01

喝茶導(dǎo)致電網(wǎng)危機(jī)

2024年的歐洲杯決賽在西班牙隊(duì)和英格蘭隊(duì)之間展開(kāi)，隨著中場(chǎng)休息的哨聲響起，數(shù)百萬(wàn)英格蘭球迷為了平復(fù)45分鐘積蓄的緊張壓力，不約而同沖進(jìn)廚房燒水泡茶。此時(shí)，英國(guó)電網(wǎng)的電力需求在幾分鐘內(nèi)激增超過(guò)1000兆瓦。還好，英國(guó)的電力工程師對(duì)此早有預(yù)料，各種備用電源立馬滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，保證電網(wǎng)安全運(yùn)行。

這種因熱門(mén)電視節(jié)目導(dǎo)致電網(wǎng)用電量巨幅波動(dòng)的情況是英國(guó)獨(dú)有的現(xiàn)象，電力工程師給它取了一個(gè)名字“TV pickup（電視激增）”，這是英國(guó)茶文化與電網(wǎng)平衡的共同結(jié)果。

英國(guó)人喜歡喝茶，當(dāng)大型體育賽事和熱門(mén)電視劇到了廣告時(shí)間段或大結(jié)局時(shí)，英國(guó)人都要來(lái)一杯熱茶平復(fù)心情，而且他們用的開(kāi)水壺功率也普遍較大，通常是2.5千瓦到3千瓦（我國(guó)的通常是1.5千瓦）。數(shù)百萬(wàn)個(gè)電熱水壺同時(shí)開(kāi)啟時(shí)，電力需求能短時(shí)間內(nèi)激增數(shù)百甚至數(shù)千兆瓦。在其他歐美國(guó)家，由于生活習(xí)慣不同，類(lèi)似的浪涌（電路中出現(xiàn)的瞬間過(guò)電壓或過(guò)電流現(xiàn)象）不太常見(jiàn)。

1990年世界杯半決賽英格蘭點(diǎn)球大戰(zhàn)中輸給德國(guó)，爆發(fā)了2800兆瓦電力需求

如果僅僅是“電視激增”，英國(guó)電網(wǎng)還能應(yīng)對(duì)。但近些年新能源的推廣，給英國(guó)、乃至世界各國(guó)的電網(wǎng)都提出了新的挑戰(zhàn)，甚至引發(fā)了大型停電事故。

02

更加脆弱的可再生能源電網(wǎng)

4月28日中午，一場(chǎng)大停電席卷歐洲伊比利亞半島。5秒鐘內(nèi)西班牙60%電力（15GW）供應(yīng)中斷，目前懷疑是西班牙西南部大型光伏電站脫網(wǎng)，繼而更多發(fā)電站連續(xù)脫網(wǎng)，西班牙加泰羅尼亞地區(qū)與法國(guó)西南部之間本就稀少的幾條互聯(lián)線路因電網(wǎng)不穩(wěn)全部自動(dòng)斷開(kāi)。

此時(shí)，伊比利亞半島電網(wǎng)已成孤島（局部電網(wǎng)與主網(wǎng)脫離后發(fā)電設(shè)備仍為局部區(qū)域供電），失去外部電力支持后大雪崩已不可避免，接下來(lái)主要靠從西班牙進(jìn)口電力的葡萄牙全國(guó)斷電，法國(guó)和意大利的部分地區(qū)也被牽連停電。

這是歐洲歷史上最大規(guī)模的停電事故,超5000萬(wàn)民眾受影響，交通、通信、醫(yī)療等關(guān)鍵領(lǐng)域停擺。大量居民涌入商店搶購(gòu)食品，卻因無(wú)法使用電子支付系統(tǒng)面臨困難，店員不得不使用紙筆記錄現(xiàn)金交易。

場(chǎng)歐洲史上最嚴(yán)重的停電事件，無(wú)疑給正在推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的歐洲各國(guó)敲響了警鐘。這不單暴露了歐洲電網(wǎng)在建設(shè)和安全技術(shù)上的不足，還引發(fā)了政治信任危機(jī)，因?yàn)榫驮诖笸ｋ娗傲欤靼嘌绖倓倯c祝首次實(shí)現(xiàn)工作日完全由可再生能源供電，這被當(dāng)成政府可再生能源政策勝利的里程碑事件，在短短幾天后就成了在野黨攻擊的目標(biāo)。

