酷热、飓风、野火：夏季极端天气如何破坏电网
公用事业公司每分每秒都在监控全国电网的电力流动，监控电力是否满足家庭、企业、车辆等的需求。对于每一次中断——变电站停电、电线杆倒塌、发电机故障——电网运营商都必须迅速采取行动，确保电力流向需要的地方。夏季天气可能会造成电网中断。热浪会降低发电和输电效率，飓风会摧毁基础设施，在极少数情况下，电线松弛会引发野火。与此同时，随着人们越来越依赖空调来保持家中凉爽宜居，电网需求也在增加。
此外，气候变化研究人员发现，一些夏季极端天气变得更加频繁和更加强烈。
以下是极端夏季天气对电网的影响，以及美国能源部太平洋西北国家实验室的研究人员如何应对这一挑战。
热浪：电力流动效率降低，电力需求增加
在热浪来袭时，电网会受到两方面的冲击——随着人们打开空调，电力需求上升，但同样的电力在电网中的传输效率会降低。例如，在炎热天气下，天然气涡轮机的效率会降低约 25%。任何依靠水来冷却的发电厂的效率也会降低，因为随着环境温度的升高，水温也会升高。
太平洋西北国家实验室的电气工程师维什瓦斯·查利沙扎尔说，即使是太阳能电池板在炎热天气下效率也会降低。这似乎有悖常理，因为太阳能电池板需要阳光（本质上是热的）来产生能量，但如果环境温度过高，光伏材料中的振动分子会降低其传输电子的能力。
从发电到输电到配电，热量会减缓电力的流动。
“当导电材料变热时，其分子振动更大，从而产生更大的阻力，扰乱电子流动并导致更高的能量损失，”Chalishazar 说。“这就像高速公路上车道结束造成的交通堵塞。更多的汽车需要挤进更小的空间，这会让所有人的速度变慢。”
PNNL 研究人员正在研究即使在高温下也能有效导电的不同材料。例如，一个团队最近发现，在铜线中添加少量石墨烯（铅笔中发现的石墨的另一种形式）可以保持其导电能力，即使在高温下也是如此。
PNNL 研究人员还研究如何提高建筑物的能源效率，这样建筑物就不需要使用太多电力来冷却整栋建筑物。建筑科学家测试不同类型的窗户，分析热泵等技术的功效，研究不同建筑规范的有效性，并为建筑商和房主提供如何建造节能住宅的实用指南。他们还在研究电气化建筑和车辆如何在需要时将电力送回电网。
除了高温之外，热浪还会增加野火的风险。
追踪野火以保护社区和基础设施
“从环境角度看，干旱和高温是野火风险的一部分。但从电网角度看，它们是完全不同的危险，”查利沙扎尔说。
长时间高温少雨会使土地干燥，更容易着火。首先，野火威胁着人们和社区。
PNNL 帮助决策者评估野火风险的一种方法是使用一种名为 RADR-Fire 的模型，该模型使用卫星图像绘制活跃火灾的地图。RADR-Fire 可以在危机中为应急响应人员和其他决策者提供帮助。虽然传统的火灾观测工具专注于更大、更紧迫的火灾，但使用 RADR-Fire 的官员可以将注意力转向可能变得更大的小型野火。其他研究人员正在研究考虑植被干燥度或大气湿度等因素的模型，这些模型可以帮助预测火灾可能在哪里开始和蔓延。
公用事业公司还可以使用 RADR-Fire 和其他模型来绘制变电站或电线杆等基础设施是否可能位于火灾多发区域。Chalishazar 表示，这种绘图对于防止电线本身引发火灾的可能性也至关重要。
他继续说：“公用事业公司越来越意识到火灾风险，并已开始对风险所在进行极其详细的建模，以及如何确保他们的资产（如输电线路或配电线路）不会引发这些野火。”
飓风带来风雨
太平洋西北国家实验室地球科学家卡提克·巴拉古鲁表示：“飓风极具挑战性，其影响是多方面的。当然，飓风会带来极端强风，但也可能出现缓慢移动的风暴，如 2017 年的哈维飓风，它会产生大量降水。”
而靠近海岸，“你还必须应对风暴潮”，巴拉古鲁继续说道。
和野火一样，飓风带来的强风和强降水也威胁着生命和社区。它们还会对电网造成严重破坏，导致数百万人断电，就像最近德克萨斯州的飓风贝里尔所造成的一样。
巴拉古鲁说，强风会吹倒电线和输电塔，而持续的强风会造成年复一年的累积损害。强风还会吹倒树木，进而损坏电线或阻塞道路，导致需要检查损坏情况的工作人员无法通行。降雨还会淹没土壤并引发山体滑坡。
最近的研究表明，飓风不仅会在墨西哥湾沿岸和东海岸下游地区变得更加强烈，而且它们在世界各地的生命周期内也会以更快的速度增强。
巴拉古鲁说：“普遍的共识是，在气候变化的影响下，我们将来可能不会看到更多的风暴，但强烈风暴的比例将会增加。”
为了帮助保护社区，巴拉古鲁和他的团队目前正在开发模型，帮助公用事业公司根据风暴移动速度和可能登陆地点等因素预测在特定风暴期间可能在何处发生停电。
其中一个模型名为 RAFT（热带气旋风险分析框架），其中包含 40,000 个通过整合历史记录创建的模拟热带气旋。研究人员可以使用 RAFT 模拟风速、降雨量和行进方向，以协助制定灾害规划。
2017 年，飓风玛丽亚以每小时 155 英里的风速袭击波多黎各，造成美国历史上最长的停电，为应对这一灾害，太平洋西北国家实验室的研究人员开发了一种工具，帮助公用事业公司规划未来的飓风。借助电网弹性和评估系统 (EGRASS)，用户可以模拟不同类型的飓风和不同的概率路径，并查看哪些基础设施（直至单个输电塔）可能受损或丢失。
当电网容易受到极端天气的影响时，这意味着社区也容易受到影响。
“气候对电网的影响不是未来的事情。它现在就发生了，”太平洋西北地区的热浪和德克萨斯州的寒流都不是一次性事件。这些事情会一直存在。我们不能只是给它打上创可贴。我们需要全面看待这个问题，并提出长期解决方案。”
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