2003年8月14日下午2点刚过，美国东部夏令时，俄亥俄州北部的一条高压输电线路碰到了生长过度的树木并关闭——在电力行业中称为故障。这条线路在高电流的加热下变得松弛。正常情况下，这个问题会在俄亥俄州公用事业公司FirstEnergy Corporation的控制室触发警报，但警报系统却失灵了。
在接下来的一个半小时里，当系统操作员试图了解发生了什么时，另外三条线路也因下垂而碰到了树木并关闭，迫使其他输电线路承担额外的负担。超负荷运转的线路在下午4:05之前切断，引发了加拿大东南部和美国东北部八个州的一系列故障。
总计，在北美历史上规模最大的停电事故中，有5000万人断电长达两天。该事件造成至少11人死亡，并估计造成了60亿美元的损失。
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那么，五年之后，我们仍然面临大规模停电的风险吗？
在2004年2月，经过三个月的调查后，美国-加拿大电力系统中断工作组得出结论，人为错误和设备故障的结合导致了停电。该小组的最终报告提出了全面的46项建议，以减少未来大范围停电的风险。首要的是使行业可靠性标准成为强制性的且具有法律约束力。
在停电之前，北美电力可靠性委员会（NERC）制定了自愿性标准。在停电报告发布后，国会通过了《2005年能源政策法案》，该法案扩大了联邦能源监管委员会（FERC）的作用，要求其从现在的北美电力可靠性公司NERC征求、批准和执行新的可靠性标准。
到目前为止，FERC已批准了96项新的可靠性标准。* FERC电力可靠性办公室主任约瑟夫·麦克莱兰表示，这些标准涵盖了停电工作组确定的三个“T”——“树木、培训和工具”，但不仅限于此，该办公室于去年9月成立。例如，PER-003标准要求操作人员至少接受必要的最低限度培训，以识别和处理电网中的关键事件；FAC-003标准规定必须清除输电线路上的树木；TOP-002-1标准要求电网运行系统能够承受输电线路故障或任何其他单一故障，无论其有多严重。FERC可以对违规行为处以每天最高100万美元的罚款，具体取决于其恶劣程度和所造成的风险。
如果这些标准减少了停电次数，那么证据尚未证实。匹兹堡卡内基梅隆大学的研究人员对NERC停电数据进行的研究发现，从1984年到2006年，影响超过5万人的停电频率基本保持在每年约12次。现任佛蒙特州伯灵顿大学的工程学助理教授保罗·海因斯表示，目前的统计数据表明，每25年将发生一次2003年级别的停电。
他说，许多研究人员认为，级联停电可能是电网复杂性固有的，但他仍然认为有改进的余地。“我认为我们绝对可以使其发生频率低于每25年一次。”
美国电网由三个松散连接的部分组成，称为互联系统：东部、西部和德克萨斯州。在每个系统中，高压输电线路将电力从煤或水力发电厂等发电来源传输到向家庭和企业分配电力的当地公用事业公司，在那里，灯、冰箱、计算机和无数其他“负载”消耗这些能量。
由于输电线路中的电力无法存储，因此发电和负载必须始终匹配，否则电网将进入停电区域。这可能是由于发电能力不足（2000年加州停电的原因），或者是由于一个或多个故障（如2003年停电）引起的。电网的互联性使其更容易补偿负载和发电的局部变化，但也为停电的蔓延提供了更广泛的渠道。
全国各地约300个控制中心的分散式输电系统运营商会监控来自变压器、发电机和其他关键点上的SCADA（监督控制和数据采集）系统的电压和电流数据。电力工程师会监控数据以寻找故障迹象，理想情况下，他们会彼此通信以了解重要变化。
自2003年以来的一个认识是，“你不能只关注你的系统。你必须考虑你的系统如何影响你的邻居，反之亦然，”加利福尼亚州帕洛阿尔托电力研究所的电力输送和利用副总裁阿尔沙德·曼苏尔说。
