Když Světla zhasnou

Jak bezpečná je americká elektrická síť ve skutečnosti, když ji ohrožují masivní sluneční bouře, teroristé a změna klimatu?

Potemnělé panorama New Yorku během blackoutu v roce 2003(Frank Franklin II / AP)

V průběhu historie měly nevysvětlitelné přírodní jevy tendenci v lidech vyvolávat pochopitelný strach. Účty o sluneční bouře v srpnu a září 1859 vynikají svým sklonem k náladovosti a potěšení.

Ve Vermontu to bylo nejvelkolepější představení, jaké kdy bylo v této sekci svědkem; obloha se ještě asi hodinu měnila ze zelené na červenou, až do desáté a půl hodiny, kdy byl všechen lesk pryč, až na trochu zelené na severu. Pozorovatelé po celém světě v Tasmánii se shodli: Byla to mimo všechny představy ta nejvelkolepější polární záře, kterou kdy v kolonii spatřili. Podle The New York Times Včera v noci došlo k dalšímu zobrazení Aurory tak brilantně, že kolem jedné hodiny bylo možné číst obyčejný tisk na světle. Skupina v Coloradských Skalistých horách byla rozdělena: Někteří si byli jisti, že je teprve kolem půlnoci, zatímco jiní ve skupině, když si všimli jasu na obloze, trvali na tom, že je denní světlo, a začali připravovat snídani. Polární záře byly vidět až na jih od Panamy. (Všechny tyto účty jsou převzaty z a úžasné kompendium výpovědí očitých svědků bouře.)

Pro telegrafisty v Americe a Evropě však tato zkušenost způsobila chaos. Mnozí zjistili, že jejich linky jsou prostě nepoužitelné – nemohou odesílat ani přijímat zprávy. Jiní byli schopni fungovat i s vypnutým napájením a používali pouze proud ve vzduchu ze sluneční bouře. Linka byla v naprostém pořádku a dobře zruční operátoři nepřetržitě pracovali od 8 hodin včera večer do dnešní 1 ráno, aby ve srozumitelné formě překonali čtyři sta slov zprávy na parník Inda pro Associated Press, řekl jeden. Někteří zažili fyzické nebezpečí. Dostal jsem velmi silný elektrický šok, který mě na okamžik omráčil, uvedl operátor Frank Royce ve Washingtonu, D.C. Starý muž, který seděl proti mně, ale jen pár stop od něj, řekl, že viděl, jak mi z čela přeskočila jiskra ohně na sirénu.

Magnetogram z observatoře Greenwich
zachycuje sluneční aktivitu 2. září 1859.
( Britský geologický průzkum )

Technická obtížnost byla novinkou pro telegraf, který sám byl ještě relativně novou technologií. Ale příběh nabízí důležité varování pro moderní společnost. Carringtonská událost, jak se tato bouře z roku 1859 stala známou, prokázala křehkost elektrické infrastruktury. (Elektromagnetický základ různých jevů byl identifikován poměrně rychle: Spojení mezi severními světly a silami elektřiny a magnetismu je nyní plně vytvořeno, Scientific American hlášeno 15. října 1859.) Od té doby se tato infrastruktura pouze stala integrálnější. Telegrafy tvoří poměrně malý a relativně nadbytečný aspekt života, ale jejich dnešní nástupci – včetně elektrické sítě a velké části telekomunikační sítě – jsou pro moderní život zásadní. Je ale moderní systém chráněn před katastrofálním rušením ještě více než telegraf? Dokáže elektrická síť zvládnout teroristický útok, prudké povětrnostní jevy nebo sluneční bouři?

Pravdou je, že nikdy neexistoval dobrý test, který by to dokázal, ale existuje silná debata o tom, jak znepokojivý je stav sítě. Při podávání zpráv o maximech maxim, nejnebezpečnějších a nejnákladnějších možnostech velkých katastrof, které by mohly postihnout Spojené státy, jsem slyšel názory na obě strany.

Snad nejděsivějším scénářem je repríza z roku 1859. Sluneční bouře tak velká jako Carringtonská událost od té doby Zemi nezasáhla, i když byly i menší. V roce 1989 způsobila bouře výpadek proudu v Quebecu; komplikace napříč propojenou sítí způsobily trvalé selhání transformátoru v New Jersey. V roce 2008 Národní akademie věd vypracoval zprávu s ohledem na riziko události . Zpráva načrtává hrozivý obrázek na základě studie provedené pro Federální agenturu pro mimořádné události a federální komisi pro elektromagnetické pulsy.

