当地时间7月13日傍晚6时许,美国纽约曼哈顿中城和上西区突发大面积停电事故。根据美国能源公司联合爱迪生公司(Con Edison)事后统计,共有约7.3万用户被迫断电,160万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),纽约也同样发生了严重的大规模停电,导致当时在混乱中发生了1000多起纵火案和1600多家商店遭到洗劫,损失超过3亿美元。
如此诡异的巧合,让此次停电的原因“扑朔迷离”。有人认为这是网络攻击,有人认为是恐怖主义袭击,也有人将其定义为“伊朗对美国的报复”……
不过,随着纽约市长白思豪(Bill de Blasio)在媒体发布会上的官宣,终止了所有想象:停电原因是变压器起火。
而令人担忧的是,美国的电力化进程较早,电力设施的敷设早于中国数十年,许多电缆、变压器已经接近质保期,翻修又困难重重,并且美国的电网智能检测已经明显落后于中国,“高龄”的美国电网今后或将遭遇更多类似的突发性大断电。
1 “宇宙中心”曼哈顿大停电
这场断电大约持续了四个多小时,主要发生在曼哈顿西部地区,时代广场上常年闪烁的广告牌变成一片黑屏,地铁停运、交通信号灯瘫痪、百老汇的演出和拉丁天后詹妮弗·洛佩兹在麦迪逊花园广场上的演唱会也被取消。
直到晚上十点多,电力才开始逐步恢复。午夜时分,电力才得到完全的恢复。共有73000余用户受到影响,160万余人的生活受到波及。
纽约市长白思豪(Billde Blasio)和电力供应商联合爱迪生电力公司(Con Edison)主席蒂莫西·考利及时出来辟谣,否定了网络攻击说和恐怖袭击论。
西64街和伦敦西区大道发生的1.3万伏配电电缆故障,是导致周六晚间停电的一连串事件中的第一张多米诺骨牌。随后变电站的继电保护系统又发生故障,一个变压器起火并爆炸,致使临近的五六个电力网络瘫痪。
主要的受影响区域。来源:Con Edison
尽管见惯大世面的纽约客们,面对停电表现得相当淡定:点着蜡烛继续在餐厅吃晚餐,或站在街边看百老汇艺术家们的即兴表演,甚至当起临时交警,帮助疏导交通……
然而美国并没有对这场“宇宙中心”大停电事故掉以轻心,纽约州州长安德鲁· 科莫则表示:“这座城市不能发生这样大规模的停电,这太危险”,并下令州政府机构立刻展开调查。
毕竟在42年前的同一天(1977年7月13日),纽约也发生了严重的大规模停电。那次事故由闪电击中几条电线引起,故障持续了24小时以上,约800万人受到影响。混乱中,一些暴徒制造了1000多起纵火案,1600多家商店遭到洗劫,损失超3亿美元。
2 不稳定的“高龄”电网
实际上,最早步入电气化时代的美国正面临着严峻的电网安全危机。据美国伊顿公司统计,2008-2017年期间,美国电网平均停电次数为3188次,近五年来均超过3000次。从区域范围来看,加州摘得“桂冠”,十年来停电4297次。德州排名第二,共发生了1603起停电,纽约位列第三,共1528次。
美国电网已走过一个多世纪,最初由私营和公营电力公司根据各自的负荷和电源分布组成数百个孤立的电网,遮天蔽日的电线曾引起了市民的强烈抗议。后来通过双边或多边协议、联合经营等方式相互联网,逐步形成了今天的东部、西部和德克萨斯三大联合电网三足鼎立的格局。糟糕的是这三大联合电网之间仅由少数低容量的直流线路连接,这为电网安全埋下了隐患。
美国电网设备老化、技术陈旧问题突出。它的电网建设时间较早,电网结构在上世纪50年代已基本成型。随着经济和电力需求增速趋缓,电网的建设与改造明显停滞。于此相对的是,随着能源结构的变化,越来越多新能源的接入使得电网改造更加迫切。
