Odottamattomat virtapiikit häiritsevät USA:n sähköverkkoa

USA:n sähköverkko on vaikeuksissa tasaisen virran saannin ylläpitämisessä, mikä on kotitalouksille riskialtista.

Sinä aamuna Paul LeBlanc oli paljain jaloin astuessaan ulos.

Hän oli viemässä roskia, kun näki punaisena loistavia liekkejä, jotka ympäröivät lähellä olevaa taloa. Entinen palomies LeBlanc otti nopeasti kengät ennen kuin kiirehti kadun poikki. Hän murskasi ikkunan ja syöksyi sisään. Ainoa henkilö, jonka uskottiin olevan kotona, oli teini-ikäinen poika, joka oli jo päässyt ulos saatuaan onneksi vain lieviä palovammoja. Hälytyssireenit raikuivat kovaa ja taukoamatta alueen kodeista.

”Olen ollut rakennuksissa ilman suojavarusteita aiemminkin – halusin vain varmistaa, ettei kukaan ollut jäänyt sinne jumiin”, sanoi LeBlanc, joka työskenteli yli kolme vuosikymmentä palomiehenä ennen eläkkeelle jäämistään.

Vahingot Alongen perheen neljän makuuhuoneen kodille, joka rakennettiin 1800-luvun alussa, olivat niin pahoja, etteivät he ole voineet palata kotiin kesäkuussa sattuneen tulipalon jälkeen. Massachusettsin Walthamissa sattuneen tulipalon lähde oli sähkölaitoksessa noin 3 kilometrin päässä palaneesta kodista. Sähköasemalla, joka oli kärsinyt jyrsijäongelmasta, sattui äkillinen ja epävakaa jännitteen nousu.

Vähintään miljoonaa asuntoa Yhdysvalloissa uhkaa sama ongelma, josta useimmilla amerikkalaisilla ei ole juurikaan tietoa: vaarallinen sähkön laatu. Kun kotitalouksiin tulevan sähkön laatu on hyvää ja vakaata, on laitteiden ja valojen tarvitsema sähkövirta tasaista ja ennakoitavaa, mikä varmistaa sen, että sähkönkulutus vastaa täydellisesti tarjontaa jokaisena päivän minuuttina. Katastrofi voi seurata äkillisistä jännitteensyöksyistä tai -laskuista.

Walthamissa oli ongelma ala-asemalla. Tulipalo erottuu harvinaisena tapauksena, ja sen katsotaan olevan yhteydessä äkilliseen jännitehäiriöön. Tyypillisesti energiayhtiöiltä, kunnilta ja sääntelyviranomaisilta puuttuu teknologia ja raportointimekanismit tämän yhteyden löytämiseksi ja ilmoittamiseksi. Uhan ympärillä olevan tiedon ja julkisen raportoinnin puute lisää sen vakavuutta. Haastattelut yli kahdenkymmenen asiantuntijan kanssa eksklusiivisen datan, julkisten raporttien ja viranomaisasiakirjojen kanssa maalaavat kuvan maasta, jota uhkaa nopeasti huononeva sähkön laatu, millä voi olla potentiaalisesti kohtalokkaita seurauksia.

Nämä ongelmat ovat olleet olemassa vuosikymmeniä, ja verkon operoijat ovat vastuussa niiden minimoimisesta ja hallinnasta. Yhdysvaltojen verkon joutuessa kasvavan paineen alle, ovat ongelmat pahentuneet reilusti.

”Waltham on merkittävä ja kauhistuttava esimerkki siitä, mitä huono sähkön laatu voi aiheuttaa”, sanoo Jon Wellinghoff, entinen liittovaltion energiansääntelykomission puheenjohtaja, joka on nyt konsulttiyhtiö GridPolicy Inc:n toimitusjohtaja. ”Sama asia voisi tapahtua Chicagossa, Houstonissa, San Franciscossa tai monissa muissa paikoissa, joissa esiintyy huonoa sähkön laatua.”

Eversource Energy –yritys, joka operoi verkkoa Walthamissa, väittää, että jännitepiikki ja aiempi tapaus lokakuussa 2022 eivät liittyneet toisiinsa eikä niitä pitäisi pitää merkkinä laajemmista sähkönlaatuongelmista sen järjestelmässä. ”Tapaukset aiheutuivat toisistaan riippumattomista, erillisistä mekaanisista laiteongelmista, jotka on sittemmin tunnistettu ja korjattu sekä kaupungin että sääntelyviranomaisten vaatimalle tasolle”, Eversource sanoi sähköpostitse lähetetyssä lausunnossaan.

