从印度大停电看中国电力应重视的问题
2010年7月30日和31日,印度相继发生两次大面积停电事故。中印都是发展中大国,虽然印度电力设施总体上比我国落后,但两国电力系统有很多共同点。主要是:电源结构都是以燃煤火电为主;由若干区域电网组成国家电网;电力调度既有国家级调度,也有分区分级调度;很多电源地与负荷地相距较远;电力体制中计划管理与市场竞争并存。从某种程度上说,印度电力是中国电力的一面镜子。我国应当吸取印度大停电的教训,坚持行之有效的安全原则,科学规划电网结构,优化电力流向,提高调度水平,完善电力体制和应急机制,防范类似事故在中国发生。
电网结构问题
交流电力系统的突出特性是,在其同步(即同频率)运行范围内,存在动态稳定事故的发散型连锁反应机理,并可能引发系统崩溃。综合各方面情况可以看到,印度将多个电网连接成一个同步交流网,是造成电网崩溃的重要原因。
印度电网分为五大区域电网。一般认为,印度电网薄弱。这主要指配电网,各区域之间联网并不薄弱。21世纪以来,印度通过多回路400千伏和765千伏线路,实现了东部(ER)、西部(WR)、北部(NR)和东北部(NER)电网的同步互联,以强联系形成了容量达1.1亿千瓦的中央电网。
印度发生大规模停电事故已有3次。2001年1月20日,印度北部地区大停电。事故起因是一个变电站跳闸,引起相互牵连跳闸,系统失稳振荡,最后导致电网崩溃。此后,印度电力部门没有吸取教训,几大区之间的电网仍主要设计为多回路交直流的复杂连接。2010年7月30日,印度北部电网一座超高压变电站出现故障引起连锁反应,导致北部电网崩溃。7月31日,印度北部电网泰姬陵附近的变电站发生故障,引发北部、东部、东北部电网相继崩溃。这3次事故都说明,过大的同步电网,如果发生失稳振荡,就可能波及交流相连的全部电网。而南部电网(SR)与中央电网之间主要通过高压直流线路连接,在7月30日和31日大停电中避免了事故传导波及。
我国电网规模位居世界第一。改革开放以来,无论在电力严重短缺时期,还是供求相对平衡阶段,都未发生大的停电事故。这主要得益于电网建设中,坚持交流电网“分层、分区、分散外接电源、潮流可控”的原则,通过“继电保护四统一”等原则建立“三道防线”。在这些措施保护下,任何一个区域故障失稳,都不会发生大停电,也不会波及相邻地区。如,2006年7月1日,华中(河南)电网发生一起较大的电网事故,损失负荷300多万千瓦。这次事故没有波及西北、华南和华东,主要因为区间是直流联网。目前,我国六大电网中,除华北、华中通过1000千伏交流联网外,东北与华北、西北与华中、华中与华东、华中与南方通过直流连接实现异步联网。
在2002年电力体制改革中,明确了全国电网由6个区域电网及其各自的调度交易机构组成。区域电网之间的电力交换,都采用了“背靠背”直流输电技术,保持了区域电网相互异步运行。近年来,采用特高压等级,建立坚强智能电网的设想引起电力行业争议。很多专家担心,将各区域电网都用交流特高压连成“一张网”是否安全。应当看到,交流电网的电压等级越高、规模越大,配置电力资源的范围就越大,发生事故造成的损失也就越大。当今中国已不能承受像印度大停电这样灾难性的停电事故。能源主管部门应当高度重视电网结构对电力安全的影响,加强电网发展的统一规划,对跨区联网严格论证,慎之又慎。
电力流向问题
印度主要电源位于东北部和东部地区,以及不丹境内,以煤电和水电为主。电力负荷集中在北部、南部和西部地区。输电方向为“东电西送”“北电南送”。这次大停电警示,必须重视远距离输电存在的安全隐患。
7月30日大停电前,印度北部电网内4个邦的用电负荷因农业灌溉、空调使用而急剧上升,西部电网至北部电网的跨区输电线路负荷严重过载。这成为引起电网故障的原因之一。停电发生后,由于负荷中心缺乏电源支撑,远距离的输电救援无法为事故中心的振荡起到支撑作用。我国也出现过类似问题。2008年我国雨雪冰冻灾害期间,一些地方电网与大电网解裂成为“孤岛”,由于负荷地缺少电源,无法为本地电网提供支撑,出现了大面积停电。
