2019 年夏天，当酷热的高温导致电力需求飙升时，德克萨斯州的电网几乎崩溃。
该州电网运营商设法维持了电力供应，但许多观察家感到担忧。 他们想知道德克萨斯州的发电厂是否能够满足不断增长的需求，这主要是由居民伸手去调空调设备造成的。
本周，当电网再次瘫痪，导致德克萨斯州 400 万人断电时，原因却完全不同：极端寒冷，这是该州前所未见的。
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这种突如其来的危机凸显了能源规划者在气候变暖的世界中面临的挑战。 极端天气越来越有可能给电网、天然气管道和其他能源基础设施带来压力。 但这些考验到来的具体方式很难预测。
“我们看到的是需要让系统做好准备，以承受各种事件：野火、干旱、飓风，现在是严寒，”休斯顿莱斯大学的大气科学家、土木与环境工程教授丹尼尔·科恩说。 “除了可能出现的冰冻外，所有这些都因气候变化而加剧。”
事实上，气候变化在本周寒流中所起的作用尚不清楚。
越来越多的科学研究表明，极端寒冷可能与地球变暖有关。 科学尚无定论，但最初的理论认为，随着北极地区气温升高，冷空气被推向较低纬度地区。 结果是一种奇怪的二分法，冬季平均气温升高，但可能被极地冷空气的寒流打断。
犹大·科恩是一位气候科学家，也是环境分析公司大气与环境研究公司的季节性预测主管，他是这一观点的积极倡导者。 他自己的研究 表明 北极地区的温暖时期与美国极端冬季天气之间存在统计相关性——当变暖发生时，冬季风暴通常紧随其后。
决策者中普遍存在一种观点，即“温室气体增加会导致冬季变暖和降雪减少，”科恩说。 “我试图论证的是，情况比这更复杂。”
他补充说，德克萨斯州发生的事情“确实是我一直在论证的教科书般的案例”。
这并非该州首次经历冬季停电。 2011 年，寒冷的气温促使电力需求飙升，并导致一批燃煤和燃气发电厂冻结。 行业观察人士表示，对德克萨斯州发电厂进行冬季化的努力似乎不足。
德克萨斯州电力可靠性委员会（ERCOT）是为该州大部分地区提供电网运营的机构，昨日报告称，29,000 兆瓦的热能容量（如燃气和燃煤）脱机。 约 16,000 兆瓦的可再生能源发电也同样被关闭。 核管理委员会昨日报告称，南德克萨斯州核电站的一个机组已停运。
井口的冻结进一步限制了天然气供应，而此时对燃料的需求却在飙升。 发电厂很难获得天然气，因为住宅和商业供暖需求在系统上享有优先权。
“它影响着供应链的每一个环节。 它不仅仅是电线；不仅仅是管道；不仅仅是发电厂——而是整个系统，”哥伦比亚大学全球能源政策中心高级研究学者梅丽莎·洛特说。 “如果我们想防止未来再次发生这种情况，我们将不得不考虑如何对系统进行再投资，使其更强大、更具弹性和更可靠。”
德克萨斯州多久会经历一次北极冷空气侵袭尚不确定。 本周寒流的根本原因在于一种被称为极地涡旋的巨大大气环流。 它是一个低压冷空气团，在世界之巅盘旋。
科学辩论
极地涡旋通常局限于北极地区。 但有时，扰动会导致它摆动甚至分裂成碎片，从而将阵阵冷空气向南输送。 例如，高层大气温度的突然升高可能会使极地涡旋失去平衡。
这些北极爆发可能会在美国到西伯利亚的任何地方引发极端冬季天气。
德克萨斯州发生的事情是最近几周与极地涡旋相关的古怪冬季天气中最极端的事件。 自一月份以来，在平流层发生突然变暖事件后，涡旋一直不稳定。 它在美国东北部大部分地区引发了极端气温和强降雪。
虽然这似乎有悖常理，但一些科学家认为，这些突如其来的冬季风暴可能与气候变化有关。
科恩和许多其他气候科学家认为，北极地区气温升高（目前是地球上变暖速度最快的地区之一）可能会增加这些极地爆发的可能性。 该理论认为，当北极地区气温飙升或出现北极热浪时，可能会引发大气变暖事件，从而破坏极地涡旋的稳定性。
随着气候持续变暖，北极热浪变得越来越频繁和严重。 如果该理论正确，则表明极地涡旋的摆动在未来可能会更频繁地发生。
关于这一观点仍然存在一些科学辩论。
虽然科恩的研究表明北极地区变暖事件与严重冬季天气之间存在统计联系，但气候模型很难模拟这种影响。 一些专家认为，北极气候的影响可能相对较弱，或者可能存在第三个因素同时驱动北极地区变暖事件和极端冬季风暴。
