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重磅 !英国大停电事件全梳理

事件回顾

英国当地时间8月9日晚间,在民众下班回家的高峰时段突然遭遇大范围停电,导致地铁停运、机场瘫痪、交通信号灯熄灭……多条火车和地铁线路受停电影响,车次取消,造成大量旅客滞留。一些在社交媒体发布的照片显示,不少乘客被困在一片漆黑的地铁站和隧道内,拿手机照明。英国交通部门称此次停电事故及其造成的影响“史无前例”。

此次停电事故规模较大,英格兰、威尔士等地区均被波及,首都伦敦多个区域也未能幸免。据官方统计,约有近100万家庭和企业用户受到此次事故的影响。虽然停电时长仅为1个半小时左右,但停电造成的“混乱状况”几乎持续到深夜。截至上周六,约90万用户的电力已得到恢复,但铁路的供电问题仍未彻底解决。

事故是如何发生的?

一天然气发电厂和一海上风电场几乎同时脱网,使英国陷入一片黑暗。

事件始于一次非常规故障,位于贝德福德郡的Little Barford天然气发电厂由于未知的技术问题于英国夏令时16时58分停运,虽然发电机未受到损害,但损失了约730MW的发电负荷,由此带来了电网的频率波动。下图黄色区域可见天然气发电负荷的突降情况。

图片来源:Bloomberg

紧接着在17时左右,第二个发电厂,位于英国北海的霍恩锡(Hornsea)1号海上风电场或因风机低压穿越能力不足也突然失去部分负荷,出力突降约900MW,这意味着虽然风机仍在旋转,但却是在脱网状态下运行,未向电网供电。下图黄色区域可明显看出风电负荷的跌落情况。

图片来源:Bloomberg

两个发电厂在前后两分钟内几乎同时停止供电,导致电网频率下降到脱离安全范围,并由此引发了一系列连锁反应,最终导致英国大部分地区在很短的时间里相继陷入黑暗。

究竟是什么原因导致的停电?

英国国家电网公司(National Grid)作为英国的电网系统运营商,成为此次停电事件的舆论中心。该公司在今年4月1日刚刚将系统运营业务和输电业务剥离,成立了独立的电力系统运营商National Grid ESO,负责系统调度。

事故发生后,该公司将此次这一“罕见而不寻常的事件”归咎于两个发电厂同时脱网使电网频率发生大幅下降,跌落到了“难以接受”的48.88Hz。ESO的一个关键任务是保持电网的频率稳定在50Hz左右,而作为必要的安全防范措施,任何情况下频率波动超过1%,都足以导致部分电网系统自动停运。

图片来源:Bloomberg

英国电网公司表示:“当时的情况是,我们的正常自动响应机制在帮助管理这一事件,电网系统中的其他发电机对电力损失作出反应,如期增加了电能输出。然而,由于电力损失非常严重,仅仅是增产是不够的,为了保护网络并确保系统尽快恢复正常运行,一套后备的二次保护系统被自动触发,导致全国的电力需求被部分切断,但这也在短时间内帮助确保了系统其余部分的安全。”此外,国家电网方面也非常确信的排除了此次事件中遭到恶意或网络攻击的可能。

在发电侧,两个发生非计划停机故障的发电厂虽然也难辞其咎,但均认为只是停电事件拼图的一部分。当时第一个停机的Little Barford燃气联合循环发电厂的业主德国莱茵集团(RWE)表示,该公司的发电厂由于技术问题自动关停,这在发电厂中“并不罕见”,另一方发生停机的Hornsea1号海上风电场的开发商丹麦Orsted公司,也正在积极配合展开调查。

施耐德电气能源分析师戴维·亨特表示,对事故原因的调查可能会表明,这两起故障也许只是巧合并且相互之间是没有联系的。他补充道,以前就曾有两台发电机分别关闭的情况。但亨特表示,一座发电站脱离电网也可能产生“多米诺骨牌效应”,其他发电机在弥补电力短缺的压力下会有出现故障的可能。

此次事件影响范围之大超出了所有人的预期,社交媒体上的负面声音不绝于耳。由于两座发电厂几乎同时发生故障是非常罕见的事件,这也让英国国家电网公司十分震惊。为此,英国商务大臣安德里亚·利德索姆(Andrea Leadsom)已宣布对9日的停电事故展开调查程序,还将委托政府的能源紧急情况执行委员会来审查这一事件。

英国能源监管机构燃气电力市场办公室(Ofgem)已经发文给国家电网ESO,明确要求其在8月16日星期五之前向Ofgem提交一份关于此次事件调查的紧急中期报告,以解释究竟哪里出了问题,以及需要进一步采取哪些措施,并在9月6日星期五之前提交最终的、详细的技术报告。此外,Ofgem还警告称国家电网公司或将为此次事故造成的影响和损失面临高达营业额10%的罚款。

供电是如何恢复的?

