每個(gè)曾經(jīng)被電線(xiàn)墜落的樹(shù)枝或者與電話(huà)線(xiàn)相撞的醉酒駕駛員感到不便的人都知道我們所依賴(lài)的配電系統能夠多么容易地暫時(shí)崩潰。即使像松鼠爬進(jìn)公用事業(yè)公司變壓器那樣平凡的事情也可能使整個(gè)街區變黑數小時(shí)。

但那些只是滋擾。

美國伊利諾伊州西北大學(xué)的物理學(xué)家阿迪爾森莫特說(shuō)，一年有幾次，世界各地的電力故障都不僅僅是不方便。

在北美，有記錄以來(lái)最大的是2003年8月，當時(shí)加拿大和美國東北部的5500萬(wàn)人失去了兩天的電力，估計經(jīng)濟影響在1000億美元到1000億美元之間。

這絕不是世界紀錄。1999年，巴西有9700萬(wàn)人失去了權力 - 據報道，其中有6萬(wàn)人被困在里約熱內盧地鐵上。而在2012年，印度北部經(jīng)歷了高達6.2億人的熄燈。

在2003年北美停電之后，當時(shí)的總統喬治·W·布什發(fā)誓要修復美國的電網(wǎng)，以便這樣的事件永遠不會(huì )再發(fā)生。

在最近向美國物理學(xué)會(huì )年會(huì )發(fā)表的一次演講中，Motter及其同事提出了調查結果，以解釋為什么總統的善意注定要失敗。

研究人員解釋說(shuō)，找不到實(shí)用的解決方案，因為電網(wǎng)是復雜的系統。例如，在美國，有超過(guò)100,000條互連傳輸線(xiàn)，擁有數百萬(wàn)個(gè)獨立組件。

“這是生活中的一個(gè)事實(shí)，無(wú)論你如何設計這些組件，有些都會(huì )失敗，”莫特說(shuō)。

他補充說(shuō)，需要解決的問(wèn)題不是單個(gè)組件，而是“級聯(lián)故障”，其中一個(gè)位置的故障會(huì )導致另一個(gè)位置的設備耗盡，影響迅速蔓延，直到整個(gè)系統的很大一部分。系統崩潰了。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，他的團隊創(chuàng )建了整個(gè)北美網(wǎng)絡(luò )的模型，他們可以使用這個(gè)模型來(lái)模擬成千上萬(wàn)的本地故障，以確定哪些條件可能觸發(fā)這種級聯(lián)。

事實(shí)證明，大多數系統并不是特別脆弱。

但在某些地區，局部故障可能引發(fā)更大的級聯(lián)，特別是如果幾個(gè)故障發(fā)生在附近，如果該地區受到極端天氣(如颶風(fēng)，龍卷風(fēng)或大暴雨)的襲擊可能會(huì )發(fā)生。

該模型的價(jià)值在于它可用于顯示哪條100,000多條電力線(xiàn)最容易出現級聯(lián)故障。這將允許資源用于升級它們，因此即使在這種壓力下，它們也不會(huì )失敗。

但這只是一個(gè)開(kāi)始，因為升級本身改變了系統，改變了它的弱點(diǎn)。“其他線(xiàn)路變得脆弱，”莫特說(shuō)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，有必要重新運行模型來(lái)考慮每一代新修補程序，對流程進(jìn)行微調，直到所有漏洞都被淘汰出局。

“我們稱(chēng)之為'以失敗為基礎的資源分配'，”莫特說(shuō)。

他補充說(shuō)，所有這一切的挑戰都是通過(guò)向可再生能源的轉變而增加的，可再生能源在風(fēng)和天氣變幻莫測的情況下導致發(fā)電更加間歇性。

“你現在有一層新的干擾，不容易預測，”他指出。

也就是說(shuō)，他明確表示這對升級電網(wǎng)是一個(gè)挑戰，而不是綠色電力的失敗。

“對于每一個(gè)問(wèn)題，都有一個(gè)解決方案，”他說(shuō)。

例如，傳統的發(fā)電方法是調整能源產(chǎn)量以滿(mǎn)足需求。但是當你的生產(chǎn)波動(dòng)時(shí)，就有可能扭轉范式并努力調整消費 - 這可以通過(guò)創(chuàng )造經(jīng)濟激勵措施(如實(shí)時(shí)電價(jià))來(lái)實(shí)現。

在同一次會(huì )議的另一場(chǎng)演講中，美國科羅拉多州落基山研究所的聯(lián)合創(chuàng )始人Amory Lovins建議，另一種緩解電網(wǎng)壓力的方法可能是通過(guò)“設計激進(jìn)的能源效率”來(lái)降低電力需求。

并不是說(shuō)他直接解決了Motter的問(wèn)題。相反，他正在研究通過(guò)減少總體能源使用來(lái)減少碳排放的方法，他說(shuō)，用已知的實(shí)用方法估計可以避免85%的碳排放。

例如，管道和空氣管道效率更高 - 能量消耗大大減少 - 如果它們“胖，短，直”，而不是“瘦，長(cháng)，彎曲”。

他說(shuō)，Pipefitters傾向于選擇后者，但他們不會(huì )支付抽水設備或電費。如果所有管道和管道的摩擦力減少80%至90%，它們可以節省一半的世界燃煤電力。“

他解釋說(shuō)，這只是眾多簡(jiǎn)單方法中的一種，我們可以通過(guò)改進(jìn)規劃來(lái)節省比實(shí)現更多的能源。

“這是一種設計方法，而不是[新]技術(shù)，”他說(shuō)。

“在經(jīng)濟的各個(gè)領(lǐng)域，大多數能源使用，基本的物理原則提供了驚人的機會(huì )，使世界更豐富，更公平，更涼爽，更清潔，更健康，更安全。”

他認為，這種方法不僅可以大大縮小碳排放，還可以大幅縮小一個(gè)國家的整體“能源需求” - 暗示，這也將減少莫特所解決的電網(wǎng)壓力。