去年九月，飓风海伦的倾盆大雨和汹涌洪水袭击了北卡罗来纳州西部，导致数十万户家庭和企业断电。一周多后，仍有数万户家庭没有电力供应。数千人陷入黑暗数周，面临缺水和医疗延误等问题。但是，尽管法国布罗德河的河水暴涨冲走了该社区唯一的电力变电站，但北卡罗来纳州温泉镇这个山区小镇仅在五天内就恢复了包括消防站、加油站、杂货店和餐馆在内的关键设施的供电。
为什么这个约有 520 人的小镇能够如此迅速地恢复供电？不到两年前，地区公用事业公司杜克能源为温泉镇配备了一个微电网——一个独立的发电、存储和配电系统。微电网可以在短暂的停电期间完全断开或“孤岛化”，与更大的电网隔离，温泉镇相对频繁地遭受停电，因为将电力输送到其用户的 10 英里长的配电线路跨越陡峭、偏远的地形，容易受到倒下的树枝、风、闪电和侵蚀的影响。
温泉镇的全可再生能源微电网（使用太阳能电池板和电池存储）成功地作为唯一的电力来源连续运行了七天，直到可以运来移动变电站将该镇重新连接到杜克能源的主电网。而且这个小型系统本可以运行更长时间。
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温泉镇和美国各地其他几个社区证明，可再生能源微电网可以增强应对日益恶化的气候危机的能力。多年前，能源专家开始推广这种解决方案，以更好地保护社区免受洪水、风暴和野火的影响。在 2012 年飓风桑迪袭击东北部后，这一想法开始流行，并在 2017 年飓风玛丽亚过后，波多黎各许多地区停电数月后，获得了更多支持。
南方环境法律中心的 जलवायु 分析师珍妮·布伦南说：“能源不仅仅是保持照明。”她在该中心共同领导气候适应力工作。“它还关系到为医疗设备供电。它关系到保持人们的健康和安全。” 迅速恢复供电可能是拯救生命和快速启动恢复的关键。
电力网格如何运作
美国几乎所有的电力都来自集中式发电厂或可再生能源发电点，这些发电厂或发电点可能距离能源使用地非常遥远——通常跨越州界。高压输电线路将电力从发电点输送到变电站，变电站降低电压以供住宅或商业使用。然后，配电线路将电力输送到建筑物。如果一个站点的发电量低，另一个站点可以补偿。理想情况下，应该内置冗余，有多种方式可以将电力从 A 点输送到 B 点。
然而，美国电网的部分地区缺乏冗余；温泉镇的单条配电线路虽然是一个极端的例子，但也体现了更广泛的脆弱性。此外，线路和变电站随着时间的推移而退化，但没有得到充分的维护。“最大的[能源]威胁与老化基础设施有关，”国家可再生能源实验室的适应力和恢复分析师伊丽莎·霍奇基斯说。即使设备维护良好，其建造也没有考虑到我们目前的气候。“在某种程度上，在建造能源基础设施时，根本没有考虑气候危害。[公用事业公司]在选址变电站时，不一定考虑洪泛区，”布伦南说——温泉镇的变电站在海伦期间的损失就是例证。
在更广泛的电网上，严重的风暴、火灾、热浪、冰冻或洪水会使集中式发电厂无法运行。这些力量还会破坏输配电系统，因此即使电力继续产生，也无法到达最终用户。有时，这两种情况会同时发生，例如2021 年冬季风暴“尤里”期间的德克萨斯州。
近年来，与天气相关的停电事故持续时间更长，频率更高。非营利组织气候中心的一项分析显示，从 2014 年到 2023 年，美国经历的天气相关停电事故数量约为 2000 年到 2009 年的两倍。参议院联合经济委员会的一份文件显示，从 2020 年到 2022 年，客户每年经历天气相关停电的平均分钟数是 2013 年到 2015 年的两倍多。
布伦南说，更换数英里的电线杆、对变电站和发电厂进行防风雨改造或将线路埋入地下等重大升级都是重要的长期解决方案，他曾帮助杜克能源就卡罗莱纳州的一项弹性评估提供建议。投资于能源效率应该是加强可靠性和弹性的第一步，因为它减少了电网的压力并降低了排放，独立的能源顾问艾莉森·西尔弗斯坦说，他曾为德克萨斯州公共事业委员会和联邦能源监管委员会提供咨询。
但西尔弗斯坦说，这些修复措施可能既昂贵又缓慢，而且通常需要十多年的时间才能完成，因为公用事业公司会为此编制预算。相比之下，微电网等小规模方法可以更快、更“外科手术般地”保护能源供应，确保立即为最需要的地方供电。
微电网的案例
从最基本的意义上讲，微电网只是一个超本地化的电力系统：它包括一组互连的电力用户以及在小范围内生产和输送能源的发电、存储和配电资源。微电网可以在当地需要时与更大的电网隔离运行，也可以在正常运行期间向区域主电网供电——并减少碳排放和成本。
在灾难期间从微电网中受益的其他社区包括巴布科克牧场，这是佛罗里达州一个由开发商规划的小镇，旨在实现生态友好，并考虑到气候变化的适应力。由于其现场太阳能发电场、广泛的雨水控制功能和地下配电系统，它经受住了飓风海伦和米尔顿的连续袭击。在加利福尼亚州北部的小型美洲原住民保留地蓝湖牧场，太阳能和电池存储微电网帮助该社区在过去七年中多次避免了停电，例如在一次活跃的野火和一次旨在防止野火蔓延的主动多县停电期间。
然而，微电网并不便宜，除非在少数情况下有赠款支持项目，否则客户最终会在每月的账单中承担额外的负担。然而，为微电网和其他弹性解决方案付费的替代方案通常是不拥有它们而付出更高的代价。停电使应急响应更加昂贵、广泛和困难。人们通常无法工作，食物腐败的成本等也会迅速累积。普林斯顿大学的能源系统研究员达桑·佩雷拉说：“如果您考虑所有这些外部因素，微电网通常在经济上是可行的。”
在佩雷拉在加利福尼亚州、芝加哥和波多黎各进行的成本效益分析中，除了少数情况外，微电网都是物有所值的——而且随着太阳能电池板和电池的价格持续下降，它们只会变得更有利。
即便如此，微电网可能并不适合每个社区。佩雷拉发现，在某些情况下，可以产生的太阳能“不足以满足能源需求”。在这些地方，将需要柴油发电机来弥补不足，“运营成本变得相当高，”他说。
此外，相对成本仍然是一个因素。例如，如果一个小镇可以通过简单地修剪电线附近的树木来提高其能源弹性，那么微电网可能很难推销。佩雷拉说，除非在能源成本飙升的岛屿或孤立社区的情况下，“微电网不能替代电网。”
然而，我们的世界正在快速变化，能源系统需要跟上步伐。杜克能源分布式能源集团总经理杰森·汉德利说，微电网“不会是万能的解决方案”。但它们是“工具箱中的一个很棒的工具”。