据英国卫报报道,英国国家电网在事故发生后曾呼吁后备电源和灵活发电系统作出迅速响应,在短时间内提高自身发电量。许多运营商都调用了电池储能,以满足国家电网ESO的需求。这些备用供电商包括小型发电厂业主、电池运营商,甚至超市。

通常情况下,这些备用供电合约在电网频率下降不太大的情况下基本可以维持电网频率的稳定,但是在9日的大停电事件中,这些被用作安全储备的后备电源却不足以阻止部分电网的自动停运。

此次事件中恢复供电的时间较快。在断电的15分钟后脱网电厂均已重新启动并恢复向电网供电。截至当日17点40分,所有断电地区的电网系统都已成功重启,当地电力供应商的客户已全部陆续恢复供电。

从彭博社披露的英国国家电网公司的数据来看,在电网损失部分负荷后,抽水蓄能发电负荷在下午16点55分左右骤增,对主网的平衡起到了一定的调节作用。

图片来源:Bloomberg

关于此次停电事故的调查仍在继续,各方都在等待英国国家电网公司的事故调查报告。然而无论调查结果如何,此次事故所暴露出英国电网运行以及电力系统平衡中所存在的种种更深层次的问题更加发人深思。

停电真的毫无征兆吗?

事实上,英国电网在三个月内险些发生三起停电风险事故。

英国国家电网正与监管机构、发电商和其他利益相关者合作,以充分理解和吸取上周五停电事件的“教训”。

然而,业内人士警告称,英国供电系统面临风险的情况正在增多,系统运营商近年来也意识到大规模停电的可能性越来越大。据英国《卫报》报道,自今年5月份以来,英国电网每个月都会有一次电网频率降至正常的50Hz以下,已经三次跌落到危险水平,甚至低于49.6Hz。上周五的停电事件中频率更是降至48.88Hz。而自2015年以来,电网频率还没有下降到这种程度。

今年6月,EDF Energy位于诺丁汉郡的西伯顿(West Burton)燃气发电厂的全部3台机组在毫无征兆的情况下停机,导致电网频率骤降至49.5Hz的规定下限,触发了国家电网公司的“低频事件”响应,在10秒内向签约的发电公司发出后备求助紧急呼叫,从而稳定了电网的频率,成功避免了一次大面积停电。此外,电网频率还曾在5月9日和7月11日分别下降到49.55Hz和49.58Hz。

国家电网的一位发言人表示,电网频率在合规的上下限之间出现小幅波动是电网运行中的正常现象,但频率冲击则是单独的孤立事件,并表示“频率的骤然波动没有什么趋势可以预测”。

Anesco电池公司董事长史蒂夫·谢恩认为:“国家电网很容易将这起事件视为个例事件,但实际上他们近年来已经意识到这一潜在问题。”

英国电网运营商ESO通过与灵活供电商签订last-minute 供电合约来构建电网的“安全保护网”,维护电网稳定,避免电网频率跌破监管机构设定的49.5Hz下限,以避免大规模停电。通过与能源供应商签订合同,提高发电机和电池储能的输出,以弥补发电端出力的不足,并与工厂和超市等企业签订合同,在必要时可以暂时削减用电需求,以帮助维护电网频率的稳定。

但许多提供“安全保护网服务”的公司,例如小型柴油发电厂和固定储能电池运营商,均认为国家电网在保护系统免遭停电方面做得不够。

由于英国电网最初是为适应化石燃料发电厂而建,英国蓬勃发展的可再生能源发电无疑加大了电网运营商平衡电网频率的难度。英国国家电网曾表示已开发出“频率响应”工具,如提供额外电力供应的快速应急储备,以支持可再生能源发电,并称这将在技术可行性方面为英国到2025年实现完全非化石燃料供电提供保证。此次停电事件为英国高比例可再生能源电网的频率响应及调节问题再次敲响警钟。

是否该归咎于可再生能源?

此次事故发生后,部分能源业内和媒体人士对英国在零碳能源转型中大力发展高比例可再生能源的政策合理性提出质疑,并将事故部分归咎于可再生能源供电的波动性问题。一些专家甚至警告称,随着电网系统对风电光伏等波动性可再生电源的依赖增加,可能会使电网稳定性风险加剧,“断电的情况还会越来越多”。

伦敦帝国理工学院未来能源实验室联席主任蒂姆·格林教授为风力发电进行了辩护。他表示,此次停电事件似乎不是由于风速降低导致风力发电减少而造成的,因为如果是这种情况,那么同一地区的许多风电场的输出都将减少。这似乎是技术上的失误,可能与第一台发电机故障引起的干扰有关,具体原因需要等待国家电网的全面技术调查才能弄清真相。国家电网运营总监邓肯·伯特也表示,此次事件“与风速变化或风力发电的波动性无关”。

有些专家也表示,没有理由认为风电比其他发电机组更容易脱网,但他们同样承认,风能等可再生能源确实会给国家电网带来诸多挑战。与可再生能源相比,“天然气和燃煤电厂有更大的灵活性。当一个发电机组掉队时,另一个很容易填补空缺,而风力发电作为调节电能供需变化的减震器,效果较差。”施耐德电气能源分析师亨特表示。

