Polära virvlar. Orkaner. Skogsbränder.

Med klimatförändringarna som gör extrema väderhändelser mer frekventa och intensiva, det blir svårare att hålla lamporna tända och HVAC-systemen igång.

Som forskare om kraftsystem, Jag tror att verktyg måste bli bättre på att motstå katastrofer och de störningar de orsakar. Att investera tyngre är nyckeln, speciellt vid uppgraderingar av infrastruktur, förnybar energi och mikronät – små och självförsörjande kraftkällor som hjälper konsumenterna att antingen hålla sig utanför nätet eller helt enkelt hålla sig uppkopplade under avbrott.

Många typer av skador

Olika typer av väder kan hindra tillgången till el.

I extrema köldknäppar, som den som frös en stor del av USA i början av 2019, avgörande utrustning som strömbrytare, växlar, rutnätssensorer och annan elektromekanisk stödutrustning kan fungera långsammare eller snabbare än normalt, ibland leder till att anläggningar stänger av sig själva – vilket kan orsaka strömavbrott.

Runt 300, 000 kunder tappade ström i Michigan och New Jersey på grund av vinterstormar 2018.

Under 2019, 1, 500 kunder förlorade tillfälligt strömmen när kraftledningar gick av i Kenosha County, Wisconsin, och tusentals fler fick rysa genom den kallaste natten på decennier i Minnesotas Twin Cities-region och delar av Illinois.

Under orkaner, höghastighetsvindar kan slå ner kraftledningar för transmission och överliggande distribution, som hände 2018 med orkanen Michael i Florida och orkanen Maria i Puerto Rico 2017.

Tyvärr, det finns inga enkla fixar.

Medan nedgrävning av kraftledningar skyddar dem från vindbyar, det gör dem sedan sårbara för översvämningar och jordbävningar. I områden som regelbundet upplever höga temperaturer, elanvändningen kan öka på grund av stort behov av luftkonditionering under värmeböljor. Och när efterfrågan överstiger utbudet, det kan orsaka avbrott.

Inom de första nio månaderna av 2018, 11 katastrofala väderhändelser drabbade USA orsakade mer än 1 miljard USD i skador. Den totala kostnaden för totalt 238 amerikanska väder- och klimatkatastrofer sedan 1980 som översteg 1 miljard dollar i inflationsjusterade dollar uppgår till 1,5 biljoner dollar.

Att få motståndskraft

För kraftbolag, tillförlitlighet handlar om att hålla lamporna tända och ge ström på ett konsekvent sätt för att stödja det dagliga livet. Kraftbolag, statliga myndigheter och forskare måste också stärka motståndskraften genom att förbereda sig för, absorberande, anpassa sig till och snabbt återhämta sig från extremt väder och andra nödsituationer.

För detta ändamål, energidepartementet spenderar upp till 50 miljoner dollar under tre år för att stödja modernisering och motståndskraft av nätet. Detta inkluderar utveckling och förbättring av mikronät med hög penetration av rena distribuerade energiresurser och framväxande nätteknologier. Exempel inkluderar smarta mätare som kan sända avbrottsvarningar i realtid och smarta växlar, enheter som kan upptäcka problem i nätet och återställa strömmen automatiskt.

Verktyg kan nu förutsäga avbrott och deras effekter på elnäten innan en storm ens slår till. De kan använda artificiell intelligens, väderprognoser och historiska skadedata för att uppskatta storleken och platsen för eventuella avbrott.

Detta hjälper företag att tilldela reparationspersonal och utrustning under nödsituationer. Det hjälper också verktyg att förpositionera generatorer där de mest sannolikt behövs.

Svarar bättre

Efter att orkaner och andra extremväderanfall är över, besättningar skickas för att reparera skador och återställa strömmen så snabbt som möjligt. De flesta verktyg förlitar sig fortfarande på operatörernas erfarenhet av att schemalägga besättningsarbeten. Men vissa använder nu avancerade avbrottshanteringssystem för att automatisera och påskynda denna process.

Verktyg har historiskt sett förlitat sig på att kunder kontaktar dem för att rapportera skador och avbrott. Utan modern teknik, det kan finnas fördröjningar innan ett kraftbolag upptäcker problem som det måste åtgärda när ingen klagar – vilket är oundvikligt under evakueringar.

Spridningen av digitala smarta mätare – elektriska enheter som registrerar förbrukningen av elektrisk energi och kan kommunicera digitalt med tjänsteleverantörer – kan hjälpa företag att identifiera avbrott i realtid. Till skillnad från konventionella mätare som bara registrerar månatlig energiförbrukning, smarta mätare rapporterar strömförbrukning och spänning var 15:e minut.

Till exempel, när orkanen Harvey blöt ner Texas 2017, det tog några elbolagsveckor att återställa elektriciteten till varje kund. Dock, Nueces Electric Cooperative, ett ideellt kundägt elverk, lyckades återställa strömmen för 95 procent av sina kunder inom 24 timmar trots att nästan hälften av dem hade upplevt avbrott.

Kooperativet lyckades reagera snabbt och bra eftersom det hade en omfattande beredskapsplan och hade listat ut hur man effektivt skulle kunna mobilisera besättningar. Det lilla bolaget fick tillgång till data från sina kunders smarta mätare för att uppskatta omfattningen och platserna för avbrott. Genom att exakt peka ut dem, operatörer kunde effektivt skicka ut besättningar och snabbt återställa tjänsten.

Artificiell intelligens kan också hjälpa till genom att skanna sociala medier för att identifiera avbrott. Och kraftbolag använder i allt större utsträckning drönare för att inspektera nätet och identifiera skador som måste repareras efter stormar.

Går sol

Ett steg som någon tar för att undvika att tappa ström efter stora stormar är att installera solpaneler på sina hustak och ansluta dem till stora batterilagringssystem. Dessa backupsystem blir allt populärare eftersom de ofta fungerar bättre än att förlita sig på de dieseldrivna generatorerna som är vanligare som backupsystem i USA.

Till exempel, i efterdyningarna av Superstorm Sandy 2012, ett anmärkningsvärt område på nedre Manhattan blev inte mörkt:New York University campus. Dessa byggnader kördes på ett mikronät som drevs av två gasturbiner och en ångturbin.

Likaså, microgrids hjälpte till att hålla lamporna tända i Houstons hem och företag, frysarna kalla i stormarknader och kraften som surrar på Texas Medical Center efter orkanen Harvey, medan de flesta närliggande områden saknade elektricitet.

De flesta mikronät drivs med solenergi eller naturgas, uppbackad av batterier. Förutom att generera kraft lokalt, de är praktiska eftersom de kan kopplas bort från huvudnätet under avbrott, genom det som kraftindustrin och forskare kallar "öar".

Vad mer, dessa produktionsresurser kan kopplas samman så att de kan byta kraft för att möta det övergripande elbehovet. Detta innebär att överskottskraft i ett mikronät kan stödja andra mikronät som inte räcker till.

Från min synvinkel, distribuera mikronät överallt, bland annat på sjukhus, polisstationer, statliga byggnader, skolor och hem kommer att få allt att fungera smidigare och säkrare under avbrott. I kombination med spridningen av andra tekniker, som smarta mätare, och förnybar energi, de gör nätet mer motståndskraftigt.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.