mitt i en global pandemi och en svällande värmebölja över västra USA upplevde Kalifornien två dagar i rad med rullande blackouts den senaste helgen.
dessa strömavbrott är verkligen Historiska, men inte av vanliga skäl. De är inte Historiska eftersom de drabbade ett stort antal människor, inte heller för att de varade riktigt länge. Tvärtom, dessa avbrott var relativt väl innehöll, påverkar endast hundratusentals kalifornier för bara timmar i taget.
istället är Kaliforniens senaste rullande blackouts historiska på grund av deras orsak: strömmen gick ut eftersom det helt enkelt inte fanns tillräckligt med el för att gå runt. Brist på elförsörjning som denna är extremt sällsynt; förra gången detta hände i Kalifornien var nästan två decennier sedan. Nästan alltid beror strömavbrott på andra orsaker.
fyra typer av strömavbrott
det finns många steg i att leverera el till kunder, och ett strömavbrott kan orsakas vid varje steg på vägen. För det första genererar kraftverk El. Sedan flyttar högspänningsöverföringsledningar den elen över långa avstånd. Slutligen sker den sista delen av resan på distributionsnätet, som levererar el till kunderna.
strömavbrott kan hända på grund av fel när som helst i processen: distributionsfel, överföringsfel eller otillräcklig elproduktion kan alla leda till strömavbrott. På senare tid har en ny typ av strömavbrott uppstått – orsakat av att kraftföretag avsiktligt stänger av delar av överförings-eller distributionsnätet för att minska risken för att utlösa ännu mer katastrofala resultat.
Låt oss gräva in.
ett strömavbrott kan orsakas av ett fel vid varje steg i processen att leverera el. En brist på generation (bilden i grönt och rött), ett fel i överföringssystemet (bilden i mörkblått) eller ett fel i distributionssystemet (bilden i svart) kan alla leda till strömavbrott.
Obs: Mikronät (bilden i orange) kan hjälpa till att skydda mot strömavbrott, särskilt när överförings-eller distributionssystemet misslyckas eller stängs av avsiktligt.
1. Distributionsfel
distributionsfel är den vanligaste typen av strömavbrott, men de påverkar vanligtvis ett relativt litet område. Denna typ av misslyckande kan hända på grund av många orsaker – stormigt väder som blåser en trädgren på en kraftledning, en äventyrlig ekorre som går in i delar av en transformatorstation där ingen ekorre har gått före (och levt för att berätta historien), en bil kraschar in i en kraftstolpe, en metallisk ballong som har undgått greppet om ägarens händer och berört en kraftledning, listan fortsätter.
Utility arbetare reparera en nedskjutna kraftledning på distributionssystemet precis utanför mitt hem.
avbrott i distributionssystemet har vanligtvis en begränsad inverkan, vilket påverkar bara några kvarter eller ett grannskap. Men ibland påverkar dessa avbrott hela städer, och ibland under långa sträckor. Medan den genomsnittliga amerikanska elkunden upplever ungefär 1.3 avbrott och fyra timmar utan ström varje år, kan avbrott som orsakas av svårt väder vara mycket längre. Till exempel var cirka 100 000 elkunder i Florida utan ström i över en vecka när orkanen Irma slog staten i September 2017.
jämfört med andra typer av strömavbrott är distributionsfel de vanligaste – de flesta av de avbrott som den genomsnittliga personen upplever beror på problem med distributionssystemet.
2. Överföringsfel
överföringsfel är mycket sällsynta än distributionsfel, men när de händer kan de få enorma konsekvenser. Många överföringssystemfel orsakas av väder, men denna typ av avbrott kan också hända på grund av utrustningsfel, datorproblem och mänskliga fel. År 2003 lämnades cirka 50 miljoner människor i nordöstra USA utan ström när en överföringsledning kom i kontakt med en trädgren. Den störningen spiralades ur kontroll till en massiv blackout på grund av till stor del felaktiga datorsystem. Detta är visserligen ett extremt exempel, och de undersökningar som följde den händelsen ledde slutligen till skapandet av nya tillförlitlighetsstandarder utformade för att förhindra att liknande avbrott återkommer.
återigen är avbrott på grund av överföringsfel relativt sällsynta. Men eftersom överföringssystem vanligtvis är anslutna i många olika stater och till och med länder kan fel i överföringssystemet leda till omfattande strömavbrott om de inte hanteras korrekt.
Transmissionssystemfel händer sällan, men när de gör det kan effekten vara mycket stor.
