近年来，由极端天气或变电站攻击导致的停电事件暴露了电网的脆弱性。对于依赖电网供电的美国军事基地而言，做好停电准备关乎国家安全。还有什么比切断电源更好的测试准备情况的方式呢？
林肯实验室正是通过其能源韧性准备演习(ERRE)来实现这一目标。在演习期间，基地会与电网断开连接，测试备用电源系统和军人应对故障的能力。每次演习持续长达15小时，模拟真实停电事件，且对基地人员预警有限。
"没有人认为这种现实世界的测试会被接受。现在我们已经在33个设施进行了演习，影响了超过80万人，"领导该项目的林肯实验室能源系统组研究员Jean Sack表示。
电网老化与能源韧性挑战
根据能源部的一份报告，美国70%的输电线路已接近使用寿命。这种老化的基础设施，加上不断增长的电力需求和相互依存关系， threatens连锁故障。作为回应，国防部已加强了对能源韧性的重视，即预期、抵御和从停电中恢复的能力。在基地，停电可能破坏关键任务，为物理或网络攻击打开大门，并切断供水。
"对这个已经脆弱的系统的威胁正在增加。这就是为什么这项工作如此重要，"Sack说。
林肯实验室研究员Jean Sack(左)和Christopher Lashway已在国内外军事基地进行了数十次能源韧性准备演习。
安全切断电源
在演习前，实验室团队与基地领导和基础设施人员密切合作，仔细规划如何安全地与公用电源断开连接。通过多次实地访问，他们研究每栋建筑和任务，了解电力能力，确保健康和安全，并制定应急计划。
"我们将可能从未交谈过但相互依赖的人聚集在一起。我们喜欢说'将任务负责人与他们的公用事业提供商联系起来'，"前电工转能源系统研究员Lashway说。"规划过程是一个巨大的学习机会，也是提前解决停电问题的机会。"
在停电当天，实验室工作人员在场确保过程顺利进行，但基地负责运行演习。自2018年开始以来，ERRE活动已覆盖大型设施，包括北卡罗来纳州布拉格堡，这个陆军基地每天约有15万人，以及远至英国和日本的基地。
关键在于不限制其范围。所有设施和任务，特别是关键任务，都应包括在内，军人被要求解决问题。为了使演习作为准备情况评估更有用，一些演习经过修改，模拟真实事件的脚本场景。这些场景可能要求人员处理控制系统网络攻击、备用发电厂关闭或停电期间的火箭发射等。
"我们可以进行世界上所有的桌面演习，但当你真正拔掉插头时，问题实际上是什么？"前国防部负责维持的助理部长Robert McMahon在关于初期演习的众议院武装部队小组委员会联合听证会上说。"我看到的最重要教训之一是，从基地级高级领导到我的级别，我们缺乏对我们预期发生的事情与实际发生的事情的欣赏和理解，然后能够应用这些经验教训。"
揭示问题
ERRE演习揭示了基地之间的常见问题。其中之一是对脆弱或故障备用系统的依赖。例如，如果电子设备没有得到备用电池支持以桥接电源转换，它就会经历硬关闭。在某些情况下，这些电池系统因老化或发电机问题而失败或意外耗尽。"我们看到一个巨大的通信室掉线，然后电话和电脑无法工作。这强调了冗余的必要性，"Lashway说。
发电机也存在问题。一些发电机因为未在长时间停电期间定期维护或加油而失效。有时，人员错误地假设发电机将支持整个建筑物，事后需要重新配置。空调系统通常被排除在发电机支持的紧急电路之外，但计算机数量多的房间会产生大量热量，过热的设备很快就会关闭。
林肯实验室研究人员在演习前彻底研究基地的能源基础设施。
演习还揭示了相互依存关系和连锁反应。在一个案例中，灭火系统意外触发，用泡沫淹没了机库。原因是开关重置的同时压力下降。
