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20200205_英國倫敦大停電事故研析

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20200205_英國倫敦大停電事故研析

  1. 1. 劉家豪 2020/02/05 英國倫敦大停電事故研析
  2. 2. Outline 1 2 3 4 背景介紹 事件回顧 原因調查 聯絡溝通 2 5 改善建議
  3. 3. 1. 背景介紹 3
  4. 4. 燃煤 18.9% 燃油 2.8% 燃氣 38.9% 核能 11.2% 水力 5.3% 再生能源 22.9% 2018年 電力裝置容量 82.9GW 英國電力系統簡介  英國2018年總電力裝置容量達到82.9 GW。2018年第三季,再生能源裝置容量首度超越燃煤。  英國2012年後燃煤發電持續減少,由再生能源、生質能與燃氣發電補上,2018年總電力供給約 3,520億度,且風力與太陽能的發電量首度超過核能發電量,出現能源轉型的第一個交叉點。 - 50.0 100.0 150.0 200.0 199819992000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018 發電量(TWh) 燃煤 燃油 燃氣 核能 風力與太陽能 生質能 水力 其他 燃煤 5.1% 燃油 0.3% 燃氣 39.5% 核能 19.5% 水力 1.6% 風力與太陽能 21.0% 生質能 10.4% 抽蓄水力 0.8% 其他 1.8% 2018年 電力發電占比 (國內生產) 資料來源:國家能源政策評析報告:英國,2019 4
  5. 5. 英國電力系統簡介(續)  英國輸電系統按地理分布可劃為三大區域, • 蘇格蘭北部地區:蘇格蘭水電公司 • 蘇格蘭南部與中部地區:蘇格蘭電力公司 • 英格蘭和威爾斯地區:國家電網公司 本次發生大停電的倫敦地區屬於國家電網 公司。該公司現有大約4,474英里長的架 空輸電線,969英里長的地下電纜線和34 6座變電站。  英國有6家配電公司(DNO: Distribution Network operators)兼營配電調度中心, 擁有並負責調度運轉區域配電網, 及從輸電系統供應電力給工業、商 業及家庭等用戶使用。 5
  6. 6. 與大停電相關的電力設施 Little Barford燃氣複循環電廠  該電廠位於貝德福特郡(Bedfordshire),係德 國萊茵公司(RWE)所擁有與運轉。  該電廠於1995年商業運轉,有二台氣渦輪機 (GT)及一台蒸汽輪機(ST),總裝置容量為740 MW。倫敦大停電發生前,各發電機組仍有正 常供電能力。 6
  7. 7. 與大停電相關的電力設施(續)  Hornsea One 離岸風場位於距離英國英格蘭 約克郡海岸約 120公里處,由沃旭(Ørsted) 擁有及經營。  Hornsea One 自2018年1月開始進行海上施 工,該風場係由三階段各 400MW的模組組 成,總裝置容量將達到 1,200MW,可以為 100萬個英國家庭供電。  2019年8月該風場二個模組已經完成安裝, 第三個模組接近完工。倫敦大停電發生前有 800MW供電能力。 Hornsea One 離岸風場 資料來源:https://hornseaprojectone.co.uk/About-the-project#0 7
  8. 8. 2. 事件回顧 8
  9. 9. 8/9 當天事前系統情形  英國電力系統在2019年8月9日(週五)下午4:52之前,一如往常正常運轉中。  當天下著一些大雨夾帶閃電,風吹不停;但並非罕見氣候。  2019/8/9 電力系統負載與前一個週五的情況相似。  8月9日供電配比: 燃氣30%、風力30%、核能22%、國外進口10% 9
