2019 年夏天，當酷熱的高溫導致電力需求飆升時，德克薩斯州的電網幾乎崩潰。
該州電網運營商設法維持了電力供應，但許多觀察家感到擔憂。 他們想知道德克薩斯州的發電廠是否能夠滿足不斷增長的需求，這主要是由居民伸手去調空調裝置造成的。
本週，當電網再次癱瘓，導致德克薩斯州 400 萬人斷電時，原因卻完全不同：極端寒冷，這是該州前所未見的。
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這種突如其來的危機凸顯了能源規劃者在氣候變暖的世界中面臨的挑戰。 極端天氣越來越有可能給電網、天然氣管道和其他能源基礎設施帶來壓力。 但這些考驗到來的具體方式很難預測。
“我們看到的是需要讓系統做好準備，以承受各種事件：野火、乾旱、颶風，現在是嚴寒，”休斯頓萊斯大學的大氣科學家、土木與環境工程教授丹尼爾·科恩說。 “除了可能出現的冰凍外，所有這些都因氣候變化而加劇。”
事實上，氣候變化在本週寒流中所起的作用尚不清楚。
越來越多的科學研究表明，極端寒冷可能與地球變暖有關。 科學尚無定論，但最初的理論認為，隨著北極地區氣溫升高，冷空氣被推向較低緯度地區。 結果是一種奇怪的二分法，冬季平均氣溫升高，但可能被極地冷空氣的寒流打斷。
猶大·科恩是一位氣候科學家，也是環境分析公司大氣與環境研究公司的季節性預測主管，他是這一觀點的積極倡導者。 他自己的研究 表明 北極地區的溫暖時期與美國極端冬季天氣之間存在統計相關性——當變暖發生時，冬季風暴通常緊隨其後。
決策者中普遍存在一種觀點，即“溫室氣體增加會導致冬季變暖和降雪減少，”科恩說。 “我試圖論證的是，情況比這更復雜。”
他補充說，德克薩斯州發生的事情“確實是我一直在論證的教科書般的案例”。
這並非該州首次經歷冬季停電。 2011 年，寒冷的氣溫促使電力需求飆升，並導致一批燃煤和燃氣發電廠凍結。 行業觀察人士表示，對德克薩斯州發電廠進行冬季化的努力似乎不足。
德克薩斯州電力可靠性委員會（ERCOT）是為該州大部分地區提供電網運營的機構，昨日報告稱，29,000 兆瓦的熱能容量（如燃氣和燃煤）離線。 約 16,000 兆瓦的可再生能源發電也同樣被關閉。 核管理委員會昨日報告稱，南德克薩斯州核電站的一個機組已停運。
井口的凍結進一步限制了天然氣供應，而此時對燃料的需求卻在飆升。 發電廠很難獲得天然氣，因為住宅和商業供暖需求在系統上享有優先權。
“它影響著供應鏈的每一個環節。 它不僅僅是電線；不僅僅是管道；不僅僅是發電廠——而是整個系統，”哥倫比亞大學全球能源政策中心高階研究學者梅麗莎·洛特說。 “如果我們想防止未來再次發生這種情況，我們將不得不考慮如何對系統進行再投資，使其更強大、更具彈性和更可靠。”
德克薩斯州多久會經歷一次北極冷空氣侵襲尚不確定。 本週寒流的根本原因在於一種被稱為極地渦旋的巨大大氣環流。 它是一個低壓冷空氣團，在世界之巔盤旋。
科學辯論
極地渦旋通常侷限於北極地區。 但有時，擾動會導致它擺動甚至分裂成碎片，從而將陣陣冷空氣向南輸送。 例如，高層大氣溫度的突然升高可能會使極地渦旋失去平衡。
這些北極爆發可能會在美國到西伯利亞的任何地方引發極端冬季天氣。
德克薩斯州發生的事情是最近幾周與極地渦旋相關的古怪冬季天氣中最極端的事件。 自一月份以來，在平流層發生突然變暖事件後，渦旋一直不穩定。 它在美國東北部大部分地區引發了極端氣溫和強降雪。
雖然這似乎有悖常理，但一些科學家認為，這些突如其來的冬季風暴可能與氣候變化有關。
科恩和許多其他氣候科學家認為，北極地區氣溫升高（目前是地球上變暖速度最快的地區之一）可能會增加這些極地爆發的可能性。 該理論認為，當北極地區氣溫飆升或出現北極熱浪時，可能會引發大氣變暖事件，從而破壞極地渦旋的穩定性。
隨著氣候持續變暖，北極熱浪變得越來越頻繁和嚴重。 如果該理論正確，則表明極地渦旋的擺動在未來可能會更頻繁地發生。
關於這一觀點仍然存在一些科學辯論。
雖然科恩的研究表明北極地區變暖事件與嚴重冬季天氣之間存在統計聯絡，但氣候模型很難模擬這種影響。 一些專家認為，北極氣候的影響可能相對較弱，或者可能存在第三個因素同時驅動北極地區變暖事件和極端冬季風暴。
