Comprendere la minaccia crescente di estremo tempo a Power Grids

Una volta considerate rare anomalie, uragani, blizzard, heatwaves, inondazioni e incendi, ora colpiscono con maggiore frequenza e intensità, esponendo le vulnerabilità critiche nell'invecchiamento dell'infrastruttura elettrica.

La minaccia crescente di estremo tempo

Secondo l'organizzazione meteorologica mondiale , il numero di disastri legati alle condizioni meteorologiche è aumentato cinque volte negli ultimi 50 anni. Per le reti elettriche, questo si traduce in un nuovo paesaggio di rischio in cui i modelli storici meteorologici non prevedono più in modo affidabile le tensioni future.

Un rapporto del 2020 del Congressional Budget Office ha notato che la stagione degli uragani del 2017 ha causato un stimato 55 miliardi] in danni legati al potere negli Stati Uniti e nei Caraibi. Oltre a perdite finanziarie, i blackout prolungati hanno bisogno di interrompere la salute, il trattamento delle acque e i servizi di emergenza.

Impatti diretti sulle infrastrutture del sistema di potenza

Reti di trasmissione e distribuzione

Le linee aeree e le torri sono i componenti più esposti di qualsiasi sistema di energia. I venti di forza di uragani possono scattare conduttori, torri di reticolo in acciaio superiore, e detriti di hurl in linee, causando guasti diffusi. Nel 2017, l'uragano Maria ha distrutto l'80% della rete di trasmissione e distribuzione di Porto Rico, lasciando alcune comunità senza energia per quasi un anno.

Servizi di generazione

Gli impianti di energia elettrica non sono immuni agli estremi meteorologici e possono diventare singoli punti di fallimento. Le centrali termiche, il gas naturale e il nucleare, sono quasi in grado di danneggiare le acque di raffreddamento. Durante le acque di calore, le temperature elevate e i flussi di fiume ridotti possono costringere le piante a ridurre l’uscita o a spegnere completamente, come è accaduto in Europa durante la siccità del 2018, quando diversi reattori nucleari francesi hanno dovuto ridurre la generazione.

Sottostazioni e Centri di controllo

I sostazioni servono come sistema nervoso della griglia, e la loro vulnerabilità alla inondazione è particolarmente preoccupante. L'ingresso dell'acqua provoca cortocircuiti e distrugge i materiali di interruttore, relè e trasformatori—l'equipazione che può richiedere mesi per la fabbricazione e il sostituzione.

Sfide operative ed economiche

Gestione delle accese e dei carichi

L’ISO della California ha ripetutamente rilasciato Flex Alerts durante le heatwaves, sollecitando i consumatori a conservare il potere per evitare le emergenze del sistema. In Texas, i margini di riserva di ERCOT sono diventati pericolosamente sottili come la domanda di elettricità si estende a fianco della crescita economica dello stato, evidenziando la difficoltà di bilanciare l’offerta e la domanda quando il tempo spinge la griglia a limiti di domanda.

Manutenzione e riparazione Logistica

Estremamente il tempo di interrompo non solo le operazioni ma anche la capacità di mantenere e riparare la griglia. Gli alti venti proibiscono il funzionamento del camion secchio; le inondazioni bloccano le strade di accesso; e i fuochi selvatici creano condizioni pericolose che ritardano la valutazione dei danni. Dopo un grande disastro, gli equipaggi di assistenza reciproca da parte delle utilities vicine spesso viaggiano centinaia di chilometri, solo per trovare la devastazione diffusa che richiede la ricostruzione lunga piuttosto che semplici riparazioni.

Costi economici delle spese

Le linee di produzione si fermano, i beni refrigerati rovinano e i data center perdono i tempi di ripresa critici. Uno studio del 2017 del Lawrence Berkeley National Laboratory ha stimato che le interruzioni costano l'economia degli Stati Uniti tra i 20 miliardi di dollari e i 70 miliardi di dollari di assicurazioni all'anno. Per le piccole imprese che riscuotono le conseguenze commerciali possono portare a una chiusura permanente.

