California ¡are ¡transformed ¡into ¡Community ¡Microgrids ¡with ¡Fuel ¡Cell ¡

• Buffers. ¡

¡ Community ¡Microgrids ¡aaract ¡investment ¡to ¡produce ¡power ¡from ¡renewable ¡energy, ¡ crea5ng ¡new ¡business ¡opportunity. ¡ ¡ As ¡elected ¡officials, ¡regulators, ¡u5lity ¡companies, ¡and ¡the ¡private ¡business ¡sector ¡see ¡ Community ¡Microgrids ¡in ¡ac5on, ¡the ¡pathway ¡to ¡achieving ¡carbon ¡reduc5ons, ¡stabilizing ¡the ¡ energy ¡system, ¡and ¡crea5ng ¡massive ¡economic ¡growth ¡in ¡California ¡becomes ¡undeniable. ¡

Proving ¡the ¡case. ¡

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Example: UC San Diego Microgrid

The ¡UCSD ¡campus ¡has ¡implemented ¡the ¡most ¡advanced ¡ microgrid ¡system ¡on ¡the ¡planet. ¡ ¡

¡

• Goal: ¡carbon ¡neutral ¡campus ¡by ¡2025 ¡
• 2.8 ¡MW ¡Fuel ¡Cell, ¡2.3 ¡MW ¡Solar ¡PV, ¡30 ¡MW ¡Cogenera5on ¡methane-­‑fired ¡plant ¡
• Produces ¡75% ¡of ¡peak ¡power ¡demand, ¡with ¡supplemental ¡power ¡from ¡SDG&E ¡
• Savings ¡of ¡$8 ¡million/year ¡compared ¡with ¡power ¡from ¡Statewide ¡grid ¡
• Experimen5ng ¡with ¡various ¡advanced ¡storage ¡systems ¡

Step #4: Community Microgrids Take Over

• Community ¡Microgrids ¡remain ¡connected ¡to ¡the ¡

statewide ¡grid ¡while ¡making ¡rapid ¡up-­‑scaling ¡in ¡ distributed ¡energy ¡produc5on ¡viable. ¡

• Advanced ¡energy ¡systems ¡becomes ¡an ¡unprecedented ¡

growth ¡industry. ¡

• California’s ¡energy ¡system ¡transi5ons ¡to ¡a ¡series ¡of ¡

interconnected ¡Community ¡Microgrids, ¡each ¡producing ¡as ¡ much ¡of ¡their ¡own ¡power ¡as ¡possible. ¡ ¡

• This ¡transi5on ¡is ¡modular ¡(one ¡substa5on ¡at ¡a ¡5me), ¡

scalable ¡(as ¡many ¡substa5ons ¡as ¡desired), ¡with ¡a ¡ predictable ¡implementa5on ¡pathway ¡to ¡distributed ¡ renewable ¡energy. ¡

Local ¡Grid ¡

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“Moonshot” Opportunity for California

• Global ¡leadership ¡in ¡quest ¡for ¡100% ¡carbon-­‑free, ¡

nuclear-­‑free ¡energy ¡

• Global ¡leadership ¡in ¡advanced ¡energy ¡“Sunrise” ¡

industries: ¡fuel ¡cell ¡manufacturing, ¡hydrogen ¡storage, ¡ hydrogen ¡gas ¡for ¡transporta5on, ¡microgrids, ¡associated ¡ informa5on ¡technology, ¡and ¡control ¡systems ¡ ¡

• Unprecedented ¡economic ¡and ¡job ¡growth ¡poten5al ¡for ¡

the ¡first ¡movers ¡

The Economic Opportunity

The ¡world ¡is ¡transi>oning ¡to ¡renewable ¡energy. ¡

• 33% ¡of ¡California’s ¡electricity ¡will ¡

be ¡from ¡renewables ¡by ¡2020 ¡

• At ¡least ¡15% ¡of ¡China’s ¡electricity ¡

will ¡be ¡from ¡renewables ¡by ¡2020 ¡

• 40-­‑45% ¡of ¡Germany’s ¡electricity ¡

will ¡be ¡from ¡renewables ¡by ¡2025 ¡ Global ¡warming ¡means ¡demand ¡ for ¡renewable ¡energy ¡has ¡no ¡ upper ¡limit. ¡Trillions ¡of ¡dollars ¡ can ¡be ¡made ¡with ¡this ¡business ¡ solu9on ¡that ¡defines ¡a ¡path ¡to ¡ 100% ¡renewable ¡energy ¡

• genera9on. ¡

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Leading ¡economists ¡es5mate ¡that ¡ the ¡world ¡needs ¡to ¡invest ¡at ¡least ¡ $1 ¡Trillion ¡per ¡year ¡in ¡renewable ¡ energy ¡for ¡the ¡next ¡36 ¡years. ¡ ¡ We ¡are ¡not ¡inves>ng ¡on ¡pace. ¡ Capital ¡is ¡available, ¡but ¡finding ¡ solid, ¡safe, ¡investment ¡

• pportuni5es ¡is ¡challenging. ¡

The ¡Clean ¡Trillion: ¡A ¡Simple ¡Metric ¡

The Economic Opportunity (cont.)

