飓风过后大规模停电不可避免吗？

飓风艾达登陆路易斯安那州一周后，该地区仍有 100 多万户家庭和企业停电。时速 150 英里的大风摧毁了为该市供电的所有 8 条输电线路，以及两座发电厂——其中一座发电厂去年刚刚投入使用，并明确承诺不会发生停电。虽然艾达是一场可怕的强风暴，但它只是今年发生的一系列事件中的最新一起，表明极端天气已成为新常态。今年 2 月，德克萨斯州发生了前所未有的冬季寒流，导致数百人死亡，数百万人断电，而太平洋西北部的夏季热浪则熔化了电缆并引发了轮流停电。

这些事件暴露了一个严峻的现实：美国电网对气候变化及其后的极端天气毫无准备。专家表示，停电并非不可避免——但要完全防止停电可能需要重新设想电网的运作方式。

如今，将电力输送到家中的过程相当简单：发电厂发电，然后通过高压输电线将电力输送到变电站和变压器，变电站和变压器将高压电转换为低压电（在美国通常为 120 伏），然后通过配电线路输送到家庭和企业。能源行业将这种设置称为“辐条和轮毂”设计，大致模仿了自行车车轮将踏板动力从辐条轮的中心传送到轮辋的方式。

在正常情况下，该系统运行良好，但极端天气往往会暴露电网中的许多薄弱环节。飓风可以吹倒配电杆或将输电线相互撞击，从而引发火花并引发火灾。洪水会淹没变电站，极寒天气会冻结向天然气发电厂输送燃料的油井和管道（今年早些时候德克萨斯州就发生过这种情况）。电网任何部分的故障都可能导致停电，问题越靠近电源，例如输电线断线或发电厂停运，停电范围就越大、时间就越长。你在街上看到的配电杆设计得很快，只会影响小范围的区域；发电厂服务于数百万人，而且更复杂，但它们很少发生故障。

气候变化使可靠性方程式变得混乱。忧思科学家联盟高级能源分析师迈克·雅各布斯说：“我们的建筑环境在很大程度上无法预测天气、洪水和降雨。”他解释说，在制定能源基础设施的设计标准时，没有人考虑气候变化。“因此，我们对哪些设施适合建设的一系列假设可能不符合我们现在看到的气候变化，更不用说三四十年后了。”

正如《大众科学》去年所写，老化是影响该国现有电力基础设施的最大问题之一。电网中安装的部件预期使用寿命为 40 或 50 年，但早已过了使用寿命期限而未更换（有些设备可追溯到 20 世纪 20 年代），它们开始显露出老化的迹象。“就停电而言，各种因素密切相关，”国会图书馆能源政策专家理查德·坎贝尔 (Richard Campbell) 表示。“部分损害是由于风暴强度增加造成的，但部分损害可能是由于基础设施老化造成的。”

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维护不一定是最令人兴奋的话题，但它是确保现有电网基础设施在紧急情况下不会出现故障的关键组成部分。它还提供了安装不仅更新而且更好的设备的机会。坎贝尔说，替换的电线杆不是简单地用一根木制电线杆替换另一根，而是可以用更坚固的材料制成，如混凝土或钢材，这些材料可以更好地抵御风暴。当变电站需要更新时，可以将它们建在几层楼高的地方，这样就不会被洪水淹没。新的输电线可以配备一种特殊的涂层，这样当它们被吹到一起时就不会产生火花或熔化。

最能抵御天气影响的解决方案之一是将电线埋入地下，这样电线就不会受到极端天气的影响。北美电力可靠性公司可靠性评估和性能分析总监约翰·莫拉 (John Moura) 表示：“新加坡的输电系统大部分都埋在地下。他们的输电可靠性统计数据在全世界名列前茅。”

但北美的地质条件因地区而异，每个地区都有各自的挑战，而且将电线埋入地下并不便宜——根据地质条件，成本是传统架空线路的 3 到 10 倍，公用事业公司必须将这些成本转嫁给通常不愿意支付更高价格的客户。地下线路也并非完全万无一失。莫拉说，它们更难修复，而且它们可能会被暴风雨中倒下的树木的根系缠住。

修复现有基础设施只是整个方程式的一部分。雅各布斯说，要真正防止停电，就需要改变电力的产生和分配方式。“我们没有这些事件所表明的那么多的闲置容量，”他说。可再生能源可以改变这一现状。将风能和太阳能发电场加入电网可以使公用事业的可用电力来源多样化，因此单个发电厂的故障并不意味着当地电网系统的完全关闭。然而，莫拉指出，现有电网目前用于额外可再生能源的容量非常有限。输电线无法承载无限量的能源，因此充分利用可再生能源需要建设更大的输电系统——这正是拜登总统的基础设施法案旨在实现的目标。

可再生能源面临的另一大障碍是储存问​​题。“目前，电力是在生产时被消耗的，”莫拉说。但与化石燃料相比，风能和太阳能相对难以预测：有些日子它们可以产生比所需更多的能量，而在其他日子（例如阴天或无风的日子），它们可能产生很少的能量。建立一种可靠的长期储存风能和太阳能的方法不仅有助于可再生能源成为更主流的能源。它还有助于储存我们在危机中可以使用的能源。

防止停电的最彻底的解决方案或许是微电网。微电网不再仅仅依靠大型电网系统从遥远的来源输送能源，而是将能源生产和分配交到当地居民手中，以太阳能电池板、风力涡轮机或自家的柴油发电机的形式进行。当主电网发生故障时，拥有微电网的社区会切换到自己的电源，这样即使在极端天气事件中，他们也能保持基本服务的运行。

这个想法是多年来拥有自己的柴油发电机的个人所做事情的延伸：雅各布斯说，真正的微电网不仅仅是为一个家庭供电，而是将电线拉到建筑物之间，共同形成一个独立的电力分配系统。雅各布斯解释说，微电网特别有趣，因为公用事业公司目前是唯一被允许在建筑物之间拉电线的实体。扩大微电网挑战了联邦政府批准的垄断。

雅各布斯认为，按照这种思路，公用事业公司应该少关注创造新能源，多关注利用已有能源。“修理漏水的窗户和隔热阁楼是比建造新发电厂更好的社会投资，”他说。隔热良好的建筑消耗更少的能源，并能更好地保持恒温空气——因此，如果停电，房屋可以保持更长时间的温暖或凉爽，提高室内人员的舒适度和生存能力。但雅各布斯表示，公用事业公司不愿意进行这些投资，因为这意味着利润减少。

为了应对气候变化并防止未来停电，公用事业公司可能不得不接受既分散又利润较低的电网。“如果我们不改变思考和设计它的方式，我们就无法解决这个问题，”雅各布斯说。“长期来看，这种状况是由大量因素造成的，我们需要大量长期的努力才能摆脱它。”

2021 年 9 月 7 日更正：本文的先前版本称输电线仅向变电站输送电力，而实际上，输电线将电力输送到变电站和变压器，后者将较高的电压转换为较低的电压。此外，文章称极寒天气会冻结燃料，而实际上，极寒天气会冻结将燃料输送到天然气发电厂的油井和管道。我们对这些错误深表歉意。