原創 小圓 果殼
去年入冬以來，南方多省貌似出現了「電荒」。湖南、浙江等地，陸續發布了「有序用電」通知。有的地方對企業進行分類限電措施，有的地方對空調溫度、時段負荷提出了非常嚴格的要求。看起來，「拉閘限電」這個貌似消失多年的詞彙，又重新出現了。在人們的記憶中，上次因為「停電」上熱搜還要追溯到2008年南方冰雪災害的時候。
冰雪災害會對電力系統造成很大影響|圖蟲創意
有人不禁會問，隨著經濟的發展和電力設施的完善，已經快十年沒有經歷過夏天突然停電這種事了，可為什麼在2020年，而且還是冬天，又會出現「拉閘限電」的現象呢？如果不限電，會產生哪些後果？這一切，都要從電這一事物的特殊性說起。
電，一種特殊的「商品」
首先要明白，開始的開始，都是因為電這種商品的特殊性決定的。人們會在食物豐收的時候，建立倉庫，將多餘的食物儲存到冬春備用。然而，大規模存儲電能，至今還沒有成熟穩定的技術解決方案。如果發電量大於社會的需求而不能及時儲存，發不出的電能就會轉化為發電機中轉子的動能，發電機就轉得更快了。這樣不僅容易導致發電機發生事故，還容易使得電網中交流電頻率變高，直接導致用電企業生產線上的機器設備出現異常。因此，這就決定了電能幾乎需要即發即用。這種背景下，一個問題就出現了。
發電機轉速過快會導致事故|pixabay
這個問題就是，能源企業發電量的調整，總是要滯後於用電量的變化。例如，人們心血來潮開燈關燈，打開電熱水壺燒水等，都是充滿隨機性的動作。而人們在用電的時候，也是不可能通知電廠的。因此，如何準確預測未來一段時間的用電量，並以此來決定發電量，就是有關部門的重點問題。
夜晚萬家燈火，有很多隨機用電的動作|pixabay
實際上，雖然社會上人們生產和生活所用的電量經常出現波動，還是有一部分規律在裡面。例如，一年之中，夏天開空調，冬天要取暖，工廠過年放假，年底要趕產量等，都是可以提前預知的。如果沒有重大突發情況，在年初，就可以通過往年數據、未來經濟計劃等因素，較為準確地預測一年中用電量總體的變化趨勢。
某日某地典型的電網日負荷曲線|參考文獻[1]
在微觀領域，即使在一天之內，個人用電量的變化也很大。比如上班要開燈照明、打開電腦設備處理工作、開空調，下班以後回家要燒水做飯洗澡等。總體說來，一天的用電在夜裡處於較低水平，從上班時間開始升高，之後保持高水平，中午由於部分人午休或許會有稍許回落，一直到晚上十點以後才會逐漸降低。這樣，一天之內用電的趨勢，也能大體被預測出來。至於有些臨時起意的用電需求，被叫做隨機負荷，它們雖然無法提前預測，但這些需求跟總體趨勢相比，就顯得較小。因此，只要做好負荷預測，提前規劃發電量，就能將發電量和用電量的差別控制在較低水平。
停電了，是發不出，還是送不過來？
讓我們想像一下，當市場需求已經預測出來，那麼接下來要做的就是安排工廠生產了。用哪個工廠生產、各廠產能怎麼分配，需要用科學方法統籌規劃。同樣的道理，在某些時刻，用哪些發電機組發電、各機組發電量的多少，都是需要計算而定的。俗話說有備無患，參與發電的機組，並不都是滿負荷發電的。有些機組甚至不往外發電，等著用電高峰期再啟動發電，這些機組就作為備份使用。
就像車要有備胎，發電機組也有備份|pixabay
如果市場上對貨物需求量大，工廠就需要提高產量。同樣，在預測到接下來耗電量會增加的時候，電網就會給電廠指示，要求電廠提高發電量。再進一步，可能還會啟用備用發電機組，甚至啟用某些削峰填谷的裝置，如抽水蓄能電站。這樣，可以保證發電量在一個區間內靈活調整變化。
浙江湖州安吉縣的抽水蓄能電站|圖蟲創意
