2003年8月14日，至少有5000萬人失去了為房屋降溫、冷藏食物、照亮辦公室、計算和通勤的能力，以及現代世界中電力提供的無數其他必需品。俄亥俄州一條故障的電力線引發了一連串的事件，導致了北美歷史上最大的停電，並使美國東北部大部分地區癱瘓了兩天。
在災難發生後的一年裡，美國-加拿大電力系統停電工作組召開會議，以查明事件發生的原因。
在10週年紀念日之前，《大眾科學》採訪了電力工程師傑夫·達格爾，他是工作組的成員，也是太平洋西北國家實驗室電網彈性方面的專家，以瞭解我們現在知道的當時不知道的事情，以及類似的事故是否仍然可能發生。
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[以下是採訪的編輯稿。]
2003年8月14日發生了什麼？
停電本身，這是一次大停電，影響了5000萬人和60000兆瓦的電力，估計造成100億美元的經濟損失。它始於8月14日下午3:05。俄亥俄州北部的一條電力線跳閘[離線]。它實際上承載的[電力]比它所能承載的要少，因此不應該跳閘，但線路下的樹木離電線太近了。它只是懸掛在電線中的帶電鋁，它依靠空氣來提供絕緣。如果有什麼東西太靠近它，它會產生電弧並短路。
所以我們在俄亥俄州北部失去了一條345千伏的線路。通常，電網的設計具有足夠的彈性，以至於失去一條線路不會產生任何影響。但在那天，控制中心的軟體也出現了問題。擁有該線路的公用事業公司[第一能源]通常會進行監視並採取預防措施，但他們甚至不知道該線路已經跳閘。
由於失去了第一條線路，大約30分鐘後，由於類似的原因，一條相鄰的線路跳閘。與任何過載輸電線路一樣，電流產生的熱量會加熱金屬並使其膨脹。線路會下垂，更靠近下面的物體。因此，它在額定值範圍內，但[再次]允許樹木長得太高。十五分鐘後，第三條線路跳閘。
現在，我們有三條關鍵線路在大約45分鐘的時間內離線跳閘。電網的設計沒有這種程度的冗餘。
此時，電力仍在試圖流動。因此，您會看到一系列事件的級聯，這些事件加速了。下午4點剛過，這種級聯就蔓延到了俄亥俄州北部以外。因此，阿克倫和克利夫蘭停電，然後蔓延到底特律，並繞過伊利湖，使多倫多停電。然後它蔓延到西北部，紐約州的大部分地區以及安大略省的大部分地區都關閉了，這使其成為北美有史以來最大的停電。
您是調查該事件的委員會成員。樹木是主要問題嗎？
另一個關鍵的根本原因是態勢感知能力的喪失，這比僅僅是軟體故障要深入一些。我們很想知道為什麼運營中心沒有開始將線索聯絡起來。事實上，直到控制室的燈熄滅，他們才真正意識到電網正處於危險之中。
真的嗎？
他們接到了很多電話和活動，表明存在問題，但他們沒有將這些點聯絡起來。他們允許系統在那大約一個小時的時間裡崩潰。
還有其他問題。
在公用事業公司之上還有一個由可靠性協調員組成的組織層。這是從1996年西海岸停電事件中吸取的教訓。您需要一個組織來監督所有公用事業公司。在該地區有兩家大型公用事業公司——第一能源和[美國電力公司]——以及兩個可靠性協調員——[中西部獨立系統運營商，或MISO]和[賓夕法尼亞州、新澤西州、馬里蘭州電力池]。MISO自身的軟體故障阻止了其計算機工具評估系統的整體風險。
第四個主要原因是人們對系統的理解不足。早在20世紀80年代就進行過一項研究，該研究在某種程度上預測了這次停電。該研究預測，如果電網像8月14日那樣從南向北輸送電力，並且電壓降至某個點以下，並且您失去了關鍵線路，那麼您將看到一系列級聯事件，這些事件將在伊利湖周圍和新英格蘭地區造成問題。因此，該報告建議我們不要允許電壓降至某個閾值以下，大致為95%。然而，一些關鍵站點的電壓經常低於該值執行。
為什麼他們在低電壓下執行？
當我們向第一能源詢問時，他們的回答是：“什麼研究？”它在時間的流逝以及兼併和收購中丟失了。目前的人們只是不瞭解這種型別的系統限制。如果他們保持研究中建議的防禦性操作姿態，那麼這個序列根本不可能開始。所有這些原因共同導致了當天的停電。
我們沒有正確的規則，還是人們沒有遵守它們？為什麼系統無法足夠快地做出反應？
