Inmitten einer globalen Pandemie und einer schwülen Hitzewelle im Westen der Vereinigten Staaten erlebte Kalifornien am vergangenen Wochenende zwei aufeinanderfolgende Tage rollender Stromausfälle.
Diese Stromausfälle sind wirklich historisch, aber nicht aus den üblichen Gründen. Sie sind nicht historisch, weil sie eine große Anzahl von Menschen betroffen haben, noch weil sie wirklich lange gedauert haben. Im Gegenteil, diese Ausfälle waren relativ gut eingedämmt und betrafen nur Hunderttausende Kalifornier für jeweils nur Stunden.
Stattdessen sind die jüngsten Stromausfälle in Kalifornien aufgrund ihrer Ursache historisch: Der Strom fiel aus, weil es einfach nicht genug Strom gab, um herumzufahren. Solche Engpässe bei der Stromversorgung sind äußerst selten; Das letzte Mal geschah dies in Kalifornien vor fast zwei Jahrzehnten. Stromausfälle sind fast immer auf andere Ursachen zurückzuführen.
Vier Arten von Stromausfällen
Bei der Lieferung von Strom an Kunden sind viele Schritte erforderlich, und ein Stromausfall kann bei jedem Schritt auf dem Weg verursacht werden. Erstens erzeugen Kraftwerke Strom. Dann bewegen Hochspannungsleitungen diesen Strom über große Entfernungen. Schließlich findet die letzte Etappe der Reise im Verteilungsnetz statt, das den Kunden Strom liefert.
Stromausfälle können aufgrund von Fehlern an einem beliebigen Punkt in diesem Prozess auftreten: verteilungsausfälle, Übertragungsausfälle oder unzureichende Stromerzeugung können zu Stromausfällen führen. In jüngerer Zeit ist eine neue Art von Stromausfall aufgetreten – verursacht durch Energieunternehmen, die absichtlich Teile des Übertragungs- oder Verteilungsnetzes abschalten, um das Risiko zu verringern, noch katastrophalere Folgen auszulösen.
Lass uns graben.
Ein Stromausfall kann durch einen Ausfall in jedem Schritt der Stromversorgung verursacht werden. Ein Strommangel (grün und rot dargestellt), ein Ausfall des Übertragungssystems (dunkelblau dargestellt) oder ein Ausfall des Verteilungssystems (schwarz dargestellt) können zu Stromausfällen führen.
Hinweis: Microgrids (orange dargestellt) können zum Schutz vor Stromausfällen beitragen, insbesondere wenn das Übertragungs- oder Verteilungssystem ausfällt oder absichtlich abgeschaltet wird.
1. Verteilungsfehler
Verteilungsfehler sind die häufigste Art von Stromausfall, betreffen jedoch normalerweise einen relativ kleinen Bereich. Diese Art von Ausfall kann viele Ursachen haben – stürmisches Wetter, das einen Ast auf eine Stromleitung bläst, ein abenteuerliches Eichhörnchen, das in Teile einer Umspannstation geht, in die noch kein Eichhörnchen gegangen ist (und gelebt hat, um die Geschichte zu erzählen), ein Auto, das gegen einen Strommast kracht, ein Metallballon, der dem Griff der Hände seines Besitzers entgangen ist und eine Stromleitung berührt hat, die Liste geht weiter.
Versorgungsarbeiter reparieren eine heruntergekommene Stromleitung am Verteilungssystem direkt vor meinem Haus.
Ausfälle im Verteilungssystem haben normalerweise nur begrenzte Auswirkungen und betreffen nur wenige Blocks oder eine Nachbarschaft. Aber manchmal betreffen diese Ausfälle ganze Städte und manchmal für lange Zeiträume. Während der durchschnittliche US-Stromkunde jedes Jahr etwa 1,3 Ausfälle und vier Stunden ohne Strom erlebt, können Ausfälle durch Unwetter viel länger dauern. Zum Beispiel waren etwa 100.000 Stromkunden in Florida über eine Woche lang ohne Strom, als Hurrikan Irma im September 2017 den Staat traf.
Im Vergleich zu den anderen Arten von Stromausfällen sind Verteilungsausfälle am häufigsten – die meisten Ausfälle, die die durchschnittliche Person erlebt, sind auf Probleme mit dem Verteilungssystem zurückzuführen.
