Обжигающие волны жары, установившие температурные рекорды на большей части территории США в последние дни, подвергли серьезному испытанию системы электроснабжения, поставив под угрозу энергоснабжение в наиболее уязвимых регионах страны.
Электричество, по большей части, удерживается в сети на протяжении этого лета, однако уже были зафиксированы отдельные сбои и опасные моменты.
Основной проблемой является чрезмерное потребление энергии кондиционерами. Кроме того, сильная жара снижает выработку электростанций, приводит к выходу из строя трансформаторов и провисанию линий электропередач. Сильнейшие засухи на обширных территориях страны также существенно сократили доступность гидроэлектроэнергии, как отмечает Корпорация по надежности электроэнергетики Северной Америки (NERC) согласно отчету.
Ситуация вряд ли улучшится в ближайшее время. Отчет NERC предупреждает, что ряд операторов сетей могут столкнуться с трудностями при удовлетворении пикового летнего спроса, что сопряжено с риском введения веерных отключений.
Изолированные и устаревшие сети страны отчаянно нуждаются в модернизации, чтобы обеспечить свет, тепло и кондиционирование в условиях экстремальных погодных явлений, которые из-за изменения климата становятся все более частыми, суровыми и опасными. Одно из очевидных решений, которое поможет смягчить многие из этих проблем — более тесная интеграция региональных сетей страны путем их соединения линиями дальней передачи.
Если электроэнергия, выработанная в одном регионе, может быть легко передана на гораздо более обширные территории, она может просто перетекать туда, где она необходима в моменты массового включения кондиционеров или при отказе электростанций или топливных линий на фоне резкого роста температур, лесных пожаров, ураганов или других событий, утверждает Лиза Рид, менеджер по исследованиям в области передачи данных в аналитическом центре Niskanen Center, базирующемся в Вашингтоне, округ Колумбия.
Проблема в том, что строительство линий дальней передачи и межсетевых соединений оказалось сложным по целому ряду причин. Сюда относятся сложности с получением разрешений на возведение линий электропередач через частные и государственные земли, проходящие через города, округа и штаты, а также нежелание местных властей отказываться от контроля или подчиняться усиленному федеральному надзору.
Кейс Техаса
Ненадежность энергосистемы США — не новая проблема. Сильная жара и зимние бури неоднократно обнажали хрупкость систем электроснабжения в последние годы, оставляя тысячи и миллионы людей без электричества, когда температура резко взлетала или падала до критических отметок.
Одной из фундаментальных проблем является высокая фрагментация сетей. В США существуют три основные электрические сети: Восточная сеть, Западная сеть и Совет по надежности электроэнергетики Техаса (ERCOT). Однако в рамках первых двух систем существует множество региональных организаций по передаче электроэнергии, включая Калифорнийского оператора независимой системы (CAISO), Southwest Power Pool (SPP), PJM Interconnection, Нью-Йоркскую систему ISO и другие.
Эти сети образуют сложную паутину взаимосвязей, работающую под разными регуляторами, правилами и рыночными структурами, и часто с ограниченными соединениями между собой.
ERCOT, в частности, крайне изолирован отчасти из-за стремления местных политиков, граждан и энергетических компаний избежать дополнительной конкуренции, необходимости соблюдать правила других штатов и надзора со стороны Федеральной комиссии по регулированию энергетики (FERC). Однако, по словам Рид, этот штат служит наглядным примером того, почему такая изоляция становится серьезной проблемой в условиях ужесточающихся климатических условий.
Оператор техасской сети несколько раз взывал к потребителям с просьбой сократить потребление электроэнергии на фоне того, как волны летней жары создавали скачки спроса, угрожавшие превысить предложение и вызвать необходимость веерных отключений. Низкая ветровая активность, облачность и отключения на тепловых электростанциях дополнительно усугубляли нагрузки.
Принудительное отключение электричества, необходимого для работы кондиционеров при температуре выше 38 C, создает вполне реальные угрозы, подвергая людей риску теплового истощения, теплового удара и смерти.
