Zwei Jahre nach dem historischen Frost ist Texas zunehmend anfällig für Kälteeinbrüche – und es gibt mehr Lösungen als nur den Bau von Kraftwerken

Texaner stellen sich ihren Staat gerne als vor die Energiehauptstadt der Welt.Doch Mitte Februar 2021 ging dem Energiestaat die Energie aus.

Ein intensiver Winterwetterausbruch, vom Weather Channel informell Winter Storm Uri genannt, fegte über die USA und brachte Schnee, Graupel, eisigen Regen und eisige Temperaturen mit sich.Texas wurde besonders hart getroffen, da in allen 254 Landkreisen gleichzeitig eine Wintersturmwarnung galt.

Im ganzen Bundesstaat herrschen anhaltende arktische Temperaturen Kraftwerke und Brennstoffvorräte eingefroren, während der Energiebedarf für die Hausheizung auf stieg Allzeithochs.Kaskadierende Ausfälle in der Stromversorgung und Erdgassektoren ließ Millionen Menschen tagelang im Dunkeln.Mindestens 246 Menschen starben, möglicherweise noch viele mehr, und der wirtschaftliche Schaden schätzt den erreichten Schaden 130 Milliarden US-Dollar.

Wassersysteme, die zum Pumpen und Aufbereiten Energie benötigen, wurden ebenfalls schwer beschädigt.Mindestens 10 Millionen Menschen standen während und nach dem Sturm teilweise wochenlang unter Wasserkochmeldungen.Bewohner mit niedrigem Einkommen und Angehörige von Minderheiten, die weniger Mittel hatten, um alternative Wohnungen zu finden und Reparaturen durchzuführen, erlitt die schlimmsten Auswirkungen.

Als Energieforscher mit Sitz in Texas, wir haben einen Großteil der letzten zwei Jahre damit verbracht zu analysieren, warum der Staat so unvorbereitet auf dieses Ereignis war und wie er es besser machen kann.Eine häufige, reflexartige Reaktion auf Katastrophen, die zu großflächigen Stromausfällen führen, ist die Forderung nach dem Bau „festerer“ Kraftwerke – also solcher, die Brennstoffe wie Kohle oder Erdgas nutzen und dafür ausgelegt sind, zu jeder Tages- und Nachtzeit Strom zu liefern.Aber Kohle- und Gaskraftwerke und ihre Brennstoffvorräte können spektakulär ausfallen.

Wir halten es für wichtig, über den bloßen Bau weiterer Kraftwerke hinauszudenken.Unsere Ergebnisse zeigen andere Lösungen auf, die sauberer, kostengünstiger und schneller umzusetzen sind.

Planung für den Winter

Analysen nach Uri ergaben, dass a mangelnde Überwinterung im Strom- und Gassektor war eine entscheidende Ursache für systemweite Ausfälle.Der texanische Gesetzgeber hat es erlassen neue Anforderungen an die Wintertauglichkeit von Stromerzeugern.Bei den Erdgasproduzenten, die rund 100.000 Menschen mit Treibstoff versorgen, war dies jedoch nicht der Fall 40 % der Kraftwerke in Texas Und konnten nicht liefern während des Sturms.

Seitdem kam es in Texas während der winterlichen Kälteeinbrüche im Januar und Februar 2022 zu erheblichen Rückgängen der Erdgasproduktion.Wie in Uri wurde die Produktion an vielen Gasquellen eingestellt, weil Wasser und andere Flüssigkeiten, die mit dem Erdgas an die Oberfläche gelangten, beim Auftreffen auf einen gefrorenen Bohrkopf gefroren, wodurch ein Eisdamm entstand und der Gasfluss in die Pipelines gestoppt wurde.

Im Dezember 2022 verursachte der Wintersturm Elliott mehr Rückgang der Gasproduktion, sowie Stromausfälle im gesamten Südosten der USADiese Ereignisse zeigen, dass die Zuverlässigkeitsrisiken im Winter nicht spezifisch für Texas sind.

Herausforderungen bei kaltem Wetter

Unsere Forschung zeigt, dass der Spitzenstrombedarf im Winter in Texas – angetrieben durch elektrische Raumheizung – gestiegen ist empfindlicher gegenüber kalten Temperaturen in den letzten 20 Jahren.Wintergipfel wachsen auch schneller und sind unregelmäßiger als Sommergipfel.Wir wissen, dass jeder Sommer heiß sein wird, aber wir wissen nicht mit Sicherheit, dass der Winter kalt sein wird, was die Planung erschwert.

Texas steht an der Spitze einer landesweiten Umstellung auf die Beheizung von Häusern mit Strom statt mit Öl oder Gas.Ungefähr 60 % der Haushalte in Texas nutzen beides Wärmepumpen oder elektrische Widerstandsheizungen.

Wärmepumpen verlagern den Energiebedarf im Winter zu Hause von kohlenstoffemittierenden Quellen wie Erdgas auf Strom.Außerdem können sie Gebäude effizienter kühlen als ältere Klimaanlagen.Allerdings können Wärmepumpen, die nicht für niedrige Temperaturen ausgelegt sind, dies tun mehr Energie verbrauchen im Winter heizen statt im Sommer kühlen.Bessere Mindesteffizienzstandards können helfen diese Herausforderung abmildern.

