Er zijn twee nieuwe datacentra in Silicon Valley gebouwd, maar ze kunnen niet beginnen met het verwerken van informatie: De apparatuur die hen van elektriciteit zou voorzien is niet beschikbaar.
Het is slechts één voorbeeld van een crisis waarmee het Amerikaanse elektriciteitsnet wordt geconfronteerd en die niet kan worden opgelost door simpelweg meer elektriciteitsleidingen aan te leggen, nieuwe energieopwekking goed te keuren of de netwerksoftware te veranderen. De apparatuur die nodig is om het elektriciteitsnet draaiende te houden – transformatoren die de spanning regelen, stroomonderbrekers die beschermen tegen storingen, hoogspanningskabels die stroom over regio’s transporteren en stalen palen die het netwerk bij elkaar houden – zijn moeilijk te maken en de materialen zijn beperkt. Het duurt jaren om knelpunten in de toeleveringsketen op te lossen, waardoor projecten worden vertraagd, de kosten stijgen en de betrouwbaarheid in gevaar komt.
Ondertussen stijgt de Amerikaanse vraag naar elektriciteit uit verschillende bronnen:elektrificatie van huishoudelijke en zakelijke apparaten en apparatuur, verhoogde binnenlandse productieEn groei van AI-datacenters. Zonder de juiste apparatuur kunnen deze inspanningen jaren langer duren en enorme bedragen meer kosten dan planners verwachten.
Niet genoeg transformatoren om verouderde eenheden te vervangen
Transformatoren zijn essentieel voor het elektriciteitsnet: ze regelen de spanning terwijl de stroom over de draden beweegt, verhogen de spanning voor efficiëntere transmissie over lange afstanden en verlagen deze voor reizen over middellange afstanden en opnieuw voor levering aan gebouwen.
De Nationaal Laboratorium voor Hernieuwbare Energie schat dat de Verenigde Staten ongeveer 60 miljoen tot 80 miljoen hoogspanningsdistributietransformatoren in bedrijf hebben. Ruim de helft daarvan is dat 33+ jaar oud— hun levensverwachting benaderen of overschrijden.
Het vervangen ervan is duur en tijdrovend geworden, en nutsbedrijven melden dat transformatoren kostbaar zijn vier tot zes keer zoveel als wat ze vóór 2022 kostennaast de meerjarige wachttijden.
Om aan de toenemende vraag naar elektriciteit te voldoen, zal het land er nog veel meer nodig hebben:misschien wel twee keer zoveel als er al zijn.
De Noord-Amerikaanse elektrische betrouwbaarheid Corp. Volgens de levertijd bedroeg de wachttijd tussen het plaatsen van een bestelling en de levering van het product in 2024 ongeveer 120 weken (ruim twee jaar), terwijl grote stroomtransformatoren wel 210 weken nodig hadden (tot vier jaar). Zelfs kleinere transformatoren verlaagden vroeger de spanning voor distributie naar woningen en bedrijven nabesteld maar liefst twee jaar. Deze vertragingen hebben zowel het onderhoud als de nieuwbouw in grote delen van het netwerk vertraagd.
De productie van transformatoren is voor een groot deel afhankelijk van een handvol materialen en leveranciers. De kernen van de meeste Amerikaanse transformatoren worden gebruikt korrelgeoriënteerd elektrisch staaleen bijzondere staalsoort met bijzondere magnetische eigenschappen, waar uitsluitend in eigen land van wordt geproduceerd Cleveland-Cliffs in fabrieken in Pennsylvania en Ohio. De import heeft het gat al lang opgevuld: ongeveer 80% van de grote transformatoren is van oudsher geïmporteerd uit Mexico, China en Thailand. Maar Ook de mondiale vraag is toegenomennauwe toegang tot staal, maar ook tot koper, een zacht metaal dat elektriciteit goed geleidt en essentieel is bij bedrading.
Als gedeeltelijke erkenning van deze tekortkomingen heeft het Amerikaanse ministerie van Energie in april 2024 een besluit genomen heeft de handhaving van nieuwe regels voor energie-efficiëntie vertraagd voor transformatoren, om te voorkomen dat de situatie nog erger wordt.
Omdat de ontwikkeling nog verder wordt vertraagd, kunnen deze artikelen niet in massa worden geproduceerd. Dat moeten ze zijn individueel ontworpen, getest en gecertificeerd.
