中國儲能網(wǎng)訊：進(jìn)入冬季，美國電網(wǎng)應(yīng)對惡劣天氣的能力再次引發(fā)民眾的擔(dān)憂。據(jù)新華社消息，1月3日，美國東部多州遭遇暴風(fēng)雪襲擊，造成至少5人死亡，數(shù)十萬用戶斷電，情況最嚴(yán)重的弗吉尼亞州在3日當(dāng)晚21時有超過34萬用戶未恢復(fù)供電。根據(jù)1月11日美國?？怂剐侣劸W(wǎng)消息，受到疫情與冬季惡劣天氣影響，美國各地超市出現(xiàn)嚴(yán)重物資短缺，囤積必備物資成為很多美國家庭最近的頭等大事。
自從2021年2月發(fā)生得克薩斯州大停電以來，美國多家科研機(jī)構(gòu)圍繞提升電網(wǎng)可靠性進(jìn)行了研究探討，針對美國電網(wǎng)存在的基礎(chǔ)設(shè)施老化、配電系統(tǒng)可靠性差等問題，提出了不同的解決方案。
電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施投資不足
2021年，美國土木工程師協(xié)會（ASCE）將美國能源系統(tǒng)評為“C-”級，認(rèn)為電網(wǎng)系統(tǒng)尤其脆弱，并在報告中指出：“美國全國大部分電網(wǎng)都在老化，其中一些部件已經(jīng)使用了超過一個世紀(jì)——遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了它們50年的預(yù)期壽命，另外一些部件，包括70%的輸配電線路，也已經(jīng)進(jìn)入了壽命末期?！?
報告指出了美國電網(wǎng)存在的問題，認(rèn)為其電力供應(yīng)依賴于老化發(fā)電設(shè)施的復(fù)雜拼湊。在美國，主干電力傳輸路線超過60萬英里（其中24萬英里的線路為高壓線路或者超過230千伏線路），地方配電線路為550萬英里，負(fù)責(zé)為客戶提供安全、可靠、經(jīng)濟(jì)高效的電力服務(wù)。
根據(jù)報告統(tǒng)計，美國配電系統(tǒng)的可靠性差，在由惡劣天氣、基礎(chǔ)設(shè)施老化、惡意破壞等事件引發(fā)停電中，92%是配電系統(tǒng)故障。過去幾年中，美國輸配電系統(tǒng)和電網(wǎng)可靠性投資有所增加，停電情況略有好轉(zhuǎn)。美國高壓輸電的年度支出從2012年的156億美元增加到2017年的219億美元，配電系統(tǒng)的支出在過去二十年中增加了54%，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
ASCE認(rèn)為美國電網(wǎng)還面臨著一些低概率威脅——例如地磁脈沖，雖然極少發(fā)生，但一旦發(fā)生就會對公共安全和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重大影響。此外，網(wǎng)絡(luò)攻擊導(dǎo)致的停電事件不可忽視。2014~2018年，電網(wǎng)運(yùn)營商向美國能源部報告了17起疑似網(wǎng)絡(luò)攻擊，但經(jīng)過調(diào)查分析表明，只有4起事件與網(wǎng)絡(luò)安全有關(guān)，而且沒有造成任何停電事件。
為應(yīng)對此類情況，美國能源部發(fā)布了一份關(guān)于網(wǎng)絡(luò)安全戰(zhàn)略的計劃，旨在加強(qiáng)電網(wǎng)恢復(fù)能力、強(qiáng)化國家能源基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)安全。
惡劣天氣是造成輸電中斷的主因
盡管美國各公用事業(yè)公司不斷采取積極措施增加電網(wǎng)彈性，但天氣狀況依然是一個日益嚴(yán)重的威脅。根據(jù)美國能源信息署2014~2018年報告的638次輸電中斷事件統(tǒng)計，惡劣天氣被列為主要原因。