Die Umstellung auf Strom zum Heizen deutet darauf hin, dass der Strombedarf in Texas in den nächsten Jahrzehnten wahrscheinlich regelmäßig im Winter und nicht im Sommer seinen Höhepunkt erreichen wird.Unterdessen werden die Nebensaisonen mit geringerer Nachfrage im Frühjahr und Herbst – die Zeiten, in denen fossile Brennstoffe und Atomkraftwerke normalerweise wegen Wartungsarbeiten vom Netz gehen – immer kürzer, da Hitzewellen früher beginnen und Winterstürme anziehen später in den Frühling hinein.

Was machen wir jetzt?

Diese Trends machen es für Netzplaner und -betreiber schwieriger, sicherzustellen, dass immer ausreichend Stromkapazität zur Verfügung steht, insbesondere im Winter.Zusätzlich zur Sicherstellung, dass Texas über ausreichend Stromerzeugungskapazitäten online verfügt, gibt es drei Bereiche, in denen der Staat unserer Meinung nach mehr tun sollte:

– Förderung der Energieeffizienz.

Derzeit bewertet der gemeinnützige American Council for an Energy-Efficient Economy Texas 29. unter den Staaten für seine Richtlinien und Programme zur Energieeinsparung und Förderung der Energieeffizienz.Die Einführung von Richtlinien wie strengeren Bauvorschriften und Mindeststandards für die Geräteeffizienz würde die Energierechnungen der Verbraucher senken.Es würde auch sinken Spitzennachfrage bei Extremereignissen.Und wenn es dennoch zu Ausfällen kommt, bleiben gut isolierte Häuser länger warm oder kühl, was die Risiken für die Bewohner verringert.

– Erhöhen Sie die Investitionen in Nachfragereaktion.

Demand-Response-Programme bieten Stromkunden Anreize, unkritische Geräte wie Poolpumpen oder Warmwasserbereiter für kurze Zeiträume auszuschalten, um die Gesamtbelastung des Netzes in Zeiten hoher Nachfrage zu reduzieren.Für den Echtzeitausgleich von Angebot und Nachfrage im Netz entspricht das Abschalten von 500 Megawatt unkritischem Bedarf funktional dem Einschalten eines 500-Megawatt-Kraftwerks.Obwohl Texas in diesem Bereich einige Fortschritte gemacht hat, es ist unterdurchschnittlich im Vergleich zu seinen Kollegen.

Unsere Untersuchungen zeigen, dass Texas frei werden könnte 7 Gigawatt oder mehr Stromerzeugungskapazität durch Demand Response, was das heute verfügbare Angebot verdoppeln würde.

Eine stärkere Reaktion auf die Nachfrage kann günstiger sein als der Bau neuer Kraftwerke.Während ein neuer Wind- oder Solarpark 1.000 US-Dollar oder mehr pro Kilowatt Erzeugungskapazität kosten kann, kosten Laststeuerungsprogramme etwa 1.000 US-Dollar oder mehr 200 $ pro Kilowatt Nachfrage, die abgeschaltet werden kann.

Es ist auch schneller.Techniker können innerhalb von Monaten Tausende von fernsteuerbaren Thermostaten oder Geräteschaltern installieren, verglichen mit der jahrelangen Vorlaufzeit, die für die Standortwahl, Lizenzierung und den Bau neuer Kraftwerke erforderlich ist.

– Verbinden Sie das isolierte Stromnetz von Texas mit den westlichen und östlichen Verbindungsleitungen.

Der meiste Strom in den USAwird über zwei große Netze erzeugt und verkauft, die fast alle unteren 48 Bundesstaaten abdecken.Texas hat es behalten eigenes Raster innerhalb der Staatsgrenzen als ein Weg dazu Minimierung der bundesstaatlichen Regulierung seines Energiesektors.Obwohl es einige sehr schwache Gleichstromverbindungen zu diesen Netzen gibt, können die texanischen Energieversorger keine nennenswerten Strommengen importieren, wenn die Vorräte knapp sind, oder sie exportieren, wenn sie einen Überschuss haben und Nachbarstaaten Unterstützung benötigen.

Eine erweiterte Netzanbindung würde die Stromversorgung in Texas zuverlässiger machen und es Generatoren ermöglichen, kohlenstoffarmen Strom aus den zahlreichen Wind- und Solarparks des Staates zu exportieren.Das schnelle Wachstum der Wind- und Solarenergie in Texas hat den Verbrauchern des Staates geholfen Milliarden Dollar und dabei viel Geld verdienen Landbesitzer und Kommunalverwaltungen.

Diese wirtschaftlich vorteilhaften erneuerbaren Kraftwerke werden schließlich den begrenzten texanischen Markt sättigen.Die Öffnung des Zugangs für Verbraucher in anderen Bundesstaaten durch den Anschluss von Texas an andere Netze würde das Wirtschaftswachstum und die Schaffung von Arbeitsplätzen in ländlichen Gebieten weiter ankurbeln und dem staatlichen Netz bei Extremereignissen eine Rettungsleine geben.Unsere laufenden Untersuchungen zeigen, dass dies eine kostengünstigere und sauberere Möglichkeit zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit wäre, als einfach weitere Erdgaskraftwerke hinzuzufügen.

Texas-Beamte preisen oft die „„Alle oben genannten“ Energiestrategie, aber diese Vision konzentriert sich stark auf die Produktion.Unserer Ansicht nach würde ein Ansatz, der alle verfügbaren Instrumente nutzt – einschließlich Effizienz, Nachfragesteuerung und verbesserter Netzanbindung – dem Staat besser dienen.