發表在自然氣候變化雜誌上的一項 2019 年研究 考察了北極海冰減少（科學家認為這與北極地區變暖密切相關）與中緯度地區寒冷冬季之間的聯絡。 結論是，北半球大規模環流模式的暫時性轉變可以同時驅動海冰減少和冬季天氣加劇。
該研究的兩位作者，埃克塞特大學的羅素·布萊克波特和詹姆斯·斯克林在 11 月發表在自然氣候變化雜誌上的一封 給編輯的信 中重申了他們的立場。
他們認為，近年來急流的波動性或極端冬季天氣的頻率實際上並沒有增加，而且北極氣候對中緯度天氣的影響可能很弱。
“改變我們的計劃”
儘管如此，科恩的研究似乎表明，北極地區變暖事件與美國冬季天氣之間存在某種聯絡。
如果他是對的，這並不一定意味著德克薩斯州每年都需要為冬季風暴做好準備。 德克薩斯州發生的事情可能仍然是一個相對罕見的事件——北極爆發很少以如此極端的方式到達如此南端。
同樣真實的是，總的來說，冬季天氣正在變得溫和。
但本週的事件令人震驚地提醒人們，在一個變暖的世界中，要為意外做好準備。 氣候變化與各種突如其來的極端事件有關——熱浪、颶風和野火等等。 冬季天氣災害可能只是其中的一部分。
德克薩斯州的停電事件發生在加利福尼亞州電力服務中斷六個月後。 金州監管機構將這些停電歸因於氣候變化驅動的極端氣溫以及缺乏可用的發電資源來滿足電力需求。
前德克薩斯州公用事業監管機構、現任能源顧問艾莉森·西爾弗斯坦表示，在德克薩斯州的案例中，ERCOT 在將氣候變化納入其規劃工作中做得不夠。 她認為，提高能源效率或改善與其他區域電網的輸電連線將提高德克薩斯州的彈性。
“除了[前副總統]阿爾·戈爾之外，沒有人一直在思考事情會變得多麼糟糕，以及我們如何需要改變我們的計劃和規則，”西爾弗斯坦說。
然而，昨天的許多辯論都沿著熟悉的黨派路線展開。 蒙大拿州共和黨參議員史蒂夫·戴恩斯轉發了一張 2014 年瑞典一架直升機向結冰的風力渦輪機葉片噴灑除冰劑的照片。
“德克薩斯州已完全冰凍，人們沒有電力來保持安全和溫暖，”他寫道。 “這是需要天然氣和煤炭等可靠能源的完美例證。”
ERCOT 官員表示，停電是全面性的。
“我們看到各種發電型別的損失，實際上，這些損失幾乎與我們看到風暴席捲而來並對許多不同型別的發電產生影響的時間相同，”ERCOT 執行長比爾·馬格尼斯在與記者的電話會議上說。
近年來，德克薩斯州的電網經歷了快速轉型。 ERCOT 的資料顯示，煤炭在 2010 年佔發電量的 40%，但去年降至 18%。 這種下降反映了一系列大型電廠退役以及仍在執行的燃煤設施執行減少的事實。
與此同時，風力發電量激增，在 2020 年佔 ERCOT 發電量的 23%。
但專家們對於該州退役的燃煤產能是否可以拯救電網存在分歧。 一些人，如西爾弗斯坦，指出美國東北部結冰的煤堆是 2014 年冰封該地區的極地渦旋導致停電的主要原因。
另一些人表示，這對正在大規模關閉燃煤發電廠的州來說可能是一個警告。 聯邦能源管理委員會共和黨成員託尼·克拉克表示，德克薩斯州可能會從維持近年來關閉的燃煤電廠中受益。
然而，克拉克表示，雙方都認為，關注單一燃料忽略了當前困擾該州的更廣泛的問題。 所有形式的發電都有優點和缺點。 多元化的能源系統能夠更好地應對極端天氣事件。 克拉克認為，德克薩斯州的電力市場沒有提供應對最壞情況的保障措施，他說。
克拉克說：“你必須建立某種監管系統，以確保發電機的財務可行性與系統的可靠性相匹配。”
曾與克拉克在 FERC 共事的民主黨人謝麗爾·拉弗勒表示，關於可再生能源和化石燃料在德克薩斯州停電事件中的作用的爭論掩蓋了更大的問題。 需要進行徹底的研究，以確定最終導致中斷的原因。
然而，儘管在加強電力基礎設施以應對氣候驅動的天氣事件方面取得了一些進展，但該事件仍然凸顯了電力系統的脆弱性。
“氣候應對措施分為兩個部分。 一是透過減少我們排放的溫室氣體量來緩解氣候變化的影響。 二是做好準備，”拉弗勒說。 “我們仍然容易受到這種極端天氣的影響這一事實表明，還有更多工作要做。”
轉載自 E&E 新聞 ，經 POLITICO, LLC 許可。 版權所有 2021 年。 E&E 新聞為能源和環境專業人士提供重要新聞。