假如黑暗再次来袭 美2003年大断电十年回眸
时间:2017-12-07

  如果在2003年黑暗再次袭击美国,目睹了10年的电力消耗 - 新闻 - 科学网络

  十年前,东北地区数千万人经历了前所未有的大规模停电之后,美国的电力体制经历了一系列改革,但问题依然存在。

  来源:MIKE ALBANS / NY每日新闻档案/盖蒂图片

  2003年8月14日,至少有5000万美国人无法使用制冷设备,冷藏食品,照明,电脑,通勤,享受现代社会用电所需的无数其他必需品。俄亥俄州一条输电线路的损坏引发了一系列级联事件,造成了北美历史上最大规模的停电事件,使东北部地区瘫痪了两天,影响了美国和安大略省的八个州,加拿大。

  灾情发生后的第一年,美加断电工作组召开会议,查明事件原因。

  “科学美国人”在大停电10周年之际,采访了电气工程师杰夫·达格(Jeff Dagle),希望了解人们不知道的情况,以及现在会发生什么类似的灾难。 Dagle是特遣部队和西北太平洋国家实验室电网恢复专家的成员。

  2003年8月14日发生了什么?

  灯光自动熄灭,影响5000万居民,预计经济影响100亿美元。它从8月14日星期三下午3点05分在俄亥俄州北部的一条电线开始。这条电线传输的实际电量低于其传输容量。根本没有问题,但电线下面的树太靠近电线。供电铝悬挂在电线上,它依靠空气提供绝缘。如果太近,会出现电弧和短路。

  结果,在俄亥俄州北部输入了34.5万伏输入电压。网格通常被设计成具有足够的弹性以在没有任何影响的情况下丢失任何一条线。但当天控制中心的软件出现了问题,据称拥有该线路的排名第一的能源公司应该采取预防措施,但是他们甚至不知道该线路是否掉线。

  30分钟后,附近的电线也出于同样的原因失败。像任何重载线一样,电流的热量加热金属并使其膨胀。线下垂更接近对象的底部。又过了15分钟,第三条线就瘫痪了。

  此时,电力仍在流动。所以事件加速了。当天凌晨4点,事件发生在俄亥俄州北部,导致阿克伦城和克里夫兰城完全停电,然后到达底特律和伊利湖,然后范围进一步扩大,最终影响了数千万人。

  树是主要问题吗?

  另一个根本的原因是缺乏情境意识,这不仅仅是软件故障。调查委员会很奇怪为什么指挥中心没有把线索放在一起。事实上,他们没有意识到电网出现问题,直到控制室里的灯熄灭。

  他们接到很多电话,手术显示出问题,但他们不明白这个联系。他们让系统扩展一个小时。

  还有其他问题吗?

  还有一个由可靠性协调员组成的公用层以上的组织层。从1996年西海岸的停电中得知这一点。您需要一个组织来审查所有的实用程序。在这种情况下,两家主要的公用事业公司,第一能源公司和美国电力公司,以及两个电力系统可靠性协调员,中西部独立系统运营商(MISO),宾夕法尼亚州,新泽西州和马里兰州电力图书馆。 MISO经历了软件故障,阻碍了他们的计算机工具评估系统的整体风险。

  第四个主要原因是对系统的理解不够。在八十年代,一些研究预测了这种停电。预测显示,如果从8月14日开始,电流由南向北流动,电压降到一定值以下,主线就会消失,引发一系列事件,影响到伊利湖和新英格兰。因此,报告建议电压不应低于一定值,但一些主要场所的电压仍然较低。

  他们为什么在低电压下工作?

  当我们问First Energy这个问题时,他们说了些什么?随着时间的推移和并购,研究报告已经失传。现在人们不知道系统的局限性。

  紧接着大停电之后,对电网进行了大范围的维修。

  最重要的是可靠的有效性要求和植被管理的新标准。我们在技术上也取得了很大的进步。我记得最近在一个控制室访问时,负责运营的高级副总裁展示了他们的电力系统数字显示投影墙。公用事业在装修控制室方面花了很多钱。他们看到了缺乏情境意识的教训。

  还有一个我参与的技术叫synchrophasor,它可以更好地测量传输网络,以便真正了解发生了什么,配备全球定位系统,技术可以把整个系统的时间缩短到几微秒,相关的测量将会给人们传输网络压力的直接指示。

  但是,传输网络本身没有重大变化?

  2009年“美国复苏与再投资法案”为智能电网技术提供了一些资金。但是对于电网本身,没有太大的变化。传输网络的运行没有发生根本的变化。还有电力线路和变压器,以及中央发电机组(电厂)。在传输层面,这与十年前的情况十分相似。

  传输网络难以管理还是传输网络较大?

  传输网络越大,可靠性就越高。想想2003年的大停电如何发展。东部输电网有80万兆瓦的高峰,但是只有6万兆瓦断了。它只是传输网络的一小部分,方法是分割传输网络。

  我们在北美建立一个统一的传输网络会更安全吗?这将面临额外基础设施偿还的经济性。我们是否需要在达科他州和怀俄明州扩大风力发电,以继续连接东西电网和建设变电站以将风力输送到城市?有一天连接到东西电网是有道理的,但是不要反对立即建设输电线路,因为成本效益不在这里。

  但像人们屋顶上的太阳能电池板这样的分布式发电似乎对集中式电网的概念提出了挑战。

  基础设施本身是一个非常复杂的机器。而且我们已经整合了太阳能和风能等许多变数,我们也更关注天然气,因为它的价格和燃煤电厂的退役,有许多新的负载形式我们以前没有见过,比如由于电动汽车在夜间充电,我们将面临更多的变化,我们已经看到了其中的一些,变化带来了风险。

  如果光伏价格下跌,没有人从公用事业公司购买电力,而只依靠自己的生产。我们是否处于这样一个重大转变的开始?网格将是什么样子呢?

  就我个人而言,我相信我们需要一个能够节省资源的大型传输网络。我不认为应该留下来,但这个模式将面临一些商业上的挑战。由公用事业公司运营的系统也将面临一些基本的挑战。从监管机构到客户再到供应商,都应尽力解决问题。

  当停电再次发生?

  这些停电有一定的周期性。经过一段时间后,人们可能会忘记,变得更加自满。 2003年,西海岸停电发生在1996年8月。2011年在圣地亚哥(加利福尼亚州,亚利桑那州)也发生了停电。

  我不能说我们不会再有大的停电。我们致力于开发技术,以尽量减少停电的风险。目标是提高可靠性。我只希望能够采取正确的技术来减少影响。 (张章)

  “中国科学”(2013-08-21第3版国际)