Почему каждый штат уязвим перед энергетическим кризисом в стиле Техаса

Yesani Chida Chathu Chothetsa Mavuto

Инфраструктура, которую мы построили сейчас, действительно не готова.

Рабочие ремонтируют линию электропередачи в Остине, штат Техас, 18 февраля 2021 года.

Отключение электроэнергии в Техасе после зимнего шторма Ури оставило миллионы людей в неведении. Подобные отключения представляют собой растущую угрозу по всей стране.

Томас Райан Эллисон / Блумберг через Getty Images

Отключения электроэнергии, которые на несколько дней охватили некоторые части Техаса, когда температура упала до рекордно низкого уровня в прошлом месяце, были ошеломляющими для штата, который гордится своими разнообразными и обильными источниками энергии. Техас - крупнейший в стране производитель нефти , крупнейший производитель бурого угля, крупнейший природный газ продюсер и крупнейший производитель ветровой энергии .

Тем не менее, несмотря на обильные ресурсы, каждый источник электроэнергии - природный газ, уголь, атомная энергия, ветер, солнечная энергия - не соответствовал требованиям, так как техасцам нужно было больше всего согреться.

Теперь, когда Техас растаял после того, как ледяной мороз оставил более 4 миллионов человек в холоде и темноте, головы кружатся.

На этой неделе, Комиссар по коммунальным предприятиям Техаса Шелли Боткин подала в отставку В результате остался только один комиссар из группы из трех человек. Это следует за волной отставок в Совет по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT), группа, которая контролирует энергосистему штата.

Пока не ясно, сколько Техасцы умерли на морозе , но несколько человек погибли после того, как потеряли власть, в том числе 11-летний мальчик . Другие умер от отравления угарным газом когда они сжигали топливо в помещении или управляли своими автомобилями в отчаянных попытках согреться. Миллионы потерянная питьевая вода несколько дней.

Отключение электроэнергии стоило экономике штата более 130 миллиардов долларов ущерба и убытков , и некоторые люди, у которых была власть, видели свои счета скачок на тысячи долларов . Операторы сети говорят, что на самом деле ситуация могла быть намного хуже, если бы система в минутах от многомесячного отключения электроэнергии .

Политики Техаса не заслужили особого сочувствия в результате этого испытания. Сенатор от Техаса Тед Круз высмеял калифорнийскую провальная энергетическая политика когда в прошлом году в Голден Стэйт отключилось электричество. Губернатор Грег Эбботт выступил по телевидению, чтобы ошибочно связать отключение электроэнергии к Зеленому Новому курсу . Другие политики Техаса обвиняли обледеневшие ветряные турбины в нехватке электроэнергии, когда большая часть потерь электроэнергии приходилась на природный газ.

Но это была катастрофа, которую Техас должен был предвидеть. Электросеть штата в течение многих лет скрипела из-за нехватки инвестиций, несмотря на предыдущие отключения в зимний период, в том числе одно в 1989 году и одно в 2011 г. при очень похожих обстоятельствах . А с 2011 года население Техаса выросло более чем на 4 миллиона человек до почти 30 миллионов жителей, что еще больше увеличивает потребность в энергии.

«То, что мы видели здесь с Техасом, - это очень резкий подход, направленный прямо в песок», - сказал он. Эд Хирс , научный сотрудник Хьюстонского университета.

Но если это может произойти в Техасе, это может произойти где угодно. 'Я не думаю, что кому-то следует быть самодовольным по этому поводу', - сказал он. Северин Боренштейн , директор факультета Энергетического института Школы бизнеса Хааса Калифорнийского университета в Беркли. Это вызовет повсюду.

По мере того, как погода становится теплее, электросеть Техаса столкнется с еще одним стресс-тестом, поскольку летом ожидается рекордный спрос. А по мере ускорения климатического кризиса риски экстремальных погодных явлений и последующего хаоса станут еще большей угрозой для электроэнергии, поскольку энергосистема выходит из зоны комфорта. Без кардинальных изменений в энергосистеме всех ждут новые отключения.

