La rete elettrica sta diventando sempre più vulnerabile a guasti catastrofici

I futuri sistemi elettrici devono essere resi più resilienti

I blackout prolungati in Louisiana a seguito dell'uragano Ida ricordano che la rete elettrica deve diventare più resiliente e affidabile se ancora più servizi come i veicoli elettrici dipenderanno da questo in futuro.

Il sistema elettrico è già direttamente responsabile della fornitura di un'ampia gamma di servizi energetici nelle case, negli uffici e nelle fabbriche, inclusi riscaldamento degli ambienti, condizionamento dell'aria, cucina, refrigerazione ed elettricità. La rete è anche al centro di una serie di altri sistemi critici, tra cui fornitura di petrolio e gas, acqua e fognature, trasporti, comunicazioni, sicurezza pubblica e assistenza sanitaria, che non possono funzionare correttamente senza di essa.

In futuro, è probabile che la rete sia responsabile della fornitura di un numero ancora maggiore di servizi energetici poiché i responsabili delle politiche spingono a elettrificare molti servizi rimanenti come parte della strategia per raggiungere le emissioni nette zero.

Ma nella fretta di elettrificare l'intero sistema energetico, i responsabili politici possono inavvertitamente aumentare la vulnerabilità dell'economia e della società in caso di un'interruzione di corrente di lunga durata su un'ampia area.

Piuttosto che diversi sistemi strettamente collegati ma separati per elettricità, gas, petrolio e trasporti, in futuro ci sarà sempre più un solo sistema molto strettamente integrato, aumentando la sua vulnerabilità a guasti catastrofici.

Il rischio creato dal collegamento di sistemi precedentemente separati in un sistema centrale soggetto a un unico punto di guasto è stato compreso da decenni (" Potere fragile: strategia energetica per la sicurezza nazionale ", Lovins, 1982). In particolare, più i sistemi diventano strettamente accoppiati, maggiore è il rischio che un problema imprevisto in una parte possa ricadere nell'insieme (“ Incidenti normali: convivere con tecnologie ad alto rischio ”, Perrow, 1999). 

Attualmente i blackout rendono indisponibili alcuni servizi (illuminazione, elettricità), ma le famiglie e le imprese possono usufruire di altri (riscaldamento a gas, veicoli a benzina). In futuro, i blackout potrebbero interrompere sostanzialmente tutti i servizi energetici.

RESILIENZA DELLA RETE

I responsabili politici dovranno prestare maggiore attenzione all'affidabilità del sistema elettrico, riducendo al minimo il rischio di blackout, di solito garantendo la disponibilità di una generazione adeguata e il sistema in grado di assorbire gli shock. Ma anche in un sistema ben gestito, alcuni blackout sono inevitabili, quindi i responsabili politici dovranno anche prestare maggiore attenzione alla resilienza , garantendo in caso di guasto, il ripristino rapido del sistema e la riduzione al minimo delle conseguenze negative.

" Migliorare la resilienza del sistema elettrico nazionale " è stato al centro di un importante studio di ricerca pubblicato dalle National Academies of Sciences, Engineering and Medicine degli Stati Uniti nel 2017.

I ricercatori hanno identificato una serie di minacce, tra cui attacchi informatici, siccità, terremoti, inondazioni, uragani, tempeste di ghiaccio, errori operativi, attacchi fisici, tornado, condizioni meteorologiche spaziali, tsunami, eruzioni vulcaniche e incendi. La maggior parte delle interruzioni dell'elettricità sono solitamente localizzate, durano solo poche ore e i risultati sono in genere scomodi piuttosto che critici.

Gli utenti di energia elettrica con esigenze critiche, come ospedali, stazioni di polizia e centrali nucleari, si preparano a interruzioni temporanee installando batterie o generatori a gasolio.

Anche così, l'1% dei generatori diesel nelle centrali nucleari non si avvia su richiesta e il 15% si guasta dopo 24 ore di funzionamento continuo. I generatori ospedalieri non si avviano il 10% delle volte. I generatori domestici sono ancora meno affidabili.

Ma le interruzioni del servizio elettrico su vasta area e di lunga durata si verificano molto più frequentemente di quanto la maggior parte degli utenti presuma, con conseguenze molto più gravi. 

BLACKOUT ENORMI

Negli ultimi 40 anni, il Nord America ha visto una serie di grandi blackout che hanno interrotto il servizio per almeno 10.000 megawatt di carico dei clienti, l'equivalente dell'intera domanda di picco di New York City.

