ABD elektrik şebekelerinin kışın donma riskine en çok maruz kalanları

Kıtasal ABD’nin geri kalanıyla sınırlı bağlantısı olan Teksas’ın yanı sıra, Yeni İngiltere ve Orta-Batı’daki şebekeler de uzun süreli aşırı soğuklarda arz açığı riski taşıyor. Kış aylarında elektrik arzının talebi karşılayamadığı senaryolar, North American Electric Reliability Corporation’ın (ERC) yıllık Kısır Güvenlik Değerlendirmesi’nde düzen olarak karşısına çıkıyor.

Kışın yaşanan elektrik kesintileri nadiren tek bir arızaya dayanır. Soğuk, daha ılıman koşullar için inşa edilmiş bir şebekleyle karşılaştığında ortaya çıkar: Doğal gaz arz zinciri kuyunun ağzında donar ve elektrik piyasaları komşu bölgelerden yardım çekmekte geç kalır. Şubat 2021’deki Teksas donması, bu arıza zincirini ülkenin geri kalanına görünür kıldı.

Teksas büyük ölçüde izole bir şebekeye sahipti, doğal gaza yoğun biçimde bağıldı ve santraller için zorunlu kışa dayanıklılık (winterization) kuralları yoktu. Milyonlarca ev günlerce elektriksiz kaldı. Devlet sağlık yetkilileri daha sonra 200’den fazla ölümü fırtınaya ve sonrasındaki duruma attribüt etti.

Bu olay, şebek operatörlerinin ve düzenleyicilerinin soğuk hava güvenilirliğini tartışma biçimini değiştirdi. ABD ve Kanada’daki toplu güç sisteminin güvenliğini denetleyen ERC, her yıl arzın açlabileceği bölgeleri belirten yıllık bir Kış Güvenlik Değerlendirmesi yayımlıyor; aynı açıklar düzen olarak tekrar karşısına çıkıyor.

Teksas ve ERCOT şebekesi

[Quartz tarafından aktarılan bilgilere göre] Teksas, elektrik sisteminin nasıl bağlandığı nedeniyle ülkenin en çok izlenen kış kesinti riskini taşıyor; yalnızca soğuk olmasıyla değil. Electric Reliability Council of Texas (ERCOT), geri kalan 48 eyaleti hizmet veren iki interconnection’dan büyük ölçüde bağımsız bir şebekeye sahip.

Bu izole yapı, 2021’in Şubat ayında yaşananları şekillendirdi. Çok günlük bir Arktik soğuk dalgası, ısınma talebi patladığı anda doğal gaz kuyularını, boru hattı kompresör istasyonlarını ve santral ekipmanlarını devre dışı bıraktı. ERCOT, sistemi çökerten korumak için döner kesintiler (rolling outages) açıkladı; bazı müşteriler birkaç gün boyunca donma altındaki sıcaklarda elektriksiz kaldı.

Teksas düzenleyicileri, denetim ve yaptırımlarla desteklenen santral kışa dayanıklılık gereklilikleri ile gaz üretim ve teslim zincirinin bir bölümü için benzer kurallar getirdi. ERCOT sonrasında sabah veya akşam talep tepelerinde hızlı biçimde boşaltılabilecek büyük ölçekli batarya depolama ve yeni üretme kapasitesi ekledi.

[Quartz sitesinde yayımlanan habere göre] Temel açıklar ortadan kalkmadı. Teksas, ev ısıtması için de bu kaynağa bağıldı; altyapının büyük bölümü Arktik soğukta donan aynı coğrafyada oturuyor.

Rüzgar ve güneş enerjisi tabloyu farklı biçimde karmaşıklaştırıyor. Teksas, kurulu rüzgar kapasitesinde ABD’de önde geliyor; ancak en derin soğuğu getiren yüksek basınçlı sistemler genellikle sakin hava da getiriyor. Rüzgar çıkışı, operatörlerin en çok ihtiyaç duyduğu anda düşebilir.

Yeni İngiltere ve ISO-NE bölgesi

Yeni İngiltere’nin kış kesinti riski, santral açlığı değil, yakıt teslim sorunu. Yeni İngiltere’yi hizmet veren altı eyalet, kısıtlı bir doğal gaz boru hattı ağınıın sonundadır. En soğuk günlerde yerel dağıtım şirketleri önce ev ısıtması için gerekli gaza sahip çıkar; santral üreticileri ise artan ne kadar kalırsa onu alır.

