现在需要做什么 - 彭博社

对于我们视为理所当然的商品，电力的传输却异常具有挑战性。将电子送到我们的计算机和烤面包机的国家电网，实际上是一个巨大的电路。物理法则规定，供需必须保持精确的平衡，就像一位芭蕾舞者在脚尖上无尽地旋转。如果一条输电线发生故障，系统必须立即重新分配电力，否则其他线路和发电厂将像多米诺骨牌一样倒下，导致大规模停电。

令人惊讶的是，电网的无名管理者几乎始终成功地维持这种微妙的平衡，利用自动化和他们自己的判断，在风暴、洪水和发电厂故障中保持电力流动。实际上，像俄亥俄州的输电线所遭受的问题，这可能导致8月14日的停电，每天在电网中都在不断解决。“这个停电不应该发生，”联邦能源监管委员会（FERC）委员威廉·马西说。“这是系统故障。”

故障的原因——以及为什么一些地区，如新英格兰，能够应对——仍然未知。但对于那些了解电力网脆弱性的人来说，减少未来停电几率所需采取的步骤并没有什么神秘之处。他们设想一个技术先进的数字系统，具备足够的智能来独立管理这种脆弱的平衡。为了实现这一目标，我们需要：

严格的统一标准

今天的电力系统是由数百个发电厂和数千英里的输电线路组成的复杂拼接，分为多个不同的控制区域，每个区域由不同的机构管理。在1965年的停电事件后，北美电力可靠性委员会（NERC）成立，旨在为关键技术细节设定标准和规则，例如电流质量必须如何精确控制，或必须保留多少输电能力。但这些标准是自愿的，并不总是得到遵守。“作弊的诱惑是普遍存在的，”自然资源保护委员会能源项目的联合主任拉尔夫·卡瓦纳赫说。当电子在使用不同规则的区域之间流动时，这可能会导致问题。对此有一个简单、廉价的解决方案：强制性的国家标准，并由NERC的执法人员进行监督。

信息技术

电力的快速波动或下降可能会烧毁输电线路并对发电厂造成严重破坏。这就是为什么每个组件都由继电器保护——本质上是断路器——在电力线路或发电厂需要从电网中移除时会打开。问题在于，电网的各个部分之间没有通信。“没有办法让一个系统操作员了解其他区域发生的详细情况，”卡内基梅隆大学电气与计算机工程教授玛丽亚·D·伊利克说。伊利克和其他人开发了可以跨越电网缝隙并更好地管理整体电力流动的软件。

更快的数字开关

想象一下，如果打开和关闭一个开关需要10天，铁路运输货物会有多困难。这就是当前电网机械开关相对于电子速度的缓慢，电力研究所的总裁库尔特·E·耶格尔说。因此，在响应问题时总是会有瞬间的延迟——在某些情况下，这可能太长了。这就是为什么由EPRI组织的一个财团正在开发以光速运行的数字开关，以及能够瞬间发现干扰的传感器。通过新技术，电网将足够智能，能够在问题扩散之前做出反应。“关键是让电网自我修复，”长岛电力局副总裁布鲁斯·杰曼诺说。

增加更多的输电线路也有帮助。但新技术可以更好地利用现有的电线。纽约的一个变电站正在配备新的数字开关，它将传输近200兆瓦的电力，比以前多。增加数字智能是升级电网的主要项目之一。预计成本在500亿美元到1000亿美元之间，时间为5到10年。但专家表示，这是一笔便宜的交易，因为仅常规停电就给经济造成了估计每年1000亿美元的损失。

直流连接

电网运行在交流电上——与您墙壁插座中输出的电相同的60赫兹频率。这使得管理电网变得更加困难，因为电网上的小频率波动可能会损坏其他地方的设备。但如果交流电发电机通过高压直流连接相互隔离，就不需要同步频率。“电网更不容易出现故障，”卡内基梅隆大学电气与计算机工程教授萨罗什·塔卢克达尔解释说。已经建成了一些这样的连接，包括一条从太平洋西北部到洛杉矶的846英里长的线路。EPRI的耶格尔还设想了小型直流微电网，以向工业园区、办公大楼或住宅提供更高质量的电力。

分布式电源

如果地铁系统、医院、工厂、办公大楼甚至家庭都有自己的电源，停电将会大大减少干扰。这些小型发电机——从太阳能电池板和风车到柴油发电设施和小型涡轮机——可以将多余的电力输送到电网，从而减少对新电厂和输电线路的需求。“在我的一生中，将会发生向分布式资源的范式转变，”纽约电力局研究与技术开发主任沙洛姆·泽林格预测道。泽林格和大多数其他能源专家乐观的一个原因是：所谓的分布式电力方案可以节省资金，尤其是当发电机与电网连接时。拥有自己电源的公司可以使用最便宜的电力——他们自己的或电网的——并且还可以将多余的电力卖回系统。

然而，矛盾的是，将许多小型电源连接到电网会增加潜在问题的可能性，因为这些电源产生的间歇性电力将“只是扰乱系统微妙平衡的另一种工具，”耶格说。因此，必须首先创建一个足够智能以处理增加的复杂性的电网。

一旦电力专家找出8月14日停电的确切原因，他们将能够立即进行修复，以防止同样的事件链再次发生。而创造智能数字电网的1000亿美元投资将进一步减少大规模停电以及常规停电的可能性。

当然，技术永远无法使系统完全安全。“没有办法保证复杂系统永远不会崩溃，”卡内基梅隆大学经济学家莱斯特·B·拉维说。但采取这些措施将减少灯光再次熄灭的几率。

约翰·凯里在华盛顿报道，亚当·阿斯顿在纽约协助