بعد عامين من تجميدها التاريخي العميق ، أصبحت ولاية تكساس معرضة بشكل متزايد للقطات الباردة – وهناك حلول أكثر من مجرد بناء محطات توليد الطاقة

يحب تكساس التفكير في دولتهم باعتبارها عاصمة الطاقة في العالم. لكن في منتصف فبراير 2021 ، كانت حالة الطاقة تعاني من نقص في الطاقة.

اجتاح تفشي طقس شتوي شديد ، أطلق عليه اسم Winter Storm Uri بشكل غير رسمي من قبل Weather Channel ، جميع أنحاء الولايات المتحدة ، مما تسبب في تساقط الثلوج والصقيع والأمطار المتجمدة ودرجات الحرارة المتجمدة. تضررت ولاية تكساس بشكل خاص ، حيث تعرضت جميع المقاطعات البالغ عددها 254 لتحذير من عاصفة شتوية في نفس الوقت.

في جميع أنحاء الولاية ، أدت درجات الحرارة المستمرة في القطب الشمالي إلى تجميد محطات الطاقة وإمدادات الوقود ، بينما ارتفع الطلب على الطاقة لتدفئة المنازل إلى أعلى مستوياته على الإطلاق. تركت حالات الفشل المتتالية في قطاعي الطاقة الكهربائية والغاز الطبيعي ملايين الأشخاص في الظلام لأيام. توفي ما لا يقل عن 246 شخصًا ، وربما أكثر من ذلك بكثير ، وبلغت الأضرار الاقتصادية المقدرة للأضرار 130 مليار دولار أمريكي.

كما لحقت أضرار جسيمة بشبكات المياه التي تتطلب طاقة للضخ والمعالجة. ظل ما لا يقل عن 10 ملايين شخص تحت إشعارات الماء المغلي أثناء العاصفة وبعدها ، وأحيانًا لمدة أسابيع. عانى السكان ذوو الدخل المنخفض والأقليات ، الذين لديهم موارد أقل لإيجاد مساكن بديلة وإصلاحات ، أسوأ الآثار.

بصفتنا باحثين في مجال الطاقة مقرهم في تكساس ، فقد أمضينا الكثير من العامين الماضيين في تحليل سبب عدم استعداد الولاية لهذا الحدث وكيف يمكن أن يكون أفضل. من ردود الفعل السريعة الشائعة للكوارث التي تتسبب في انقطاع التيار الكهربائي على نطاق واسع هو الدعوة إلى بناء المزيد من محطات الطاقة “الثابتة” – تلك التي تستخدم أنواعًا من الوقود مثل الفحم أو الغاز الطبيعي ، وهي مصممة لتوصيل الطاقة في أي وقت من النهار أو الليل. لكن محطات الفحم والغاز وإمدادات الوقود الخاصة بها يمكن أن تفشل بشكل مذهل.

نعتقد أنه من المهم التفكير فيما هو أبعد من مجرد بناء المزيد من محطات الطاقة. تسلط النتائج التي توصلنا إليها الضوء على الحلول الأخرى التي يمكن أن تكون أنظف وأرخص وأسرع في التنفيذ.

التخطيط لفصل الشتاء

كشفت التحليلات التي أجريت بعد Uri أن الافتقار إلى الشتاء في قطاعي الكهرباء والغاز كان سببًا حاسمًا للفشل على مستوى النظام. سن المجلس التشريعي في ولاية تكساس متطلبات جديدة لفصل الشتاء لمولدات الكهرباء. لكنها لم تفعل الشيء نفسه بالنسبة لمنتجي الغاز الطبيعي ، الذين يوفرون الوقود لحوالي 40 ٪ من محطات توليد الكهرباء في تكساس ولم يتمكنوا من التوصيل أثناء العاصفة.

منذ ذلك الحين ، شهدت تكساس انخفاضًا كبيرًا في إنتاج الغاز الطبيعي خلال فترات البرد الشتوي في يناير وفبراير 2022. وكما حدث خلال Uri ، توقف الإنتاج في العديد من آبار الغاز بسبب تجمد المياه والسوائل الأخرى التي تظهر على السطح مع الغاز الطبيعي عند حدوثها. ضرب فوهة البئر المجمدة ، مما أدى إلى إنشاء سد جليدي وإيقاف تدفق الغاز إلى خطوط الأنابيب.

