冬の嵐が米国の送電網の信頼性と電力コストをテストする方法

米国は、致命的な嵐が襲ったときに人々に信頼性が高く手頃な電力をどのように確保するかという、差し迫ったエネルギー課題に直面しています。

先週末、強力な冬の嵐が襲ったとき、このニーズがはっきりと浮き彫りになりました。 テキサス州からメイン州まで、大雪、氷雨、氷点下の気温をもたらします。停電を引き起こしたのは、 100万人以上の顧客、特にテネシー州、ミシシッピ州、ルイジアナ州で。多くの人が今も電力を失っています。

電力会社や送電網運用者が行った準備（追加のライン作業員の配置、高リスク地域への機器の配置、バックアップ発電と予備の確実な待機など）は、冬の嵐シダ期間中のさらなる広範囲にわたる停電を防ぐのに確かに役立ちました。現在のより大きな課題は長期的なものであり、冬の嵐や異常気象全般において電力システムの信頼性を高め、なおかつ手頃な価格にすることで停電の回数を減らすことです。

WRI エネルギー専門家 ケリー・レフラー 電力システムの信頼性を強化し、ますます不安定になる天候に直面しても人々が安定した手頃な電力を確実に利用できるようにするために必要なことを概説しています。

冬嵐シダの期間中の停電の主な原因は何ですか?

電力会社と規制当局は記録を評価し、今後数週間から数カ月以内に何が起きたのか公式報告書を公表する予定だが、今のところ停電の主な原因は、配電システムや送電システムに影響を与えた氷の状態によるものとみられる。嵐で木々に氷が堆積し、その重みで木々が折れ、電線が倒れてしまったのです。氷がライン自体に積もり、ラインが崩壊する可能性もあります。

また、米国東部では、極度の寒さと天然ガスの供給量の制限により、一部の発電所がそれほど多くの電力を生産できず、停止または生産能力を低下させて稼働せざるを得なくなった。この地域は東海岸沿いの天然ガスパイプラインに依存しているが、歴史的に極寒の時期にはパイプラインの利用が制限されていた。その結果、21ギガワット近くの発電停止が発生し、その容量のほとんどがオフラインになった。これを大局的に考えると、21 ギガワットは 210 億ワットと同じで、数百万の家庭に同時に電力を供給するのに十分です。重要なのは、これらの混乱により、大規模なシステム障害を防ぐために送電網事業者が計画停電を課す必要がなかったということです。

米国の電力システムが極度の寒さに対して脆弱なのはなぜですか?

冬の嵐は、発電所から送電線、配電網に至るまで、電力システムに予測可能な形でストレスを与える傾向があり、電力の需要と供給の不均衡が生じたり、安全な送電網の状態を維持することが困難になったりします。そうなると、制御不能な大規模な停電を防ぐために、送電網運営者は電力需要の一部をオフラインにせざるを得なくなる可能性がある。冬の大規模停電にはそれぞれ独自のストーリーがありますが、いくつかの一般的な障害点が繰り返し現れます。

極寒の中での最大の課題の 1 つは、発電用の発電所や暖房用の家庭に燃料を供給することです。天然ガスは米国最大の発電源であり、 2024 年時点で電力の 43% を供給。冬の嵐の際には人々がサーモスタットの設定を強めるため、天然ガスの需要が急増しますが、発電所も電気を生成するための燃料を必要とします。この同時ピークは、同時ピークとして知られ、計画上の課題としてよく知られています。極度の寒さは、通常の動作条件を超えて天然ガスシステムに負担をかける可能性があり、ガス発電機が最も必要なときに燃料にアクセスすることが困難になります。同様のストレスは、エアコンが電力需要を増大させる猛暑の際にも発生する可能性があります。

もう1つの問題は、電力システムのさまざまな部分にわたって、適切な防寒対策（機器を冬季条件に備えた準備）が行われていないことです。発電所、センサー、天然ガス井やパイプラインなど、極寒に備えていない機器は凍結したり故障したりする可能性があります。複数の部分に同時に障害が発生した場合、電力会社はシステムの安全性を維持し、連鎖的な障害を防ぐために広範囲にわたる停止を実施せざるを得なくなる可能性があります。

また、冬の状況により、問題が発生したときに乗組員が機器のメンテナンスや修理を行うことが難しくなり、機能停止のリスクが高まります。

送配電システムも冬の嵐の影響を受ける可能性があります。氷や大雪は、送電線に損傷を与えたり、送電容量を低下させたり、機械的な問題を引き起こしたりする可能性があり、たとえ十分な電力が利用可能であっても、電力を発電場所から必要な場所に運ぶことが困難になります。これらの回線は、定期的なメンテナンスを行わないと特に脆弱になります。たとえば、冬の嵐のシダのときに起こったように、氷を含んだ枝が木に落ちるのを防ぐために、電線近くの木を伐採することが重要です。

気象ショック時にエネルギー システムの信頼性を高め、手頃な価格を実現するにはどうすればよいでしょうか?