此外,谢菲尔德大学碳捕获和存储领域教授、英国碳捕获和存储研究中心主任乔恩?吉本斯分析称,在英国电网发生频率问题时,正值太阳下山时分,太阳能发电正在减少。他表示,在当时的日落时段,电力系统可能没有能够可靠地弥补失去的太阳能部分,使频率下降,而且在系统自动甩负荷之前,没有足够的、可靠的且已经启动的电源来阻止电网频率进一步下降,但需要更多的数据来详细研究发生了什么。

但是即便发生了此次停电事故,毫无疑问,英国仍需要增加可再生能源的使用,以帮助减少整个经济领域的温室气体排放。近年来,英国在去煤和可再生能源发电领域屡屡取得突破性进展。就在今年5月下半月,英国曾实现了连续两周无燃煤发电的壮举,燃煤电厂按计划要在2025年前被全部关停,当前在运燃煤电厂只剩下7座。

而在可再生能源发电,特别是风电方面,英国也是一直走在世界前列。2018年英国可再生能源发电量同比增长了11%达到创纪录的110TWh,占全年发电量的33%,其中超过50%为风力发电。

而就在此次停电发生前几个小时,英国可再生能源公司(Renewable UK)还曾在其推特账户上称,在当天早间时分英国47.6%的电力来自风力发电。国家电网随后还转发了这条信息,并评论称这是风电的高光时刻——

“It’s Wind o’clock”。

英国对于能源转型的决心和步伐仍旧十分坚定,但是国家电网是否已经做了足够的工作来适应可再生能源给能源系统带来的变化,业界质疑声仍不绝于耳。

能源专家们表示,虽然英国国家电网正在设计一些响应系统,旨在应对日益增长的可再生能源以及其带来的相关问题,但现在说这是否是造成上周五断电的主要因素还“为时过早”。专家表示,随着可再生能源的作用越来越大,英国国家电网可能更需要改变其原有的“经验法则”,即通过管理电力储备以调节电网的频率。

储能系统能发挥多大作用?

此次英国遭遇大范围的停电后,电池储能被要求启动。国家电网呼吁运营商调度电池储能能力,以满足ESO的需求。

电池储能开发商Anesco的资产管理总监迈克·瑞恩表示,在此次突发的停电事件中,电池储能所扮演的角色让这一事件变得更加有趣。由于电网系统中灵活储备容量不足以满足约2GW的电力缺口,国家电网ESO别无选择,只能甩掉部分消费者和其他用电负荷,以保护电网基础设施。

瑞恩表示,随着越来越多的可再生能源发电投入使用,英国正朝着零排放的目标努力,这些储能资产需要得到有效利用,并建立适当的框架,与电网运营商通力合作。

储能电池运营商Eelpower的首席执行官马克·西蒙表示,此次断电表明,风力发电的波动性可能带来重大的系统性风险。他认为,这些风险只有通过在全国范围内大规模推广电网级储能系统才能使系统得以平衡。至关重要的是,国家电网、地方电网公司和电池储能运营商需要共同努力,确保像这样的停电事件不会经常发生。这非常清楚地表明,英国电网迫切需要大规模的电能存储。

电池储能公司Zenobe的创始人史蒂文·米尔曼也呼吁英国国家电网“更新其旧的经验法则”,以确定未来该储备多少后备电源,“能源系统的变化可能比预期的还要快。”

能源系统弹性出了什么问题?

虽然还需要等待全面的技术调查,以了解此次事故发生的确切原因,以及两起发电机故障是否存在某种程度上的关联,但这起事件无疑暴露了英国能源体系的弹性问题。英国《观察家报》发表社论文章提出严正质疑,为什么在90分钟左右的时间里,容量减少5%左右会在基础设施领域造成如此大的混乱局面?

多台发电机故障可能只是一个罕见的事件,但这绝非闻所未闻,上一次发生是在2008年。英国的能源网络应该有能力应对十年一遇的停电事件,并避免造成如此混乱的局面。尽管这起事件的罪魁祸首不是网络攻击,但它也表明,英国电力系统在应对恶意攻击方面同样不堪一击。停电应该让人们意识到,英国电力基础设施的核心部分脆弱不堪,在应对突发事件时表现乏力。随着可再生能源发电和智能化电网技术的发展,英国当前的最大挑战已经不再是装机水平问题,而是供电的灵活性。

“这应该为英国基础设施在应对罕见但绝非空前事件上的系统弹性问题敲响警钟。弹性规划需要行业和政府的共同努力。但由于英国政府近年来一直忙于脱欧,弹性规划以及英国面临的许多其它重大政策挑战,比如解决社会保障危机等,似乎都已被搁置一旁。”

此次停电事件发生在人们对英国能源供应长期可持续性严重担忧的背景下。随着去煤计划的不断推进,未来20年核能和可再生能源发电将需要大幅增加。但气候变化委员会表示,英国政府当前的政策根本无法保证2030年前所需的额外低碳产能。此外一份关于英国长期能源路线图的能源白皮书本该于近期发布,但由于脱欧事项而被推迟。

如果英国最终在10月31日前无协议脱欧,政府是否有能力确保能源供应的可持续性?英国真的准备好承受脱欧可能给基础服务领域带来的巨大压力了吗?


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