Negen van de 10 grootste black-outs in de geschiedenis van de VS werden veroorzaakt door orkanen, wiens aanhoudende harde wind hoogspanningslijnen over brede geografische gebieden heeft uitgeschakeld. Bovenaan de lijst staat orkaan Maria, die in oktober het elektriciteitsnet in Puerto Rico en de Amerikaanse Maagdeneilanden uitschakelde, waardoor de meerderheid van de bevolking daar maandenlang zonder stroom zit.

Klimaatwetenschappers voorspellen dat naarmate de wereldwijde gemiddelde oppervlaktetemperatuur blijft stijgen, dat geldt ook voor de frequentie en intensiteit van grote stormen, evenals van hittegolven en hoge temperaturen. Als resultaat, we zullen waarschijnlijk nog meer wijdverbreide stroomstoringen zien - niet alleen door orkaanwinden, maar ook door de effecten van langdurige en extreme hitte op een kritiek maar kwetsbaar onderdeel van het elektriciteitsnet:de grote stroomtransformator (LPT).

LPT's zijn transformatoren met een vermogen van of hoger dan 100 MVA (mega volt-ampère), en duizenden worden ingezet in de VS. De huidige voorraad LPT's is oud:zeventig procent of meer is 25 jaar of ouder. Ze hebben een verwachte levensduur van 40 jaar, en zijn zeer kostbaar en tijdrovend om te vervangen.

Gedreven door de opwarming van de aarde, frequentere en intensere hittegolven kunnen de operationele levensduur van LPT's verslechteren en het risico op voortijdig falen vergroten. Oververhitting vermindert de structurele integriteit van de elektrische papierisolatie die wordt gebruikt in LPT's, catastrofale kortsluitingen veroorzaken. Het faalpercentage wordt groter naarmate stijgende temperaturen intensere chemische reacties veroorzaken die de isolatie verouderen. Wijdverbreide LPT-storing kan leiden tot langdurige netverstoring, met bijkomende gevolgen voor netafhankelijke systemen zoals communicatie, financieel, en cybersystemen – en grote economische verliezen.

Om het versnelde risico van LPT-falen in de komende decennia te beoordelen, onderzoekers van het MIT Joint Program on the Science and Policy of Global Change en MIT Lincoln Laboratory bestudeerden de mogelijke impact van het broeikaseffect en de bijbehorende verschuivingen in warme zomerdagen op de LPT-levensduur op een LPT-locatie in het noordoosten van de VS. Ze ontdekten dat voor een achtergrondtemperatuurstijging van 1 graad Celsius, de levensduur van de transformator neemt met vier jaar af, of met 10 procent. Daarom, prognoses van de gemiddelde opwarming van de aarde aan het einde van de eeuw van ongeveer 2 graden (een klimaatbeleidsgestuurd scenario) en 4 graden (een business-as-usual scenario) zouden resulteren in een gemiddelde vermindering van de verwachte levensduur van de transformator met 20 tot 40 procent. De resultaten van het onderzoek worden gerapporteerd in het tijdschrift Klimaatverandering .

"Studies zoals deze laten zien hoe kwetsbaar het ingewikkelde elektrische netwerk waarop we vertrouwen is voor schadelijke weers- en klimaatgebeurtenissen, ", zegt adjunct-directeur van het gezamenlijke programma, C. Adam Schlosser, een co-auteur van de studie. "Ons elektriciteitsnet is belast met het onderhouden van activiteiten op of bijna 100 procent van de tijd, zelfs onder extreme weers- en klimatologische omstandigheden, en dus moeten groeiende risico's en bedreigingen worden gekwantificeerd om actie te ondernemen en de juiste strategieën proactief en kosteneffectief te implementeren."

De onderzoekers beoordeelden ook de toekomstige veranderingen in het voorkomen van warme dagen onder de klimaatscenario's van 2 graden en 4 graden, met behulp van twee verschillende benaderingen:een conventionele methode die het optreden van warme dagen detecteert op basis van de verwachte dagelijkse maximumtemperatuur van een reeks klimaatmodellen, en een recent ontwikkelde analoge methode die in plaats daarvan gebruik maakt van door klimaatmodellen gesimuleerde grootschalige atmosferische patronen (bijv. wind- en drukomstandigheden) die verband houden met de waargenomen lokale extreme temperatuur.

Beide methoden duiden op een sterke decadale toename van de frequentie van warme dagen. Tegen het einde van de 21e eeuw, het mediane aantal zomerse warme dagen per jaar zou kunnen verdubbelen in het 2-gradenscenario en vervijfvoudigen in het 4-gradenscenario, samen met de bovengenoemde verlagingen van de levensduur van de transformator.

Het belangrijkste is, de analoge methode vertoonde een veel grotere consensus tussen de modellen, d.w.z. een kleiner bereik van uitkomsten in de resultaten.

"De verbeterde consensus tussen de modellen van de analoge methode is een veelbelovende stap in de richting van het verstrekken van bruikbare informatie voor een stabieler, betrouwbaar en milieuverantwoord landelijk elektriciteitsnet, " zegt Xiang Gao, hoofdauteur van de studie.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.