冬の嵐や異常気象に備えて、エネルギー システムの信頼性を高める方法はいくつかあります。信頼性が向上すると、供給の中断が防止され、需要のピーク時の圧力が軽減され、電力をより手頃な価格に保つことができます。

エネルギー システムの信頼性を高める重要な方法の 1 つは、柔軟性を最大限に高めること、つまりシステムが需要と供給の変化にリアルタイムでどの程度適応できるかを改善することです。システムの柔軟性が高まるほど、寒波や熱波などの異常気象が発生した場合の突然の需要の急増に対処したり、プラントの停止などの供給中断に対応したりできます。

柔軟性の向上には、老朽化したインフラのアップグレードが含まれます。米国の送電網の多くは、数十年前にさまざまな需要パターンの下で構築されました。たとえば、変電所や送電設備を更新し、高度なセンサーを導入し、高度な送電技術 (ATT) を組み込むことによって送電網を近代化すると、極度の暑さや寒さの際の故障率を減らすことができます。これらのテクノロジーは、オペレータが問題をより迅速に検出し、機器が損傷した場合に電力を再配線し、サービスを迅速に復旧するのに役立ちます。最新化は信頼性を向上させるだけでなく、高価な緊急介入を削減し、長期的なメンテナンスコストを削減します。

ATT の配備と地域および地域間の送電線の構築の両方を通じて送電網容量を増やすことにより、局地的な気象現象が広範囲にわたる停電に変わるリスクを軽減できます。より相互接続された送電網を構築することで、電力不足時に地域が電力を共有できるようになります。このように送電容量が大きいと、より需要の高い地域に低コストの電力を供給できるため、価格を抑えることもできます。

デマンドサイドの管理オプションは、異常気象時のシステムへの負担を軽減するのに役立ちます。これらには、請求額を下げることと引き換えに、ピーク時の電力使用量を削減または移行するよう顧客や大規模ユーザーに奨励したり、不足を防ぐために分散型エネルギーリソースを活用したりすることが含まれます。

単一の燃料に依存しすぎるシステムは、混乱に対してより脆弱になります。エネルギー源と技術の多様化は、燃料不足、インフラの故障、局所的な気象の影響に関連する問題のリスクを軽減するのに役立ちます。

最後に、政策も重要です。インセンティブが柔軟性と準備に対する現代のニーズに適切に適合していることが重要です。これにより、電力会社は異常気象でも実際に機能するシステム投資を行うことができ、短期的にも長期的にも消費者のコストを最小限に抑えることができます。

クリーン エネルギーにはどのような役割があるのでしょうか?

再生可能エネルギーは天候に左右されますが、地理的な分散と予測により、 冬の嵐の中で有意義に貢献する。風力発電と太陽光発電は、多くの極寒の現象の際に、他の資源が逼迫している場合でも利用できる傾向があります。

最近のいくつかの寒冷気象現象では、機器の凍結や燃料供給の制約により一部の化石燃料装置が停止を余儀なくされたにもかかわらず、必要に応じて再生可能発電が利用可能でした。たとえば、冬の嵐エリオットの間、利用できない発電能力のうち、風力、太陽光、原子力、水力を合わせたクリーン エネルギー資源によるものはわずか 7% でした。また、影響を受けた地域の一部の地域では、風力発電と太陽光発電が予測を上回った。

クリーン エネルギーも多様化をサポートします。エネルギー源の幅広い組み合わせを追加することで、異常気象時に中断される可能性がある単一の燃料または供給システムへの依存が軽減されます。発電所が必要なときだけ燃料を受け取る「ジャストインタイム」の燃料供給に依存しないリソースは、サプライチェーンが逼迫した際の燃料不足にさらされるリスクを軽減できます。