في كانون الأول (ديسمبر) 2022 ، تسببت عاصفة الشتاء إليوت في حدوث مزيد من الانخفاضات في إنتاج الغاز ، فضلاً عن انقطاع التيار الكهربائي عبر جنوب شرق الولايات المتحدة. تُظهر هذه الأحداث أن مخاطر الموثوقية الشتوية ليست خاصة بتكساس.

تحديات الطقس البارد

يُظهر بحثنا أن ذروة الطلب على الكهرباء في فصل الشتاء في تكساس – مدفوعة بالتدفئة الكهربائية للأماكن – أصبحت أكثر حساسية لدرجات الحرارة الباردة على مدار العشرين عامًا الماضية. كما تنمو قمم الشتاء بشكل أسرع وهي أكثر تقلبًا من قمم الصيف. نحن نعلم أن كل صيف سيكون حارًا ، لكننا لا نعرف على وجه اليقين أن الشتاء سيكون باردًا ، مما يجعل التخطيط أكثر صعوبة.

تكساس في طليعة التحول الوطني لتدفئة المنازل بالكهرباء بدلاً من النفط أو الغاز. حوالي 60٪ من المنازل في تكساس تستخدم إما مضخات حرارية أو تدفئة كهربائية.

تعمل المضخات الحرارية على تحويل الطلب على الطاقة في فصل الشتاء في المنزل من مصادر انبعاث الكربون مثل الغاز الطبيعي إلى الكهرباء. يمكنهم أيضًا تبريد المباني بشكل أكثر كفاءة من وحدات تكييف الهواء القديمة. ومع ذلك ، يمكن لمضخات الحرارة غير المصنفة لدرجات حرارة منخفضة أن تستخدم طاقة للتدفئة في الشتاء أكثر مما تستخدم لتبرد في الصيف. يمكن أن تساعد معايير الحد الأدنى من الكفاءة في التخفيف من هذا التحدي.

يشير التحول إلى الكهرباء للتدفئة إلى أنه خلال العقود القليلة القادمة ، من المرجح أن يبلغ الطلب على الكهرباء في تكساس ذروته بانتظام في الشتاء بدلاً من الصيف. وفي الوقت نفسه ، فإن مواسم الكتف ذات الطلب المنخفض في الربيع والخريف – الأوقات التي يكون فيها الوقود الأحفوري ومحطات الطاقة النووية عادة ما تكون غير متصلة بالصيانة – أصبحت أقصر ، حيث تبدأ موجات الحرارة في وقت مبكر وتندفع العواصف الشتوية لاحقًا إلى الربيع.

ماذا نفعل الان؟

تجعل هذه الاتجاهات من الصعب على مخططي الشبكات والمشغلين ضمان توفر سعة طاقة كافية دائمًا ، خاصة في فصل الشتاء. بالإضافة إلى التأكد من أن تكساس لديها قدرة توليد كافية عبر الإنترنت ، إليك ثلاثة مجالات نعتقد أن على الولاية بذل المزيد من الجهد فيها:

– تعزيز كفاءة الطاقة.

حاليًا ، يصنف المجلس الأمريكي غير الربحي للاقتصاد الموفر للطاقة تكساس في المرتبة 29 بين الولايات بسبب سياساتها وبرامجها لتوفير الطاقة وتعزيز كفاءة الطاقة. إن تبني سياسات مثل قوانين البناء الأكثر صرامة والحد الأدنى من معايير كفاءة الأجهزة من شأنه أن يقلل من فواتير الطاقة للمستهلكين. كما أنه سيقلل من ذروة الطلب خلال الأحداث المتطرفة. وإذا استمر انقطاع التيار الكهربائي ، فستظل المنازل المعزولة جيدًا دافئة أو باردة لفترة أطول ، مما يقلل المخاطر على شاغليها.

– زيادة الاستثمار في الاستجابة للطلب.

