这是一篇关于浅的调查,简要介绍了一个我们用来决定如何优先进行进一步研究的领域。
简而言之
有什么问题吗?
一场严重的太阳风暴有可能使整个大陆的电网关闭数月。
谁已经在做了?
电力公司、变压器制造商、保险公司和政府都有保护电网免受地磁风暴影响的利益。据我们所知,在这个问题上几乎没有慈善机构的参与。
一个新的慈善家能做什么?
电网可以通过加固和安装接地感应电流阻断装置来保护,防止地磁风暴产生的电流流经电网。慈善家可以资助对地磁暴构成的威胁或缓解的可能性的进一步研究,资助应对威胁的宣传活动,或直接资助缓解。
1.有什么问题吗?
太阳喷发用高能物质轰击地球,称为日冕物质抛射(CMEs)。日冕物质抛射会破坏卫星,并通过暂时扰乱地球磁场,扰乱电网的运行。
在极端情况下,大约每十年一次,日冕物质抛射会在24小时内到达地球。1日冕物质抛射是否撞击地球取决于它的方向和角宽。例如,2012年7月,一颗角宽度估计为160°的强大日冕物质抛射与地球擦肩而过,因为它是在太阳源区远离地球的一周内发射的。2当日冕物质抛射击中地球时,它会损坏卫星,包括对通信和导航至关重要的卫星。3.它还可能引起行星表面磁场的乱流,进而在远距离输电线中产生异常电流。4这些效应的强度取决于日冕物质抛射的速度、磁性强度和方向。5
1989年3月,一场大的地磁风暴破坏了Québec的电网,迫使它在几分钟内关闭。6这损坏了包括两个主要变压器在内的设备,并导致该省大部分地区停电。在9小时内恢复了83%的电力。7之后,加拿大政府投资12亿美元进行设备升级,旨在使Québec电网对风暴更有抵抗力。8
1859年,一场风暴的威力大约是1989年的两倍,尽管它没有造成重大损失,因为当时几乎没有电力基础设施。9
据研究地磁风暴的顾问约翰·卡彭曼说,一场100-200年一遇的最坏地磁风暴可能摧毁世界各地的大型变压器,并导致全球停电,需要数年时间才能修复。对医院、警察、管道、食品运输等其他基础设施的连锁反应可能会引发一场人道主义灾难。10其他的估计似乎远没有那么激进:电力行业集团北美电力可靠性公司(North American Electric Reliability Corporation)报告称,只有较老的变压器才有可能在严重的地磁暴中受损,而美国国土安全部(Department of Homeland Security)指出,卡彭曼是对地磁暴损害进行更极端估计的唯一来源。11经合组织2011年的一份报告得出结论说,人们对地磁暴的威胁还不太了解。12
除了对电网的风险,地磁暴也威胁着卫星和航空。13
2014年5月,在完成这篇浅层综述时,我们并不认为我们对地磁风暴的风险程度有很好的了解,尽管我们以低信心猜测,卡彭曼提出的100-200年一场全球毁灭性风暴的数字可能夸大了风险程度。深入研究使我们对这一估计更加有信心。14然而,用来推断概率的历史记录很短,电网对风暴的响应也没有得到很好的研究。考虑到高昂的人道主义风险,我们相信这一威胁很可能为慈善事业提供机会。
在高空引爆一枚核武器,即电磁脉冲(EMP)攻击,可能会造成类似于美国大陆面积大小的地磁暴的影响。15
2.谁已经在做了?
电力公司、州和联邦政府以及保险公司在应对地磁风暴方面都有利害关系:
- 电力公司大概是想保护他们的基础设施不受破坏。16我们还没有调查电力公司对地磁暴风险的反应程度。
- 保险公司可能会向电力公司施压,要求他们保护自己的资产不受地磁风暴的影响,承诺为采取这一措施的人提供较低的保费。17保险公司似乎正在考虑如何将地磁暴纳入其风险模型。18
- 自冷战以来,美国联邦政府一直关注电磁脉冲攻击的风险(电磁脉冲攻击会造成类似的破坏,需要类似的缓解策略),尽管自那时以来,它对减轻这种攻击造成的损害的承诺可能有所减弱。19要求电力公司减轻地磁风暴威胁的《电力屏蔽法案》已提交众议院,但截至2013年7月,两院均未对此进行投票。20.