Почему электросеть Техаса не оправдала своих обещаний

К настоящему времени факторы, стоящие за зимним отключением электроэнергии в Техасе, хорошо известны: самые низкие температуры за 30 лет вызвали внезапный всплеск спроса на электроэнергию в зимний период, а холодная погода привела к замерзанию угольных штабелей, отключению ядерного реактора и обледенению ветряных турбин. вверх. Что наиболее важно, крупнейший в штате источник электроэнергии, природный газ, пострадал от дефицита, поскольку замерзли устья скважин, трубопроводы заблокировала ледяная конденсация, а компрессорные станции остановились.

Большая часть оставшегося газа предназначалась для отопления, а не для электричества. Всего около 34000 мегаватт выработки электроэнергии отключение, более 40 процентов пикового зимнего спроса.

Столкнувшись с таким огромным несоответствием между спросом и предложением, сетевые операторы инициировали отключения электроэнергии, чтобы разгрузить сеть в надежде предотвратить еще большее количество отключений.

Отключение электроэнергии такого масштаба происходит не из-за какой-либо отдельной точки отказа или какого-либо одного решения, а из-за множества сложных отказов. А корни затемнения уходят в прошлое на десятилетия.

Большая часть Техаса обслуживается электросетью, которая довольно изолирована от остальной части страны и управляется ERCOT, которая не столько регулирует, сколько управляет повседневными делами. По словам Хирса, ERCOT является авиадиспетчером для электронов.

Поскольку в электросети Техаса есть несколько точек, где электричество пересекает линии штата, это в значительной степени выходит за рамки федерального регулирования, включая правила о подготовке к экстремальным погодным условиям и поддержании подушки дополнительной мощности.

Комиссия по коммунальным предприятиям Техаса выпустила руководство по повышению устойчивости энергосистемы штата к экстремальным погодным условиям, включая суровые холода, но руководящие принципы были добровольными и в значительной степени игнорировались .

Еще одна проблема для Техаса заключается в том, что система электроснабжения штата не регулируется и почти полностью регулируется рынком, в отличие от других штатов, в которых действуют более конкретные правила работы системы. В Техасе розничные коммунальные предприятия покупают электроэнергию у поставщиков электроэнергии - компаний, эксплуатирующих электростанции, - по колеблющимся ценам в зависимости от спроса и предложения, а затем продают ее клиентам.

Идея заключалась в том, что это позволит энергосистеме саморегулироваться и самооптимизироваться, обеспечивая при этом более низкие цены на энергию, чем на более регулируемом рынке. Периоды высоких цен на электроэнергию будут стимулировать генераторы размещать больше электронов в сети, и наоборот.

На практике эта система означала, что, когда энергия ветра и солнца была в изобилии, они могли подорвать цены на другие генераторы энергии, поскольку ветер и солнечная энергия не требуют затрат на топливо и имеют очень низкие эксплуатационные расходы. Угольные, атомные и газовые электростанции были вынуждены возмещать свои эксплуатационные расходы в периоды повышенного спроса на энергию, одновременно конкурируя друг с другом, сужая окна, в которых они могли бы работать с прибылью. Это оставило мало стимулов для наращивания дополнительных мощностей по производству электроэнергии, чтобы справиться с неожиданными скачками спроса или дефицитом предложения.

Фактически, стимулы побуждают вас убрать мощность с рынка, - сказал Хирс. Если я увеличу объем рынка, я обеспечу более низкие цены.

Система работала, когда спрос и предложение на энергию следовали предсказуемым моделям. Но когда он отклонялся, как это было во время Winter Storm Uri, это приводило к отключениям. Что касается клиентов, они в конечном итоге стали платить больше. Согласно анализу Wall Street Journal , Бытовые потребители электроэнергии в Техасе в рамках дерегулируемых коммунальных предприятий заплатили на 28 миллиардов долларов больше, чем они получили бы по тарифам на электроэнергию, взимаемым обычными регулируемыми коммунальными предприятиями в штате.

Таким образом, обещания большей надежности и более низких затрат не оправдались для миллионов техасцев в рамках государственной автономной энергосистемы. По словам Хирса, это столкновение наивного идеализма и реального мира.

В производстве электроэнергии есть уязвимости по всей территории США, и они растут.

Хотя энергосистема Техаса уникальна во многих отношениях, проблема недостаточного инвестирования в энергетическую инфраструктуру слишком распространена в США. Большая часть энергосистемы была построена несколько десятилетий назад. В дополнение к износу, который приходит с возрастом, энергосистема испытывает нагрузку из-за роста населения и растущих потребностей в энергии.

