電力会社は毎日毎秒、国内の送電網を通る電力の流れを監視し、発電された電力が家庭、企業、自動車などの需要に見合った電力であるかどうかを監視しています。変電所の停止、電柱の倒壊、発電機の故障など、あらゆる混乱が発生した場合、送電網オペレーターは迅速に作業して、必要な場所に電力が供給されるようにする必要があります。

夏の天候はこのような送電網の混乱を引き起こす可能性があります。熱波は発電と送電の効率を低下させ、ハリケーンはインフラを破壊し、まれに送電線の垂れ下がりが山火事の原因となることもあります。同時に、人々が家を涼しく住みやすい状態に保つためにエアコンへの依存度が高まるにつれ、送電網への需要も増加しています。

さらに、気候変動の研究者らは、一部の夏の極端な現象がより頻繁かつ激しさを増していることを発見しました。

ここでは、夏の異常気象が送電網にとって何を意味するのか、そしてエネルギー省太平洋岸北西部国立研究所の研究者たちがこの課題に立ち向かうためにどのように取り組んでいるのかを紹介します。

熱波: 電力の流れの効率が低下し、電力需要が増加

熱波の間、送電網は 2 つの方向から影響を受けます。人々がエアコンの温度を上げると電力需要が増加しますが、同じ電力が送電網を通過する効率は低下します。たとえば、天然ガスタービンは暑い気候では効率が約 25% 低下します。冷却に水に依存する発電所は効率も低下します。周囲温度上昇し、水温も上昇します。

PNNLの電気技師、ヴィシュヴァス・チャリシャザール氏は、暑い気候では太陽電池パネルでも効率が低下する、と述べた。直観に反しているように思えるかもしれません。ソーラーパネルエネルギーを生成するには太陽光（本質的に高温）が必要ですが、周囲温度が高すぎると、光起電力材料内の分子が振動し、電子を輸送する能力が低下します。発電から送電、配電まで、熱によって電力が遅くなる可能性があります。

「導電性材料が高温になると、その分子の振動が大きくなり、抵抗が増大し、電子の流れが妨げられ、エネルギー損失が増加します」とチャリシャール氏は述べた。

「これは、高速道路で車線が途切れることによって引き起こされる渋滞のようなものです。より多くの車を狭いスペースに収める必要があり、そのため全員の速度が低下します。」

PNNL の研究者たちは、高温でも効率的に電気を伝導する可能性のあるさまざまな材料を研究しています。たとえば、チーム最近見つけた鉛筆に含まれるグラファイトの別のバージョンであるグラフェンを銅配線に少量加えると、高温でも電気を伝導する能力を維持できるということです。

PNNL の研究者は、建物全体の冷却にそれほど多くの電力を使用する必要がないように、建物のエネルギー効率を高める方法も研究しています。建築科学者はさまざまな種類の窓をテストし、次のようなテクノロジーの有効性を分析します。ヒートポンプ、さまざまな建築基準の有効性を研究し、建築業者や住宅所有者にエネルギー効率の高い住宅を建てる方法に関する実践的なガイドを提供します。彼らはまた、電化された建物や車両が必要に応じて電力を送電網に送り返す方法についても研究している。

高温のほかに、熱波も山火事の危険性を高める可能性があります。

山火事を追跡してコミュニティとインフラを保護する

「干ばつと暑さは、環境面での山火事のリスクの一部です。しかし、電力網の面では、それらはまったく異なるものです」とチャリシャール氏は述べた。

高温と降水量の少なさが長期間続くと景観は乾燥し、発火しやすくなります。何よりもまず、山火事は人々と地域社会を脅かします。

PNNL が意思決定者による山火事のリスク評価を支援する方法の 1 つは、衛星画像を使用して現在進行中の火災をマッピングする RADR-Fire と呼ばれるモデルです。RADR-Fire は、危機の真っただ中にある緊急対応者やその他の意思決定者を支援します。従来の火災観測船はより大規模で差し迫った火災に焦点を当てていますが、RADR-Fireを使用する当局は、今後より大きくなる可能性のある小規模な山火事に注意を向けることができます。他の研究者は、火災が発生し延焼する場所を予測するのに役立つ、植物の乾燥や大気の湿度レベルなどの要因を考慮したモデルに取り組んでいます。