2. Übertragungsfehler
Übertragungsfehler sind viel seltener als Verteilungsfehler, aber wenn sie auftreten, können sie enorme Konsequenzen haben. Diese Art von Ausfall kann jedoch auch auf Geräteausfälle, Computerprobleme und menschliches Versagen zurückzuführen sein. Im Jahr 2003 waren rund 50 Millionen Menschen im Nordosten der USA ohne Strom, als eine Übertragungsleitung einen Ast berührte. Diese Störung geriet außer Kontrolle und führte zu einem massiven Stromausfall, der zum großen Teil auf fehlerhafte Computersysteme zurückzuführen war. Dies ist zugegebenermaßen ein extremes Beispiel, und die Untersuchungen, die diesem Vorfall folgten, führten letztendlich zur Schaffung neuer Zuverlässigkeitsstandards, um zu verhindern, dass ähnliche Ausfälle erneut auftreten.
Auch hier sind Ausfälle aufgrund von Übertragungsfehlern relativ selten. Da Übertragungssysteme jedoch in der Regel in vielen verschiedenen Staaten und sogar Ländern miteinander verbunden sind, können Übertragungsnetzausfälle zu weit verbreiteten Stromausfällen führen, wenn sie nicht ordnungsgemäß verwaltet werden.
Übertragungsnetzausfälle treten selten auf, aber wenn sie auftreten, können die Auswirkungen sehr groß sein.
3. Versorgungsengpässe
Versorgungsengpässe sind vielleicht die seltenste Art von Ausfall von allen. Diese Ausfälle treten auf, wenn einfach nicht genug Strom vorhanden ist, um den Bedarf zu decken. In den meisten Teilen des Landes tritt diese Art von Ausfall am ehesten an den heißesten Sommertagen auf, wenn die Menschen die Klimaanlage sprengen und der Strombedarf seinen Höhepunkt erreicht. Genau das ist in den letzten Tagen in Kalifornien passiert: Eine extreme Hitzewelle hat den Strombedarf angekurbelt, was zu Versorgungsengpässen und rollenden Stromausfällen führte. Vor den rollenden Stromausfällen am vergangenen Wochenende war das letzte Mal, dass diese Art von Ausfall in Kalifornien stattfand, in den frühen 2000er Jahren. Diese Serie von Ausfällen in den 2000er Jahren, zusammen bekannt als die kalifornische Stromkrise, hatte mehrere Ursachen (einschließlich Marktmanipulation!), aber die Quintessenz ist, dass es nicht genug Strom gab, um alle Lichter an zu halten.
Versorgungsengpässe treten auf, wenn nicht genügend Stromerzeugung vorhanden ist, um die Nachfrage zu decken. Diese Art von Stromausfall ist die seltenste von allen.
Netzbetreiber ergreifen viele verschiedene Maßnahmen, um Ausfälle zu verhindern, wenn die Versorgung knapp ist. Rollierende Stromausfälle betreffen nicht alle – der Netzbetreiber schaltet den Strom nur für eine begrenzte Anzahl von Kunden ab, wodurch der Strombedarf wieder auf ein überschaubares Niveau gesenkt wird. Während Versorgungsengpässe in ganzen Städten und Bundesstaaten auftreten, kann die Zahl der von daraus resultierenden Ausfällen betroffenen Menschen stark variieren. Zum Beispiel betraf einer der Ausfälle während der kalifornischen Stromkrise Zehntausende von Menschen, während ein anderer Ausfall Millionen von Menschen betraf.
Diese Art von Stromausfall ist selten, da wir viel Zeit und Mühe (und Geld!) versuchen, sie zu verhindern. Tatsächlich schreiben nationale Netzzuverlässigkeitsstandards vor, dass diese Art von Ausfall nur alle zehn Jahre auftreten sollte.
Viele Teile des Landes bemühen sich, diesen Standard „einmal alle zehn Jahre“ durch Ressourcenadäquanzprogramme zu erfüllen. Diese Programme sollen Stromausfälle aufgrund von Versorgungsengpässen verhindern, indem sie in die Zukunft planen, um sicherzustellen, dass genügend Kraftwerke am Netz sind. In der Praxis gehen wir oft über dieses Ziel hinaus (d. H. Wir bauen mehr Kraftwerke als nötig), was diese Art von Ausfall äußerst selten macht.