Zelfs als er eenheden worden gebouwd, kan het een hele opgave zijn om ze daar te krijgen waar ze nodig zijn. Grote stroomtransformatoren wegen vaak tussen de 100 ton en 400 ton en vereisen gespecialiseerd transport – soms is er slechts één van de ongeveer tien geschikte nodig. superzware treinwagons in het land. Alleen al deze logistiek kan maanden toevoegen aan een vervangingsproject Ministerie van Energie.
Andere belangrijke uitrusting
Transformatoren zijn niet de enige netwerkmachines die met vertragingen kampen. Dat blijkt uit een onderzoek van het Duke University Nicholas Institute, dat gegevens citeert van het onderzoeks- en adviesbureau Wood Mackenzie de doorlooptijden van de hoogspanningsschakelaar bereikte eind 2023 ongeveer 151 weken (bijna drie jaar), ongeveer het dubbele van de normen van vóór de pandemie.
Geconfronteerd worden met soortgelijke vertragingen is a scala aan soorten apparatuurzoals transmissiekabels die hoge spanningen aankunnen, schakelapparatuur – een technische categorie waartoe ook schakelaars, stroomonderbrekers en zekeringen behoren – en isolatoren om te voorkomen dat elektriciteit naar plekken gaat waar het gevaarlijk zou zijn.
Bij transmissieprojecten kunnen vertragingen in de apparatuur tijdlijnen doen ontsporen. De aanschaf van hoogspanningsgelijkstroomkabels duurt nu ruim 24 maanden, en offshore windenergieprojecten staan bijzonder onder druk: bestellingen voor onderzeese kabels kunnen duurt meer dan een decennium om te vullen. En minder dan 50 kabellegschepen zijn wereldwijd actief en beperken hoe snel fabrikanten ze kunnen installeren, zelfs nadat ze zijn vervaardigd.
De spanningen in de toeleveringsketen hebben zelfs gevolgen voor het werkpaard van het elektriciteitsnet: aardgasturbines. Fabrikanten, waaronder Siemens Energy en GE Vernova, hebben al enkele jaren achterstanden nieuwe datacenters, industriële elektrificatie en piekcapaciteitsprojecten overspoelen de orderboeken. Siemens rapporteerde onlangs een record Een achterstand van $158 miljardwaarbij sommige molenframes al zeven jaar uitverkocht waren.
Alternatieve benaderingen
Als gevolg van deze vertragingen vinden nutsbedrijven andere manieren om aan de vraag te voldoen, zoals batterijopslag, actief beheer van de vraag naar energie, het upgraden van bestaande apparatuur om meer energie te produceren of zelfs buiten gebruik gestelde productiefaciliteiten nieuw leven in te blazen.
Sommige hulpprogramma’s zijn dat wel opslag van materialen voor eigen gebruik of om aan andere bedrijven te verkopen, waardoor vertragingen van jaren naar weken kunnen worden teruggebracht.
Daarnaast zijn er nog diverse andere initiatieven geweest. Voorbij het vertragen van de efficiëntie-eisen van transformatorentoegewezen aan de regering-Biden Cleveland-Cliff’s $ 500 miljoen om zijn elektrische staalfabrieken te upgraden – maar de belangrijkste elementen van die subsidie werden door de regering-Trump ingetrokken.
Nutsbedrijven en industriële groepen zijn dat wel verken gestandaardiseerde ontwerpen en modulaire onderstations om de doorlooptijden te verkorten, maar besef dat dit ook zo is correcties op de middellange termijngeen snelle oplossingen.
Belangrijke stimuleringsmaatregelen van de overheid, waaronder subsidies, leningen en gegarandeerde aankoopovereenkomsten, kunnen helpen de binnenlandse productie van deze materialen en benodigdheden uit te breiden. Maar tot nu toe zijn de cijfers nog steeds grimmig: ongeveer 120 weken voor transformatoren, tot vier jaar voor grote eenheden, bijna drie jaar voor stroomonderbrekers en meer dan twee jaar voor de productie van hoogspanningskabels. Totdat de onderliggende knelpunten in de toeleveringsketen – staal, koper, isolatiematerialen en zwaar transport – betekenisvol zijn uitgebreid, beheren nutsbedrijven de betrouwbaarheid niet via engineering, maar via choreografie.
Morgan Basilianus is hoogleraar openbaar beleid en directeur van het Payne Institute, Colorado School van Mijnen.
Kyrie Bakker is universitair hoofddocent civiele techniek, milieutechniek en bouwtechniek bij Universiteit van Colorado Boulder.
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd van Het gesprek onder een Creative Commons-licentie. Lezen origineel artikel.
De uiterste deadline voor Fast Company’s Wereldveranderende ideeënprijzen is vrijdag 12 december om 23:59 uur PT. Solliciteer vandaag nog.