Strategie di resilienza per una griglia più robusta

Infrastrutture Indurimento e Design Standard

In Florida, Duke Energy ha investito in pali di cemento valutato per resistere ai venti della categoria 4, e sulla costa del Golfo, Entergy ha sostituito le strutture di trasmissione in legno con torri di reticolo in acciaio.

Tecnologie e digitalizzazione della rete intelligente

Le misure di intelligence digitale possono migliorare notevolmente la capacità di una griglia di anticipare, resistere e recuperare da condizioni meteorologiche estreme. I sensori avanzati e i sincrofasori danno agli operatori una visibilità in tempo reale nella salute della griglia, mentre gli switch di alimentazione automatizzati possono isolare i guasti e reindirizzare il potere in pochi secondi.

Risorse energetiche e microgridi

Il sistema di distribuzione di energia elettrica, che si basa su un sistema di distribuzione di energia, consente di ottenere un'infrastruttura di tipo tradizionale, che consente di integrare le microgrid in una rete di sistemi di alimentazione, con la loro generazione e i loro controlli, può mantenere strutture critiche come ospedali, stazioni di polizia e supermercati in linea quando la rete principale non riesce a stabilizzare.

Gestione della Vegetazione e Consapevolezza Situazione

I programmi di gestione della vegetazione migliorati, utilizzando immagini satellitari e modelli di crescita predittiva, aiutano le utility a identificare e a tagliare la vegetazione pericolosa prima che le tempeste colpiscano.

Soluzioni e infrastrutture basate sulla natura

Le risorse costiere che si occupano di ritiri di rifiuti sono sempre più importanti per la ricerca sulla biodiversità.

Politica, pianificazione e risposta di emergenza

Quadri normativi e incentivi agli investimenti

La resilienza richiede un investimento sostenuto e i quadri normativi devono evolversi per abilitarlo. La regolazione tradizionale dei costi di servizio spesso premia la spesa di capitale sulla generazione piuttosto che le misure di resilienza che potrebbero non aumentare immediatamente il tasso di rendimento.

Preparazione di emergenza e ripristino rapido

Anche le più indurite reti subiranno danni durante eventi estremi, rendendo rapida il ripristino di massima. I servizi ora sviluppano piani di risposta di emergenza dettagliati che includono le cache delle attrezzature prestabilite, accordi di assistenza reciproca che spaziano da più stati o anche paesi, e le sostazioni mobili che possono essere implementate rapidamente.

Istruzione e formazione professionale

Le soluzioni tecniche da sole non possono garantire la resilienza; la partecipazione pubblica è altrettanto vitale. I programmi di risposta della domanda incentivano i clienti a ridurre l'utilizzo durante i periodi di punta, alleviando lo stress della griglia e impedendo i fallimenti di cascata. I hub comunitari di energia solare e resilienza, i centri di prossimità con il potere di backup e l'aria condizionata, forniscono rifugio durante le estese estese e costruiscono la coesione sociale.

Integrazione dell'energia rinnovabile e dello stoccaggio come multiplier di resilienza

Le fonti energetiche rinnovabili, se abbinate a un sistema di stoccaggio, offrono un vantaggio di resilienza unico. A differenza delle centrali termiche che dipendono dalle catene di approvvigionamento di carburante vulnerabili alle interruzioni meteorologiche, le risorse solari e e eoliche sono distribuite e rifornite dai sistemi meteorologici che causano problemi: i costi esterni di un uragano consentono ai venti forti di essere ridotti e immagazzinati, mentre le onde di calore coincidono con la massima irradiazione solare.

Guardando in testa: L'imperativo della resilienza adattiva

I modelli climatici continuano a rivelare nuovi rischi di coda, e ciò che è stato considerato una tempesta di un tempo in un secolo potrebbe essere un evento una volta in un decennio entro il prossimo futuro.