Хотя в этом месяце Техас избежал катастрофы, энергетический сектор и жители штата оказались менее удачливыми прошлой зимой. Суровая буря в начале 2021 года вызвала каскадный отказ систем, оставив около 4 миллионов жителей без электричества, а многих — и без воды и тепла. Сотни людей погибли.
В прошлогоднем анализе консалтинговой фирмы Grid Strategies отмечалось, что в дни, предшествовавшие буре, оператор сети смог импортировать лишь около 1200 мегаватт электроэнергии, в основном из Southwest Power Pool, управляющей сетью и рынком в центральной части США. В то же время, более тесно связанная Midcontinent Independent System Operator, столкнувшаяся с аналогичными погодными условиями на юге своей зоны обслуживания, смогла импортировать в 15 раз больше энергии из таких источников, как PJM, Tennessee Valley Authority и другие региональные операторы.
Grid Strategies отметила в отдельном отчете, что линии электропередачи, способные нести дополнительный гигаватт электроэнергии, сэкономили бы 1 миллиард долларов на расходах за электроэнергию. Это связано с тем, что оптовые цены на электроэнергию, которые обычно составляют низкие или средние двузначные числа, во время шторма взлетели до 9000 долларов за мегаватт-час. (Средний американский домовладелец потребляет чуть меньше мегаватт-часа в месяц.)
Безусловно, в улучшении связей нуждаются и другие регионы. Летом 2020 года California Independent System Operator был вынужден ввести веерные отключения во время сильной волны жары.
Хотя ему удалось импортировать достаточно электроэнергии, чтобы предотвратить спираль кризиса, он не смог использовать доступные мощности на севере из-за поврежденной линии электропередачи на Тихоокеанском Северо-Западе. Кроме того, он не смог воспользоваться обильными ветровыми ресурсами Southwest Power Pool, поскольку соединение между этими системами обладало слишком малой пропускной способностью, как отмечается в отчете Grid Strategies.
Другие преимущества
Существует множество других необходимых модернизаций сетей для сокращения выбросов парниковых газов и снижения рисков от экстремальных явлений. Необходимо построить гораздо больше чистых электростанций и накопителей энергии, модернизировать методы мониторинга и сопоставления минутного изменения спроса и предложения, укрепить местные распределительные сети, а также разработать более эффективные способы стимулирования или принуждения потребителей к снижению спроса в ключевые моменты, среди прочего.
Однако строительство большего количества линий дальней передачи по всей стране и принятие других мер по более тесному объединению сетей страны несет в себе множество преимуществ.
Исследования показывают, что это может снизить общие системные затраты и цены на электроэнергию, поскольку операторы сетей могут задействовать самые дешевые источники из более крупного пула вариантов. Кроме того, это означает, что потребуется построить меньше локальных электростанций.
Это также позволяет сетям в большей степени полагаться на колеблющиеся источники, такие как ветер и солнце. Региональные сети могут использовать больше возобновляемых источников по всей стране и полагаться на них в течение большего количества часов в сутках, переключаясь между отдаленными ветровыми, солнечными, гидро- или геотермальными источниками, пики выработки которых могут приходиться на разное время суток и сезоны.
Увеличение пропускной способности передачи данных в более крупных регионах также создает экономические стимулы для строительства большего количества солнечной и ветровой энергии, поскольку это обеспечивает подключение к потребителям в густонаселенных районах и снижает необходимость ограничивать выработку в периоды, когда предложение превышает локальный спрос.
Как нам строить больше?
Итак, как преодолеть препятствия, мешавшие развитию более широких соединений и увеличению числа линий передачи?
Закон об инфраструктуре на сумму 1 триллион долларов, подписанный президентом Джо Байденом в конце 2021 года, включал несколько потенциально полезных положений: выделение миллиардов долларов на строительство проектов по передаче электроэнергии, создание программы возобновляемых кредитов и предоставление FERC большей свободы действий для продвижения проектов, направленных на снижение ограничений в сфере передачи.
На этой неделе совет директоров Midcontinent Independent System Operator одобрил выделение более 10 миллиардов долларов на 17 проектов по передаче электроэнергии, прокладывающих провода через Средний Запад США.
