Når lysene slukkes

Truet av massive solstormer, terrorister og klimaendringer, hvor trygt er det amerikanske elektriske nettet egentlig?

Den mørklagte New Yorks skyline under blackouten i 2003(Frank Franklin II / AP)

Gjennom historien har uforklarlige naturfenomener hatt en tendens til å innpode en forståelig frykt hos mennesker. Regnskap for solstormen i august og september 1859 skiller seg ut for deres tendens til det lunefulle og henrykte.



I Vermont var det den mest praktfulle visningen som noen gang har vært vitne til i denne delen; himmelen i omtrent en time til fortsatte å endre seg fra grønn til rød, til klokken ti og et halvt, da all glansen var borte, bortsett fra litt grønt i nord. Over hele kloden i Tasmania var observatører enige: Det var hinsides all unnfangelse den mest praktfulle nordlys som noen gang er sett i kolonien. I følge New York Times , Det var en annen visning av Aurora i går kveld så strålende at rundt klokken ett kunne vanlig trykk leses av lys. En gruppe i Colorados Rocky Mountains var delt: Noen var sikre på at det bare var rundt midnatt, mens andre i gruppen, som la merke til lysstyrken på himmelen, insisterte på at det var dagslys og begynte å forberede frokosten. Auroras var synlige så langt sør som Panama. (Disse kontoene er alle hentet fra en fantastisk kompendium av øyenvitneberetninger om stormen.)

For telegrafoperatører i Amerika og Europa forårsaket imidlertid opplevelsen kaos. Mange opplevde at linjene deres rett og slett var ubrukelige – de kunne verken sende eller motta meldinger. Andre var i stand til å operere selv med strømforsyningen slått av, og brukte bare strømmen i luften fra solstormen. Linjen var i perfekt orden, og godt dyktige operatører jobbet ustanselig fra klokken 8 i går kveld til 1 i morges for å komme over i en forståelig form fire hundre ord av rapporten per dampbåtindianer for Associated Press, sa en. Noen opplevde fysisk fare. Jeg fikk et veldig alvorlig elektrisk støt, som forbløffet meg på et øyeblikk, rapporterte Washington, D.C., operatør Frank Royce. En gammel mann som satt vendt mot meg, og bare noen meter unna, sa at han så en ildgnist hoppe fra pannen min til ekkoloddet.

Et magnetogram fra Greenwich Observatory
fanger solaktivitet 2. september 1859.
( British Geological Survey )

Den tekniske vanskeligheten var en nyhet for telegrafen, som i seg selv fortsatt var en relativt ny teknologi. Men historien byr på en viktig advarsel for det moderne samfunnet. Carrington Event, som stormen fra 1859 har blitt kjent, beviste skjørheten til elektrisk infrastruktur. (Det elektromagnetiske grunnlaget for de forskjellige fenomenene ble identifisert ganske raskt: En forbindelse mellom nordlyset og kreftene til elektrisitet og magnetisme er nå fullstendig etablert, Vitenskapelig amerikansk rapportert 15. oktober 1859.) Siden den gang har den infrastrukturen bare blitt mer integrert. Telegrafer utgjorde et relativt lite og relativt overflødig aspekt av livet, men deres etterfølgere i dag - inkludert det elektriske nettet og mye av telekommunikasjonsnettverket - er avgjørende for det moderne livet. Men er det moderne systemet noe mer beskyttet mot katastrofale forstyrrelser enn telegrafen var? Kan det elektriske nettet håndtere et terrorangrep, eller alvorlige værhendelser, eller en solstorm?

Sannheten er at det aldri har vært en god test for å bevise det, men det er en robust debatt om hvor bekymrende tilstanden til nettet er. Mens jeg rapporterte om maksimumsgrensene, de farligste og mest kostbare mulighetene for store katastrofer som kan ramme USA, hørte jeg meninger begge veier.

Det kanskje skumleste scenariet er en reprise fra 1859. En så stor solstorm som Carrington-hendelsen har ikke truffet jorden siden, selv om det har vært mindre. I 1989 forårsaket en storm en blackout over Quebec; komplikasjoner på tvers av det sammenkoblede nettet førte til at en transformator i New Jersey sviktet permanent. I 2008, National Academies of Science laget en rapport som vurderer risikoen for en hendelse . Rapporten skisserer et forferdelig bilde, basert på en studie utført for Federal Emergency Management Agency og den føderale Electromagnetic Pulse Commission.

Mens en kraftig storm er en hendelse med lav frekvens, har den potensialet for langvarige katastrofale innvirkninger på strømnettet og dets brukere. Virkninger vil merkes på gjensidig avhengige infrastrukturer, med for eksempel drikkevannsfordelingen påvirket i løpet av flere timer; lett bedervelige matvarer og medisiner tapt i løpet av 12-24 timer; og umiddelbar eller eventuelt tap av oppvarming/klimaanlegg, kloakktømming, telefontjeneste, transport, drivstofftilførsel og så videre.