03

電力平衡是一道難題

電力在電網(wǎng)中幾乎是瞬間傳輸?shù)模覀冇枚嗌倬托枰l(fā)電廠生產(chǎn)多少，因此我們每臺(tái)用電設(shè)備在電網(wǎng)的另一頭肯定連著某臺(tái)或某幾臺(tái)發(fā)電設(shè)備，這些設(shè)備可能是傳統(tǒng)的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)，也可能是風(fēng)電、光電等新能源，還可能是各類(lèi)儲(chǔ)能電站。

由于電力的生產(chǎn)和消費(fèi)都是即時(shí)的。如果電網(wǎng)的電力需求突然超出電力供應(yīng)能力，發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子受到的阻力會(huì)增大，轉(zhuǎn)速逐漸降低，連帶著整個(gè)電網(wǎng)的頻率也會(huì)降低。各國(guó)電網(wǎng)都是針對(duì)特定頻率的交流電設(shè)計(jì)的，對(duì)英國(guó)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，交流電頻率只能在49.5赫茲到50.5赫茲之間波動(dòng)（50±0.5Hz），如果頻率超出這個(gè)范圍，很多電網(wǎng)設(shè)備就無(wú)法正常運(yùn)行，為了維持電網(wǎng)整體安全，這些故障設(shè)備通常會(huì)通過(guò)主動(dòng)同主網(wǎng)解列（通過(guò)人工操作或保護(hù)及自動(dòng)裝置動(dòng)作，使電網(wǎng)中開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，從而讓發(fā)電機(jī)脫離電網(wǎng)或使電網(wǎng)分成兩個(gè)及以上部分運(yùn)行的過(guò)程。

當(dāng)發(fā)電廠遇到事故時(shí)，為避免故障擴(kuò)大或?qū)χ骶W(wǎng)造成更大影響，會(huì)采取解列操作，主動(dòng)與主網(wǎng)脫離，成為“孤島”）。這種事故輕則導(dǎo)致局部停電，重則拖累整個(gè)電網(wǎng)崩潰。

在以重型旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)（火電廠或核電廠的蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)）為主的傳統(tǒng)電網(wǎng)中，即使遇到電力供需不平衡時(shí)，質(zhì)量龐大轉(zhuǎn)子具有的慣性也能吸收和平滑一部分波動(dòng)，這被稱(chēng)為電網(wǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

04

一片云也可能崩潰電網(wǎng)

但這種電力波動(dòng)問(wèn)題是可再生能源最大的挑戰(zhàn)之一。太陽(yáng)光中的光子激發(fā)光伏板中的電子會(huì)產(chǎn)生直流電。風(fēng)速變化會(huì)影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)電流的頻率，為了避免這種頻率變化帶來(lái)的影響，通常風(fēng)電會(huì)使用變流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。

這些再生能源產(chǎn)生的直流電需要用逆變器通過(guò)快速開(kāi)關(guān)電路將直流電調(diào)制為特定頻率的交流電才能接入電網(wǎng)。這種電子逆變器完全沒(méi)有物理慣性，一旦遭遇電網(wǎng)擾動(dòng)，更容易造成系統(tǒng)失穩(wěn)——新能源占比提高，電網(wǎng)整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下降，小幅波動(dòng)更容易引發(fā)頻率的大幅波動(dòng)，進(jìn)而觸發(fā)電站自我保護(hù)，主動(dòng)解列，發(fā)生更大的連鎖反應(yīng)。

造成這次伊比利亞半島大停電的具體原因仍沒(méi)有公布，初步跡象表明，高占比的可再生能源發(fā)電，區(qū)域互聯(lián)不足、儲(chǔ)能短板、常規(guī)電源支撐不足等導(dǎo)致系統(tǒng)慣性缺失，基礎(chǔ)電路老化與智能化不足（40%以上的歐洲電路運(yùn)行超過(guò)40年）都是引發(fā)此次停電事故的基礎(chǔ)因素。在電力供需出現(xiàn)顯著不平衡時(shí)，即便是一片烏云給光伏發(fā)電廠帶來(lái)小小的初始擾動(dòng)也可能誘發(fā)更大的停電。