Zatímco silná bouře je událost s nízkou frekvencí výskytu, má potenciál pro dlouhodobé katastrofické dopady na elektrickou síť a její uživatele. Dopady by se projevily na vzájemně provázaných infrastrukturách, například distribuce pitné vody by byla ovlivněna během několika hodin; potraviny a léky podléhající zkáze ztracené přibližně za 12–24 hodin; a okamžitá nebo případná ztráta topení/klimatizace, likvidace odpadních vod, telefonního servisu, dopravy, doplnění paliva atd.

Účinky mohou být pociťovány roky a jejich náklady by mohly dosáhnout až bilionů dolarů – převyšují cenu hurikánu Katrina, která byla o něco více než 100 miliard dolarů.

Jak si kdokoli žijící na severovýchodě USA v roce 2003 může vzpomenout, k vyřazení energie není zapotřebí bezprecedentní sluneční erupce. Několik stromů, které se dotknou elektrického vedení, a několik operátorů, kteří nejsou ostražití, mohou uvrhnout část národa do tmy. A problémy se mohou rozšířit. Problémy ve FirstEnergy se sídlem v Ohiu narůstaly a nakonec se přenesly přes rozvodnou síť a vyřadily proud z Detroitu do New Yorku. I to byla poměrně malá epizoda ve srovnání s tím, co se mohlo stát. Většině zákazníků byla energie zpět během několika dnů a většina hardwaru v systému byla v pořádku. Porovnejte to s nepříjemnou situací v Aucklandu na Novém Zélandu, kde v roce 1998 selhaly kabely dodávající energii do centra města. V centru města se setmělo. Podniky byly nuceny uzavřít nebo přemístit své provozy na předměstí nebo do jiných měst. Místní společnost musela přijmout drastická opatření k přesunu dočasných generátorů do města, a to i na jednom místě zapůjčení největšího nákladního letadla na světě od U2 k přepravě obrovských generátorů . (Kapela v té době vystupovala v Austrálii a používala letadlo k tažení vybavení.) Trvalo pět týdnů, než byla energie plně obnovena.

Jedním z ponaučení z výpadku v roce 2003 je ve skutečnosti to, že síť je odolnější, než si možná myslíte, tvrdí Jeff Dagle , elektroinženýr z Pacific Northwest National Laboratory, který sloužil v Northeast Blackout Investigation Task Force. Vyšetřování určilo čtyři samostatné hlavní příčiny kolapsu a velkou roli sehrála lidská chyba. Trvalo hodinu, než se to zhroutilo a nikdo to nezvládl, řekl Dagle. Byli by stejně efektivní, kdyby na ten den šli domů. To pro mě jen podtrhuje, jak jsou věci pozoruhodně stabilní.

Skeptici však tvrdí, že je to naopak. Jon Wellinghoff, který byl v letech 2009 až 2013 předsedou Federální energetické regulační komise, bil na poplach ohledně nebezpečí útoku na systém, zejména od r. bizarní incident z dubna 2013 v Silicon Valley , ve kterém tým útočníků zřejmě provedl koordinovaný útok na rozvodnu a vyřadil 27 transformátorů. Wellinghoff poukazuje na skutečnost, že rozvodná síť USA je rozdělena do tří velkých sekcí známých jako propojení: každá pro Východ, Západ a – jaksi vhodně, sama o sobě – Texas. (Ve skutečnosti východní a západní propojení také zahrnují velkou část Kanady.)

Pokud zničíte omezený počet rozvoden v každém z těchto propojení, nemůžete propojení znovu obnovit, řekl. Toto není utajovaná informace. To jsou všechny informace, které jsou ve vládních zprávách roky a roky a roky.

Horší je, že obnovení fungování sítě může trvat mnohem déle, než tomu bylo v roce 2003. Pokud zničíte transformátory – stačí jedna kulka vysoké ráže skrz pouzdro transformátoru a je pryč, musíte ji vyměnit. , řekl. Pokud nejsou po ruce náhradní díly – a v případě koordinovaného útoku na více rozvoden by mohl být jakýkoli inventář vyčerpán – trvá vybudování nových několik měsíců.

Jakmile vám dojde elektřina, dojde i váš benzín, protože už nemůžete čerpat plyn. Veškerá vaše doprava je pryč, všechny vaše finanční transakce jsou mimo, samozřejmě proto, že tam není žádná elektronika, řekl Wellinghoff.

Jeho navrhovaným řešením je rozdělit systém na mikrosítě, aby se v případě kaskádového selhání mohly izolovat menší oblasti. Není to neslýchané: Princetonská univerzita jeden má, a když se během superbouře Sandy zhroutilo mnoho dalších systémů, kampus se stal útočištěm, útočištěm a velitelstvím pro odpůrce .