  10. 10. 事故發生時間軸 2019/08/09 16:53:49.398 16:52:44 16:52:33.728 16:52:33.490 400kV超高壓輸電線 遭受雷擊,發生單 相接地事故 頻率反應備轉容 量服務至少提供 650MW來穩定 系統頻率 Hornsea one 離岸 風 電 從 原 先 799M W開始降載 17:37 16:52:33.835 Hornsea one 降載至 62MW 穩住 16:52:34 • Little Barford 燃氣電廠 ST瞬 間跳脫244MW • 分散式電源跳 脫約 350MW 16:52:53 400kV超高壓 輸電線復閉成 功,恢復正常 16:53:31 • Little Barford 燃 氣電廠 GT1A 發 電機保護裝置啟 動,跳脫 210M W • 所有頻率反應備轉 容量服務用盡 系統頻率下降突破 48.8Hz低頻卸載標 準(LFDD),各配電 系統低頻電驛啟動, 跳脫負載 931MW 16:53:58 Little Barford 燃氣 電廠 GT1B 手動停 機,減少 187MW (納入低頻卸載量) 所有DNO回報 確認系統復電 完畢 16:58~17:16 NGESO調度中心連續指示 各配電調度中心 (DNO) 可 以進行復電工作 累計減少 出力量 1,481 MW 1,691 MW 1,878 MW 10
  11. 11. 累計跳脫裝置容量 跳脫量 累計跳脫量 Hornsea 離岸風電 737 MW 737 MW Little Barford 燃氣電廠 ST1C 244 MW 981 MW 分散式電源 500 MW 1,481 MW Little Barford 燃氣電廠 GT1A 210 MW 1,691 MW Little Barford 燃氣電廠 GT1B 187 MW 1,878 MW 11 在不到2分鐘以內… 資料來源:Technical Report on the events of 9 August 2019, NGESO
  12. 12. 系統頻率衝擊 資料來源:Technical Report on the events of 9 August 2019, NGESO 400 kv輸電 線雷擊故障 故障清除 Hornsea跳脫737MW Little Barford 跳脫244MW 因頻率反應備轉容量 動作,系統頻率回到 49.2Hz Little Barford 跳脫210MW Little Barford 手 動停機 187MW輸電線恢復正常 頻率下降至49.1Hz 系統頻率突破 48.8Hz,觸發低頻卸載 分散式電源跳 脫 200MW 因配電系統保護電驛動作, 分散式電源跳脫約 350MW 系統頻率恢復至 50Hz NGESO 調度 1,240MW電 源,恢復系統頻率 12
  13. 13. 對外影響  110萬用戶無電可用15到45分鐘。  道路交通信號中斷。 13
  14. 14. 對外影響(續)  部分鐵路網重大斷電,包括法靈頓(Farringdon)及國王十字路(Kings Cross)火車 站鐵路線堵塞,致使371班車次取消與873班車次重大延誤,影響數千名乘客。  火車運輸中斷的主因係東南地區行駛的特定列車當系統頻率低於49Hz以下時,大 約有60列火車意外停駛,其中半數需要技術人員到火車現場才能重置重新啟動。 14
  15. 15. 對外影響(續)  其他重要設施: • Newcastle機場:低頻卸載電驛動作斷電 • 伊普斯維琪(Ipswich)醫院:院方保護系統 動作停電 15
  16. 16. 3. 原因調查 16
  17. 17. 調查單位與時程  國家電網電力調度中心 (NGESO)在一週內(2019/8/16)提交此次事件的緊急調查報告。  沃旭 (Ørsted)及萊茵 (RWE)配合NGESO於一個月內(2019/9/6)提出技術報告。  天然氣與電力市場辦公室 (Ofgem)在2020/1/03提出最終技術報告。  『能源緊急事件執行委員會』(E3C)接受英國商業、能源與產業策略部 (BEIS)委託,針對 停電事故展開調查,同時在2020/1/03提出最終調查報告。 『能源緊急事件執行委員會』(Energy Emergencies Executive Committee, E3C)  E3C係政府、監管機構及業界之間的夥伴關係,協調整個能源產業的韌性規劃 (Resilience planning)。E3C確保以聯合方式 (joined-up)進行緊急應變與復原、識別風險及過程,以 管理影響用戶電力(或天然氣)供應的緊急事件衝擊。