我国能源富集区与电力负荷地不统一,远距离能源输送是送煤还是送电,存在不少争议;如以送电为主,是采用直流还是交流,意见也不统一。无论哪一种方式,在经济性、安全性上都各有利弊。比较稳妥的办法,一是尽可能将负荷地靠近电源地。随着沿海地区产业结构的调整,第三产业比重上升,重化工业比重下降。国家可以将高载能工业尽可能调整布局到中西部地区。这样既有利于欠发达地区发展,也可以避免新增电量远距离输送。二是负荷中心电力多元发展。从受端电网安全出发,负荷中心应当建设适量的电源项目,使远距离送电容量与负荷中心发电容量之间形成合理的比例。对重要的负荷中心,应当考虑多方向、多种途径送电。在区域电网中,高效清洁煤电、水电、核电和抽水蓄能电站以及其他各类电源应多元发展,一旦发生事故可以形成互相支撑。三是长距离输电应以直流为主。它不仅输送能力较强,而且可以避免交流输电特有的动态稳定问题。
电力调度问题
印度电网采用四级垂直调度,分别是国调(NLDC)、区调(RLDC)、邦调(SLDC)、地调(AIDC)。在五大区域电网内,有31个省级电网以及超过100个地区电网。在日常调度中,印度调度机构对超负荷运行缺乏有效的管控。在2010年大停电事故中,由于北方电网一处超高压变电所出现故障,导致部分输电线路和其他变电站过负荷。客观上讲,过负荷是电网常见事故之一,通过切断负荷,可以将事故控制在较小范围内。但是,由于事故引起电网发生振荡,面对跨区复杂连接的电网,统一调度往往无法在第一时间内做出正确的判断和操作,只能任由事故的连锁反应不断扩大,最终导致电网大崩溃。如果电网规模变得更为庞大,集中调度将更加难以驾驭。
我国电力调度分为国调、区调、省调、市调和县调,共五级调度,与印度的调度体制有类似的一面。随着电网规模的扩大,电力调度面临的情况越来越复杂。既需要加强中央调度的权威,也不能把所有的责任都集中在中央。应当实行中央统一调度、地方分级负责的调度体制,特别是增强区域电网调度的权力和责任。各级调度都应严格执行调度管理条例和规程,提高运行监控、分析决策水平,降低电网安全风险。
电力体制问题
计划与市场并存的体制,不利于电力的安全发展。20世纪80年代以前,印度各邦都有电力局(SEB),从事购电和售电业务。由于政府干预、机构臃肿、效率低下,亏损越来越严重。1991年以来,印度引入私营发电企业。20世纪90年代中期开始进行市场化改革,发电、输电、配电环节皆各自分开。印度电力体制改革是在计划体制难以为继的情况做出的必然选择。遗憾的是,时至今日,印度电力改革仍未真正市场化,依然是计划与市场并存的体制。专家普遍认为,长期电力短缺、电网超负荷运行是引发印度大停电的重要原因。这与其市场化改革不到位直接相关。如印度电价仍由国家制定,且价格较低,加上线损过大、窃电成风,使电力公司严重亏损。发电企业无力投资新项目,加剧了供求矛盾。
我国的电力体制改革也有待深化。通过主辅分离、厂网分开,我国在发电侧引入了市场机制。但是,发电企业的发电量和电价均由国家计划制定,煤电矛盾反复发作,引起发电企业全面亏损。如果电力行业计划与市场双轨制长期并存,对电网安全的隐性风险不可小觑。我国应当继续加快电力市场化改革步伐。将电网的竞争性业务与非竞争性业务分开,建立和完善区域电力市场,有序推行发电企业与配电企业、大用户的直接交易,通过电力的“多买多卖”,逐步建立起市场化的电力运行机制。
应急响应问题
此次印度停电虽然十分严重,但没有造成社会混乱。一个重要的原因是印度停电频繁,很多家庭、单位建有备用电源。我国虽然按照建筑施工规范,医院、公共交通等设施建有备用电源,但大多是依赖于电网供电,很少有独立柴油机发电的备用电源。即使有也平时疏于维护,应急时可能用不上。此外,各级政府的应急预案中缺少停电应急的内容。
客观而言,任何电力系统安全供电都是相对的。随着经济社会发展和科技进步,全社会对电的依赖越来越强,停电事故影响的面越来越宽,需要建立全社会应对电网事故的应急机制。
一是建立和完善各级政府停电应急预案,定期开展应急演练。在发生大面积停电的情况下,能够做到快速响应,有效维护社会秩序,正确发布信息,保持社会稳定,将事故损失控制在最小范围。
二是强制要求重点机构和部位建立备用电源。应当修改《电力法》和相关建筑规范,政府机构、广播电台、电视台、医院、机场、金融机构等重要单位要强制性地设立独立于电网的备用电源,并做好定期维护。