電力会社は、RADR-Fire やその他のモデルを使用して、変電所や電柱などのインフラストラクチャが火災の危険性がある地域にあるかどうかをマッピングすることもできます。このマッピングは、送電線自体が火災を引き起こす可能性と戦うためにも不可欠である、とチャリシャール氏は述べた。

「電力会社は火災のリスクをより認識するようになり、リスクがどこにあるのか、送電線や配電線などの資産が山火事の引火を引き起こさないようにするにはどうすればよいのかについて、非常に詳細なモデリングを始めている」と同氏は続けた。

ハリケーンは風と雨をもたらす

「ハリケーンは非常に困難であり、その影響は何倍にもなります」とPNNLの地球科学者カルティク・バラグル氏は言う。「もちろん、嵐に伴う極度の風が吹くこともありますが、2017年のハーベイのようなゆっくりとした動きの嵐が発生し、膨大な量の降水量が発生する可能性があります。」

そして海岸に近づくと、「高潮にも対処しなければならないだろう」とバラグル氏は続けた。

山火事と同様、ハリケーンによる強風と豪雨は生命と地域社会を脅かします。また、最近テキサス州のハリケーン ベリルの後に見られたように、送電網にダメージを与え、数百万人が停電する可能性もあります。

バラグル氏によると、強風は送電線や送電鉄塔を倒し、風が続くと年々被害が拡大する可能性がある。風によって木が倒される可能性もあり、電線が損傷したり、損傷状況を調査する作業員の道路が遮断されたりする可能性があります。降雨により土壌が浸水し、地滑りが発生する可能性もあります。

そして最近の研究によると、ハリケーンはメキシコ湾岸と東海岸下部で勢力を強めると予想されているだけでなく、世界中でハリケーンの存続期間中にさらに急速に勢力を強めていることがわかった。

「一般的なコンセンサスは、気候変動おそらく将来的にさらに多くの嵐が見られるとは限らないが、激しい嵐の割合は増加するだろう」とバラグル氏は語った。

コミュニティを保護するために、Balaguru と彼のチームは現在、電力会社が特定の嵐の中で停電が発生する可能性のある場所を、嵐の移動速度や上陸の可能性などの要因に応じて予測できるようにするモデルの開発に取り組んでいます。

これらのモデルの 1 つは RAFT「熱帯低気圧のリスク分析フレームワーク」と呼ばれるもので、過去の記録を組み込んで作成された 40,000 個の熱帯低気圧のシミュレーションが含まれています。研究者はRAFTを使用して風速、降雨量、進行方向をシミュレーションし、災害計画に役立てることができます。

2017 年に時速 155 マイルの風でプエルトリコを襲い、米国史上最長の停電を引き起こしたハリケーン マリアに対応して、PNNL の研究者は電力会社が将来のハリケーンに備えた計画を立てるのに役立つツールを開発しました。Electrical Grid Resilience and Assessment System (EGRASS) を使用すると、ユーザーはさまざまなカテゴリーのハリケーンとさまざまな確率の経路をシミュレートし、個々の送電塔に至るまでどのインフラが損傷または喪失する可能性があるかを確認できます。

とき力送電網は異常気象に対して脆弱であるということは、コミュニティも同様に脆弱であることを意味します。

PNNLのチーフエンジニア兼研究所フェローのケビン・シュナイダー氏は、「送電網に対する気候変動の影響は将来のことではない。それは今起きている」と述べた。「熱波太平洋岸北西部の寒波やテキサス州の寒波は、単なる一時的なものではありません。このようなものはずっとここにあります。これは絆創膏を貼るだけでは済まないものです。私たちは問題を総合的に見て、長期的な解決策を考え出す必要があります。」