Ale proč by se ctižádostivá teroristka obtěžovala s komplikovanou, nebezpečnou fyzickou operací – kompletní se všemi průzkumy, výzbrojí a plánováním mise SEAL Team 6 – když by stejného efektu mohla dosáhnout z bezpečí křesla? Efektivní kybernetický útok by mohl, pokud by byl chytře navržen, velmi rychle dosáhnout velkého fyzického poškození a propojení v digitálních operacích by znamenalo, že by takový útok mohl obejít bezpečnostní systémy ve fyzické infrastruktuře, které zastavují kaskádové poruchy.

Jeden řetězec 1s a 0s by mohl mít velký dopad, řekl Dagle. Představte si, že by se tam někdo mohl dostat a dát příkaz k otevření všech jističů v rozvodné síti. Je to pravděpodobné? Ne. Je to možné? Tak určitě! Mohl by to udělat operátor sedící na velínu. Tato automatizace je navržena tak, aby to umožňovala. (Má obdobné, i když běžnější starosti s technologiemi inteligentních sítí, které jsou náchylné k běžným selháním počítače. Nové funkce přidané, aby byl systém snadněji ovladatelný, jej mohou ve skutečnosti učinit křehčím, varoval.)

Ten spád nemusí být tak hrozný. Nejlépe v reakci na katastrofy v zemi, ředitel FEMA Craig Fugate, krčí rameny nad hrozbou kolapsu elektrické sítě.

Kdy lidé zpanikařili? Obecně to, co zjistíte, je, že porodnost o devět měsíců později stoupne, řekl a pak zvážněl: Lidé jsou mnohem odolnější, než by jim odborníci přiznávali. Bylo by to nepříjemné? To jo. Bylo by to pohodlné? Už jste někdy viděli, že vypadl proud a dopravní signály přestaly fungovat? Doprava je peklo, ale lidé na to přijdou.

Fugateovou velkou starostí při hromadném výpadku je komunikace, řekl. Když jsou lidé schopni získat informace a vědět, jak dlouho bude výpadek proudu, zvládají to mnohem lépe.

Tyto scénáře soudného dne mohou být irelevantní, protože elektrická síť je již vystavena řadě nebezpečných stresů způsobených změnou klimatu. Sandy ukázal, že předpoklady použité k vybudování mnoha částí elektrické sítě byly mylné: Bouřková vlna zaplavila infrastrukturu, zaplavila rozvodny a způsobila jejich selhání. Významné části mřížky může být nutné přesunout na vyšší úroveň. Otázkou je, bude to stále extrémnější. řekl Dagle. Schopnost se s tím vypořádat je pro nás stále náročnější. Jak vysoko může stoupat bouře?

I daleko od pobřeží může extrémní počasí ohrozit systém neočekávaným způsobem. Některé systémy používají plynovou izolaci, ale pokud teplota klesne dostatečně vysoko, změní se složení plynu a izolace selže. Elektrárny na teplejších místech, jako je Texas, nejsou dobře připraveny na extrémní chlad, což znamená, že elektrárny by mohly selhat, když je obyvatelstvo nejvíce potřebuje k zajištění energie pro teplo. Vzhledem k tomu, že energetické společnosti při výrobě energie více spoléhají na zemní plyn, existuje nebezpečí, že poptávka převýší nabídku. Představte si vánici, ve které všichni nastartují své plynové topné systémy. Plynárenská společnost najednou nemůže poskytnout všem. Energetické společnosti nemusí mít nutně první právo na odmítnutí, takže by mohly ztratit průtok a být nuceny vypnout proud uprostřed zimní bouře.

Léto nenabízí žádný odpočinek. Spotřebitelé nastartují své klimatizace a požadují více energie. Mezitím dochází k nárazovému efektu: Pokud je několik dní trvale vysoké teploty, budovy se nikdy tolik neochladí, takže spotřeba elektřiny bude každým dnem vyšší a vyšší. Ale elektrárny, které při chlazení svých rostlin spoléhají na podzemní vodu, budou mít potíže s udržením chlazení, protože se voda sama ohřívá. Sucha mohou vysávat energii z vodních elektráren, zejména na západě Spojených států.

Pokud bude extrémní počasí i nadále normou, chaos, který na rozvodné síti rozpoutal Sandy, může být jen ukázkou druhů narušení rozvodné sítě, které by se mohly stát běžnými. Nebo jako New York Herald argumentoval v roce 1859 s odkazem na Carringtonovu událost, Fenomény nemají mít žádný odkaz na věci minulé – pouze na věci budoucí. Proto polární záře… musí být v budoucnosti spojena s něčím – válkou, morem nebo hladomorem. I když byla sluneční bouře v té době málo pochopena, předpověď zůstává platná.

Tento příběh byl umožněn s podporou W.K. Kelloggova nadace.