每個曾經(jīng)被電線墜落的樹枝或者與電話線相撞的醉酒駕駛員感到不便的人都知道我們所依賴的配電系統(tǒng)能夠多么容易地暫時崩潰。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街區(qū)變黑數(shù)小時。

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，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，有記錄以來最大的是2003年8月，當(dāng)時加拿大和美國東北部的5500萬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(jì)錄。1999年，巴西有9700萬人失去了權(quán)力 - 據(jù)報道，其中有6萬人被困在里約熱內(nèi)盧地鐵上。而在2012年，印度北部經(jīng)歷了高達(dá)6.2億人的熄燈。

在2003年北美停電之后，當(dāng)時的總統(tǒng)喬治·W·布什發(fā)誓要修復(fù)美國的電網(wǎng)，以便這樣的事件永遠(yuǎn)不會再發(fā)生。

在最近向美國物理學(xué)會年會發(fā)表的一次演講中，Motter及其同事提出了調(diào)查結(jié)果，以解釋為什么總統(tǒng)的善意注定要失敗。

研究人員解釋說，找不到實用的解決方案，因為電網(wǎng)是復(fù)雜的系統(tǒng)。例如，在美國，有超過100,000條互連傳輸線，擁有數(shù)百萬個獨立組件。

“這是生活中的一個事實，無論你如何設(shè)計這些組件，有些都會失敗，”莫特說。

他補充說，需要解決的問題不是單個組件，而是“級聯(lián)故障”，其中一個位置的故障會導(dǎo)致另一個位置的設(shè)備耗盡，影響迅速蔓延，直到整個系統(tǒng)的很大一部分。系統(tǒng)崩潰了。

為了解決這個問題，他的團隊創(chuàng)建了整個北美網(wǎng)絡(luò)的模型，他們可以使用這個模型來模擬成千上萬的本地故障，以確定哪些條件可能觸發(fā)這種級聯(lián)。

事實證明，大多數(shù)系統(tǒng)并不是特別脆弱。

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

該模型的價值在于它可用于顯示哪條100,000多條電力線最容易出現(xiàn)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，它們也不會失敗。

但這只是一個開始，因為升級本身改變了系統(tǒng)，改變了它的弱點。“其他線路變得脆弱，”莫特說。

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

“我們稱之為'以失敗為基礎(chǔ)的資源分配'，”莫特說。

他補充說，所有這一切的挑戰(zhàn)都是通過向可再生能源的轉(zhuǎn)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(dǎo)致發(fā)電更加間歇性。

“你現(xiàn)在有一層新的干擾，不容易預(yù)測，”他指出。

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

“對于每一個問題，都有一個解決方案，”他說。

例如，傳統(tǒng)的發(fā)電方法是調(diào)整能源產(chǎn)量以滿足需求。但是當(dāng)你的生產(chǎn)波動時，就有可能扭轉(zhuǎn)范式并努力調(diào)整消費 - 這可以通過創(chuàng)造經(jīng)濟激勵措施(如實時電價)來實現(xiàn)。

在同一次會議的另一場演講中，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“設(shè)計激進(jìn)的能源效率”來降低電力需求。

并不是說他直接解決了Motter的問題。相反，他正在研究通過減少總體能源使用來減少碳排放的方法，他說，用已知的實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，彎曲”。

他說，Pipefitters傾向于選擇后者，但他們不會支付抽水設(shè)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(jié)省一半的世界燃煤電力。“

他解釋說，這只是眾多簡單方法中的一種，我們可以通過改進(jìn)規(guī)劃來節(jié)省比實現(xiàn)更多的能源。

“這是一種設(shè)計方法，而不是[新]技術(shù)，”他說。

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

他認(rèn)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。