這有點像兩者的結合。所以存在[修剪樹木]方面的缺點，但當時並沒有真正的國家標準。由每個公用事業公司自行決定如何最好地維護可靠性。如果您需要找到一種在不違反任何規則的情況下削減預算的方法，那麼推遲維護是很誘人的。因此，2005年能源政策法案賦予了[聯邦能源管理委員會]監管可靠性的能力，現在他們制定了強制性的可靠性標準，對於不合規行為處以經濟處罰。
我可以給人類操作員一些寬限。人類操作員需要時間來評估情況並找出適當的響應，然後採取行動。但是，如果它在一個小時的過程中展開，您不得不懷疑：他們是否只是如此依賴他們的自動警報？這是否歸結為培訓或自滿？我不確定那裡的根本原因是什麼。
您的調查中出現了什麼重大意外嗎？
最初，人們對停電的範圍感到驚訝。這有點令人震驚。包括我在內的人們認為如此大的停電不太可能發生——一些看似良性的根本原因導致5000萬人突然斷電。
那麼，在這次大規模停電之後，對電網進行了哪些重大修復？
最重要的是強制性的可靠性要求和新的植被管理標準。
我們在技術方面也取得了長足的進步。我記得最近參觀了一個控制室。負責運營的高階副總裁指著他們帶有系統數字顯示的大型新顯示牆。他笑著說：“那是停電的錢。”公用事業公司投入了大量資金來修飾控制室。他們看到了缺乏態勢感知能力的教訓。
我個人還參與了一項名為同步相量的技術。它更擅長測量電網以真正瞭解正在發生的事情。它利用了共同的時間參考。該技術配備GPS，可在整個電力系統中提供微秒級的時間精度。……它允許的測量直接指示電網上的壓力。我使用的類比是從X射線到核磁共振成像。在過去，公用事業公司每四秒鐘收集一次資料。有些快到每兩秒鐘一次。如果您只是向人類操作員提供資訊，那足夠了，但它沒有時間同步。隨著新的[同步相量]安裝在變電站中，這些東西使用更高的取樣率。它們的執行速度約為每秒30個樣本。有些甚至更快。
但是電網本身沒有重大變化嗎？
2009年的美國復甦與再投資法案為智慧電網技術提供了一些贈款。但在電網本身方面，則沒有那麼多。電網的執行方式沒有根本性的改變。您仍然有電力線和變壓器，以及主要的集中發電[發電廠]。在輸電級別，它與我們10年前的技術非常相似。
電網是否變得太大而無法處理，還是答案是建立更大的電網？
電網越大，就越可靠。想想2003年停電是如何發展的。東部電網的峰值為800000兆瓦，但只有60000兆瓦被淘汰了。這只是電網的一小部分。答案是將電網的一部分進行劃分。
那麼，我們有一天會在整個北美擁有統一的電網，以使系統更加安全嗎？這方面的問題是基礎設施建設的經濟性。假設我們在達科他州和懷俄明州，就在東西部電網的接縫處，建造風力發電，並建造輸電線路將風能[-產生的電力]輸送到城市？也許有一天連線東西部是有道理的，但是目前沒有令人信服的理由建造大量電力線，因為成本效益根本不存在。
但是分散式發電，例如人們屋頂上的太陽能電池板，似乎對這種集中式電網概念提出了根本性的挑戰？
基礎設施本身就是一個非常複雜的機器。我們正在整合大量可變發電，如風能和太陽能等。由於天然氣的價格以及燃煤電廠的退役，我們看到天然氣的使用量大大增加。同時，我們也看到一些以前從未出現過的新型負荷[比如電動汽車在夜間充電]。未來我們將看到很多變化，而且我們已經開始看到了。這些變化會帶來風險。
如果光伏發電的價格下降到人們都不再想從公用事業公司購買電力，而是選擇自給自足的地步，我們是否正處於某種真正的重大顛覆的邊緣？屆時電網會是什麼樣子？
我個人認為，我們需要一個能夠彙集資源的大型電網。我不認為我們會放棄它，但這種模式將面臨一些商業挑戰。運營該系統的公用事業公司將面臨一些根本性的挑戰，以繼續運營下去。這需要從監管機構到客戶、供應商的每個人共同努力才能解決。
何時會再次發生大規模停電？
這些停電之間存在一定的週期性。經過一段時間，人們可能會忘記並變得更加自滿。在2003年之前，1996年8月西海岸發生過一次停電。 2011年聖地亞哥[亞利桑那州-加利福尼亞州]也發生過停電。
我絕不會說我們永遠不會再停電。我們正在努力開發技術，以最大程度地減少停電的機率。我們的目標是提高可靠性。我只是希望我們能採用正確的技術來最大程度地減少停電的影響。