USA:n sähköverkkojen kokema paine kiihtyy ennennäkemättömällä vauhdilla. Sähkön kysyntä kasvaa samalla kun vanhentunut infrastruktuuri tarvitsee mittavia uudistuksia sopeutuakseen uusiutuvaan energiaan. Tämä yhteentörmäys vaikeuttaa turvallisen ja luotettavan sähkön laadun ylläpitoa, eikä osa sääntelyviranomaisista ja energiayhtiöistä seuraa ongelmaa. Ongelman kansallinen hintalappu voi olla satojen miljoonien eurojen luokkaa, tai jopa enemmän. Palokunnan oli sammutettava vuosittain keskimäärin 46 700 asuntopaloa, joihin liittyi sähkövika tai toimintahäiriö vuosina 2015-2019, kertoo National Fire Protection Association. Nämä tulipalot aiheuttivat vuosittain noin 1,4 miljardin euron edestä omaisuusvahinkoja sekä olivat syynä 390 ihmisen kuolemaan ja yli 1 300 loukkaantumiseen. Vaikka onkin epäselvää, kuinka paljon tästä voidaan suoraan yhdistää sähkönlaatuongelmiin, mitä pahemmaksi ongelma kasvaa, sitä todennäköisemmin nämä kokonaisluvut jatkavat nousuaan.

Tulen syttymisen tarkkaa syytä voi olla vaikea selvittää, kun ne liittyvät sähkölinjoihin ja muihin laitteisiin. Monilla maan energiayhtiöistä ei ole tarvittavaa teknologiaa tai dataa sen selvittämiseksi, johtuvatko ongelmat sähkön laadusta vai jostain muusta syystä. Vaihteleva sää on myös osatekijä sähkönlaatuongelmiin, ja mitä joustavampi verkko on, sitä paremmin se kestää äärimmäisiä olosuhteita.

Whisker Labs Inc.:n keräämät tiedot, jotka kehittivät älytalosensoriteknologiaa jännitepiikkien ja sähkölaadun seurantaan, voivat auttaa osoittamaan, milloin tulipaloriski kasvaa. Verkkovika tai sähkönlaatuongelma ilmaantuu, kun jännite nousee (tai laskee) enemmän kuin teollisuusstandardit sallivat. Yksittäiset kodit, jotka kokevat toistuvia heilahteluja päivien tai jopa tuntien aikajänteellä, ovat vakavamman uhan alla — vaikka vika on suurempien voimien oire, eikä syy itse ongelmaan.

Yhdysvaltojen sähkönsiirtojärjestelmää voi ajatella tieverkostona. Moottoriteillä sähkö liikkuu nopeasti suurilla jännitteillä voimalaitoksissa tuotetun virran kuljettamiseksi. Päästäkseen pois näiltä moottoriteiltä sähkö kulkee paikkoihin, joita kutsutaan ala-asemiksi, jotka toimivat kuin poistumisliittymät, ja joissa virtaa voidaan alentaa matalampiin jännitteisiin. Alempiin jännitteisiin siirryttyään sähkö voi virrata pienempiin järjestelmiin, kuten sähkötolppiin asuinalueiden kaduilla. Kun kaikki toimii oikein, sähkö virtaa tasaisesti ja oikealla jännitteellä kaikkiin tarvittaviin paikkoihin.

Whisker Labs on asentanut yli 500 000 Ting-laitteeksi kutsuttua pistorasiasensoria koteihin ympäri maata auttamaan jänniteheilahtelujen havaitsemisessa. Uusien asennusten tahdin odotetaan nousevan nykyisestä 50 000 yksiköstä kuukaudessa 80 000 yksikköön joulukuuhun mennessä. Vakuutusyhtiöt, kuten State Farm, ovat tarjonneet Ting-sensoreita asiakkailleen sähköisten poikkeavuuksien havaitsemiseksi.

Chicagon alue on ollut jatkuva kuuma piste sähkön laadun ongelmissa, ja siellä jänniteheilahtelut ovat Whisker Labsin datan mukaan olleet 10 % yli tai alle teollisuusstandardien määrittämien turvallisten kotikäyttöjen tasojen. Viime kuukausina myös Louisiana, Florida ja Georgia ovat nähneet häiriöiden lisääntyvän. Sensoreilla varustetut taloudet mittasivat vuoden 2023 keskimääräiseksi häiriöasteeksi 18 % edellisvuoden keskiarvoa korkeamman tason, yhtiö kertoo.

