Спустя два года после исторического глубокого замерзания Техас становится все более уязвимым для похолоданий – и есть больше решений, чем просто строительство эле

Техасцам нравится думать о своем штате как о энергетическая столица мира.Но в середине февраля 2021 года энергетическое государство исчерпало запасы энергии.

Ан интенсивная зимняя погода, неофициально названный погодным каналом Winter Storm Uri, пронесся по США, принеся снег, мокрый снег, ледяной дождь и низкие температуры.Особенно сильно пострадал Техас: во всех 254 округах одновременно было объявлено предупреждение о зимнем шторме.

По всему штату устойчивая арктическая температура заморозили электростанции и запасы топлива, в то время как потребность в энергии для отопления домов выросла до рекордные максимумы за все время.Каскадные сбои в электроснабжении и сектор природного газа оставил миллионы людей в неведении на несколько дней.Погибли по меньшей мере 246 человек. возможно, еще много, а экономический ущерб оценивает достигнутый ущерб 130 миллиардов долларов США.

Водные системы, которым требуется энергия для перекачки и очистки, также были серьезно повреждены.По меньшей мере 10 миллионов человек находились под предупреждением о кипячении воды во время и после урагана, иногда в течение нескольких недель.Жители с низким доходом и представители меньшинств, у которых было меньше ресурсов для поиска альтернативного жилья и проведения ремонта, пострадал от самых тяжелых последствий.

Как исследователи энергетики из Техаса, Большую часть последних двух лет мы потратили на анализ того, почему штат оказался настолько неподготовлен к этому событию и как он может добиться большего.Распространенной рефлекторной реакцией на стихийные бедствия, вызывающие массовые отключения электроэнергии, является призыв к строительству более «надежных» электростанций – тех, которые используют такое топливо, как уголь или природный газ, и предназначены для подачи электроэнергии в любое время дня и ночи.Но угольные и газовые электростанции, а также их поставки топлива могут выйти из строя.

Мы считаем, что важно думать не только о строительстве большего количества электростанций.Наши результаты указывают на другие решения, которые могут быть чище, дешевле и быстрее внедряться.

Планируем на зиму

Анализы после Ури показали, что отсутствие подготовки к зиме в электроэнергетическом и газовом секторах стало критической причиной общесистемного сбоя.Законодательное собрание Техаса приняло новые требования к подготовке к зиме электрогенераторов.Но этого не произошло с производителями природного газа, которые поставляют топливо примерно 40% электростанций Техаса и не смогли доставить во время шторма.

С тех пор в Техасе наблюдалось значительное снижение добычи природного газа во время зимних похолоданий в январе и феврале 2022 года.Как это произошло во время Ури, добыча на многих газовых скважинах была остановлена, поскольку вода и другие жидкости, выходящие на поверхность вместе с природным газом, замерзали при попадании на замерзшее устье скважины, создавая ледяную дамбу и останавливая подачу газа в трубопроводы.

В декабре 2022 года зимний шторм Эллиотт вызвал еще больше падение добычи газа, а также перебои в подаче электроэнергии по юго-востоку СШАЭти события показывают, что риски, связанные с надежностью в зимнее время, характерны не только для Техаса.

Проблемы холодной погоды

Наше исследование показывает, что пиковый зимний спрос на электроэнергию в Техасе, обусловленный электрическим отоплением помещений, стал более чувствителен к холодным температурам за последние 20 лет.Зимние пики также растут быстрее и более неустойчивы, чем летние пики.Мы знаем, что каждое лето будет жарким, но мы не знаем наверняка, что зима будет холодной, что усложняет планирование.

Техас находится в авангарде национального перехода к отоплению домов электричеством, а не нефтью или газом.Около 60% домов в Техасе используют либо тепловые насосы или электрический нагрев сопротивлением.

Тепловые насосы смещают потребность дома в энергии зимой с источников выбросов углекислого газа, таких как природный газ, на электричество.Они также могут охлаждать здания более эффективно, чем старые кондиционеры.Однако тепловые насосы, не рассчитанные на низкие температуры, могут использовать больше энергии обогревать зимой, чем охлаждать летом.Улучшение минимальных стандартов эффективности может помочь смягчить эту проблему.

