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電力系統のレジリエンスの定義は様々ですが、よく引用される定義は、連邦エネルギー規制委員会（FERC）が提案したもので、「破壊的な事象の規模や期間に耐え、軽減する能力であり、そのような事象を予測、吸収、適応、および/または迅速に回復する能力を含む」と定義されています。[ 1 ]レジリエントなシステムを定義する属性としては、例えば、予測能力、堅牢性、適応性、回復速度、および適応能力などがあります。[ 2 ]すべてのシステムには異なる脆弱性があり、そのためレジリエンスはシステム固有の方法と事象固有の方法の両方で研究されています。[ 3 ]レジリエンスの事象範囲は、多くの場合、影響が大きく発生確率が低い事象、または極端な事象として定義されます。[ 4 ]しかし、極端な気候関連事象やサイバーセキュリティ事象がより一般的になるにつれて、レジリエンスはnk、k>5の事象を扱うという、より普遍的な定義が用いられるようになりました。[ 5 ]
影響が大きく発生確率が低い事象は、例えば、異常気象、人為的ミス、老朽化したインフラ、サイバー攻撃などによって引き起こされる可能性があります。これらの事象は、広範囲にわたって長期間にわたり甚大な被害をもたらします。例えば、激しい嵐は広範囲の地域で停電を引き起こす可能性があり、通信システムへのサイバー攻撃は電力網全体を混乱させる可能性があります。これらの事象はまれであるため、その影響に関するデータは限られており、事象のリスクを計算することは困難です。さらに、エネルギー、輸送、通信などのさまざまなインフラの相互依存性により、混乱事象の影響が悪化する可能性があります。したがって、将来の事象の悪影響を軽減するための戦略的なレジリエンス計画には、さまざまな潜在的な混乱事象と、電力システムインフラ全体へのそれらの潜在的な影響を考慮した包括的なアプローチが必要です。[ 6 ]
理由はどうであれ、ますます懸念されているのは、停電が経済的損失をもたらし、基本的な快適ささえも電気にますます依存するようになった人々にとって困難をもたらすということです。そのため、世界中の電力システム（EPS）が回復力を持つことが不可欠です。回復力のあるEPSは、軽微な障害や大規模な混乱事象に直面しても、途切れることのない電力供給を保証する必要があります。信頼性が高く、潜在的な停電を予測して準備できる能力を備えている必要があります。さらに、回復力のあるEPSは、重要な施設への電力を迅速に復旧および回復するメカニズムを備えている必要があります。しかし、電力システムの信頼性は明確に定義され、電力部門で確立された指標がありますが、回復力はいくつかの類似点があるにもかかわらず、信頼性と混同されることがよくあります。[ 7 ]
全米アカデミーの報告書によると、階層構造で組織され、大規模に緊密に相互接続された電力網の円滑な運用は、今後20年間、大多数の消費者に信頼できる電力サービスを確保するために引き続き重要となる。[ 8 ] 電力障害は、消費者と電力システム自体の両方にとって問題である。これらの障害は通常、落雷、倒木、機器の故障など、システムの局所的な部分への物理的な損傷によって引き起こされる。米国で顧客に影響を与える停電の大部分は配電システムで発生する事象によって引き起こされるが、大規模な嵐、自然現象、およびオペレーターのミスは、高圧システム全体で停電を引き起こす可能性がある。ハリケーン、氷嵐、干ばつ、地震、山火事、破壊行為など、さまざまな事象が停電につながる可能性がある。電力がなくなると、特に通信、ビジネス運営、交通管制の面で生活がより困難になる。短時間の停電は通常対処可能ですが、停電が長引いたり広範囲に及ぶと、コストと不便さが増大します。医療、緊急サービス、通信などの重要なサービスが中断され、人命の損失につながる可能性があります。このレポートは、大規模停電、特に数日間以上続き、複数の地域や州に及ぶ停電の悪影響を最小限に抑える、回復力のある電力システムの構築に焦点を当てています。これは、信頼性の高い電力供給に依存する現代経済にとって特に問題となります。[ 9 ]
電力会社が大規模停電の防止と軽減に努めているにもかかわらず、停電は依然として発生しており、電力系統の障害となる可能性のある多数の原因により、完全に排除することはできません。システムの規模と潜在的な問題を考慮すると、このような停電がもっと頻繁に発生しないのはやや意外です。しかし、システムの計画者と運用者は、長年にわたり、電力系統が高レベルの信頼性で設計および運用されるように多大な努力を払ってきました。近年では、回復力にも重点が置かれるようになっています。大規模電力系統の信頼性基準の開発を担当する北米電力信頼性評議会（NERC）は、信頼性を2つの基本的な概念で定義しています。[ 10 ]
システムの信頼性基準は実際には様々であり、米国全体の電力系統は比較的高い信頼性を維持しているものの、「サイバーフィジカルシステム」としての複雑さゆえに、完全に故障のないシステムにはなり得ない。発電能力の十分性を確保するため、一般的には10年に1日の停電という基準が用いられている。これは、供給不足による自主的な負荷遮断が10年に1回以上発生しないよう、発電予備力が十分でなければならないことを意味する。しかし、数百万もの複雑な物理的、通信的、計算的、ネットワーク化されたコンポーネントやシステムが存在するため、システムは本質的に複雑であり、完全な信頼性を達成することはできない。
回復力と信頼性は、2つの異なる概念です。ランダムハウス英語辞典によると、回復力とは、引き伸ばされたり、圧縮されたり、曲げられたりした後に元の状態に戻る能力を指します。さらに、回復力には、逆境、病気、うつ病、その他の同様の状況からの回復が含まれます。また、影響を軽減し、イベント終了後に迅速かつ効率的に再編成し、将来のイベントにうまく対処することを学ぶことによって、障害に効果的に立ち直り対処する能力も含まれます。[ 11 ]
気候変動に関連する問題により、エネルギーの持続可能性と回復力への注目が高まっています。米国では、電力会社が2002年以降2500件以上の重大な停電を記録しており、そのほぼ半数（具体的には1172件）は、暴風雨、ハリケーン、その他の特定されていない悪天候などの気象現象によるものです。[ 12 ]これらの事象はしばしば大きな経済的損失につながります。[ 7 ]
国の電力送配電システムのレジリエンス強化に関する委員会は、大規模かつ長期にわたる停電の影響を軽減するための戦略を策定しました。レジリエンスとは、停電の発生を防ぐだけでなく、その規模と影響を制限し、迅速に電力を復旧させ、将来の事態に備えることでもあります。[ 8 ]
米国の一部の地域では、依然として規制された垂直統合型の公益事業に依存している一方、他の地域では競争市場を採用している。レジリエンスを向上させるための取り組みは、このような制度的および政策的な多様性を考慮に入れなければならない。[ 8 ]
高電圧レベルでの自動化の利用は、グリッドの信頼性を向上させることができるが、サイバーセキュリティの脆弱性も引き起こす。これらの「スマートグリッド」は、改良されたセンシング、通信、自動化技術、および高度な計測インフラストラクチャを使用する。[ 8 ]
分散型エネルギー資源は一部の州で急速に増加しているが、米国のほとんどの顧客は引き続き大規模で相互接続された階層構造の電力網に依存している。したがって、電力の回復力を高めるための戦略では、多様な技術的および制度的取り決めと、さまざまな危険を考慮する必要がある。大規模停電の回避、計画、対処、復旧に関しては、すべての状況に適合する単一の解決策はない。[ 8 ]