Boru hattı gazını temin edemeyen bir santral, kağıt üzerindeki kapasitesi ne olursa olsun çalışmaz. ISO-NE açığı ithal sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) ve soğuk dönemler için yedekte tutulan yağlı ünitelerle kapadı; her ikisi de boru hattı gazından daha pahalıdır ve düzenlenmesi daha uzun sürer.

İthal LNG, bölgenin güvenliğini çok uzaklardaki piyasalara bağlıyor. Avrupa veya Asya’da güçlü ısıtma talebi sırasında gelen bir Arktik soğuk dalgası, Boston bölgesi alıcılarını aynı yükleri için uluslararası alıcılarla rekabete sokuyor.

Bölge, eski kömür ve yağlı kapasiteyi, yerini alacak yeni üretme ve iletim hatları tam online olmadan kapatmış durumda. Bu da tepede talep sırasında kullanılabilir operasyonel marjı daraltıyor; deniz üstü rüzgar projeleri ise lisanslama gecikmeleri, finansman sorunu ve inşaat aksaklıklarıyla karşılaşarak beklenen hizmete giriş tarihlerini ileri itiyor.

Orta-Batı ve MISO alanı

Midcontinent Independent System Operator (MISO), aşırı kış koşullarının bölgeyi kapasite açığında bırakabileceğini tekrar tekrar uyardı. Kömür santrallerinin kapanması, yerine geçecek işletilebilir üretme ve iletimden hızlı.

MISO, 15 eyaleti ve Kanada’ın Manitoba eyaletini kapsayan bir şebekeye sahip. Bu coğrafi yayılım kısmen sorunun kendisidir: Kuzeydeki yerel şirketlerin üzerinde Arktik hava yönetirken, güneydekilerin ılıman koşullarda olması.

Rüzgar, MISO sisteminde kurulu kapasitenin büyük bir bölümünü oluşturuyor; ancak en derin soğuğu getiren durgun yüksek basınçlı sistemler sırasında çıkış eğilebiliyor. Planlamacılar kışın rüzgarı nominal değerinin yalnızca bir fraksiyonuyla hesaba katıyor.

Kansas, Oklahoma ve Southwest Power Pool

Southwest Power Pool (SPP), Şubat 2021 Arktik soğuk dalgası sırasında tüm alanında kontrollü döner kesintiler emretti. Bu adımı atan ilk kez grid operatörüydü; krizin Teksas’ın çok ötesine ulaştığını gösterdi.

Sİk iki açıkl örtüşüyor: İlki rüzgar, SPP’nin kurulu kapasitesinin büyük bir bölümünü oluşturuyor ve durgun yüksek basınçlı sistemler sırasında kötü üretiyor. İkincisi ise doğal gaz arzı; fırtınanın 2021’de bölgedeki kuyular ve kompresör istasyonları dondu.

SPP, federal düzenleyicilerin fırtından sonra yönlendirdiği doğrultuda ünite soğuk hava hazırlık standartları için üye şirketlerle çalıştı. Coğrafya mühendislikle aşılması zor; bölgedeki gaz kuyuları, rüzgar türbinleri ve müşteriler Kanada’dan gelen bir soğuk dalga düştüğünde aynı Arktik hava kütlesinin altındadır.

Pasifik Kuzeybatısı: fırtına ve hidroelektrik riski

Washington eyaletinde ve Oregon’daki kış kesintileri genellikle fiziksel hasardan, elektrik açlığından değil. İletkenlerdeki buz yüklemesi ve ağaçların dağıtım hatlarına düşmesi, bölgedeki soğuk mevsim kayıp gücünün çoğunu oluşturuyor.

Buzlu yağmur hasarın büyük bölümünü yapar. Nemli Pasifik havası, Columbia River Gorge ve Willamette Valley gibi vadilerde hapsolan sığ bir soğuk hava katmanının üzerinden geçer. Bölgenin üretim karışımı diğer açıklamaları şekillendiriyor; Columbia ve Snake nehirleri hidroelektrik sistemi Northwest gücünün büyük bir bölümünü sağlıyor.