Переход на электричество для отопления указывает на то, что в течение следующих нескольких десятилетий спрос на электроэнергию в Техасе, вероятно, будет регулярно достигать пика зимой, а не летом.Между тем, межсезонья с низким спросом весной и осенью – времена, когда электростанции, работающие на ископаемом топливе и атомные электростанции, обычно отключаются для технического обслуживания – становятся короче, поскольку волны тепла начинаются раньше, а зимние штормы надвигаются. позже весной.

Что нам делать сейчас?

Эти тенденции усложняют планировщикам и операторам сетей обеспечение постоянной доступности достаточной мощности, особенно зимой.Помимо обеспечения достаточного количества генерирующих мощностей в Техасе, вот три области, в которых, по нашему мнению, штату следует делать больше:

– Содействовать энергоэффективности.

В настоящее время некоммерческий Американский совет по энергоэффективной экономике оценивает Техас 29 место среди штатов за свою политику и программы по экономии энергии и повышению энергоэффективности.Принятие такой политики, как более строгие строительные нормы и правила и минимальные стандарты эффективности бытовой техники, позволит снизить счета потребителей за электроэнергию.Это также снизило бы пиковый спрос во время экстремальных событий.А если отключения все же будут происходить, хорошо изолированные дома будут оставаться теплыми или прохладными дольше, снижая риски для жильцов.

– Увеличение инвестиций в ответ на запрос.

Программы реагирования на спрос предлагают потребителям электроэнергии стимулы отключать некритические приборы, такие как насосы для бассейнов или водонагреватели, на короткие периоды времени, чтобы снизить общую нагрузку на сеть в периоды высокого спроса.Для балансировки спроса и предложения в сети в режиме реального времени отключение 500 мегаватт некритического спроса функционально эквивалентно включению электростанции мощностью 500 мегаватт.Хотя Техас добился определенного прогресса в этой области, это ниже среднего относительно своих сверстников.

Наше исследование показывает, что Техас может освободить 7 гигаватт или более электрической генерирующей мощности за счет реагирования на спрос, что удвоит то, что имеется сегодня.

Реагирование на увеличение спроса может оказаться дешевле, чем строительство новых электростанций.В то время как новая ветряная или солнечная электростанция может стоить 1000 долларов и более за киловатт генерирующей мощности, программы реагирования на спрос обходятся примерно в 1000 долларов США за киловатт генерирующей мощности. 200 долларов за киловатт спроса, который можно отключить.

Это также быстрее.Технические специалисты могут установить тысячи дистанционно управляемых термостатов или выключателей приборов за месяцы, тогда как на установку, лицензирование и строительство новых электростанций уходят годы.

– Подключите изолированную энергосистему Техаса к западным и восточным межсетевым сетям.

Большая часть электроэнергии в США.генерируется и продается в двух крупных сетях, охватывающих почти все 48 нижних штатов.Техас сохранил свою собственная сетка внутри государственных границ как способ минимизировать федеральное регулирование своего энергетического сектора.Несмотря на очень слабые связи постоянного тока с этими сетями, коммунальные предприятия Техаса не могут импортировать значительные объемы электроэнергии, когда ее поставки недостаточны, или экспортировать ее, когда у них есть избыток и соседние штаты нуждаются в поддержке.

Расширение сетевых подключений сделает электроснабжение в Техасе более надежным и позволит производителям экспортировать низкоуглеродную электроэнергию из обильных ветряных и солнечных электростанций штата.Быстрый рост ветровой и солнечной генерации в Техасе спас потребителей штата. миллиарды долларов зарабатывая при этом много денег сельские землевладельцы и органы местного самоуправления.

Эти экономически выгодные возобновляемые электростанции в конечном итоге насытят ограниченный рынок Техаса.Открытие доступа к потребителям в других штатах путем подключения Техаса к другим сетям будет продолжать стимулировать экономический рост и создание рабочих мест в сельских районах, а также даст энергосистеме штата спасательный круг во время экстремальных явлений.Наши текущие исследования показывают, что это будет более дешевый и чистый способ обеспечить надежность, чем простое увеличение количества электростанций, работающих на природном газе.

Чиновники Техаса часто рекламируют «все вышеперечисленное» энергетическая стратегия, но это видение в значительной степени ориентировано на производство.По нашему мнению, подход, в котором используются все инструменты из набора, включая эффективность, реагирование на спрос и расширение подключений к энергосетям, будет лучше служить государству.