Effektene kan merkes i årevis, og kostnadene kan øke til trillioner av dollar – dverger kostnadene for orkanen Katrina, som var litt mer enn 100 milliarder dollar.

Som alle som bor i Nordøst-USA i 2003 kan huske, trengs det ikke en enestående solflamme for å slå ut strømmen. Noen få trær som berører kraftledninger, og noen få operatører utenfor deres vakt, kan kaste en del av nasjonen i mørke. Og problemene kan spre seg. Problemer ved Ohio-baserte FirstEnergy vokste og til slutt fosset over nettet, og slo ut strømmen fra Detroit til New York City. Selv det var en relativt liten episode sammenlignet med hva som kan ha skjedd. De fleste kunder fikk strømmen tilbake innen et par dager, og det meste av maskinvaren på systemet var i orden. Sammenlign det med situasjonen i Auckland, New Zealand, der kabler som leverte strøm til sentrum sviktet i 1998. Sentrum av byen ble mørkt. Bedrifter ble tvunget til å lukke eller flytte virksomheten til forsteder eller andre byer. Det lokale verktøyet måtte vedta drastiske tiltak for å flytte midlertidige generatorer inn i byen, inkludert på et tidspunkt å låne verdens største lastefly fra U2 for å transportere enorme generatorer . (Bandet opptrådte i Australia på den tiden, og hadde brukt flyet til å frakte utstyr.) Det tok fem uker før strømmen var fullstendig gjenopprettet.

En lærdom av blackouten i 2003 er faktisk at rutenettet er mer motstandsdyktig enn du kanskje tror, ​​hevder Jeff Dagle , en elektroingeniør ved Pacific Northwest National Laboratory som tjenestegjorde i Northeast Blackout Investigation Task Force. Undersøkelser fant fire separate grunnårsaker til kollapsen, og menneskelige feil spilte en stor rolle. Det tok en time før det kollapset uten at noen klarte det, sa Dagle. De ville vært like effektive hvis de bare hadde gått hjem for dagen. Det understreker for meg hvor bemerkelsesverdig stabile ting er.

Men skeptikere sier det er motsatt. Jon Wellinghoff, som fungerte som styreleder i Federal Energy Regulatory Commission fra 2009 til 2013, har slått alarm om faren for et angrep på systemet, spesielt siden en bisarr hendelse i april 2013 i Silicon Valley , der et team av angripere tilsynelatende utførte et koordinert angrep på en transformatorstasjon og slo ut 27 transformatorer. Wellinghoff peker på det faktum at det amerikanske strømnettet er delt inn i tre store seksjoner kjent som sammenkoblinger: en hver for østen, vesten, og - på en eller annen måte passende, ute på egen hånd - Texas. (Faktisk inkluderer øst- og vestforbindelsene også store deler av Canada.)

Hvis du tar ned et begrenset antall understasjoner i hver av disse sammenkoblingene, kan du ikke bringe sammenkoblingen opp igjen, sa han. Dette er ikke klassifisert informasjon. Dette er all informasjon som har vært i statlige rapporter i årevis og år etter år.

Hvis du ødelegger transformatorene – alt som trengs er en høykaliber kule gjennom en transformatorkasse og den er borte, må du erstatte den.

Verre, sier han, kan det ta mye lengre tid å få nettet tilbake til å fungere enn det gjorde i 2003. Hvis du ødelegger transformatorene – alt som trengs er en høykaliber kule gjennom en transformatorkasse og den er borte, må du erstatte den. , han sa. Hvis det ikke er reservedeler tilgjengelig – og i tilfelle et koordinert angrep på flere transformatorstasjoner, kan ethvert lager være oppbrukt – tar det måneder å bygge nye.

Når strømmen din er ute, er bensinen tom, fordi du ikke kan pumpe gassen lenger. All transport er ute, alle økonomiske transaksjoner er ute, selvfølgelig fordi det ikke er elektronikk, sa Wellinghoff.

Hans foreslåtte løsning er å bryte opp systemet i mikronett, slik at mindre områder kan isolere seg i tilfelle en kaskadefeil. Det er ikke uhørt: Princeton University har en, og da mange andre systemer gikk ned under Superstorm Sandy, campus ble et sted for tilflukt, lading og kommando for respondere .