Bonneville Power Administration bu federal hidroelektrik pazarlıyor ve bölgedeki yüksek voltajlı iletimin büyük bir bölümünü işletiyor. Uzun vadeli planlamasında veri merkezlerinden ve Northwest genelinde büyüyen nüfustan gelen yük artışına işaret ediyor; doğu Oregon ve orta Washington, ucuz hidroelektrikle ve soğutma maliyetini düşüren ılıman iklimle çekilen ağır sunucu çiftliklerini cezbetti.

Kaliforniya’nın kış şebekesi baskıları

Kaliforniya’nın kış kesinti riski, dağıtım hatlarına fırtına hasarından kaynaklanıyor; elektrik açlığından değil. Eyaletteki tepede talep yazın, klima yükünün en yüksek olduğu anda ortaya çıkıyor.

Atmosferik nehir sistemleri kesintilerin çoğunu yaratır. Pasifik üzerinden gelen uzun nem plümleri eyalette ağır yağmur ve dağ karı indirir; ağaçları overhead hatlara iten yüksek rüzgarlarla gelir ve toprağı doyurarak kök sistemin tutunmasını kaybetmesine yol açar.

Sierra Nevada, eyaletin en çok maruz kalan bölümüdür. Islak kar iletkenlere ve dal parçalarına birikip tek fırtınayla geniş bir alanda hatları düşürebilir. Pacific Gas & Electric uzun bölümleri yer altına aldı; Southern California Edison benzer nedenlerle örtülü iletken kurdu.

Orta-Atlantik: PJM kapasite kaygıları

PJM Interconnection, küçülen rezerv marjından dolayı kış kesinti riskiyle karşılaşıyor. Grid operatörü 13 eyalet ve Washington DC’deki güç sistemini yönetiyor; eski santrallerin yeni üretme kapasitesinin yerine geçmesinden hızlı kapanması konusunda uyardı.

Pennsylvania, Ohio, Virginia, Maryland ve New Jersey bu alan içindedir. Orta-Atlantik ve Ohio Vadisi’ndeki kömür üniteleri ve yaşlanan yağlı-gaz santralleri ekonomik ve çevresel nedenlerle kapanıyor; yerine geçecek projelerin çoğu güneş, rüzgar, batarya depolama ve bazı yeni gazlı kapasite.

Talep diğer yöne hareket etti. Kuzey Virginia dünyadaki en yoğun veri merkezinden birine sahip; bu koridordan gelen yük birkaç yıl önce PJM planlamacılarının öngördüğünden hızlı büyüdü. Son kapasite ihaleleri, alıcıların daha ince bir havuza rekabet etmesiyle çok daha yüksek fiyatlarda sonuçlandı.

Kış Fırtınası Elliott (2022 Aralık), marjın ne kadar hızla daralabileceğini gösterdi. Nozul dönemindeki dik sıcaklık düşüşü talebi yükseltirken, üretmenin büyük bir bölümü teslim edemedi; açlığın çoğu gazlı ünitelerden geldi.

Neden doğal gaz bağırlığı bu riskleri birbirine bağlıyor

Dogal gaz bu listedeki neredeyse her bölgeyi bağlıyor. Hem ana ev ısıtma yakıtı hem de büyük bir elektrik üretme kaynağı olarak hizmet veriyor; iki kullanım yılın en soğuk günlerinde aynı arz için rekabet ediyor.

Soğuk hava, gaza kaynakta saldırıyor: Teksas’ın batısındaki Permian Havzası ve Oklahoma’daki Anadarko Havzası gibi arazili üretim kuyuları su ayırma ekipmanı ve aletlere dayanıyor; her ikisi de yalıtım veya ısı takibi olmadan donabilir.

Santraller genellikle bu açlığın ilk hisseden müşterilerdir. Gazlı üreticilerin çoğu kesilebilir sözleşmelerle yakıt alır, böylece yerel dağıtım şirketleri konut ısınma müşterilerini korumak için onları kesebilir. Boruda yakıtı olmayan fiziksel olarak çalışmaya hazır bir santral çalışamaz.

[Quartz tarafından aktarılan bilgilere göre] ERC tekrar tekrar gaz ve elektrik endüstrileri arasında daha sıkı koordinasyon talep etti; önerileri üretim ve orta kademai ekipman için kışa dayanıklılık standartları, gaz ve piyasalar arasındaki uyumlu zamanlama ve arz acillerinde daha iyi bilgi paylaşımını içeriyor. Bazı bu çalışmalar 2021’den sonra devlet mandaları ve federal düzenlemelerle ilerledi.