发表在自然气候变化杂志上的一项 2019 年研究 考察了北极海冰减少（科学家认为这与北极地区变暖密切相关）与中纬度地区寒冷冬季之间的联系。 结论是，北半球大规模环流模式的暂时性转变可以同时驱动海冰减少和冬季天气加剧。
该研究的两位作者，埃克塞特大学的罗素·布莱克波特和詹姆斯·斯克林在 11 月发表在自然气候变化杂志上的一封 给编辑的信 中重申了他们的立场。
他们认为，近年来急流的波动性或极端冬季天气的频率实际上并没有增加，而且北极气候对中纬度天气的影响可能很弱。
“改变我们的计划”
尽管如此，科恩的研究似乎表明，北极地区变暖事件与美国冬季天气之间存在某种联系。
如果他是对的，这并不一定意味着德克萨斯州每年都需要为冬季风暴做好准备。 德克萨斯州发生的事情可能仍然是一个相对罕见的事件——北极爆发很少以如此极端的方式到达如此南端。
同样真实的是，总的来说，冬季天气正在变得温和。
但本周的事件令人震惊地提醒人们，在一个变暖的世界中，要为意外做好准备。 气候变化与各种突如其来的极端事件有关——热浪、飓风和野火等等。 冬季天气灾害可能只是其中的一部分。
德克萨斯州的停电事件发生在加利福尼亚州电力服务中断六个月后。 金州监管机构将这些停电归因于气候变化驱动的极端气温以及缺乏可用的发电资源来满足电力需求。
前德克萨斯州公用事业监管机构、现任能源顾问艾莉森·西尔弗斯坦表示，在德克萨斯州的案例中，ERCOT 在将气候变化纳入其规划工作中做得不够。 她认为，提高能源效率或改善与其他区域电网的输电连接将提高德克萨斯州的弹性。
“除了[前副总统]阿尔·戈尔之外，没有人一直在思考事情会变得多么糟糕，以及我们如何需要改变我们的计划和规则，”西尔弗斯坦说。
然而，昨天的许多辩论都沿着熟悉的党派路线展开。 蒙大拿州共和党参议员史蒂夫·戴恩斯转发了一张 2014 年瑞典一架直升机向结冰的风力涡轮机叶片喷洒除冰剂的照片。
“德克萨斯州已完全冰冻，人们没有电力来保持安全和温暖，”他写道。 “这是需要天然气和煤炭等可靠能源的完美例证。”
ERCOT 官员表示，停电是全面性的。
“我们看到各种发电类型的损失，实际上，这些损失几乎与我们看到风暴席卷而来并对许多不同类型的发电产生影响的时间相同，”ERCOT 首席执行官比尔·马格尼斯在与记者的电话会议上说。
近年来，德克萨斯州的电网经历了快速转型。 ERCOT 的数据显示，煤炭在 2010 年占发电量的 40%，但去年降至 18%。 这种下降反映了一系列大型电厂退役以及仍在运行的燃煤设施运行减少的事实。
与此同时，风力发电量激增，在 2020 年占 ERCOT 发电量的 23%。
但专家们对于该州退役的燃煤产能是否可以拯救电网存在分歧。 一些人，如西尔弗斯坦，指出美国东北部结冰的煤堆是 2014 年冰封该地区的极地涡旋导致停电的主要原因。
另一些人表示，这对正在大规模关闭燃煤发电厂的州来说可能是一个警告。 联邦能源管理委员会共和党成员托尼·克拉克表示，德克萨斯州可能会从维持近年来关闭的燃煤电厂中受益。
然而，克拉克表示，双方都认为，关注单一燃料忽略了当前困扰该州的更广泛的问题。 所有形式的发电都有优点和缺点。 多元化的能源系统能够更好地应对极端天气事件。 克拉克认为，德克萨斯州的电力市场没有提供应对最坏情况的保障措施，他说。
克拉克说：“你必须建立某种监管系统，以确保发电机的财务可行性与系统的可靠性相匹配。”
曾与克拉克在 FERC 共事的民主党人谢丽尔·拉弗勒表示，关于可再生能源和化石燃料在德克萨斯州停电事件中的作用的争论掩盖了更大的问题。 需要进行彻底的研究，以确定最终导致中断的原因。
然而，尽管在加强电力基础设施以应对气候驱动的天气事件方面取得了一些进展，但该事件仍然凸显了电力系统的脆弱性。
“气候应对措施分为两个部分。 一是通过减少我们排放的温室气体量来缓解气候变化的影响。 二是做好准备，”拉弗勒说。 “我们仍然容易受到这种极端天气的影响这一事实表明，还有更多工作要做。”
转载自 E&E 新闻 ，经 POLITICO, LLC 许可。 版权所有 2021 年。 E&E 新闻为能源和环境专业人士提供重要新闻。