Le principali interruzioni hanno incluso il blackout del nord-est nell'agosto 2003 (70.000 MW di carico perso dei clienti), il blackout della costa occidentale nell'agosto 1996 (33.000 MW), la tempesta geomagnetica del Quebec nel marzo 1989 (20.000 MW), la tempesta di ghiaccio negli Stati Uniti / Canada nel gennaio 1998 (19.000 MW) e Superstorm Sandy nell'ottobre 2012 (20.000 MW). A seguito di blackout su larga scala, molti clienti hanno ripristinato l'alimentazione in poche ore o in un giorno o due, ma alcuni clienti sono rimasti senza energia per un mese o più.

Nella tempesta di ghiaccio del gennaio 1998, tre delle quattro principali linee di trasmissione nell'area di Montreal sono andate fuori linea e gran parte della città ha perso l'approvvigionamento idrico dopo che l'impianto di filtrazione e le stazioni di pompaggio hanno perso energia.

I funzionari hanno preso in considerazione l'evacuazione della città o il trasferimento dei residenti in strutture come lo Stadio Olimpico. Le interruzioni si sono propagate per settimane alle catene di approvvigionamento alimentare, ai trasporti, alle comunicazioni e ad altre attività economiche.

Nella zona della costa meridionale, che divenne nota come il "triangolo delle tenebre", l'elettricità rimase fuori per due o tre settimane. I negozi di alimentari non sono stati in grado di aprire o hanno esaurito i beni di prima necessità, le stazioni di servizio hanno esaurito (o non sono state in grado di pompare) il carburante e i servizi di trasporto di base erano irregolari.

Al di fuori del Nord America, l'area del centro di Auckland, in Nuova Zelanda, ha perso quasi tutto il servizio di rete per cinque settimane nell'estate del 1998, quando i quattro cavi principali che servono l'area hanno ceduto in rapida successione.

I massicci guasti alla rete elettrica sono scomodamente comuni e possono lasciare centinaia di migliaia o addirittura milioni di clienti senza servizio elettrico per settimane. Le conseguenze diventeranno ancora più gravi in ​​futuro se sempre più servizi energetici verranno trasferiti da altri sistemi (come benzina, diesel e gas naturale) alla rete elettrica.

I responsabili politici, le autorità di regolamentazione e i servizi pubblici devono quindi concentrarsi sul miglioramento dell'affidabilità e della resilienza allo stesso tempo dell'elettrificazione e della decarbonizzazione per ridurre al minimo la minaccia di guasti catastrofici.

INVESTIMENTO IN RETE

Affidabilità e resilienza non sono la stessa cosa, sebbene siano spesso strettamente associate, e lo studio delle National Academies ha sottolineato la necessità di una maggiore attenzione ai problemi di resilienza nella pianificazione delle utenze.

I blackout durante il grande congelamento in Texas nel febbraio 2021 e negli Stati Uniti nord-orientali nell'agosto 2003 sono stati principalmente problemi di affidabilità, causati dall'incapacità di gestire correttamente la generazione. Ma la prolungata interruzione di corrente prevista in Louisiana e la tempesta di ghiaccio in Quebec sono state principalmente carenze di resilienza.

I fallimenti di affidabilità e resilienza sono entrambi eventi a bassa frequenza e ad alto impatto, che richiedono investimenti costosi per ridurre le conseguenze previste, rendendo difficile la creazione di supporto.

Aumentare la resilienza spesso richiede l'indurimento dei sistemi di trasmissione e distribuzione mediante l'interramento dei cavi, la sostituzione dei pali di legno con quelli di cemento, il rafforzamento delle torri, l'accumulo di trasformatori sostitutivi e l'innalzamento delle sottostazioni al di sopra dei potenziali livelli di inondazione.

Più in generale, i sistemi elettrici devono disporre di sufficiente capacità di riserva e ridondanza per renderli più affidabili e più resistenti in caso di guasto di uno o più componenti.

Clienti diversi possono attribuire valori diversi all'affidabilità e alla resilienza a seconda delle circostanze e della durata dell'interruzione del servizio, il che rende ancora più difficile la creazione di un consenso.

Ad esempio, gli ospedali e le raffinerie di petrolio possono attribuire un valore maggiore a un inverno ininterrotto rispetto a un cliente residenziale con un generatore di riserva. Le interruzioni brevi possono essere tollerabili mentre quelle lunghe sono inaccettabili.

I fornitori di elettricità spesso trovano difficile convincere le autorità di regolamentazione e i clienti della necessità di aumentare le bollette, tranne che nell'immediato dopo un grave fallimento, quando potrebbe esserci una finestra ristretta per garantire finanziamenti per i cambiamenti.

Ma se più servizi energetici devono essere trasferiti alla rete, sarà necessario investire molto di più nella sua modernizzazione per ridurre la probabilità di guasto e garantire che il servizio possa essere ripristinato rapidamente.

 Di John Kemp, giornalista e commentatore energetico di Reuters