4. Öffentliche Sicherheit Stromabschaltungen und geplante Ausfälle
Öffentliche Sicherheit Stromabschaltungen (PSPS) und geplante Ausfälle sind entweder Übertragungs- oder Verteilungsausfälle, aber der Unterschied besteht darin, dass diese Ausfälle absichtlich sind.
Bei geplanten Ausfällen kann ein Versorgungsunternehmen bestimmte Teile des Netzes abschalten, um routinemäßige Wartungsarbeiten durchzuführen.
Auf der anderen Seite nehmen die Stromabschaltungen der öffentlichen Sicherheit in Kalifornien zu, wo sie jetzt das letzte Mittel der Versorgungsunternehmen sind, um Waldbrände zu verhindern, die durch Übertragungs- und Verteilungsleitungen ausgelöst werden. Kurz gesagt, bestimmte Wetterbedingungen (z. B. starke Winde und niedrige Luftfeuchtigkeit) können das Risiko erhöhen, dass Übertragungs- und Verteilungsleitungen einen Brand auslösen. Anstatt das Risiko einzugehen, ein Feuer zu entfachen und für die mögliche Katastrophe verantwortlich gemacht zu werden, beschließen die Versorgungsunternehmen gelegentlich, die Stromversorgung vollständig abzuschalten, um sicherzustellen, dass ihre Ausrüstung kein Feuer entfacht. Da der Klimawandel die Waldbrandrisiken im Westen der Vereinigten Staaten erhöht, sind kalifornische Versorgungsunternehmen nicht die einzigen, die vorbeugende Stromabschaltungen durchführen; Zum Beispiel hat das Nevada-Versorgungsunternehmen NV Energy auch ein Programm entwickelt, um Waldbrandrisiken durch absichtliche Stromabschaltungen zu mindern.
Unnötig zu sagen, dass es einfach inakzeptabel ist, absichtlich die Stromversorgung für längere Zeiträume – insbesondere für Millionen von Menschen über mehrere Tage – abzuschalten. Dienstprogramme können (müssen!) wohlauf.
Es ist nicht immer so einfach
In Wirklichkeit sind Stromausfälle nicht immer so einfach – sie haben oft mehrere Ursachen und passen nicht immer genau in einen der vier oben genannten Eimer. Zum Beispiel wurden einige der größten Ausfälle der Welt durch eine Kombination von Offline-Generatoren und ausfallenden Übertragungsleitungen verursacht.
Unabhängig von der genauen Art des Stromausfalls leben wir in einer Welt, in der Elektrizität für den Alltag unverzichtbar geworden ist und Ausfälle fast immer eine massive Störung darstellen. Erschwerend kommt hinzu, dass unser ins Stocken geratenes Netz Schwierigkeiten hat, Schritt zu halten, da die Netzstörungen in den letzten Jahrzehnten zugenommen haben. Und mit noch verheerenderen Auswirkungen des Klimawandels (einschließlich Killerhitze) am Horizont wird sich dieses Problem nur verschlimmern, wenn wir jetzt nicht handeln.
Was können wir tun, um Stromausfälle zu vermeiden?
Für den Anfang sollten wir Investitionen tätigen, um die Widerstandsfähigkeit des Netzes zu erhöhen, um Stromausfälle von vornherein zu verhindern. Da Übertragungs- und Verteilungsausfälle die häufigsten Ursachen für Stromausfälle sind, sollten wir Maßnahmen ergreifen, um die Übertragungs- und Verteilungsinfrastruktur zu härten und das Risiko dieser Ausfälle zu verringern. Darüber hinaus sollten wir auch dezentrale Energieressourcen und Mikronetze einsetzen, die die Abhängigkeit von den Übertragungs- und Verteilungssystemen verringern können.
Verteilte Energieressourcen wie Solaranlagen für Privathaushalte können die Abhängigkeit vom Übertragungs- und Verteilungssystem verringern.
Selbst bei all diesen Maßnahmen zur Netzstabilität wird der Strom jedoch gelegentlich unweigerlich ausfallen. Und für diejenigen, die nicht ohne Strom auskommen können (z. B. kritische Einrichtungen und Kunden, die lebenserhaltende medizinische Geräte verwenden), muss es einen Backup-Plan geben. Hier können Microgrids für kritische Anlagen und Solar- plus-Speichersysteme für Privathaushalte eine wesentliche Rolle beim Aufbau eines widerstandsfähigen und gerechten Netzes für die Zukunft spielen.
Kurz gesagt, wir sollten das Netz aufrüsten.