Tilanne on huolestuttava myös monilla Texasin alueilla. Ilmastonmuutoksen aiheuttamat talvien ja kesien äärimmäiset sääolosuhteet sekä ”räjähdysmäinen” sähkön kysynnän kasvu ovat lisäämässä painetta Texasin osavaltion pääkaupungin Austinin sähköverkkoon. Whisker Labsin toimitusjohtaja Bob Marshall arvioi, että noin 1 %:ssa asunnoista on vaarallisia sähkön laadun ongelmia, jotka aiheuttavat tulipalovaaran. Tämä on ekstrapoloitu käytössä olevista Ting-laitteista, mikä tarkoittaa, että todellinen luku voi olla paljon suurempi.

Ongelmat sähkön laadussa todennäköisesti ”vain pahenevat” sähköautojen yleistyessä ja ”täyteen sähköisyyteen siirryttäessä”, sanoi GridPolicyn Wellinghoff, joka toimii myös asiantuntijana Whisker Labsin neuvonantajaryhmässä ilman palkkaa.

Niille, joilla ei ole Ting-laitetta asennettuna, pääasiallinen merkki sähkön laadun ongelmista voi olla vilkkuvat valot – arkinen tapahtuma, joka saattaa peittää alleen syvemmän uhan.

Walthamissa tuona leudon kesäkuun aamuna Alongen kotiin syttynyt tulipalo ei ollut ainoa. LeBlancin kodin vieressä oleva varasto syttyi tuleen ja oli vain tuumien päässä ruohonleikkurin polttoainesäiliön sytyttämisestä, ennen kuin palomiehet saivat tulen hallintaan. Naapurustossa ylijännitesuojat laukesivat erilaisten laitteiden, kuten lämmittimien ja ilmastointilaitteiden muuttuessa toimintakyvyttömiksi ja vaurioituessa.

LeBlanc heräsi tavalliseen tapaansa kello 6 aamulla. Ennen kaaoksen alkua hän oli huomannut muutaman 5–10 minuutin mittaisen jännitepiikin. ”Olen yleensä ylhäällä klo 5.30 tai 6, koska minun kolmevuotias lapsenlapseni asuu täällä – joten olen hereillä”, hän sanoi. ”Se tapahtui useita kertoja aamun aikana.” LeBlanc ei juurikaan kiinnittänyt siihen huomiota. Sellainen vilkkuminen ei lopulta ole kovin harvinaista. Se oli kuitenkin varoitus. Katkaisimet, joita käytetään sähkön laadun häiriöiden hallintaan, olivat pettäneet lähellä sijaitsevassa ala-asemassa. Laitos koki jännitepiikin, kertoi apuyhtiö Eversource. Eversourcen mukaan jännitepiikki ja aiempi vastaava lokakuussa 2022 eivät olleet yhteydessä toisiinsa.

”On vastuutonta päätellä kahdesta erillisestä väliaikaisesta ylijännitteestä Walthamissa, että niillä olisi merkitystä laajempien sähkön laadun ongelmien suhteen järjestelmässämme”, yhtiö sanoi. ”Alueella ei ollut raportoituja sähkön laadun ongelmia ennen tai jälkeen näiden tapahtumien, jotka aiheutuivat erillisistä ja toisistaan riippumattomista mekaanisista laiteongelmista, jotka on sittemmin tunnistettu ja käsitelty sekä kaupungin että sääntelyviranomaisten vaatimalle tasolle. Sähköjärjestelmän turvallisuus on aina ensisijainen tavoitteemme ja meillä on erittäin taitavia insinöörejä ja linjatyöntekijöitä, jotka valvovat järjestelmää kellon ympäri ja ovat aina valmiita käsittelemään mahdollisia järjestelmäongelmia.”

Sähkökatkos oli seurausta alun perin jyrsijäongelmsta sähköputkessa, kertoi Massachusettsin julkisten palvelujen osaston puheenjohtaja James Van Nostrand kirjeessään kaupungin virkamiehille.

”Erilliset mekaaniset ongelmat – joista toinen aiheutui jyrsijöistä – jotka tapahtuivat Walthamissa, eivät ole sellaisia, mitä yleisesti kutsuttaisiin ’sähkön laadun’ ongelmiksi, eikä meidän sähköntoimitusalueellamme ole laajoja sähkön laadun ongelmia”, Eversource sanoi. Lopulta jännitepiikki aiheutti tulipalovahingon, joka oli niin paha, että Alongejen koti tuhoutui. Kesäkuun tulipalon jälkeen paikalliset viranomaiset kertoivat olevansa tyytyväisiä Eversourcen toimenpiteisiin ala-aseman osien uudelleensuunnittelussa ja uusien katkaisimien asentamisessa, luopuen tarpeesta muodolliseen tutkimukseen. Tietenkin vilkkuvat valot ja muut verkon häiriöt ovat olleet haasteita vuosikymmeniä. Yrityksillä on ollut suojausjärjestelmiä, kuten katkaisijoita, ongelmien eristämiseksi. Mutta nyt tapahtuva on erilaista.