Рассматриваются и другие законодательные инициативы.
После внезапного прорыва в среду, ожидаемый пакет федеральных расходов теперь включает сотни миллиардов долларов на проекты, связанные с чистой энергетикой. Параллельно было заключено устное соглашение о последующем продвижении «разумных реформ разрешительных процедур, которые обеспечат эффективное и ответственное строительство всей энергетической инфраструктуры, от линий передачи до трубопроводов и экспортных мощностей», согласно заявлению сенатора Джо Манчина, который ранее был главным препятствием на пути продвижения мер по климату.
В начале июля конгрессмен Шон Кастен от Иллинойса и другие представили пакет законопроектов, направленных на повышение устойчивости энергосистем страны. Один из них потребует от FERC издать постановление, устанавливающее «минимальные требования к пропускной способности между регионами планирования передачи», специально для укрепления сетей на фоне растущих угроз экстремальной погоды.
В интервью Кастен подчеркнул, что США необходимо усовершенствовать свои энергетические системы, чтобы они могли справиться с грядущим всплеском спроса, поскольку все больше людей и предприятий переходят на электричество для зарядки транспортных средств и отопления зданий.
«Нам понадобится огромное количество новых мощностей выработки, а на фоне этого изменение климата делает все более сложным для сети справляться даже с текущими [потребностями]», — сказал Кастен. «Огромный рост нагрузки на электроэнергию сделает сеть еще более хрупкой, если мы не найдем лучший способ использовать соединения между ними».
Исследователи и сторонники передачи электроэнергии указывали на дополнительные способы потенциального ускорения проектов, включая прокладку линий электропередачи вдоль автомагистралей, железнодорожных путей и других участков, где права проезда уже существуют.
Существуют также технические способы увеличения пропускной способности электроэнергии из одного места в другое, включая простую замену проводов низкой пропускной способности на провода с большей пропускной способностью. Одна из стартап-компаний, VEIR, разрабатывает методы для передачи большего количества электроэнергии на большие расстояния в узких полосах отвода с использованием высокотемпературной сверхпроводящей ленты и новых методов охлаждения.
Все это может помочь, хотя ничто из этого, вероятно, не приведет к масштабным инвестициям и радикальному упрощению разрешительных процедур, которые, по мнению многих, теперь необходимы для капитального ремонта и интеграции энергосистем страны.
Местная политическая реальность
Технические преимущества более тесной связи сетей ничего не стоят, если они политически неосуществимы, отмечает Кэри Кинг, заместитель директора Энергетического института Техасского университета в Остине.
Сегодня на одобрение линии дальней передачи где угодно может легко уйти десятилетие, что резко увеличивает затраты и задерживает любую выгоду. А в Техасе местные лидеры и энергетические компании яростно сопротивляются идее интеграции с другими сетями и необходимости подчиняться рыночным правилам других штатов, говорят Кинг и другие эксперты.
Вместо этого энергетическому сектору штата, вероятно, придется сосредоточиться на ремонте и замене устаревающих электростанций, подготовке критически важной инфраструктуры к зиме, возможно, инвестировании миллиардов в объекты на природном газе, резервируемые для экстренного использования, и строительстве гораздо большего количества систем хранения энергии, среди прочего.
Однако многие из этих мер также сложны в реализации в Техасе с его слабо регулируемым «Рынком, ориентированным только на электроэнергию» (Electricity-Only Market), который оплачивает операторам только вырабатываемую мощность. Такая структура явно не подала нужных сигналов для стимулирования инвестиций, необходимых сейчас для укрепления энергосистемы штата на фоне ускоряющегося изменения климата.
Пока Техас продолжает держаться особняком. Но выгоды от увеличения мощностей передачи, вероятно, будут становиться все более очевидными как в этом штате, так и в других, поскольку волны жары, наводнения, лесные пожары и штормы продолжают нагружать сети, ставя под угрозу жизни и здоровье граждан.
Обновление: Эта статья была изменена, чтобы уточнить, что реформы разрешительных процедур не включены в пакет федеральных расходов.