近日，由北卡羅萊納州立大學(xué)研究人員主導(dǎo)的兩項新研究發(fā)表在《地球未來》雜志上，研究預(yù)測了美國西海岸電力消費(fèi)者在兩種不同情景下可能會經(jīng)歷的情況：一種是氣候變化導(dǎo)致天氣過于炎熱；另一種是氣候遵循歷史趨勢，但電網(wǎng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向更多的可再生能源。在這兩種情況下，電力成本和可靠性容易受到極端天氣的影響。
北卡羅萊納州林業(yè)和環(huán)境資源助理教授喬丹·科恩表示：“氣候變化和極端天氣事件對電網(wǎng)的影響，主要以干旱和熱浪的形式出現(xiàn)，這讓情況變得更糟。即使西海岸電網(wǎng)從化石燃料轉(zhuǎn)向風(fēng)能和太陽能，這些極端天氣事件仍將影響電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性和電力價格。”
西北大學(xué)的研究人員認(rèn)為，通過減輕發(fā)電機(jī)頻率偏差可以穩(wěn)定電網(wǎng)。由西北大學(xué)物理學(xué)家艾迪爾森·莫特領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊對美國和歐洲的幾個電網(wǎng)進(jìn)行了研究，與普通發(fā)電機(jī)組相比，以不同頻率運(yùn)行的發(fā)電機(jī)在遇到停電障礙時會更快地恢復(fù)到正常狀態(tài)。這一發(fā)現(xiàn)可能對未來的電網(wǎng)設(shè)計產(chǎn)生影響，研發(fā)人員正在努力優(yōu)化技術(shù)并考慮進(jìn)一步整合當(dāng)前分離的電網(wǎng)。
東西部可聯(lián)手構(gòu)建“宏電網(wǎng)”
根據(jù)愛荷華州立大學(xué)的統(tǒng)計，目前，美國東西部電網(wǎng)有7條線路連接，具有1320兆瓦的電力處理能力。但相對于美國兩大電網(wǎng)的發(fā)電裝機(jī)來說（東部電網(wǎng)70萬兆瓦，西部電網(wǎng)25萬兆瓦），這1320兆瓦的輸送能力并不算高。
早在2016年1月，美國能源部就宣布耗資2.2億美元啟動電網(wǎng)現(xiàn)代化，東西部電網(wǎng)連接作為計劃中的一部分，目前進(jìn)展緩慢。2021年2月美國得克薩斯州大停電再次引發(fā)了業(yè)內(nèi)對于構(gòu)造大電網(wǎng)的討論。西北大學(xué)的研究人員在2021年4月發(fā)布的研究中表示，雖然尚不清楚美國電網(wǎng)的整合能否完全消除停電事故，但得州無法跨州跨界“進(jìn)口”大量電力是此次停電的決定性因素。
愛荷華州立大學(xué)的研究人員對美國東西部電網(wǎng)連接的收益進(jìn)行了研究，認(rèn)為構(gòu)造“宏電網(wǎng)”的成本收益比可高達(dá)1比2.5，即每投資1美元可得到2.5美元的收益。“宏電網(wǎng)”可以幫助滿足美國不同地區(qū)彼此的高峰用電需求，還擁有更好的應(yīng)對極端天氣的能力。愛荷華州立大學(xué)電力系統(tǒng)工程系教授詹姆斯·麥卡利表示：“當(dāng)極端天氣來臨時，比如2020年8月吹過愛荷華州的德雷科風(fēng)暴，或者是2021年2月導(dǎo)致得克薩斯州大停電的冰災(zāi)天氣，‘宏電網(wǎng)’都可以有效應(yīng)對。我們可以非常簡單地從其他地區(qū)獲得電力援助，各州電網(wǎng)都是互聯(lián)的?！?
雖然這項研究量化了“宏電網(wǎng)”在美國的價值，但麥卡利表示，要真正建成它還面臨很多挑戰(zhàn)。除了成本之外，政策制定者需要更明確的支持政策。ASCE認(rèn)為，未來幾年，美國需要新增輸配電基礎(chǔ)設(shè)施，規(guī)劃智能電網(wǎng)以提高可靠性，從而適應(yīng)可再生能源的增長及電源的分散性。