2025年一季度，我國(guó)風(fēng)電光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)達(dá)到14.82億千瓦（其中風(fēng)電5.36億千瓦，光伏發(fā)電9.46億千瓦），歷史性的超過(guò)了火電裝機(jī)總量（14.51億千瓦）。

傳統(tǒng)電網(wǎng)是基于原有火、水、核電等穩(wěn)定電源建立的，隨著新能源占比提高，電網(wǎng)整體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也在快速下滑，這對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的挑戰(zhàn)。因此，當(dāng)前電力系統(tǒng)需要進(jìn)行重大調(diào)整，使用包括虛擬慣量、錯(cuò)峰綠電交易、負(fù)荷響應(yīng)和儲(chǔ)能電站等措施來(lái)維持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

05

AI虛擬電廠

前不久，在深圳，只要把自己的電動(dòng)汽車(chē)連在特殊的充電樁上就有錢(qián)拿，因?yàn)樗麄兘恿颂摂M電廠的訂單，把電動(dòng)汽車(chē)做了充電寶，一輛車(chē)1.5小時(shí)就能回饋電網(wǎng)30度電。

這種好事在上海、遼寧、廣東、江蘇、云南等地也有，今年，遼寧上線了首個(gè)全國(guó)產(chǎn)AI虛擬電廠，利用深度學(xué)習(xí)算法和多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)，在毫秒級(jí)完成數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)電力價(jià)格精準(zhǔn)預(yù)測(cè)與實(shí)時(shí)交易，并通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建省間電力交易智能通道。接下來(lái)全國(guó)各地將會(huì)組建更多虛擬電廠。

虛擬電廠不是真正的發(fā)電廠，而是通過(guò)信息技術(shù)和軟件系統(tǒng)控制各類(lèi)電源和分散的儲(chǔ)能資源，平衡電網(wǎng)供需的“智能管家”。

先進(jìn)通信技術(shù)、快速測(cè)算能力、多種能源接口構(gòu)建虛擬電廠

用電高峰到來(lái)時(shí)，虛擬電廠發(fā)出要電的訂單，電動(dòng)汽車(chē)、各種儲(chǔ)能電站、屋頂光伏甚至5G基站（每個(gè)5G基站都配有不小的蓄電池）開(kāi)始“接單”反向放電。

工廠和家庭雖然不能放電，但他們也能“接單”，通過(guò)關(guān)閉機(jī)器和空調(diào)少用一些電。到了用電低谷期，虛擬電廠又會(huì)發(fā)出電價(jià)優(yōu)惠的通知，吸引電動(dòng)汽車(chē)來(lái)充電。

去年夏天，上海虛擬電廠就實(shí)現(xiàn)了20多次“消峰填谷”，靈活供電的能力已經(jīng)媲美一臺(tái)大型火電機(jī)組。

北京與新疆相隔3000多公里，光照時(shí)差有2個(gè)多小時(shí)，當(dāng)北京華燈初上時(shí)新疆正沐浴在午后的陽(yáng)光中。今年4月，新疆就通過(guò)錯(cuò)峰綠電交易賣(mài)給北京1200萬(wàn)度光電。

看出來(lái)了吧，虛擬電廠對(duì)外既可以作為“正電廠”向系統(tǒng)供電，也可以作為“負(fù)電廠”消納系統(tǒng)的富余電力。5年內(nèi)，你我家中的空調(diào)、電動(dòng)汽車(chē)都可能是這張電力大網(wǎng)中的“貢獻(xiàn)者”。

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編輯｜張毅

主編｜黎坤

總編輯｜吳新

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壹零社：用圖文、視頻記錄科技互聯(lián)網(wǎng)新鮮事、電商生活、云計(jì)算、ICT領(lǐng)域、消費(fèi)電子，商業(yè)故事。《中國(guó)知網(wǎng)》每周全文收錄；中國(guó)科技報(bào)刊100強(qiáng)；2021年微博百萬(wàn)粉絲俱樂(lè)部成員；2022年抖音優(yōu)質(zhì)科技內(nèi)容創(chuàng)作者