假如黑暗再次来袭 美2003年大断电十年回眸

十年前，在东北数千万人经历了前所未有的大规模停电后，美国电力系统经历了一系列改革，但问题依然存在。

照片来源:Mike albans/nydailynewsarchive/Getty mages

2003年8月14日，至少有5000万美国居民无法使用制冷设备、冷冻食品、照明、电脑、通勤以及现代社会中无数其他必须用电的必需品。俄亥俄州输电线路的损坏引发了一系列连锁事件，造成北美历史上最大的全面停电，使东北部地区瘫痪了两天，影响了美国的8个州和加拿大安大略省的大部分地区。

灾难发生后的第一年，美国-加拿大电力系统中断工作小组召开会议，找出事故原因。

在大停电十周年之际，美国《科学》杂志采访了电气工程师杰夫·达格尔，希望找出人们最初不知道的事情，以及类似的灾难是否会发生。达格勒是工作组成员之一，也是西北太平洋国家实验室电网恢复专家。

2003年8月14日到底发生了什么？

灯光自动熄灭，影响到5000万居民，估计经济影响达100亿美元。它始于8月14日下午3: 05，当时俄亥俄州北部的一条输电线被掀翻。这根电线的实际传输容量低于它的传输容量，这不会造成任何问题，但是电线下面的树离电线太近了。通电的铝悬浮在电线中，依靠空气提供绝缘。如果东西靠得太近，就会形成电弧和短路。

结果，俄亥俄州北部失去了345千伏的输入电源。通常，传输网络将被设计成具有足够的弹性，并且单个线路的损耗不会产生任何影响。然而，那天，控制中心的软件也出现了问题。拥有这条线路的第一家能源公司本应采取预防措施，但他们甚至不知道这条线路已经中断。

30分钟后，邻近的一根电线也因为同样的原因而出现故障。像任何重负载传输电路一样，电流的热量加热金属并使其膨胀。这条线越来越靠近下面的物体。又过了15分钟，第三条线瘫痪了。

这时，电流仍在流动。结果，事件进程加快了。当天下午4点，事件超出了俄亥俄州北部。它导致阿克伦和克利夫兰完全停电，然后蔓延到底特律，然后到伊利湖。然后范围进一步扩大，最终影响到数千万人。

树木是主要问题吗？

另一个根本原因是缺乏情境意识，这不仅仅是软件故障。调查委员会很好奇为什么指挥中心没有把线索放在一起。事实上，直到控制室的灯熄灭，他们才知道电网有问题。

他们接到了许多电话，他们的行动显示出问题，但他们无法理解其中的联系。他们让系统故障持续了一个小时。

还有其他问题吗？

在由可靠性协调员组成的实用程序之上还有一个组织层。这是从1996年西海岸大停电中吸取的教训。你需要一个组织来审查所有的公共事业。这一事件涉及两大公用事业公司——第一能源公司和美国电气公司，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)和宾夕法尼亚州、新泽西州和马里兰州的电力站。MISO的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20世纪80年代，研究预测了这样的停电。预测显示，如果电流从南向北流动，并且电压低于某个值，如8月14日，主电路将会丢失，然后将会触发一系列事件，影响伊利湖和新英格兰。因此，报告建议电压不应低于某个值，但一些主要站点的电压仍然较低。

为什么它们在低电压下工作？

当我们问第一家能源公司这个问题时，他们的回答是:“什么研究？”随着时间的推移和并购，研究报告已经丢失。现在人们还没有意识到这个系统的局限性。

停电后，输电网络进行了哪些大规模修复？

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巨大的进步。我记得最近参观控制室时，主管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。公用事业公司投入了大量资金翻新控制室。他们看到了缺乏情境意识的教训。

还有一项我亲自参与的技术，叫做同步相量。它可以更好地测量传输网络，以便真正了解发生了什么。该技术配备了全球定位系统，可以精确地将整个系统的时间计时到微秒。相关的测量结果将会给人们一个传输网络压力的直接指示。

然而，传输网络本身变化不大吗？

2009年美国复苏和再投资法案为智能电网技术提供了一些资金。但是对于传输网络本身来说，变化不大。传输网络的运行也没有根本变化。仍然有电力线和变压器，以及*发电机(发电厂)。在传输层面，这与10年前我们的技术非常相似。

是传输网络变得太大而无法管理，还是正在建设一个更大的传输网络？

传输网络越大，越可靠。想想2003年的停电是如何发展的。东部输电网的峰值为80万兆瓦，但只有6万兆瓦被破坏。它只是传输网络的一小部分。方法是划分传输网络。

我们会在北美建立一个统一的传输网络来使系统更加安全吗？这将面临基础设施额外补偿的经济问题。我们是否需要在达科塔和怀俄明州扩大风力发电，继续连接东部和西部电网，并建造传输设备将风力传输到城市？有朝一日连接东西电网可能是有意义的，但没有令人信服的理由立即建造一束输电线路，因为成本效益不在这里。

但是分布式发电，就像人们屋顶上的太阳能电池板，似乎挑战了这样一个*电网的概念？

基础设施本身是一台非常复杂的机器。我们整合了许多变量，比如风能和太阳能。我们也更加关注天然气，因为它的价格和煤电厂的退役。有许多我们以前没有见过的新形式的负载，比如晚上充电的电动汽车。我们将面临更多的变化，我们已经看到其中的一些变化。变化带来风险。

如果光伏发电价格下跌，没有人会从公共事业公司购买电力，而只是自己生产--我们是否正处于这种重大变化的开端？那么网格会是什么样子呢？

我个人认为，我们需要一个能够节约资源的大型传输网络。我不认为我们应该放手，但这种模式将面临一些商业挑战。如果公用事业公司继续这样做，它们运营的系统也将面临一些基本挑战。从监管者到顾客到供应商，都应该尽一切努力来解决这个问题。

停电什么时候会再次发生？

这些停电有一定的周期性。过了一段时间后，人们可能会忘记并变得更加自满。在2003年之前，1996年8月西海岸曾停电。2011年圣地亚哥(亚利桑那州-加利福尼亚州)也发生了停电。

我不能说我们不会再经历一次停电。我们致力于开发技术，将停电风险降至最低。目标是提高可靠性。我只希望能够采用正确的技术将影响降到最低。(张张)

中国科学新闻(2013-08-21第三版国际版)