而经历了90年代的电力私有化改革后,“各自为政”的私有电力公司缺乏积极性去对深埋地下的线路进行大改造。即使深知对电网设备进行现代化、智能化改造非常迫切,但面对庞大的工程、惊人的资费以及漫长的审批过程,他们往往也心有余而力不足。
一位美国电力系统从业人员对能见表示:“纽约的供电系统其实很脆弱,纽约的很多供电设施和地下高压电缆已经服役了几十年,甚至更长的时间。虽然很少会遇到乱开挖破坏线路的情况,但各种设施经过数十年的服役,已经开始老化残旧了。加之城市用电量越来越大,原来的地下电缆很多已经不堪重负。逐步更换的费用高昂,尤其美国的电力工人既缺乏,人工费又奇高,所以私有电力公司斥巨资对地下线路进行更换的意愿并不高。”
从2012年到2017年,美国200千伏及以上输电线路长度仅增长了4.63%,总共只增加了15997km。目前,美国电网规模已落后于我国。据美国能源部(DOE)统计,70%的输电线路和电力变压器运行年限在30年以上,60%的断路器运行年限超过30年。
陈旧电网面临保障供电可靠性的巨大挑战,飓风、暴雪等自然灾害时常给美国电力供应带来严重影响。有媒体曾疾呼:不稳定的“高龄”电网是美国“最薄弱的一环”。
3“杯水车薪”的智能电网
与美国电网不同,我国电网具有先天优势,由国家进行统一管理和调度,设备相对统一且持续升级。覆盖全国,调度能力强大,至今没有发生过一起负荷损失超过800万千瓦的重大停电事故。
特别是从2019年开始,国家电网提出了建设泛在电力物联网的战略,通过传感技术、通信技术和计算机技术把电力设备终端接入网络,用大数据技术快速关联分析海量数据,实现及时的状态感知和实时的信息搜集,从而能判断、预警与处置相关电力事故风险,也就更容易避免大范围停电事件。
从全球角度来看,中国新一轮电网以及相关信息化投资,将进一步引领全球。目前,欧美电网在部分智能硬件设备方面相对于中国电网处于落后状态,泛在电力物联网在欧美国家并未普及。
在欧洲有一些与泛在电力物联网相似的构想,目前仅仅是示范性的项目,这些项目只是在电网的基础上再加上一层ICT的网络,即信息通信技术,实现负荷与可再生能源的互动,以及其他一些功能,没有像中国大面积铺开。
近年来,美国也在不断加快推进智能电网(smart grid)。许多公用事业公司正在投资智能电网技术,如高级计量基础设施(AMI)、自动故障定位、隔离和服务恢复(FLISR)自动切换装置、智能电表、储能技术和微电网技术。截至到2017年底,美国安装了7600万只智能电表。
然而,不断老化的电网设施尚来不及更换,遑论更为庞大的智能设施投资需求,美国的智能电网计划仅仅是杯水车薪,纽约这样的大城市面对可预见的电力事故,依然“鸭梨山大”。
特朗普总统曾在2016年大选期间提议在美国基础设施上投入1万亿美元。然而德克萨斯大学奥斯汀分校的一项研究分析显示,目前包括发电厂、输电线路、变压器和电线杆在内的电力系统约贬值1.5万亿-2万亿美元,而替换这些资产的成本需要5万亿美元。
加之随着分布式新能源、微电网、储能等新技术的快速发展,如何将有限的资源进行合理分配将成为美国的一大难题。
正如《电网》一书的作者格雷琴·巴克(Gretchen Bakke)所言:资金不足的电网无法将美国带入一个新的能源未来。
这次纽约停电事故也给美国电网敲响了警钟,据今日美国(USA Today)报道,纽约、华盛顿和芝加哥地区即将迎来高温和潮湿天气,埋在地下的电力系统将面临高温和高负荷的双重考验,突发性断电事件极有可能再起。
如果美国不能克服电网公司高度私有化带来的弊病,无法将已经到退役年限的电网设施更换,又没有抓住这一轮电网智能化的步伐。那么,在不远的未来,随着全球变暖和极端气候的加剧,以及能源需求的增加和能源结构的快速变化。这个最先进入电气时代的国家,或将面临更多‘灾难性’断电。而束手无策的乐观美国人民,可能只能在黑暗中唱着《天佑美国》。