Изменение климата усиливает давление. Помимо экстремальных явлений, усугубляемых изменением климата, таких как ураганы, лесные пожары и т. Д. Тепловые волны Повышение средней температуры само по себе создает нагрузку на инфраструктуру электроснабжения. Электростанции становятся менее эффективными. Линии электропередачи несут меньше электроэнергии. Трансформаторы и инверторы подвержены более высокому уровню отказов. Резервуары с водой, которые нужны электростанциям для охлаждения, могут стать слишком горячими.

Ученые все еще пытаются разобраться если изменение климата приведет к еще более сильным холодам события вроде того, что охладило Техас в феврале. Но станут ли холодные волны, подобные той, что породила Winter Storm Uri, более или менее вероятной, факт остается фактом: шансы на другое подобное событие не равны нулю. Это может легко повториться.

Согласно отчету Министерства энергетики США за 2017 год, многие связанные с погодой угрозы для электроэнергетической системы становятся все более частыми и интенсивными, а также, согласно прогнозам, усугубятся в будущем из-за изменения климата. Четырехгодичный энергетический обзор , комплексная оценка энергетики страны.

Это означает, что миллионы американцев сталкиваются с призраком длительных отключений электроэнергии из-за нынешней электросети. «Инфраструктура, которую мы построили прямо сейчас, действительно не готова к этой новой норме», - сказал Келли Сандерс , адъюнкт-профессор гражданской и экологической инженерии в Университете Южной Калифорнии.

И миллионы уже испытали их.

В добавление к Веерные отключения электроэнергии в Калифорнии В прошлом году, когда спрос на электроэнергию резко увеличился из-за аномальной жары, в Золотом штате в последние годы также наблюдались отключения электроэнергии из-за того, что коммунальные предприятия намеренно отключили электричество, чтобы предотвратить возгорание от лесных пожаров . Генеральный директор Pacific Gas and Electric, крупнейшего энергетического предприятия Калифорнии, признал себя виновным по 84 пунктам обвинения в непредумышленном убийстве в 2020 году в результате недавних лесных пожаров, вызванных линиями электропередач компании.

Оглядываясь назад, можно сказать, что Нижний Манхэттен был заблокирован на несколько дней после остатки урагана Сэнди ударил в 2012 году. И Пуэрто-Рико был окутан крупнейшее отключение электроэнергии в истории США после того, как в 2017 году обрушился ураган «Мария», разрушивший большинство опор на острове.

Вид на Эмпайр-стейт-билдинг с крыши 14-й улицы во время отключения электроэнергии в Нью-Йорке после урагана «Сэнди» 31 октября 2012 года в Нью-Йорке.

Ураган «Сэнди» вызвал ураган в Нью-Йорке, в результате чего огромная часть горизонта Манхэттена потемнела на несколько дней.

Рой Рочлин / Getty Images

Эти отключения электроэнергии произошли в разных регионах, при разных режимах регулирования, при разном энергетическом балансе и при разных стрессовых факторах. Что связывает их вместе, так это неспособность подготовиться к изменяющемуся миру и стимулы, которые отдают предпочтение прибыли над подготовкой.

Так что отключение электричества в Техасе было не просто следствием отказа от электричества. «Я думаю, что это может произойти и на жестко регулируемом рынке», - сказал Боренштейн. Например, электроэнергетическая инфраструктура Пуэрто-Рико, вышедшая из строя в 2017 году, управлялась коммунальным предприятием.

Более широкая проблема заключается в том, что каждая энергосистема изо всех сил пытается оправдать необходимость тратить деньги на вещи, которые, возможно, никогда не будут использоваться. Затраты являются авансовыми, но выгоды далеки и теоретичны. И это дело нужно доводить до сведения не только регулирующих органов, но и потребителей.

Существует множество различных рыночных структур, которые могут эффективно стимулировать инвестиции в эти вещи, но это вопрос, который мы все должны задать себе: сколько денег мы готовы вложить в инвестиции в надежность? сказал Мелисса Лотт , директор по исследованиям Центра глобальной энергетической политики Колумбийского университета. Мы постоянно пытаемся найти золотую середину, когда говорим: «Хорошо, вот риски, с которыми мы сталкиваемся. В какой степени мы собираемся снизить потенциальное воздействие этих рисков? »

Это означает, что часть усилий по повышению надежности и отказоустойчивости энергосистемы должна исходить от потребителей электроэнергии, которые должны оказывать давление на законодателей и регулирующие органы, чтобы они действовали. Потребители также должны быть готовы взять на себя часть бремени.

