當地時間7月13日傍晚6時許,美國紐約曼哈頓中城和上西區突發大面積停電事故。根據美國能源公司聯合愛迪生公司(Con Edison)事后統計,共有約7.3萬用戶被迫斷電,160萬余人的正常生活受到波及。
令人匪夷所思的是,在42年前的同一天(1977年7月13日),紐約也同樣發生了嚴重的大規模停電,導致當時在混亂中發生了1000多起縱火案和1600多家商店遭到洗劫,損失超過3億美元。
如此詭異的巧合,讓此次停電的原因“撲朔迷離”。有人認為這是網絡攻擊,有人認為是恐怖主義襲擊,也有人將其定義為“伊朗對美國的報復”……
不過,隨著紐約市長白思豪(Bill de Blasio)在媒體發布會上的官宣,終止了所有想象:停電原因是變壓器起火。
而令人擔憂的是,美國的電力化進程較早,電力設施的敷設早于中國數十年,許多電纜、變壓器已經接近質保期,翻修又困難重重,并且美國的電網智能檢測已經明顯落后于中國,“高齡”的美國電網今后或將遭遇更多類似的突發性大斷電。
1 “宇宙中心”曼哈頓大停電
這場斷電大約持續了四個多小時,主要發生在曼哈頓西部地區,時代廣場上常年閃爍的廣告牌變成一片黑屏,地鐵停運、交通信號燈癱瘓、百老匯的演出和拉丁天后詹妮弗·洛佩茲在麥迪遜花園廣場上的演唱會也被取消。
直到晚上十點多,電力才開始逐步恢復。午夜時分,電力才得到完全的恢復。共有73000余用戶受到影響,160萬余人的生活受到波及。
紐約市長白思豪(Billde Blasio)和電力供應商聯合愛迪生電力公司(Con Edison)主席蒂莫西·考利及時出來辟謠,否定了網絡攻擊說和恐怖襲擊論。
西64街和倫敦西區大道發生的1.3萬伏配電電纜故障,是導致周六晚間停電的一連串事件中的第一張多米諾骨牌。隨后變電站的繼電保護系統又發生故障,一個變壓器起火并爆炸,致使臨近的五六個電力網絡癱瘓。
主要的受影響區域。來源:Con Edison
盡管見慣大世面的紐約客們,面對停電表現得相當淡定:點著蠟燭繼續在餐廳吃晚餐,或站在街邊看百老匯藝術家們的即興表演,甚至當起臨時交警,幫助疏導交通……
然而美國并沒有對這場“宇宙中心”大停電事故掉以輕心,紐約州州長安德魯· 科莫則表示:“這座城市不能發生這樣大規模的停電,這太危險”,并下令州政府機構立刻展開調查。
畢竟在42年前的同一天(1977年7月13日),紐約也發生了嚴重的大規模停電。那次事故由閃電擊中幾條電線引起,故障持續了24小時以上,約800萬人受到影響。混亂中,一些暴徒制造了1000多起縱火案,1600多家商店遭到洗劫,損失超3億美元。
2 不穩定的“高齡”電網
實際上,最早步入電氣化時代的美國正面臨著嚴峻的電網安全危機。據美國伊頓公司統計,2008-2017年期間,美國電網平均停電次數為3188次,近五年來均超過3000次。從區域范圍來看,加州摘得“桂冠”,十年來停電4297次。德州排名第二,共發生了1603起停電,紐約位列第三,共1528次。
美國電網已走過一個多世紀,最初由私營和公營電力公司根據各自的負荷和電源分布組成數百個孤立的電網,遮天蔽日的電線曾引起了市民的強烈抗議。后來通過雙邊或多邊協議、聯合經營等方式相互聯網,逐步形成了今天的東部、西部和德克薩斯三大聯合電網三足鼎立的格局。糟糕的是這三大聯合電網之間僅由少數低容量的直流線路連接,這為電網安全埋下了隱患。
美國電網設備老化、技術陳舊問題突出。它的電網建設時間較早,電網結構在上世紀50年代已基本成型。隨著經濟和電力需求增速趨緩,電網的建設與改造明顯停滯。于此相對的是,隨著能源結構的變化,越來越多新能源的接入使得電網改造更加迫切。
而經歷了90年代的電力私有化改革后,“各自為政”的私有電力公司缺乏積極性去對深埋地下的線路進行大改造。即使深知對電網設備進行現代化、智能化改造非常迫切,但面對龐大的工程、驚人的資費以及漫長的審批過程,他們往往也心有余而力不足。