直到最近，还没有一个地方可以查看来自整个电网的信息。麦克莱兰表示，FERC正在与行业和其他政府机构合作，将数据整合到位于华盛顿特区总部的一个原型海岸到海岸实时监控系统中。“我们已经组装了该系统，它正在运行，”他说，尽管“某些部分比其他部分更好”：FERC对美国西部有全面覆盖，并且来自东南部的的信息良好，但来自德克萨斯州和其他地区的数据仍然不完整。
收集数据只是一个开始。圣杯是能够自我监控和修复的智能电网，类似于用于协调飞机航线的方式。曼苏尔说，这个梦想仍然有20年的距离，因为它取决于更好的数据、可靠的通信网络以及能够根据数据做出决策的计算机程序。
一种很有希望的收集更好数据的工具称为相位测量单元（PMU），它测量输电线路上的电压和电流，并使用GPS（全球定位系统）连接将其数据的时间戳精确到微秒。海因斯说，在PMU网络中，这种分辨率水平可以揭示输电线路的一个重要的电气特性，即相位，它会告诉发电机的旋转是否相对于彼此同步。
当停电来临时，据信这种差异（称为相位）会迅速增长。“许多人推测，如果我们能够看到[2003年8月14日]发电机之间的[相位]距离正在增加，我们就可以避免停电，”海因斯说。
目前，在位于华盛顿州里奇兰的太平洋西北国家实验室的北美同步相位器倡议的一部分中，东部互联系统中安装了约100个PMU，而2003年为零。“我们仍然需要再安装几百个[PMU]才能获得全面覆盖，”曼苏尔说，但他补充说，它们已经帮助当地公用事业公司比以前更快地诊断出停电的原因。
保持电网平衡的另一个挑战是电力需求的增长（换句话说，负载增加），因为消费者购买了更多的计算机、空调和可充电手持设备。美国能源部能源信息管理局预计，从现在到2030年，负载将每年增长1.05%，这意味着输电能力必须跟上步伐。
建设新输电线路的主要障碍是选址，也就是众所周知的“邻避效应”：没有人希望输电线路在他们附近。一种潜在的规避方法是所谓的智能计量——每小时读取电力使用情况，这使公用事业公司可以在用电低峰时段提供电力折扣。智能计量试点项目正在爱达荷州、加利福尼亚州和其他州进行。
曼苏尔指出，鉴于电力来源日益不稳定的可能性，先进的计量工具可能会变得有用。例如，风力发电会随着微风的吹拂而停止和启动，这意味着系统操作员必须调整负载以进行补偿。尽管风能在美国占19.5千兆瓦的电力，或不到总发电量的2%，但在2007年安装的新增发电容量中占35%，高于2003年的5%。
在城市和其他市区中替代输电线路的方法是基于高温超导（HTS）技术的电力电缆。当冷却到–321华氏度（77开尔文，或–196摄氏度）时，复合材料氧化钇钡铜开始以几乎为零的电阻承载电流。因此，高温超导电力电缆可以比铜电缆做得更小。
在一个称为安全超电网的概念中，它将加强现有的输电线路，并且将抵抗可能导致停电的压力，因为当电流激增时，线路会关闭（反映了高温超导电缆“几乎为零电阻”中的“几乎”）。一些研究人员已经提出将高温超导超电网与海岸到海岸的氢气管道相结合，为汽车和家庭的燃料电池供能。
长岛电力局在4月份启动了一个耗资5000万美元的69千伏高温超导系统，为多达30万户家庭供电。纽约联合爱迪生公司和美国国土安全部已经为在曼哈顿市中心的一个耗资4000万美元的超电网系统委托订购了电缆，该系统被称为九头蛇项目，计划于2010年投入运营。
这些工具都不能保证大型停电的绝迹。当研究人员研究非常复杂的系统时，无论是电网还是沙堆，他们经常会发现一个简单的关系：规模越来越大的灾难（例如停电或雪崩）的发生频率仍然相对较高。“如果你看看自2003年以来采取的所有步骤，我认为总的来说，今天的风险比2003年要小，”曼苏尔说。“但是风险始终存在。”
*更正（2008年8月14日）：本文最初声明FERC已批准83项新的可靠性标准；该数字是指2007年6月18日生效的首批标准。