E3C的成員包括: • 商業、能源與產業策略部 (Department for Business, Energy and Industrial Strategy, BEIS) • 天然氣與電力市場辦公室 (Office of Gas and Electricity Markets, Ofgem) • 國家電網電力調度中心 (National Grid Electricity System Operator, NGESO) • 配電公司 (Distribution Network Operators, DNOs) • 輸電公司 (Transmission Network Owners, TNOs) • 發電業者及售電業者 (Generators and suppliers) • 天然氣輸送業者 (Gas Distribution Networks Operators, GDNs) 17
  18. 18.  當雷擊導致電力系統電壓突降時, Hornsea 風場的陸上控制系統仍正常運作。但是,離 岸風機控制器對電網的電壓波動做出不正確 反應,導致陸上控制系統與個別風機之間發 生不穩定現象,造成二個模組風機自動停 機。  在8月9日之前,沃旭公司曾模擬 Hornsea one風場在滿載1,200MW下運轉情形,發 現電壓控制系統性能出現問題。沃旭公司通 知Ofgem將在8月13日進行軟體更新,但還 沒來得及更新就發生8月9日大停電,於是在 大停電後的8月10日立即更新軟體。 主要調查發現 Little Barford燃氣複循環電廠Hornsea One 離岸風場  Little Barford複循環機組之汽輪發電機 (ST)跳脫,係因三個運轉速度信號測量 值差異而引發,氣渦輪機(GT)則因汽機 跳脫後蒸氣系統壓力過高跳脫。  NGESO調度中心表示電力系統在某些地 區可能發生每秒0.125Hz (0.125Hz/sec) 或更高的系統頻率變化率(RoCoF),很 可能導致分散式電源自動跳脫。 分散式電源 超高壓線雷擊後二大電廠幾乎同時【不應該故障停機】,觸發 低頻卸載裝置,最終導致部分地區出現停電。 停電原因 18
  19. 19. 主要調查發現(續) 天然氣與電力市場辦公室 (Ofgem)提出此次事故相關單位之罰責:  雷擊之後,Hornsea One和Little Barford並未保持與電網連接。 • 沃旭 (Ørsted)及萊茵 (RWE)二家公司承認各自造成本次大停電的疏失, 同意向Ofgem的賠償基金(Energy Industry Voluntary Redress Scheme)各自 願支付450萬英鎊 (約新台幣1億8千萬元)。  本地電網運營商已斷開並重新連接用戶,以應對預期的斷電現象。但是,英 國電力網(UKPN)配電公司在沒有調度中心要求的情況下重新連接客戶,這可 能會危及電力系統的恢復。 • 英國電力網配電公司承認違反技術規定,並同意支付150萬英鎊 (約新台 幣6千萬元) 。 19
  20. 20. 4. 聯絡溝通 20
  21. 21. 1. 電力調度中心(ESO)與配電公司 (DNO)之業務傳達沒有發生任何問題。 電力調度中心(ESO)之緊急聯絡溝通 資料來源:Technical Report on the events of 9 August 2019, NGESO  ESO於16:56首次收到DNO負載降低通 知,並在16:58至17:16指示DNO恢復 供電。  DNO於17:07至17:37分間完成恢復供 電。NGESO於17:34首次收到DNO恢 復供電通知。 2. 即時向政府和管制機構通報停電事故,並配合發布緊急調查報告 • ESO於17:41首次向BEIS通報,此時用戶供電已在陸續恢復中。 • ESO於17:51首次向Ofgem通報,並針對事故細節持續溝通。 • ESO、Ofgem於8月11日(週日)共同出席BEIS部長主持之停電事故緊急會議。 • 從8月12日開始的一週中,針對NGESO預計於8月16日發表對此次事件的緊急調查 報告內容,持續進行內部審核。 21