一位美國電力系統從業人員對能見表示:“紐約的供電系統其實很脆弱,紐約的很多供電設施和地下高壓電纜已經服役了幾十年,甚至更長的時間。雖然很少會遇到亂開挖破壞線路的情況,但各種設施經過數十年的服役,已經開始老化殘舊了。加之城市用電量越來越大,原來的地下電纜很多已經不堪重負。逐步更換的費用高昂,尤其美國的電力工人既缺乏,人工費又奇高,所以私有電力公司斥巨資對地下線路進行更換的意愿并不高。”
從2012年到2017年,美國200千伏及以上輸電線路長度僅增長了4.63%,總共只增加了15997km。目前,美國電網規模已落后于我國。據美國能源部(DOE)統計,70%的輸電線路和電力變壓器運行年限在30年以上,60%的斷路器運行年限超過30年。
陳舊電網面臨保障供電可靠性的巨大挑戰,颶風、暴雪等自然災害時常給美國電力供應帶來嚴重影響。有媒體曾疾呼:不穩定的“高齡”電網是美國“最薄弱的一環”。
3“杯水車薪”的智能電網
與美國電網不同,我國電網具有先天優勢,由國家進行統一管理和調度,設備相對統一且持續升級。覆蓋全國,調度能力強大,至今沒有發生過一起負荷損失超過800萬千瓦的重大停電事故。
特別是從2019年開始,國家電網提出了建設泛在電力物聯網的戰略,通過傳感技術、通信技術和計算機技術把電力設備終端接入網絡,用大數據技術快速關聯分析海量數據,實現及時的狀態感知和實時的信息搜集,從而能判斷、預警與處置相關電力事故風險,也就更容易避免大范圍停電事件。
從全球角度來看,中國新一輪電網以及相關信息化投資,將進一步引領全球。目前,歐美電網在部分智能硬件設備方面相對于中國電網處于落后狀態,泛在電力物聯網在歐美國家并未普及。
在歐洲有一些與泛在電力物聯網相似的構想,目前僅僅是示范性的項目,這些項目只是在電網的基礎上再加上一層ICT的網絡,即信息通信技術,實現負荷與可再生能源的互動,以及其他一些功能,沒有像中國大面積鋪開。
近年來,美國也在不斷加快推進智能電網(smart grid)。許多公用事業公司正在投資智能電網技術,如高級計量基礎設施(AMI)、自動故障定位、隔離和服務恢復(FLISR)自動切換裝置、智能電表、儲能技術和微電網技術。截至到2017年底,美國安裝了7600萬只智能電表。
然而,不斷老化的電網設施尚來不及更換,遑論更為龐大的智能設施投資需求,美國的智能電網計劃僅僅是杯水車薪,紐約這樣的大城市面對可預見的電力事故,依然“鴨梨山大”。
特朗普總統曾在2016年大選期間提議在美國基礎設施上投入1萬億美元。然而德克薩斯大學奧斯汀分校的一項研究分析顯示,目前包括發電廠、輸電線路、變壓器和電線桿在內的電力系統約貶值1.5萬億-2萬億美元,而替換這些資產的成本需要5萬億美元。
加之隨著分布式新能源、微電網、儲能等新技術的快速發展,如何將有限的資源進行合理分配將成為美國的一大難題。
正如《電網》一書的作者格雷琴·巴克(Gretchen Bakke)所言:資金不足的電網無法將美國帶入一個新的能源未來。
這次紐約停電事故也給美國電網敲響了警鐘,據今日美國(USA Today)報道,紐約、華盛頓和芝加哥地區即將迎來高溫和潮濕天氣,埋在地下的電力系統將面臨高溫和高負荷的雙重考驗,突發性斷電事件極有可能再起。
如果美國不能克服電網公司高度私有化帶來的弊病,無法將已經到退役年限的電網設施更換,又沒有抓住這一輪電網智能化的步伐。那么,在不遠的未來,隨著全球變暖和極端氣候的加劇,以及能源需求的增加和能源結構的快速變化。這個最先進入電氣時代的國家,或將面臨更多‘災難性’斷電。而束手無策的樂觀美國人民,可能只能在黑暗中唱著《天佑美國》。