How ¡can ¡we ¡achieve ¡investment ¡of ¡$500 ¡Billion/year ¡by ¡2020? ¡ How ¡can ¡we ¡double ¡this ¡to ¡$1 ¡Trillion/year ¡by ¡2030? ¡

¡

Enter ¡the ¡Global ¡Clean ¡Energy ¡Moonshot. ¡ ¡ ¡ The ¡Community ¡Microgrid ¡with ¡Fuel ¡Cell ¡Buffer ¡opportunity ¡will ¡create ¡safe, ¡high-­‑volume ¡ infrastructure ¡investment ¡packages ¡for ¡private ¡capital. ¡ ¡ ¡ Since ¡the ¡Community ¡Microgrid ¡approach ¡is ¡scalable, ¡as ¡more ¡Community ¡Microgrids ¡are ¡ built, ¡more ¡capital ¡can ¡be ¡secured. ¡As ¡more ¡capital ¡becomes ¡available, ¡more ¡Community ¡ Microgrids ¡can ¡be ¡built. ¡The ¡incremental ¡price ¡for ¡electricity ¡will ¡drop, ¡adding ¡increasing ¡

• benefit. ¡

¡ Note: ¡U5lity ¡companies ¡are ¡welcome ¡to ¡embrace ¡this ¡approach; ¡regulators ¡should ¡give ¡the ¡ IOUs ¡the ¡opportunity ¡to ¡build ¡Community ¡Microgrids, ¡assuming ¡they ¡choose ¡to ¡par5cipate. ¡ This ¡can ¡and ¡will ¡be ¡done ¡with ¡private ¡capital ¡as ¡well. ¡

The Economic Opportunity (cont.)

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Finance ¡the ¡deployment ¡of ¡as ¡much ¡local ¡solar, ¡wind, ¡geothermal, ¡and ¡OTEC ¡ as ¡possible. ¡ ¡

The Economic Opportunity (cont.)

Finance ¡the ¡deployment ¡of ¡advanced ¡microgrid ¡infrastructure, ¡fuel ¡cell ¡power ¡ plants, ¡and ¡electrolyzers ¡for ¡excess ¡energy ¡storage. ¡ ¡

The Economic Opportunity (cont.)

Electrolyzers ¡ Fuel ¡Cell ¡Power ¡Plants ¡ Microgrid ¡ infrastructure ¡

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The Economic Opportunity (cont.)

¡

This ¡solu>on ¡is ¡applicable ¡in ¡every ¡community ¡in ¡the ¡world. ¡

¡ The ¡Community ¡Microgrid ¡with ¡Fuel ¡Cell ¡Buffer ¡solu5on ¡can ¡integrate ¡with ¡exis5ng ¡ energy ¡systems, ¡gradually ¡replacing ¡aging ¡grids. ¡Or ¡this ¡solu5on ¡can ¡be ¡built ¡from ¡the ¡ ground ¡up ¡in ¡developing ¡communi5es, ¡which ¡currently ¡do ¡not ¡have ¡electricity ¡ infrastructure ¡(using ¡locally ¡specific ¡renewable ¡energy ¡sources ¡like ¡river ¡turbines, ¡a ¡ concept ¡we ¡are ¡exploring ¡with ¡the ¡Indian ¡government). ¡ ¡ ¡ This ¡solu5on, ¡coupled ¡with ¡pioneering ¡leadership ¡and ¡investment ¡here ¡in ¡California, ¡can ¡ catalyze ¡unimaginable ¡growth ¡in ¡the ¡advanced ¡energy ¡industry. ¡ ¡ ¡

As ¡with ¡microprocessor ¡technology ¡and ¡biotechnology, ¡there ¡is ¡no ¡upper ¡limit ¡ to ¡the ¡expansion ¡of ¡the ¡Community ¡Microgrid ¡with ¡Fuel ¡Cell ¡Buffer ¡solu>on. ¡ Some ¡of ¡the ¡companies ¡that ¡are ¡posi>oned ¡to ¡benefit ¡from ¡approach: ¡

The Economic Opportunity (cont.)