"在这种规模下执行操作强调，每个因素需要和谐高效地工作，以确保基地和最终任务保持功能，"Lashway说。
除了解决技术问题外，这些演习对于练习协调和遵循指挥链也很有价值。它们还揭示了在停电期间运行的社会挑战。例如，一些国防部指导限制在日托中心使用发电机，因此父母需要在维持任务的同时协调照顾。
演习后的改进
演习后，实验室为基地编制所有发现结果的报告。它提供按建筑划分的重要事件时间戳，确定问题之间的联系，并总结全站常见问题。然后它提供解决漏洞的建议。"我们的目标是为基地提供尽可能多的理由，以获得修复问题所需的资源，"Sack说。
研究人员还希望帮助基地预防问题并避免昂贵的维修。最近，他们一直在使用功率表在演习前、中和后捕获电气数据。这些监控工具揭示了其他方面隐藏的电能质量问题。
"并非所有电力都是平等的，必须遵循标准以确保设备，特别是专用军事设备，正确运行且不会长期损坏。功率计量提供了对此的洞察，"Lashway说。
推动韧性发展
林肯实验室的ERRE活动促成了立法。2021年，国会通过法律，要求每个军种在2027年前每年至少进行五次ERRE，或"黑启动演习"。该法律最近被重新授权至2032年。该团队已将ERRE流程转移给两家私营公司以及空军和陆军，以在未来几年进行演习。
"这项工作引起了国会的注意并在国防部内扩大，这非常令人兴奋，"领导能源系统组内能源、水和自然灾害韧性组合的Judson说。"这个想法最初是为了促进国防部设施上的变革，包括许多关于关闭关键任务电源的艰难对话，现在我们正在看到基地及其准备情况的显著改善。"
Lashway说，它甚至可能鼓励各军种之间的一些良性竞争。在科罗拉多州最近的一次区域活动中，三个美国太空部队基地互相竞争，试图扩大其演习的范围和持续时间。
Christopher Lashway在电力恢复后收集电能质量计进行后处理。
该团队的现在正转向相关分析，如水资源韧性。水和废水系统容易受到停电以外的干扰，包括设备故障、破坏或水源枯竭。
"我们正在进行桌面演习和研讨会，团结利益相关者围绕水和废水系统对任务的重要性，"领导这项工作的Servi说。"到目前为止，我们看到管理水系统的团体寻求资金修复这些老化系统的参与度很高，以及那些以前认为水理所当然的任务的参与度。"
他们还在进行长期能源规划，包括减少基地对电网依赖的方法。一种方法是安装微电网，即可以接入储存能量的自给自足系统。根据Sack的说法，微电网高度定制且操作复杂，因此一个目标是设计标准化系统。团队最近的功率计量数据为此类设计提供了有用的初始输入。
民用应用的潜力
研究人员还在考虑这项工作如何能改善平民的能源韧性。大规模演习对公众来说可能不可行，但可以在对公共安全重要的地区或依赖军事资源的地方进行。在乔治亚州的一次演习中，城市居民部分依赖基地的发电厂，因此该演习包括与城市合作，确保其对停电的韧性。
"在准备测试与不造成伤害之间取得平衡是这个领域的一个巨大挑战，也是我们的巨大动力，"Sack说。"我们对结果感到鼓舞。我们的工作正在影响最高级别的服务，重写基础设施政策，并确保人们能够在电网中断期间更好地维持运营。"
林肯实验室ERRE团队在联合基地开普角的成员
结论
林肯实验室的能源韧性演习已成为提高军事基地应对电力中断能力的关键工具。通过模拟真实断电场景，这些演习不仅暴露了能源系统的脆弱性，还促进了基础设施改进和政策制定。随着立法支持和扩展到水资源韧性和微电网技术，这种方法有望进一步提高军事基地的能源独立性和可靠性，甚至可能为民用能源安全提供有价值的经验。
