Die Texas Blackouts zeigten, wie Klimaextreme Energiesysteme in den USA bedrohen

Die Texas Blackouts zeigten, wie Klimaextreme Energiesysteme in den USA bedrohen

 

Experten und Politiker haben schnell mit den Fingern über das Bild gezeigt Debakel in Texas Während des Tiefkühlens im Februar blieben Millionen Menschen ohne Strom und sauberes Wasser. Viele haben den Staat beschuldigt deregulierter Strommarktund argumentierte, dass Texas billigen Strom vor Zuverlässigkeit priorisierte.

Aber Klimaextreme richten in den USA zunehmend Schaden an den Energiesystemen an, unabhängig von der lokalen Politik oder den Einzelheiten der regionalen Netze. Zum Beispiel argumentierten Konservative, dass Überregulierung verursachte in Kalifornien weit verbreitete Ausfälle inmitten extremer Hitze und Waldbrände im Sommer 2020.

Als Ingenieurprofessor studieren Widerstandsfähigkeit der Infrastruktur unter dem KlimawandelIch mache mir Sorgen über das steigende Risiko von bundesweit klimabedingte Ausfälle. Meiner Ansicht nach bieten die Veranstaltungen in Texas drei wichtige Lektionen für Energieplaner in den USA

Nicht genug Aufmerksamkeit für Klimaextreme

Experten sind sich weitgehend einig, dass der Electric Reliability Council von Texas oder ERCOTDas gemeinnützige Unternehmen, das das Stromnetz für den größten Teil des Staates verwaltet, hat dies nicht vorausgesehen wie stark die Nachfrage steigen würde vor der Kältewelle im Februar. ERCOT ist nachweislich nicht in der Lage, die steigenden Nachfragezahlen im Winter zu decken. Das staatliche Raster während eines Wintersturms 2011 fast zusammengebrochen und erlebte einen anderen Anruf schließen im Jahr 2014 knapp vermeiden rollende Stromausfälle.

Aber auch Netzbetreiber anderswo haben unterschätzt, wie Klimaextreme den Strombedarf beeinflussen können. Ich sehe viele Ähnlichkeiten zwischen Kaliforniens Stromkrise im Sommer 2020 und jüngste Ereignisse in Texas.

In beiden Fällen verursachte extremes Wetter einen unerwarteten Anstieg der Nachfrage und verringerte gleichzeitig die Erzeugungskapazität. Da die Energieversorger diese Auswirkungen nicht vorausgesehen hatten, mussten sie dies tun auf rollende Stromausfälle zurückgreifen noch größere Katastrophen abzuwenden.

In Studien habe ich in meinem Forschungslabor und in Zusammenarbeit mit durchgeführt Hydroklimatologe Rohini Kumarhaben wir festgestellt, dass Energieplaner in vielen Teilen der USA erheblich unterschätzen wie empfindlich der Strombedarf gegenüber Klimafaktoren ist. Diese Tendenz hat erhebliche Auswirkungen auf die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Stromversorgungssysteme.

In einer im April 2020 veröffentlichten Studie haben wir beispielsweise die Verwendung künstlicher Intelligenzmodelle für die Energieprognose analysiert erklärt für die Rolle der Luftfeuchtigkeit zusätzlich zur Lufttemperatur. Wir haben festgestellt, dass solche Modelle Prognosen des Energiebedarfs für Klimaanlagen an heißen Tagen in den USA erheblich genauer machen können. Genauere Bedarfsprognosen helfen Energieplanern zu verstehen, wie viel Strom sie benötigen, um den Spitzenbedarf bei extremen Wetterbedingungen zu decken.

Netzbetreiber können sich mithilfe von Prognosemodellen und Software, die akademische Forscher bereits entwickelt haben, effektiver auf die Auswirkungen des Klimawandels auf Angebot und Nachfrage vorbereiten. Viele dieser neuen Lösungen wurden veröffentlicht in Open-Access-Zeitschriften.

Die Texas Blackouts zeigten, wie Klimaextreme Energiesysteme in den USA bedrohenIn der Zeitschrift Climactic Change veröffentlichte Ergebnisse eines Modells, das vorhersagt, wie stark der Strom- und Wasserverbrauch im Sommer in Städten des Mittleren Westens aufgrund des Klimawandels zwischen 2030 und 2052 zunehmen könnte. Diese Prognosen berücksichtigen nur Klimaeffekte, keine anderen Faktoren wie Bevölkerungswachstum oder technologische Veränderungen . Greg Simmons / Purdue University, CC BY-ND

Wasser, Strom und Erdgas sind angeschlossen

Strom, Wasser und Erdgas sind wesentliche Ressourcen, und es ist schwierig, eine davon ohne die anderen zu haben. Beispielsweise verbraucht das Bohren nach Erdgas Strom und Wasser. Viele Kraftwerke verbrennen Erdgas zur Stromerzeugung. Für den Transport von Wasser und Gas wird Strom benötigt, um sie durch Pipelines zu pumpen.