3. Försörjningsbrist
försörjningsbrist är kanske den sällsynta typen av avbrott av alla. Dessa avbrott inträffar när det helt enkelt inte finns tillräckligt med el för att möta efterfrågan. I de flesta delar av landet, denna typ av avbrott är mest sannolikt att inträffa på de hetaste sommardagar när människor sprängning luftkonditioneringen och efterfrågan el är på topp. Det här är precis vad som hände i Kalifornien under de senaste dagarna: en extrem värmebölja ökade efterfrågan på el, vilket resulterade i brist på utbud och rullande blackouts. Före de rullande blackoutsna den senaste helgen var sista gången denna typ av avbrott hände i Kalifornien i början av 2000-talet. Den serien av avbrott på 2000-talet, kollektivt känd som Kaliforniens Elkris, hade flera orsaker (inklusive marknadsmanipulation!), men summan av kardemumman är att det inte fanns tillräckligt med el för att hålla allas lampor på.
försörjningsbrist uppstår när det inte finns tillräckligt med elproduktion för att möta efterfrågan. Denna typ av strömavbrott är den sällsynta av dem alla.
nätoperatörer vidtar många olika åtgärder för att förhindra avbrott när utbudet är kort, men när värst kommer till värst är rullande blackouts den sista utväg. Rullande strömavbrott påverkar inte alla – nätoperatören väljer att stänga av strömmen endast till ett begränsat antal kunder, vilket minskar elbehovet tillbaka till hanterbara nivåer. Medan försörjningsbrist uppstår i hela städer och stater kan antalet personer som drabbas av resulterande avbrott variera mycket. Till exempel drabbade ett av avbrotten under elkrisen i Kalifornien tiotusentals människor, medan ett annat avbrott drabbade miljontals människor.
denna typ av strömavbrott är sällsynt eftersom vi spenderar mycket tid och ansträngning (och pengar!) försöker förhindra dem. Faktum är att national grid reliability standards dikterar att denna typ av avbrott endast ska ske en gång vart tionde år.
många delar av landet strävar efter att uppfylla denna ”en gång vart tionde år” – standard genom resurstillräcklighetsprogram. Dessa program är utformade för att förhindra strömavbrott på grund av försörjningsbrist genom att planera in i framtiden för att säkerställa att vi har tillräckligt med kraftverk på nätet. I praktiken hamnar vi ofta utöver detta mål (dvs. vi bygger fler kraftverk än vad som är nödvändigt) vilket gör denna typ av avbrott extremt sällsynt.
4. Allmänna säkerhetsavstängningar och planerade avbrott
allmänna Säkerhetsavstängningar (PSP) och planerade avbrott är antingen överförings-eller distributionsavbrott, men skillnaden är att dessa avbrott är avsiktliga.
vid planerade avbrott kan ett verktyg stänga av vissa delar av nätet för att utföra rutinunderhåll, men det finns vanligtvis redundans inbyggd i elnätet som gör att verktyg kan utföra underhåll utan att stänga av strömmen.
å andra sidan har offentliga säkerhetsavstängningshändelser ökat i Kalifornien, där de nu är verktygets sista utväg för att förhindra bränder som utlösts av överförings-och distributionslinjer. Kort sagt kan vissa väderförhållanden (t.ex. höga vindar och låg luftfuktighet) öka risken för att transmissions-och distributionsledningar startar eld. I stället för att riskera att starta en brand och hållas ansvarig för den potentiella katastrofen som kan uppstå, beslutar verktyg ibland att stänga av strömmen helt och hållet för att säkerställa att deras utrustning inte startar eld. Med klimatförändringar som ökar löpeld risker över västra USA, Kalifornien verktyg är inte de enda som genomför förebyggande strömavstängningar; till exempel, Nevada utility NV Energy har också utvecklat ett program för att mildra löpeld risker med avsiktliga strömavstängningar.
naturligtvis är det helt enkelt oacceptabelt att avsiktligt stänga av strömmen för vad som kan förlängas perioder – särskilt för miljontals människor över flera dagar. Verktyg kan (måste!) gör bättre.
det är inte alltid så enkelt
i verkligheten är strömavbrott inte alltid så enkla – de har ofta flera orsaker och de passar inte alltid snyggt i en av de fyra skoporna ovan. Till exempel har några av världens största avbrott orsakats av en kombination av generatorer som är offline och överföringsledningar misslyckas.
Oavsett den exakta typen av strömavbrott, vi lever i en värld där el har blivit avgörande för vardagen, och avbrott är nästan alltid en massiv störning. För att göra saken värre, vårt vacklande nät kämpar för att hålla jämna steg, med nätstörningar på uppgång under de senaste decennierna. Och med ännu mer förödande effekter av klimatförändringar (inklusive mördarvärme) i horisonten kommer detta problem bara att bli värre om vi inte agerar nu.
vad kan vi göra för att förhindra strömavbrott?
till att börja med bör vi göra investeringar för att öka nätets motståndskraft för att förhindra att strömavbrott händer i första hand. Eftersom överförings-och distributionsfel är de vanligaste orsakerna till strömavbrott, bör vi vidta åtgärder för att härda överförings-och distributionsinfrastruktur för att minska risken för dessa fel. Dessutom bör vi också använda distribuerade energiresurser och mikronät som kan minska beroendet av överförings-och distributionssystemen.
distribuerade energiresurser, såsom bostadssol, kan minska beroendet av överförings-och distributionssystemet.
men även med alla dessa Grid resiliency åtgärder kommer kraften fortfarande oundvikligen att gå ut ibland. Och för dem som inte kan gå utan el (t.ex. kritiska anläggningar och kunder som använder livsuppehållande medicintekniska produkter) måste det finnas en reservplan. Det är här mikrogridar för kritiska anläggningar och bostäder solar plus lagringssystem kan spela en viktig roll för att bygga ett fjädrande och rättvist nät för framtiden.
kort sagt, vi bör uppgradera nätet.