Nouseva sähkönkulutus, talouden digitalisaatio ja koko maassa tapahtuva sähköverkkojen kokonaisvaltainen uudistaminen uusiutuvaan energiaan siirryttäessä rasittavat sähköjärjestelmää valtavasti, mikä vaikeuttaa sähkön laadun hallintaa ja luotettavuuden varmistamista. Vaihteleva sää lisää myös painetta. Ja koska sähkön varastointi suuressa mittakaavassa on mahdotonta, on voimalaitoksissa tuotettu sähkö

pidettävä tasapainossa kotitalouksien ja yritysten kulutuksen kanssa jokaisena minuuttina. ”Yhtiöille on tullut vaikeammaksi pysyä perillä, kuinka suuret niiden kuormat ovat, ja miten niitä hallitaan,” sanoi Rob Hovsapian, joka toimii tutkimusneuvojana National Renewable Energy Laboratoryssa, ja työskentelee Yhdysvaltain energiaministeriön ja Atomic Computingin kanssa verkon hallinnan parantamiseksi kvanttitietokoneiden avulla.

Perinteisesti yhtiöt ja viranomaiset ovat tarkastelleet sähkön laatua kapeasti sähkökatkojen mittareilla. Mutta laajempi näkemys, joka sisältää jännitepiikkien yleisen vaikutuksen kotitalouksiin paljastaa uhat. Liittovaltion virastot ja sähköalan eturyhmät ovat varoittaneet, että näitä ongelmia ei voi jättää huomiotta. Mutta siitä, kuinka paljon investoida alueen verkkoon, on myös hienovaraista tasapainoilua infrastruktuurin parantamisen ja taloudellisuuden välillä. Verkon päivitysten kustannukset siirretään yleensä kuluttajille kuukausihintojen korotuksina, ja monet kotitaloudet kamppailevat jo korkeampien laskujen kanssa viime vuosien energiainflaation nousun jälkeen.

Tulipalojen uhan lisäksi sähkölaadun ongelmat voivat myös aiheuttaa sähkökatkoja ja jännitehäiriöitä.

Muutamankin tunnin mittaiset sähkökatkot luovat ”eksistentiaalisen uhan” yrityksille, sanoi Philip Krim, Casper Sleep Inc:n perustaja ja entinen toimitusjohtaja. Hän mainitsi esimerkkinä ravintolat, jotka menettävät asiakkaita ja joiden ruoka pilaantuu, sekä teollisuusyritykset, jotka voivat menettää miljoonia, jos tuotantolinjat joudutaan sulkemaan. Krim aikoo lähikuukausina lanseerata uuden vakuutusyhtiön, joka tarjoaa pienyrityksille vakuutuksia, jotka ovat erityisesti suunniteltu sähkökatkojen aiheuttamien tappioiden kattamiseksi äskettäin perustetun Montauk Venturesin kautta.

Operaattorien ja energiayhtiöiden on katsottava tulevaisuuteen kestävämmän sähköverkon luomiseksi, totesi Allison Clements, joka on jäsenä liittovaltion energiansääntelykomissiossa. Hän mainitsi uudet teknologiat, jotka auttavat ratkaisemaan joitain ongelmia, ja tarpeen lisätä siirtoverkon kapasiteettia.

Aurinkoenergialla ja yhä suuremmalla varastoinnilla on myös alkanut olla ”valtava rooli” verkon vakauden ylläpitämisessä, Clements totesi lisäten: ”Ovatko ne taikaratkaisu? Eivät, mutta ne ovat kriittinen osa näiden uusien haastavien sääilmiöiden kanssa selviämistä.”

Tarvittava teknologia on olemassa verkon vikojen aiheuttamien vaarojen seuraamiseen, mutta sitä ”ei käytetä asianmukaisesti ottamaan huomioon tätä lisädataa, mikä maksaa ylimääräistä tai vaihtoehtoisesti vaatii investointeja”, totesi Saifur Rahman, Virginia Techin professori, joka toimi Institute of Electrical and Electronics Engineersin presidenttinä vuonna 2023. “Sähköyhtiöt eivät tule välittämään näistä ongelmista ennen kuin tarvittava sääntely on tullut voimaan.”

Jos sinua kiinnostaa Amerikan valloitus sähkönsiirtoteknologiassa, ota yhteyttä:

simo.lahtinen@capteeni.com
+1 641 451 1906

Lähde: Bloomberg