Aufgrund dieser engen Verbindungen können Ausfälle in einem System die anderen durchdringen und eine Kaskade von Betriebsstörungen verursachen. Während der Kältewelle in Texas wurden beispielsweise Pumpen verwendet, um in West-Texas Gas zu fördern konnte nicht funktionieren wegen Stromausfällen. Dies halbierte die staatliche Gasfeldproduktion, was wiederum die gasbefeuerte Stromerzeugung belastete. Stromausfälle auch behinderte das Pumpen und die Behandlung von Wasser, möglicherweise Bakterien zu erlauben in die Wasserversorgung eindringen.

In einem Verbundprojekt verbinden Forscher an Purdue University, die University of Southern CaliforniaUnd der Universität von Kalifornien - Santa CruzWir analysieren Möglichkeiten, um diese Art von Kaskadenausfall zu verhindern. Eine vielversprechende Strategie besteht darin, verteilte Erzeugungsquellen wie Sonnenkollektoren oder kleine Windkraftanlagen mit Batterien an kritischen Verbindungspunkten zwischen Energie-, Wasser- und Erdgassystemen zu installieren.

Die Verbraucher müssen ihrerseits auch diese Zusammenhänge verstehen. Wenn Sie eine heiße Dusche nehmen oder einen Geschirrspüler betreiben, wird Wasser zusammen mit Strom oder Gas zum Erhitzen verbraucht. Diese Knackpunkte verursachen häufig Probleme während Krisen. Zum Beispiel haben die jüngsten Ratschläge, in denen die Texaner aufgefordert wurden, ihr Wasser vor der Verwendung zu kochen, die ohnehin knappe Energieversorgung zusätzlich unter Druck gesetzt.

Unsere Forschung zeigt, dass Versorgungsunternehmen den Verbindungen zwischen den Versorgungsunternehmen mehr Aufmerksamkeit schenken müssen Erdgas und Stromund zwischen Wasser und Strom. Auf diese Weise können Planer genauer sehen, wie sich die Klimabedingungen insbesondere auf die Nachfrage auswirken unter dem Klimawandel. Zügellose Gasknappheit sowie Strom- und Wassermangel in Texas sind ein Zeichen dafür, dass Infrastrukturbetreiber besser verstehen müssen, wie eng diese Ressourcen miteinander verbunden sind, nicht nur während des normalen Betriebs, sondern auch während Krisen, die sie alle gleichzeitig stören können.

Die Texas Blackouts zeigten, wie Klimaextreme Energiesysteme in den USA bedrohenMenschen ohne Strom in ihren Häusern ruhen in einem Möbelhaus der Galerie in Houston, nachdem der Eigentümer das Geschäft am 16. Februar 2021 als Unterschlupf eröffnet hatte. AP Foto / David J. Phillip

Die Zukunft wird anders sein

Einige Kommentare zur Katastrophe in Texas haben es als „Black Swan Event”Das hätte nie vorhergesagt werden können - oder noch schlimmer, ein „Meteoritenschlag. ” In der Tat veröffentlichte der Staat eine Gefahrenminderungsplan im Jahr 2018 warnte dies eindeutig vor der Möglichkeit, dass schweres Winterwetter zu weit verbreiteten Ausfällen führen könnte. Und es wurde festgestellt, dass solche Ereignisse in Texas weitaus störender sein würden als in anderen Regionen, in denen es härtere Winter gibt.

In einer Studie aus dem Jahr 2016 warnten mehrere Kollegen und ich vor den aktuellen Messwerten und Standards für die Netzzuverlässigkeit in den USA waren unzureichendinsbesondere im Hinblick auf Klimarisiken. Wir kamen zu dem Schluss, dass diese Standards „keine ausreichende Anreizstruktur für die Versorgungsunternehmen bieten, um den Endnutzern ein hohes Maß an Zuverlässigkeit zu gewährleisten, insbesondere bei großen Klimaereignissen“.

Aus meiner Sicht übt ein vorherrschendes Paradigma von „schneller, besser, billiger“ in der Energieplanung einen zunehmenden Druck auf die alternde Infrastruktur unseres Landes aus. Ich glaube, es ist Zeit für Energieplaner, proaktiver zu sein und kluge Investitionen in Maßnahmen zu tätigen, die Stromversorgungssystemen helfen, extreme Wetterereignisse zu bewältigen.

Zu den wichtigsten Schritten sollte die Hebelwirkung gehören Predictive analytics Katastrophenplanung zu informieren; verantwortlich für Klimaunsicherheit im Infrastrukturmanagement; Verbesserung der Zuverlässigkeitsstandards für Energieübertragungs- und -verteilungssysteme; und Diversifizierung des Kraftstoffmixes, mit dem alle Staaten Strom erzeugen. Ohne solche Schritte könnten häufige Unterbrechungen kritischer Dienste zur neuen Norm werden hohe Kosten und starke Stöße - vor allem auf die am verwundbarsten Amerikaner.

Über den Autor

Roshanak (Roshi) Nateghi, Assistenzprofessor für Wirtschaftsingenieurwesen, Purdue University

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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