在飓风“艾达”登陆路易斯安那州一周后，该地区仍有超过一百万户家庭和企业断电。时速 150 英里的狂风摧毁了输送电力给该市的所有八条输电线路，以及两座发电厂——其中一座去年才刚刚启用，并明确承诺防止停电。虽然“艾达”是一场极其强大的风暴，但它只是今年一系列表明极端天气已成常态的事件中的最新一个。今年 2 月，德克萨斯州前所未有的严寒导致数百人死亡，数百万人断电，而太平洋西北地区的夏季热浪熔化了电缆并引发了轮流停电。
这些事件暴露了一个严峻的现实：美国的电网尚未为气候变化及其后续的极端天气做好准备。专家们表示，停电并非不可避免——尽管要完全避免可能需要重新构想电网的运作方式。
如今，将电力输送到您家相当直接：发电厂产生电力，电力通过高压输电线路长距离输送到变电站和变压器，然后将高压电力转换为低压（在美国通常为 120 伏），再通过配电线路输送到家庭和企业。能源行业称这种设置是“辐条轮”设计，大致模仿自行车轮将踏板动力从轮毂通过辐条传递到轮辋。
在正常情况下，该系统运行良好，但极端天气往往会暴露电网中的许多薄弱环节。飓风强度的阵风会吹倒电线杆，或导致输电线路相互碰撞，从而引发火花和火灾。洪水会淹没变电站，而极寒会冻结供应天然气发电厂燃料的井和管道（今年早些时候德克萨斯州发生的情况就是如此）。电网任何一部分的故障都可能导致停电，而且问题离电源越近（例如，输电线路倒塌或发电厂停运），停电的范围和持续时间往往就越大。您街上可能看到的配电杆设计得可以快速修复，且只影响小范围区域；发电厂服务于数百万人，更加复杂，但它们本应很少出故障。
气候变化使可靠性问题变得复杂。“我们拥有的建筑环境在很大程度上没有预见到天气、洪水和降雨，”联盟科学家组织的高级能源分析师 Mike Jacobs 说。他解释说，在制定能源基础设施的设计标准时，没有人考虑过气候变化。“所以我们对什么是足够好的建筑的许多假设，可能已经跟不上我们现在看到的气候变化了，更不用说未来三四十年了。”
正如《大众科学》去年所写，老化是影响该国现有电力基础设施的最大问题之一。使用寿命为四五十年的一些电网设备已经远远超过了使用期限而未被更换（一些设备可以追溯到 1920 年代），并且它们开始显露出老化的迹象。“就停电而言，万事都是相互关联的，”国会图书馆能源政策专家 Richard Campbell 说。“一些损坏是由于风暴强度的增加，但部分损坏可能是由于基础设施的老化。”
维护不一定是大家最感兴趣的话题，但它是确保现有电网基础设施在紧急情况下不发生故障的关键组成部分。它也提供了一个安装不仅更新、而且更好的设备的机会。Campbell 说，与其简单地用另一个木制电线杆替换一个，不如用更坚固的材料（如混凝土或钢材）制造替换电线杆，这样它们就能更好地抵御风暴。当需要更新变电站时，可以将它们建在几层楼高的地方，以避免被淹没。新的输电线路可以配备特殊的涂层，这样它们在相互碰撞时就不会产生火花或熔化。
最防风雨的解决方案之一是将电线埋入地下，在那里它们将免受极端天气的影响。“新加坡拥有一个几乎完全地下的输电系统，”北美电力可靠性公司可靠性评估与绩效分析总监 John Moura 说。“他们的输电可靠性统计数据在全球名列前茅。”
但北美各地区的地理条件差异很大，每个地区都有其自身的挑战，而且将电线埋入地下并不便宜——根据地质条件，成本可能是传统架空线路的 3 到 10 倍，而公用事业公司不得不将这些成本转嫁给通常不愿意支付更高价格的客户。Moura 说，地下线路也并非完全万无一失。它们更难修复，而且在风暴中倒下的树木的根系可能会缠绕住它们。
修复现有基础设施只是解决问题的一部分。 Jacobs 说，真正防止停电需要改变电力产生和分配的方式。“我们没有像这些事件所表明的那么多的备用容量，”他说。可再生能源可以改变这一点。向电网增加风力发电场和太阳能发电场可以使公用事业公司可用的电力来源多样化，因此单一发电厂的故障就不会导致本地电网系统的完全关闭。然而，Moura 指出，现有电网目前可用于新增可再生能源的容量非常有限。电力线路无法承载无限量的能量，因此要充分利用可再生能源，就需要建设更大的输电系统——拜登总统的基础设施法案旨在做到这一点。
可再生能源的另一个主要障碍是存储问题。“目前，电力是在生产时即被消耗的，”Moura 说。但是，与化石燃料相比，风能和太阳能相对不可预测：有些日子它们能产生的能量比需要的多，而在另一些日子（例如阴天或无风的日子）它们可能产生的能量很少。建立一种可靠的长期存储风能和太阳能的方法，不仅有助于可再生能源成为更主流的能源来源。它还有助于存储我们可以在危机中使用**的**能源。
也许防止停电最彻底的解决方案是微电网。微电网不是完全依赖大型电网系统从遥远的地方输送能源，而是将能源的生产和分配交由非常本地化的人员掌握，形式包括他们房产上的太阳能电池板、风力涡轮机或柴油发电机。当主电网发生故障时，拥有微电网的社区就会切换到自己的电源，从而在极端天气事件中也能保持基本服务的运行。
Jacobs 说，这个想法是个人多年来使用自己的柴油发电机所做的延伸：真正的微电网涉及将电线连接到建筑物之间，共同创建一个自给自足的电力分配系统，而不是仅仅为一户家庭供电。Jacobs 解释说，微电网特别值得关注，因为目前公用事业公司是唯一被允许在建筑物之间架设电线的实体。扩大微电网挑战了这种联邦授权的垄断。
沿着这个思路，Jacobs 认为，公用事业公司应该更多地关注利用现有的能源，而不是创造新能源。“修理漏风的窗户和给阁楼保温，比建造新的发电厂是更好的社会投资，”他说。隔热良好的建筑使用能源更少，并能更好地保持室内气候控制的空气——因此，如果断电，房屋可以保持温暖或凉爽更长时间，从而提高居住者的舒适度和生存能力。但是，Jacobs 说，公用事业公司不愿意进行这些投资，因为这会减少利润。
为了应对气候变化和防止未来的停电，公用事业公司可能不得不接受一个分散化且利润较低的电网。“如果我们不改变我们思考和设计它的方式，我们就无法解决问题，”Jacobs 说。“庞大和长期的模式导致了这种情况，而摆脱它需要庞大和长期的努力。”
更正 2021 年 9 月 7 日：本故事的早期版本曾声称输电线路仅将电力输送到变电站，而实际上，它们将电力输送到变电站和变压器，然后将高电压转换为低电压。此外，故事曾声称极寒会冻结燃料，而实际上，极寒会冻结供应天然气发电厂燃料的井和管道。对此我们深表歉意。