تقدم برامج الاستجابة للطلب حوافز لعملاء الكهرباء لإيقاف تشغيل الأجهزة غير الحرجة ، مثل مضخات المسابح أو سخانات المياه ، لفترات قصيرة لتقليل الحمل الإجمالي على الشبكة خلال فترات ارتفاع الطلب. لتحقيق التوازن في الوقت الفعلي بين العرض والطلب على الشبكة ، فإن إيقاف تشغيل 500 ميغاوات من الطلب غير الحرج يعادل وظيفيًا تشغيل محطة طاقة بقدرة 500 ميغاواط. بينما أحرزت تكساس بعض التقدم في هذا المجال ، إلا أنها أقل من المتوسط ​​مقارنة بأقرانها.

يُظهر بحثنا أن تكساس يمكنها تحرير 7 جيجاوات أو أكثر من قدرة توليد الكهرباء من خلال الاستجابة للطلب ، والتي ستضاعف ما هو متاح اليوم.

يمكن أن تكون زيادة الاستجابة للطلب أرخص من بناء محطات طاقة جديدة. في حين أن مزرعة الرياح أو الطاقة الشمسية الجديدة قد تكلف 1000 دولار أو أكثر لكل كيلوواط من قدرة التوليد ، فإن برامج الاستجابة للطلب تكلف حوالي 200 دولار لكل كيلو واط من الطلب يمكن إيقافه.

إنها أيضًا أسرع. يمكن للفنيين تركيب الآلاف من منظمات الحرارة أو مفاتيح الأجهزة التي يمكن التحكم فيها عن بُعد في شهور ، مقارنة بسنوات المهلة اللازمة للموقع ، والترخيص ، وبناء محطات طاقة جديدة.

– ربط شبكة كهرباء تكساس المعزولة بالربط الغربي والشرقي.

يتم توليد وبيع معظم الكهرباء في الولايات المتحدة عبر شبكتين كبيرتين تغطيان جميع الولايات الـ 48 الأدنى تقريبًا. احتفظت تكساس بشبكتها الخاصة داخل خطوط الولاية كوسيلة لتقليل التنظيم الفيدرالي لقطاع الطاقة لديها. في حين أن هناك بعض الروابط الحالية الضعيفة للغاية مع تلك الشبكات ، لا تستطيع مرافق تكساس استيراد كميات كبيرة من الطاقة عندما تكون الإمدادات شحيحة ، أو تصديرها عندما يكون لديها فائض وتحتاج الدول المجاورة إلى الدعم.

من شأن اتصال الشبكة الموسع أن يجعل إمدادات الكهرباء في تكساس أكثر موثوقية وتمكين المولدات من تصدير طاقة منخفضة الكربون من مزارع الرياح والطاقة الشمسية الوفيرة في الولاية. أدى النمو السريع في توليد طاقة الرياح والطاقة الشمسية في ولاية تكساس إلى توفير مليارات الدولارات للمستهلكين في الولاية ، مع جني الكثير من الأموال لأصحاب الأراضي الريفية والحكومات المحلية.

محطات الطاقة المتجددة هذه المفيدة اقتصاديًا ستشبع في النهاية سوق تكساس المحدود. إن فتح الوصول إلى المستهلكين في ولايات أخرى من خلال ربط تكساس بشبكات أخرى من شأنه أن يستمر في تحفيز النمو الاقتصادي وخلق فرص العمل في المناطق الريفية وسيمنح شبكة الولاية شريان حياة خلال الأحداث الشديدة. يُظهر بحثنا المستمر أن هذا سيكون طريقة أرخص وأنظف لضمان الموثوقية من مجرد إضافة المزيد من محطات توليد الطاقة بالغاز الطبيعي.

غالبًا ما يروج مسؤولو تكساس لاستراتيجية الطاقة التي تتبعها الولاية “كل ما سبق” ، لكن هذه الرؤية تركز بشدة على الإنتاج. من وجهة نظرنا ، فإن النهج الذي يستخدم كل أداة في صندوق الأدوات – بما في ذلك الكفاءة واستجابة الطلب وزيادة اتصال الشبكة – من شأنه أن يخدم الدولة بشكل أفضل.