在创纪录的寒冷气温和飙升的能源需求中，美国中部的公用事业公司已订购轮流停电以配给电力，离开数百万人失去权力。能源专家迈克尔·E·韦伯解释了为什么极端天气需要采取如此极端的措施。
1.平原州有很多恶劣的天气。为什么这次寒潮对公用事业公司来说是一个如此大的问题？
美国中部遭遇冰冻、热浪、风暴、干旱和洪水。所有这些事件都对电网、管网、公路、铁路和水路造成压力。
现在在我所在的德克萨斯州，埃科特是一家管理该州大部分地区电网的非营利公司，正在实行轮流停电，因为对电采暖的需求非常高。也是如此西南电网，为从北达科他州到俄克拉荷马州的 14 个州的客户提供服务。
德克萨斯州大约 60% 的家庭使用电暖气，其余大部分使用天然气或丙烷。通常我们的用电高峰是在夏季下午空调用电。但在持续寒冷的情况下，电力需求激增，以保持家庭舒适和管道免于结冰。这场风暴是更极端比 ERCOT 通常计划的最严酷的冬季条件。
每年的这个时候，使用煤炭或天然气的发电厂通常会在夏季降温季节之前关闭以进行计划维护。这意味着我们现在的可用容量比平时少。
为了满足高需求和低容量之间的差异，公用事业公司正在以有条不紊的方式在德克萨斯州的不同社区或地区循环通电和断电，以保持平衡。
如果他们不这样做，就会有更大范围停电的风险，这将是灾难性的并危及生命。
2. 公用事业公司如何应对这种极端天气？
各地的公用事业公司都非常密切地关注天气。温度变化会影响供暖和制冷的需求，从而推动对电力和天然气的需求。气象条件影响风能和太阳能的可用性。
燃烧煤炭、天然气或生物质的火力发电厂也需要大量的水来冷却才能有效运行，核电厂也是如此。如果使河流变暖或降低水位，可能会迫使这些发电厂关闭或减少其输出。
随着卫星变得更加丰富和计算机模型变得更加复杂，天气预报也得到了改善。公用事业公司可以在大风暴来临之前采取措施，例如要求客户预热房屋。对于愿意这样做的纳税人，公用事业公司可能会在需求高时调整恒温器以减少电力流量。
电力供应商还可以要求大型工业客户暂时关闭工厂以减少电力需求。他们可以每小时或每分钟向客户提供有关轮流停电的最新信息，并提供实时停电地图。
公用事业公司全年都在努力加强电网抵御极端天气的能力。他们可能会建造护堤来保护发电厂免受洪水的影响，蓄满水库以应对干旱，更换夏季可能过热的设备，或者对发电厂进行防风雨以应对寒冷的天气。
几乎整整十年前，即 2011 年 2 月，德克萨斯州遭受了一场一系列重大轮流停电当时寒冷的天气迫使数十家煤炭和天然气发电厂停产。这次寒潮正在测试该事件之后进行的升级实用程序。
3. 多样化的燃料组合是否可以防止能源紧缩？
德克萨斯州拥有多种能源。其中大部分是当地生产的，包括天然气、风能和太阳能。过去 15 年里，该州实现了燃料结构多元化：煤炭使用量下降，风能和太阳能使用量增加，核能和天然气使用量保持稳定。
每个选项都有优点和缺点。风能和太阳能不需要水冷却，因此在干旱和洪水期间可以正常工作。但它们会根据风型、云量和一天中的时间而变化。
核电是可靠的，但有时如果冷却水太热或稀缺，核电站就必须在热浪或干旱期间减少发电。
天然气是一种高性能能源，但在 2011 年得克萨斯州寒流期间，天然气发电厂难以满足需求，因为许多家庭和企业都使用这种燃料取暖。
那降低天然气管道的压力，这使得将天然气物理转移到需要燃料发电的涡轮机变得困难。
德克萨斯州发电厂燃烧的大部分煤炭来自怀俄明州庞大的铁路网络，如果一座桥梁或一段轨道无法投入使用进行维修，铁路网络可能会受到干扰。公用事业公司在发电厂附近堆放煤炭，可储存 30 天或更长时间，但这些煤炭堆可能会结冰或被洪水淹没，就像在以下情况下发生的情况一样：2017 年飓风“哈维”席卷了休斯顿。
由于所有这些选项都会以不同的方式失败，因此多样化的组合是强大系统的最佳基础。如今，德克萨斯州的风力发电能力是 2011 年的三倍，这可能有助于避免全州停电的最严重风险。
这些额外的风力尤其重要，因为 ERCOT 约 30% 的发电能力目前处于离线状态，据报道是由于天然气短缺。
西德克萨斯州的一些风力涡轮机也因结冰而关闭，但该州其他地区的涡轮机仍在运行部分抵消这些损失。 ERCOT 将调查这场风暴过后的所有电力损失，并利用所学到的知识对其系统进行新的改进。
4.加州最近也实行轮流停电。这是国家风险吗？
加利福尼亚州是一个在许多地方都有电源的大州，因此它依靠庞大的电线和电线杆网络将电子从一个地方转移到另一个地方。当天气炎热时，这些电线可能会下垂，而当大风将树木吹倒到电线上时，这些电线就会出现故障。
老化的输配电网络也会引发野火，随着气候变化的影响，这种风险越来越大西部干旱状况恶化。为了管理这些风险，加州电网运营商将抢先关闭电源以防止野火。
他们也在 2020 年 8 月这样做了热浪期间的配给功率。
美国各地因天气原因停电的情况正在增加随着气候变化产生更多极端风暴和气温波动。
为炎热天气设计建筑和基础设施的州可能需要为更多的严寒做好准备，而寒冷天气的州可能会遭遇更多热浪。正如德克萨斯州的情况所表明的那样，没有时间可以浪费时间来做好更多的天气准备。
迈克尔·E·韦伯，乔西百年能源教授，德克萨斯大学奥斯汀分校。