  22. 22. 3. 透過新聞媒體進行對外溝通 電力調度中心(ESO)之緊急聯絡溝通  8月9日18:27,電力調度中心進行第一次對外記者會,並在當日晚上和整個週末繼續 回應媒體採訪與外界訴求。 時間 媒體曝光與聯繫 8/9 (週五) 18:27 第一次透過電視、廣播和Twitter對外說明,確認發生停電事故,目前電力系統已恢復正常。 20:06 第二次透過電視、廣播和Twitter對外說明,解釋斷電原因,並再次確認系統已正常。 20:11 英國國家電網發展負責人(Julian Leslie)在Twitter上發布了進一步解釋。 8/10 (週六) 8~13點 Radio 4 Today Programme, Five Live, ITV, BBC Breakfast and Sky等媒體採訪播報。 08:33 第三次透過電視、廣播、Twitter和報紙對外說明,關於事件的進一步解釋和國家電網不涉及發電的澄清說明。 19:31 第四份透過電視、廣播、Twitter和報紙對外說明,表示支持能源緊急事件執行委員會(E3C)的調查,並強調 ESO正在內部調查中。 20:00 ESO協助商業、能源與產業策略部(BEIS)彙整停電事故最新進展,提供給國務卿和交通運輸部。 8/11 (週日) 11:00 ESO與BEIS部長(Kwasi Kwarteng)進行視訊會議 22
  23. 23. 4. 向用戶釐清停電事件原因 電力調度中心(ESO)之緊急聯絡溝通  在停電事故出現後的大約90分鐘內,部分配電公司 (DNO)和鐵路企業在未與電力 調度中心確認前就對外發布消息,指出是電網故障造成此次停電事故。  這些消息雖然沒有延誤電力調度中心指揮恢復供電的時間,但確實導致大量用戶 與新聞媒體向配電公司及電力調度中心求證與追查。 8月9日停電事故期間,電力用戶來電詢問之統計次數 23 資料來源:Technical Report on the events of 9 August 2019, NGESO
  24. 24. 5. 改善建議 24
  25. 25. 小結 電力調度中心(NGESO)認為以下事項值得檢討或持續關注: 1. 電力調度中心應在事故發生後,立即(1小時內)進行有效緊急聯絡溝通  系統操作者、管制機構、媒體、用戶 2. 為確保電力系統韌性,如何合理訂定「供電安全與品質標準」(Security and Quality of Supply Standard, SQSS)? 3. 為確保關鍵基礎設施或服務可持續供電,應檢討低頻卸載(LFDD) 停電之 設備(用戶)清單。 4. 因應分散式電源的不斷增加,應檢討分散式電源高佔比對系統之風險。  檢討有關分散式電源保護裝置(設定) 對電網擾動(事故)敏感度。  提高電力調度中心(NGESO)與配電電網公司 (DNO) 對分散式電源之 即時發電資料之掌握度。  檢討分散式電源監管架構與準則,如:併網申設流程中對於執照許可 的資格審查標準。 25
  26. 26. 參考文獻 1. 9 August 2019 power outage report, ofgem, 2020. 2. GB power system disruption on 9 August 2019, Energy Emergencies Executive Committee (E3C): Final report, 2020. 3. GB POWER SYSTEM DISRUPTION – 9 AUGUST 2019, Energy Emergencies Executive Committee: Interim Report, 2019. 4. Technical Report on the events of 9 August 2019, NGESO, 2019. 5. 國家能源政策評析報告:英國,2019 6. https://www.gov.uk/government/publications/great-britain-power-system-disruption-review 7. https://www.ofgem.gov.uk 8. https://hornseaprojectone.co.uk 9. https://gordonchengfour.home.blog/2019/09/16/2019-8-9%E8%8B%B1%E5%9C%8B%E5%A4%A7 %E5%81%9C%E9%9B%BB%E4%BA%8B%E6%95%85%E6%9C%80%E7%B5%82%E8%A9%B3 %E7%B4%B0%E6%8A%80%E8%A1%93%E5%A0%B1%E5%91%8A/ 26
  27. 27. 感謝聆聽

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