產品已經生產，就需要考慮用「快遞」送到客戶手中。經常在路上看到的輸電塔、電線桿子起到的就是將電傳送到用戶手中的作用，它就像是連接城市之間的高速公路。如同高速公路車過多就會堵車一樣，如果一條線路需要送的電量過多，不及時切斷一些負荷的話，就可能導致整條線路停擺。此外，由於結構複雜、地域跨度大，電力系統本身是一個非常脆弱的結構。電能在傳輸中，會遭遇各種意外，從自然災害到交通事故、設備老化等等，都可能導致某地區遭遇斷電。
輸電線路很容易遭受意外|圖蟲創意
綜上，在發電、輸電這兩個環節，任意一個環節出現問題，都會影響用戶的用電情況：要麼就是發出的電跟不上用電情況，要麼就是發出的電送不到用戶手中。如果短時間內，電力系統不能解決遇到的情況，停電就不可避免。那麼，該給誰停電，就是接下來要面對的問題。
憑什麼不給人家斷電？
對不起，人家真的不能斷
事情有輕重緩急之分，不同用戶對於電的需求程度，也是分等級的。普通人家裡斷電一兩個小時，頂多造成一些生活上的不便，但如果工廠正在生產，醫院正在手術，突然停電了，就可能造成生命危險。雖然這些地方有備用電源，但僅僅是應急之用。因此，依據對用戶的影響大小，國標將電的用戶分為三類：
ICU如果停電，後果不堪設想|圖蟲創意
第一類，是對供電可靠性要求極高的客戶，一旦中斷供電將造成人員傷亡、重大政治經濟損失等，例如醫院的ICU等。第二類是對供電可靠性要求較高的客戶，一旦停電會有重大經濟損失，影響某些單位正常工作，例如醫院門診、大部分工廠等。剩下的用戶都是三級負荷，例如大部分的居民用電。這三級負荷的重要性由高到低依次排列，一般情況下也是確保供電的優先級順序。
突如其來的停電讓人只能摸黑工作
因此，當有受災、高溫、極寒天氣等原因負荷突然增大或者發電量突然減小，抑或是因為雨雪天氣影響了輸電線路，為了避免出現事故，經常需要「壯士斷腕」，主動卸去一些負荷，保證那些維繫著生產和健康安全的用戶優先供電。世紀初的中國，每到夏季，由於空調的使用量激增，都需要大規模拉閘限電。這種拉閘通常是有規劃的，有預案的，儘量做到把對市民造成的不方便降到最低。今冬以前，在有些地方，甚至優先保證居民用電、有計劃給部分工廠停電的現象也時有發生，也是根據這個原則。
偶爾小停電不可怕，硬拖著會出大問題
這時候有人要問了，遇到特殊時刻，如果電網硬拖著負荷，不甩掉，能不能「抖擻精神」，熬過這特殊時期呢？很可惜，這種事不是咬咬牙就能挺過去的。如果不立即做出措施，輕則損壞設備和線路，重則會引起大停電。
2003年的美加大停電，是歷史上最大的停電事故之一| Wikipedia
2003年8月14日，美國東部時間下午4時左右，紐約的居民正在家裡吃著火鍋唱著歌，突然電就停了。他們本以為是一次普通的電力檢修，可誰也沒想到這是北美歷史上最大的一次停電事故。這次停電事故席捲了發達的美國東北部和加拿大東南部地區，包括紐約、多倫多等大城市。這兩個城市的電力直到兩天後才完全恢復，部分地區的停電甚至持續了一周。這次事故造成近100人死亡，經濟損失不可估量。而其直接原因之一，就是一條線路因為不堪重負而跳閘引起的連鎖反應。如果及時人為幹預切除一些負荷，這個災難很有可能就不會發生。
2003美加大停電前後衛星燈光圖對比|Wikipedia
世界各國都發生過不少次停電事故，多數是由於負荷過大造成的，包括由於極端天氣導致負荷增大、電站突然停機導致發電量不夠、線路遭到損壞導致無法運送負荷等。究其原因，還是在發電或輸電環節遇到了問題。例如，1999年7月21日的北京，華北電網石景山熱電廠因檢修人員誤操作造成全廠停電事故，造成出力減少了800兆瓦。此次事故甚至對首都黨政機關、新聞單位的用電都產生了影響。人們印象深刻的2008年雪災，也造成南方多省份發生停電事故，這些事故多數則是輸電環節出現了問題。有些地方輸電線路覆冰厚度竟然有手掌那麼寬，造成了線路倒塌或者短路，使得某些輸電線路癱瘓，造成了停電。
中國會長期缺電嗎？不用擔心
