去年九月，颶風海倫的傾盆大雨和洶湧洪水襲擊了北卡羅來納州西部，導致數十萬戶家庭和企業斷電。一週多後，仍有數萬戶家庭沒有電力供應。數千人陷入黑暗數週，面臨缺水和醫療延誤等問題。但是，儘管法國布羅德河的河水暴漲沖走了該社群唯一的電力變電站，但北卡羅來納州溫泉鎮這個山區小鎮僅在五天內就恢復了包括消防站、加油站、雜貨店和餐館在內的關鍵設施的供電。
為什麼這個約有 520 人的小鎮能夠如此迅速地恢復供電？不到兩年前，地區公用事業公司杜克能源為溫泉鎮配備了一個微電網——一個獨立的發電、儲存和配電系統。微電網可以在短暫的停電期間完全斷開或“孤島化”，與更大的電網隔離，溫泉鎮相對頻繁地遭受停電，因為將電力輸送到其使用者的 10 英里長的配電線路跨越陡峭、偏遠的地形，容易受到倒下的樹枝、風、閃電和侵蝕的影響。
溫泉鎮的全可再生能源微電網（使用太陽能電池板和電池儲存）成功地作為唯一的電力來源連續運行了七天，直到可以運來移動變電站將該鎮重新連線到杜克能源的主電網。而且這個小型系統本可以執行更長時間。
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溫泉鎮和美國各地其他幾個社群證明，可再生能源微電網可以增強應對日益惡化的氣候危機的能力。多年前，能源專家開始推廣這種解決方案，以更好地保護社群免受洪水、風暴和野火的影響。在 2012 年颶風桑迪襲擊東北部後，這一想法開始流行，並在 2017 年颶風瑪麗亞過後，波多黎各許多地區停電數月後，獲得了更多支援。
南方環境法律中心的 जलवायु 分析師珍妮·布倫南說：“能源不僅僅是保持照明。”她在該中心共同領導氣候適應力工作。“它還關係到為醫療裝置供電。它關係到保持人們的健康和安全。” 迅速恢復供電可能是拯救生命和快速啟動恢復的關鍵。
電力網格如何運作
美國幾乎所有的電力都來自集中式發電廠或可再生能源發電點，這些發電廠或發電點可能距離能源使用地非常遙遠——通常跨越州界。高壓輸電線路將電力從發電點輸送到變電站，變電站降低電壓以供住宅或商業使用。然後，配電線路將電力輸送到建築物。如果一個站點的發電量低，另一個站點可以補償。理想情況下，應該內建冗餘，有多種方式可以將電力從 A 點輸送到 B 點。
然而，美國電網的部分地區缺乏冗餘；溫泉鎮的單條配電線路雖然是一個極端的例子，但也體現了更廣泛的脆弱性。此外，線路和變電站隨著時間的推移而退化，但沒有得到充分的維護。“最大的[能源]威脅與老化基礎設施有關，”國家可再生能源實驗室的適應力和恢復分析師伊麗莎·霍奇基斯說。即使裝置維護良好，其建造也沒有考慮到我們目前的氣候。“在某種程度上，在建造能源基礎設施時，根本沒有考慮氣候危害。[公用事業公司]在選址變電站時，不一定考慮洪泛區，”布倫南說——溫泉鎮的變電站在海倫期間的損失就是例證。
在更廣泛的電網上，嚴重的風暴、火災、熱浪、冰凍或洪水會使集中式發電廠無法執行。這些力量還會破壞輸配電系統，因此即使電力繼續產生，也無法到達終端使用者。有時，這兩種情況會同時發生，例如2021 年冬季風暴“尤里”期間的德克薩斯州。
近年來，與天氣相關的停電事故持續時間更長，頻率更高。非營利組織氣候中心的一項分析顯示，從 2014 年到 2023 年，美國經歷的天氣相關停電事故數量約為 2000 年到 2009 年的兩倍。參議院聯合經濟委員會的一份檔案顯示，從 2020 年到 2022 年，客戶每年經歷天氣相關停電的平均分鐘數是 2013 年到 2015 年的兩倍多。
布倫南說，更換數英里的電線杆、對變電站和發電廠進行防風雨改造或將線路埋入地下等重大升級都是重要的長期解決方案，他曾幫助杜克能源就卡羅萊納州的一項彈性評估提供建議。投資於能源效率應該是加強可靠性和彈性的第一步，因為它減少了電網的壓力並降低了排放，獨立的能源顧問艾莉森·西爾弗斯坦說，他曾為德克薩斯州公共事業委員會和聯邦能源監管委員會提供諮詢。
但西爾弗斯坦說，這些修復措施可能既昂貴又緩慢，而且通常需要十多年的時間才能完成，因為公用事業公司會為此編制預算。相比之下，微電網等小規模方法可以更快、更“外科手術般地”保護能源供應，確保立即為最需要的地方供電。
微電網的案例
從最基本的意義上講，微電網只是一個超本地化的電力系統：它包括一組互連的電力使用者以及在小範圍內生產和輸送能源的發電、儲存和配電資源。微電網可以在當地需要時與更大的電網隔離執行，也可以在正常執行期間向區域主電網供電——並減少碳排放和成本。
在災難期間從微電網中受益的其他社群包括巴布科克牧場，這是佛羅里達州一個由開發商規劃的小鎮，旨在實現生態友好，並考慮到氣候變化的適應力。由於其現場太陽能發電場、廣泛的雨水控制功能和地下配電系統，它經受住了颶風海倫和米爾頓的連續襲擊。在加利福尼亞州北部的小型美洲原住民保留地藍湖牧場，太陽能和電池儲存微電網幫助該社群在過去七年中多次避免了停電，例如在一次活躍的野火和一次旨在防止野火蔓延的主動多縣停電期間。
然而，微電網並不便宜，除非在少數情況下有贈款支援專案，否則客戶最終會在每月的賬單中承擔額外的負擔。然而，為微電網和其他彈性解決方案付費的替代方案通常是不擁有它們而付出更高的代價。停電使應急響應更加昂貴、廣泛和困難。人們通常無法工作，食物腐敗的成本等也會迅速累積。普林斯頓大學的能源系統研究員達桑·佩雷拉說：“如果您考慮所有這些外部因素，微電網通常在經濟上是可行的。”
在佩雷拉在加利福尼亞州、芝加哥和波多黎各進行的成本效益分析中，除了少數情況外，微電網都是物有所值的——而且隨著太陽能電池板和電池的價格持續下降，它們只會變得更有利。
即便如此，微電網可能並不適合每個社群。佩雷拉發現，在某些情況下，可以產生的太陽能“不足以滿足能源需求”。在這些地方，將需要柴油發電機來彌補不足，“運營成本變得相當高，”他說。
此外，相對成本仍然是一個因素。例如，如果一個小鎮可以透過簡單地修剪電線附近的樹木來提高其能源彈性，那麼微電網可能很難推銷。佩雷拉說，除非在能源成本飆升的島嶼或孤立社群的情況下，“微電網不能替代電網。”
然而，我們的世界正在快速變化，能源系統需要跟上步伐。杜克能源分散式能源集團總經理傑森·漢德利說，微電網“不會是萬能的解決方案”。但它們是“工具箱中的一個很棒的工具”。