Предотвращение отключений электроэнергии в будущем требует тщательного планирования и обойдется дорого.

Точно так же, как отключение электроэнергии не является результатом какой-либо отдельной точки отказа, защита сети от них требует большего, чем любое отдельное решение.

Столкнувшись с перспективой увеличения количества отключений, необходимо внести ряд технических исправлений: больше аккумуляторов энергии, распределенного производства электроэнергии, объединение основных электрических сетей , большее резервирование, микросети, реакция на спрос, повышение энергоэффективности и укрепление инфраструктуры.

Но все это стоит денег или съедает маржу существующих коммунальных услуг. Попытки полностью избежать всех типов отключений электроэнергии и сбоев в работе сети обойдутся непомерно дорого, поэтому частью решения также будет управление сбоями и обучение восстановлению после сбоя.

'Мы не сможем найти выход из кризиса, вызванного климатическими изменениями', - сказал он. Коста Самарас , адъюнкт-профессор гражданской и экологической инженерии в Университете Карнеги-Меллона. Управляемый отказ звучит плохо - никому не нужен управляемый, - но вы хотите иметь систему, достаточно гибкую, чтобы остальная система могла реагировать.

В то же время постоянно предпринимаются попытки включить в сеть больше чистой энергии и обезуглерожить производство электроэнергии. Президент Байден поставил цель - 100 процентов безуглеродное электричество к 2035 году, менее чем через 15 лет. Многие из них будут поступать из возобновляемых источников, таких как ветер и солнце, которые могут значительно меняться в течение дня и в течение года.

Противостоят ли целям повышение устойчивости и более чистая энергия? «Нет, эти цели не противоречат друг другу», - заявила Джилл Титджен, старший член Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE), в электронном письме. Большинство коммунальных предприятий по всей стране понимают стремление населения перейти от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии и делать это экологически устойчивым образом и ищут способы сделать это, обеспечивая при этом надежное электроснабжение.

Хирс согласился. «Как инженерная проблема, как физическая проблема, мы можем это сделать», - сказал он. Нет ничего, что можно было бы решить с помощью денег. ... Это потребует больших затрат денег.

С другой стороны, США в любом случае готовы потратить много денег на энергосистему. Команда исследователи в Принстоне Ранее в этом году было подсчитано, что США потратят 9,4 триллиона долларов в течение следующего десятилетия на энергетику. Согласно их расчетам, переход энергетической системы к нулевым чистым выбросам парниковых газов добавит к этой сумме 3-процентной надбавки. Некоторые из этих затрат лягут на плечи потребителей, и если к смеси добавить цену на углерод, это приведет к дальнейшему росту цен. Это вызывает озабоченность по поводу справедливости и создает потребность в механизме, гарантирующем, что люди с низкими доходами не будут нести чрезмерное бремя.

Часть стремления к декарбонизации всей экономики, а не только производства электроэнергии, означает: большая электрификация : электромобили, электроплиты, электрическое отопление и тд. Это только повысит ставки надежности и устойчивости энергосистемы.

По словам Лотта, если мы собираемся все в большей степени полагаться на электричество, последствия отключения электричества будут намного больше.

А тем временем электросеть столкнется с еще большим количеством факторов стресса. В этом году скоро будет один из самых теплых лет за всю историю наблюдений , так что этим летом спрос на энергию, вероятно, увидит новый всплеск в США из-за включения кондиционеров. Большая часть западной части США в настоящее время засушливые условия , что может увеличить вероятность возгорания определенных типов лесных пожаров. Линии электропередачи были причастны к возникновению крупных пожаров в последние годы, а пожары, в свою очередь, нарушили передачу энергии.

Между тем, штат Lone Star State все еще рассчитывается с недавним отключением сети. Государственные чиновники взвешивают изменения, которые потребуют подготовки к зиме, минимальных уровней мощности и долгосрочного планирования. Эра вольного свободного рынка электроэнергии в Техасе, возможно, подходит к концу. И остальной части страны следовало бы обратить пристальное внимание: никто не может принимать надежное электричество как должное.