去年年底南方地區出現「限電」後，引發了公眾的一些猜測，包括澳大利亞煤炭進口出現變數，從而導致發電企業燃料不足等等。不過根據官方消息，去年年底的電力緊缺來自於工廠的旺盛生產、南方異常寒冷導致的用電量增大、設備故障增加電力供應困難等原因。
因為新冠疫情後經濟復甦，工廠的異常火爆是電力緊張的主因。中國海關總署發布的數據顯示，2020年11月中國出口額同比增長14.9%。出口的強勢復甦，代表著工業生產的快速恢復，這使得用電需求大幅度增長。與此同時，統計網站CEIC顯示，中國2020年11月的發電量比去年同一時間增長了約9%。
中國近一年的月度發電量，單位吉瓦時（一百萬度）|CEIC
低溫也是原因之一。南方地區旺盛的供暖需求，如利用電力驅動的空調、小太陽等取暖設備，對用電量增長起到了推波助瀾的作用。最後，一些主力電廠的故障檢修、輸電線路重載需要卸去負荷、水電等由於時節供應量不足也是用電緊張的小部分原因。
中國南方大部分地區最近正在經歷寒冷天氣|中國天氣網
事實上，這種緊張不會一直持續。首先，中國供發電的能源是足夠的。根據國家統計局，2019年，全國原煤產量約為38.5億噸，煤炭消耗量約為36.2億噸，其中電力行業消耗掉22.9億噸左右。2020年1-11月，中國原煤產量34.8億噸，煤炭進口量2.6億噸；其中，從澳大利亞進口煤炭7000餘萬噸，佔中國用煤總量的約1.9%。由此可見，不用說中斷從澳大利亞進口煤炭，即使只使用國內產出的煤炭，也足以供給發電和其他工業行業使用，擔憂因為停止進口澳大利亞煤炭而會引起國內電力緊張，是杞人憂天。因此可以說，中國產生電能的「原料」是足夠的。
燃煤火電仍然是中國發電主力軍，圖為肥城市石橫電廠
其次，「原料」足夠，工廠數量也是足夠的。2019年中國電網總裝機容量約為20億千瓦，意味著最高發電量可達到約17.5萬億度，遠高於2019年實際發電量7.33萬億度。當然，這是在「用盡全力」的情況下。實際上，因為檢修、備份、環保、經濟考慮等原因，它們的發電能力通常是「保持克制」，距離上限還有距離。
根據官方消息，湖南省電力緊張的原因，是部分機組由於檢修等原因沒能及時頂上。其實，湖南省用電缺口約為300-400萬千瓦，這對比總裝機容量是很小的，只需要給與一點時間，恢復供電就不會有問題。浙江省的情況則不同，有序用電的指示，是出於環保的原因，而非電力供應本身不夠。
電廠的煙塵有時候可能對環境造成汙染|pixabay
綜上所述，這次電力緊張情況是暫時的，且已經緩解。在天氣突然寒冷、工廠生產異常火爆、備份機組投入需要時間的共同作用下，電力系統「大意了」，沒反應過來，導致一些用戶的使用受到了限制。國家發展改革委經濟運行調節局主要負責人12月28日指出，經協調有關方面多舉措及時應對，目前湖南限電基本恢復，江西12月19日起未再限電，浙江對個別地方做法也進行了糾正，全國電力供需形勢趨於平穩。因此有理由相信，在更科學的電力規劃、更合理的調控政策下，這次限電給人們帶來的記憶會漸行漸遠。
參考文獻
[1]姜建, 樓健, 吳舜裕,等. 基於負荷重組的城市配電網供電能力提升研究[J]. 浙江電力, 2020, 039(001):9-15.
[2]https://www.ceicdata.com/zh-hans/indicator/china/electricity-production
[3]國家統計局http://www.stats.gov.cn/
[4]中國天氣網http://www.weather.com.cn/
作者：小圓
編輯：朱步衝
一個AI
聽到供電充足，AI立刻打開了電熱毯和小太陽
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