军方能教我们如何保持供电吗?

Sid Snow, 72, stays overnight at the Salvation Army facility after winter weather caused electricity blackouts in Plano, Texas, U.S. February 18, 2021. After traveling 4 hours to visit his son in North Texas, the hotel he stayed at lost power, leaving him to seek refuge at the Salvation Army for several nights.
People taking shelter in a Salvation Army facility in Plano, Texas, after a snowstorm caused electricity blackoutsImage: REUTERS/Shelby Tauber
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  • 日益严重的极端天气正导致全球各地的电力系统失灵。

  • 我们需要改变看待“灰犀牛”的方式——这类事件影响巨大、发生频率低,例如今年2月袭击得克萨斯州的风暴。

  • 基础设施运营商和规划者可以借鉴军方的做法。以下是具体指南。

  • 阅读《2021年能源转型指数》。

无论是飓风季的佛罗里达州、火灾季的加利福尼亚州,还是……结冰季的得克萨斯州,有一点是确定的:大自然带来的威胁正变得更加严重。它们也不再是黑天鹅事件。

全球各地的电力基础设施规划者可以向美国军方学习。其任务要求为低频、高影响威胁制定计划,而且近年来军方日益将能源韧性视为其全球维和与作战任务的基础。

2月得克萨斯州发生灾难性停电后,政治化的相互指责立即开始。有人归咎于风机结冰,有人指责该州过度依赖天然气(井口和管道结冰使天然气供应受阻),还有人认为,得克萨斯州电力可靠性委员会(ERCOT)采用的孤岛式输电系统和侧重价格的市场结构应负主要责任。该委员会是得克萨斯州电网的独立运营机构。

不过,事实就是如此:未能针对极端天气做好规划,会影响各种类型的发电方式和市场结构。

这实际上反映出一个普遍问题:在规划、从极端天气事件中恢复以及灾后重建时,人们未能将气候变化引发的天气情景纳入考量。

在美国和世界各地,各种监管框架下的各类电力系统都曾因日益严重的极端天气而遭遇灾难性故障。

关于得克萨斯州究竟有哪些设施结冰或失灵,已有许多评估。完整的事后调查需要数月才能理清,我就不再赘述。简而言之,2月席卷得克萨斯州的极地涡旋寒潮来袭时,基础设施从头到尾都严重缺乏防寒措施,尽管美国电力监管机构在1989年和2011年极寒天气之后提出了强烈建议。

那么,我们该怎么办?很多方面都很简单,但绝不容易,也不便宜。

我们所有人——无论是依赖可靠且有韧性电网的能源用户,还是负责提供这类服务的能源供应商——都必须改变看法,重新审视我们愿意为电网抵御影响巨大、发生频率低的袭击付出多少代价。

在军方,任务保障离不开能源保障,因此规划者常采用四步法来建设坚固且有韧性的能源系统。这套方法称为D2R2:威慑、防御、恢复、重建。

在私营部门,可靠能源同样重要,基础设施规划者也可以采用相同的方法。这就是P2R2:预防、规划、恢复、重建。具体如下:

1. 预防。我们或许有能力防范针对电力系统的人为袭击(例如网络入侵或变电站部件失窃),但要防止大自然日益反复无常的极端天气袭击,可能并不现实。值得再次指出,根据美国联邦政府最新的气候威胁评估(由特朗普政府于2019年发布):“极端天气和气候相关事件将变得更加频繁、强烈……预计这些事件将继续损害基础设施、生态系统和社会系统,而这些系统为社区提供着至关重要的益处。”

我们需要加快向零排放电力能源转型,减少温室气体污染,防止气候损害进一步加剧。同时,我们应将当前和未来的极端天气事件视为灰犀牛——它既像黑天鹅,也像房间里的大象——即发生概率较高、频率较低、影响巨大(却常遭忽视)的威胁。

风暴压垮得克萨斯州电力基础设施的那一刻Image: 美国能源信息署/英国广播公司

2. 规划。历史天气模型已无法准确预测未来,但大多数基础设施规划者仍依赖这些模型来确定提供重要服务所需的设备。规划者应改用着眼未来、纳入气候信息的预测模型,评估罕见但极端天气事件的“新常态”。

除了采用纳入气候信息的模型,规划还要求通过桌面演练、系统压力测试和现实中的断电实操,评估恢复能力。北美电力可靠性公司(NERC)的GridEx演习以及电力基础设施安全委员会(EIS Council)的EarthEx演习都是很好的例子;不过,这些情景并非在当地制定,系统运营商可能会将其视为黑天鹅事件。

自冷战时期以来,美国军方一直认为电力对任务成功至关重要。当时,军方加固了关键变电站,以应对高空核爆可能造成的电磁脉冲停电。过去十年,随着网络攻击和大自然的天气再次威胁电力基础设施,五角大楼重新加强了对此问题的关注。国防部现要求开展一系列桌面模拟,并对系统进行实际断电压力测试。

民用电力系统也需要采取类似做法。结合使用纳入气候信息的模型和压力测试,将帮助电网运营商确定如何以及在哪里加固基础设施,以抵御极端天气(或电力系统面临的其他风险)。同样,鉴于基础设施升级和改进成本高昂,社会也需要决定如何为这些改进买单。

3. 恢复。规划还需要认识到,无论原因如何,所有发电来源有时都会失灵。因此,电力系统从大范围停电中恢复的方式也必须改进。互联电网使电力富余地区能够向有需要的地区供电。

要在21世纪实现恢复,关键设施需要微电网;滚动停电方案须确保每个人都能获得足够的供暖和供水;输电网络也必须坚固可靠。

在这方面,私营部门同样可以向军方学习。

4. 重建。随着管道和涡轮机解冻并恢复正常运行(看来得克萨斯州在这方面没有遭受重大且持续的损害),人们可能很容易回到一切照旧的做法,未能察觉下一个本可预防的灰犀牛正向我们冲来。纽约州和波多黎各在电网遭受大范围天气灾害后如何重建,值得借鉴。飓风桑迪期间发生的连锁停电,促使纽约州电力局重建输电系统,大幅增加分段设置,使其在未来风暴中能够减少断电所影响的居民人数。

为应对21世纪的威胁,建设坚固且有韧性的电力系统才是关键。

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