Men hvorfor skulle den aspirerende terroristen bry seg med en forseggjort, farlig fysisk operasjon – komplett med all rekonstruering, bevæpning og planlegging av et SEAL Team 6-oppdrag – når hun kunne oppnå samme effekt fra sikkerheten til en lenestol? Et effektivt cyberangrep kan, hvis det er smart utformet, oppnå mye fysisk skade veldig raskt, og sammenkoblinger i digitale operasjoner vil bety at et slikt angrep kan omgå feilsikker i den fysiske infrastrukturen som stopper kaskadefeil.

En streng med 1-er og 0-ere kan ha stor innvirkning, sa Dagle. Tenk om noen kunne komme inn der og beordre alle strømbryterne i et verktøy til å åpne. Er det sannsynlig? Nei. Er det mulig? Sikker! En operatør som sitter i et kontrollrom kunne gjøre det. Den automatiseringen er designet for å tillate det å gjøre det. (Han har en parallell, om enn mer quotidian, bekymring for smart-grid-teknologier som er utsatt for vanlige datamaskinfeil. Nye funksjoner lagt til for å gjøre systemet lettere håndterbart kan faktisk gjøre det mer sprøtt, advarte han.)

Nedfallet er kanskje ikke så ille. Nasjonens øverste katastrofeberedskap, FEMA-direktør Craig Fugate, trekker på skuldrene over trusselen om et elektrisk nettkollaps.

Når har folk fått panikk? Generelt er det du finner at fødselsraten øker ni måneder senere, sa han, og ble deretter mer alvorlig: Folk er mye mer motstandsdyktige enn fagfolkene ville gi dem æren for. Ville det vært ubehagelig? Ja. Ville det være behagelig? Har du noen gang sett strømmen gå, og trafikksignalene slutte å virke? Trafikkens helvete, men folk finner ut av det.

Fugates store bekymring i et massebrudd er kommunikasjon, sa han. Når folk er i stand til å få informasjon og vet hvor lenge strømmen vil være ute, håndterer de det mye bedre.

Kommer det til å fortsette å bli mer ekstremt? Evnen til å håndtere det blir mer og mer utfordrende. Hvor høyt kan stormfloen gå?

Disse dommedagsscenariene kan være ved siden av poenget, fordi det elektriske nettet allerede er utsatt for en rekke farlige påkjenninger fra klimaendringer. Sandy viste at forutsetningene som ble brukt til å bygge mange deler av det elektriske nettet var feil: Stormfloen overveldet infrastrukturen, oversvømmet transformatorstasjoner og fikk dem til å svikte. Betydelige deler av rutenettet må kanskje flyttes til høyere terreng. Spørsmålet er om det kommer til å fortsette å bli mer ekstremt? sa Dagle. Evnen for oss til å håndtere det blir mer og mer utfordrende. Hvor høyt kan stormfloen gå?

Selv borte fra kysten kan ekstremvær true systemet på uventede måter. Noen systemer bruker gassisolasjon, men hvis temperaturen synker høyt nok, endres gasssammensetningen og isolasjonen svikter. Kraftverk på varmere steder som Texas er ikke godt forberedt på ekstrem kulde, noe som betyr at anlegg kan svikte når befolkningen mest trenger dem for å gi kraft til varme. Ettersom verktøyene er mer avhengige av naturgass for å generere kraft, er det fare for at etterspørselen overstiger tilbudet. Se for deg en snøstorm der alle skru opp sine gassdrevne varmesystemer. Plutselig kan ikke gasselskapet gi til alle. Kraftverk har ikke nødvendigvis forkjøpsrett, så de kan miste flyten og bli tvunget til å slå av midt i en vinterstorm.

Sommeren byr ikke på noe pusterom. Forbrukere skru på klimaanlegget og krever mer kraft. I mellomtiden er det en skralleffekt: Hvis det er flere dager med konstant høye temperaturer, kjøles aldri bygninger så mye ned, slik at etterspørselen etter elektrisk strøm vil toppe seg høyere og høyere hver dag. Men kraftverk som er avhengige av grunnvann for å avkjøle plantene sine, vil slite med å opprettholde kjølingen ettersom vannet selv varmes opp. Tørke kan tappe kraften fra vannkraftverk, spesielt i det vestlige USA.

Hvis ekstremvær fortsetter å være normen, kan kaoset som utløses på nettet av Sandy bare være en forhåndsvisning av den slags forstyrrelser i rutenettet som kan bli vanlig. Eller som New York Herald hevdet i 1859, med henvisning til Carrington-hendelsen, at fenomener ikke skal ha noen referanse til tidligere ting - bare til ting som skal komme. Derfor må nordlys … være forbundet med noe i fremtiden – krig, eller pest, eller hungersnød. Så lite forstått som solstormen var på den tiden, er spådommen fortsatt gyldig.


Denne historien ble gjort mulig med støtte fra W.K. Kellogg Foundation.