- 美国联邦能源管理委员会(FERC)负责执行与地磁风暴相关的电力行业法规。FERC与一个行业组织——北美电力可靠性公司(NERC)合作制定标准,FERC可以接受这些标准,也可以将其提交给NERC进行修订。截至2015年5月,NERC发布了一份详细的地磁扰动可靠性标准草案,为期60天,征求公众意见。21
- 据我们所知,缅因州是唯一一个通过法律要求电力设施能够抵御电磁脉冲和地磁暴的州。22
像卡彭曼这样的一小部分倡导者目前正试图说服NERC和政府为地磁暴的威胁做更多的工作,但据我们所知,很少有慈善机构参与到这个问题中来。23
3.一个新的慈善家能做什么?
慈善家可能会采取多种不同的方法来减少地磁风暴带来的风险:24
- 进一步研究地磁暴的风险和可能的缓解战略
- 倡导为电力设施制定更严格的地磁安全标准,或为支持缓解措施提供公共资金
- 与电力公司合作,直接资助缓解措施。
我们对这些策略中的任何一种可能的回报都没有强烈的感觉,尽管我们可以猜测,研究和宣传方法将比直接支持缓解带来更高的预期回报。
3.1减轻地磁暴风险的途径
可用于保护电网的两个基本选项是操作缓解和加固。业务上的缓解需要以减少地磁风暴威胁的方式运行电网。25最激进的操作缓解措施将是在预测的地磁风暴到来之前拔掉电网组件的电源,使它们不容易受到风暴的影响。这种策略是可行的,因为卫星可以预测出地磁风暴可能发生的几天时间。26然而,国家电网可能不得不关闭几天,这将造成巨大的经济损失。27
卡彭曼认为,只需10亿美元,美国电网就可以通过地面感应电流(GIC)阻滞剂加固,以抵御地磁暴的影响。28然而,GIC阻塞设备可能比kappman估计的更昂贵,可能需要一个更多样化的加固策略来保护电网。29
虽然这两种方法都面临挑战,但有可能对卫星进行一些操作上的缓解和加固。30.
4.进一步调查的问题
我们在这一领域的研究还没有回答许多重要的问题。
在其他主题中,我们对这一原因的进一步研究可能涉及:
- 各国政府(包括美国)对地磁暴和电磁脉冲攻击的威胁有多重视?
- 电力公司目前如何应对地磁暴构成的威胁?
- 进一步的研究对更好地估计严重地磁暴可能造成的损害和更好地制定缓解战略的可能性有多大?我们是否已经从没有联系过的专家那里得到了更好的估计?
- 电磁脉冲攻击的风险有多大?
5.我们的流程
我们最初决定调查地磁暴,因为我们认为地磁暴对电网的破坏可能是一个相对容易量化的严重风险,而降低风险的干预措施可能相对容易处理。
对这一肤浅审查的调查非常有限,主要包括对政府机构和其他参与者的风险评估的审查,以及与风暴分析咨询公司(Storm Analysis Consultants)老板约翰·卡彭曼(John kappman)的对话。
2014年底,我们委托进行了一次“深潜”调查。该报告侧重于评估极端风暴发生的可能性,对电网的影响覆盖较浅,也没有讨论限制它们的选项。本页的以前版本在这里.
6.来源
卡彭曼在FERC之前的评论源
Kappenman 2010 -源
劳合社2013 -源
NRC 2008 -源
NERC 1990 -源
2013年6月8日-与约翰·卡彭曼的谈话笔记源
Odenwald 2000 -源
鲁德曼2015 -源
严重空间天气事件2008 -源
西斯科,克鲁克和克劳埃2006年源
世界地磁数据中心源
威尔士2012 -源
文档 | 源 |
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Baker等人,2013 | 源 |
中心2011 | 源 |
Cliver和Svalgaard 2004 | 源 |
国土安全部风险管理与分析办公室2011 | 源 |
FERC 2015 | 源 |
福斯特等,2004年 | 源 |
2012年地磁干扰特别小组 | 源 |
Gopalswamy 2006 | 源 |
Kappenman 2005 | 源 |
Kappenman 2006 | 源 |
卡彭曼在FERC前评论 | 源 |
Kappenman 2010 | 源 |
劳合社2013年 | 源 |
美国核管理委员会2008年 | 源 |
NERC 1990 | 源 |
2013年6月8日与约翰·卡彭曼的谈话笔记 | 源 |
Odenwald 2000 | 源 |
鲁德曼2015 | 源 |
严重空间天气事件2008 | 源 |
西斯科、克鲁克和克劳埃,2006年 | 源 |
世界地磁数据中心 | 源 |
2012年威尔士 | 源 |