Wednesday, February 24, 2021

受氣候變化挑戰的供電網

本文內容取自Politico對加州和德州電網的報道:Texas and California built different power grids, but neither stood up to climate change

德州和加州的政治環境和氣候政策非常不同,但有一件事是共同的:他們在過去20年中大力建設電力網絡,但極端的天氣壓毀他們的電力網,引起居民斷電。加州要生產大量的風力和太陽能電力,德州要建立一個高效能的由天然氣、煤電、核電、風力共同組成的獨立自主的電力市場。按科學家的說法,他們都嘗到了氣候意外變化的苦頭。

不用說,拜登總統希望在2035年以前把全美能源全部改成可再生能源阻力不小。預算幾兆美金來改造水電基礎設施需要各州立法支持,而現在那些靠化石燃料賺錢的公司自然阻撓,遇到極端天氣引起的斷電,他們居然當作責怪風力和太陽能發電的機會--兩個州都是這樣的。

德州剛剛發生的受北極寒流襲擊引起斷電,因為天然氣和風力發電渦輪機一起凍結了,水管也凍爆了--德州的水電設施從來沒有預備要解決結冰問題,他們把注意力更多地放在防止夏季熱浪破壞電網。現在他們必須防備下次的寒流破壞了。鑑於德州地區電網的獨立性,這有些棘手,因為那裡的共和黨人一向反對將電網與其它州連結,不願受到聯邦規章限制

德州的風力發電已是全國領先,但國會要舉行聽證會,仔細審視這次的德州電網失敗問題,我們不知道拜登政府是否會藉機大力推進聯邦的電網統籌管理。德州大學的氣象科學家Andrew Dessler說,氣候變暖是否衝擊了北極渦旋而引起寒流南下到德州,還不算有定論。但德州和加州去年創下要命的高溫和火災紀錄,不可否認,原本罕見的極端氣候連續發生,向我們提出如何保護重要基礎設施的問題。

「這有些像買保險的問題,你願意花多少錢,冒多大風險?購買昂貴的保險而從來都沒有用,還是不買保險而損失全部家當?」--哈,一個典型的資本主義問題。

加州近年來體會到氣候變化的效應--熱浪越來越強,東北地區的乾旱影響到水利供電量,野火範圍越來越大,火季越來越長,威脅到電力輸送。州內的電網越來越多地要在大風來臨時關閉電源,減少打起火花的野火風險,甚至電氣公司 PG&E 2019年一度宣告破產。

為了減少碳排放,增加自己的發電量,加州設下很激進的可再生發電目標,在過去10年中增加太陽能發電。根據太陽能產業協會,加州2019年的太陽能送電達到27兆瓦,超過全美國太陽能送電的三分之一,幫助了11個州的電力供應市場。他們白天將多餘的太陽能電力輸送給其它州,日落之後從其它電源汲取電力。

不過今年8月份,加州還是出現了2000-2001年能源危機以來首次的意外斷電,暴露出加州電網的弱點。那次有49萬顧客在一個晚上斷電長達兩小時,另外一個晚上有32萬顧客斷電,都是因為西部地區的空前高溫,增加了用電需求,而從外州能夠輸送進來的電力不夠用。問題在於加州的太陽能電力在日落後猛降,要求其它電站的供電快速增加--那個星期他們沒能做到。

這次德州的電力短缺也發生在需求最大的關鍵時刻:清晨的急遽降溫忽然把用電需求量推到了只有夏天才有的高水平,以致30兆瓦的發電站(相當於德州25%的發電能力)忽然跳閘,引起斷電好幾天,影響到440萬顧客。

德州的問題有一部份是來自開放市場的原則。其他的州都要求保證一定的「電能量市場」,就是電力生產廠家必須在未來幾年都有供電能力,一旦寒流降臨,天然氣和風力渦輪送電發生問題需要維護時,幾個發電廠能夠幫助填補空缺。

其實早在2011年,德州發生過一次類似的寒流攻擊,那時就已知將發電機做絕緣保護很必要。雖然花費昂貴,對於減輕未來這樣的斷電危害卻很必要。

專家們說,增加各州之間的電力連結很好,能夠用遠途電力輸送來防止未來的斷電情形。斯坦福大學一個環境研究所的氣候能源項目主任Michael Wara說,德州和加州都能從與鄰州的協調合作中受益,拜登政府在這方面可以幫助。大家的困境是類似的,就是實際上發生了極端情形,並且大大超過了所計劃的極端情形。

德州抵制了電力上的聯邦合作,不容聯邦規章來管理它的電網,這就在它自己資源不夠時必須靠自己了。近年來,他們的供電系統有好幾次被夏季熱浪推到了極限。現在德州的政客受到很多指責,但最艱難的功課是改變市場運作方式。

加州高效能源與可再生技術中心主任V. John White說,德州的弱點之一就是他們的電網與其它州連結得不好。這次寒流斷電之後,首要任務固然是恢復供電,但有些人已經開始盤算如何預備未來的電網了。

聯邦能源管理委員會主任Richard Glick告訴記者說,「所有的專家都認為這種意外的天氣會比過去更頻繁地發生,我們有責任確保電網對極端天氣的適應能力。」他質疑德州是否還應該在電網管理上繼續堅持搞單干。他指出附近的幾個州,包括中西部平原的北部,甚至德州的El Paso和Lubbock,由於在德州的主要電網之外營運,都比較快地從冰凍中恢復。中西部電網是與其它州互相連結管理的,寒流到來時需要輪流停電,兩天就基本都恢復了。

電網專家幾十年來號召大量修造電力輸送線路,以保證遇到加州和德州那樣的供電癱瘓問題時,能夠從其它地區,甚至從加拿大和墨西哥輸送一些電力。拜登政府可能會做這樣的嘗試,但需要動用幾十億或幾兆資金,還要清理幾十年來辦事緩慢的官僚過程。

一個電力傳輸建造商協會WIRES的負責人Larry Gasteiger說,「有了需要和計劃我們就會去建,但最大的障礙一般有兩個:一個是選址和獲得許可,另一個是誰該出多少錢。」

綠色環保組織大多同意需要多建傳輸線--將擁有很多太陽和風的鄉村地區和人口集中的地區連接起來,這是電網除碳的關鍵。不過這些組織更加關注新技術,比如開發「微電網」,不那麼依賴遠距離供電,而是在需要時採用能夠蓄能的電池。

洛磯山清潔能源研究所的智囊團電力負責人Mark Dyson說,「我們早就應該認識到電網系統的弱點,利用現在的數字技術、比較分布的技術、存儲、和靈活性來應付根源問題,而不是等著這些龐大的電網系統隨便碰運氣。」

或許共和黨人不願意積極接受拜登總統大力倡導綠色能源的聯邦基礎設施建設方案,但仍有些保守派人士認為這對防止未來天氣引起的供電問題會有很大幫助。有位前共和黨的聯邦能源管理委員會專員Bernard McNamee說,「看來一個建設基礎設施的法案會通過,其中會包括能源規定。這不是個簡單的解決方案,乃需要大量的才智和努力,並拿出實際的辦法。」

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