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815全台大停電,你搞清楚發生什麼事了嗎?

2017 年 8 月 15 日下午 16:51 起,在臺灣各地發生的大規模無預警停電,全台灣共 17 個直轄市、縣市共約 592 萬戶用電受到影響。當天的分區停電直至晚間 21:40 才正式解除。到底發生了什麼事?真的是因為台灣缺電嗎?電力系統調度到底做了什麼呢?

事件起因

當天下午當時發電量 438.42 萬瓩(佔當時發電能力的 11.94%)的大潭電廠的來自中油的天然氣供應突然中斷,導致六部機組跳機,整體電力供應瞬間減少近百分之十二。

全台瞬間少了百分之十二的供電,然後呢?

電力系統的運作,需要供應方(發電廠)與負載方(電力用戶)達成供需平衡。當天大潭電廠跳機瞬間減少電力供應,系統上的用戶不可能自動降低需求(又不知道有事故發生了),因此整個電力系統就出現了嚴重的供需不平衡。

發電不夠的情況下,電力系統會由還在線上的發電機組汲取更多的能量以供給用戶──但如果這些機組負荷不了,很有可能也會跟著跳機,從而造成電力系統進一步崩潰。而判斷電力系統穩定程度的一個重要依據,就是電力系統內的「頻率」。如果發電機組負荷太大,發電機組的轉速會變慢,而造成電力系統的頻率下降。

16:51「低頻卸載」自動執行

現行台灣的交流電系統維持的頻率為 60 Hz,電力系統上裝有電力保護裝備「低頻電驛」在偵測到發電頻率降低到一定程度時,就會自動執行「低頻卸載」:系統自動切斷一部分用電,以維持電力系統的穩定──這也就是第一波無預警斷電的由來。

低頻電驛於 16:51 分自動啟動,卸載了 336 萬瓩,影響約 154 萬戶。低頻卸載再加上緊急調度抽蓄機組(水力發電),電力系統頻率於 16:58 恢復穩定。好的,現在看起來系統不至於崩潰了(汗),如果你是電力系統的調控者,接下來該做什麼呢?

還有用戶在斷電中,系統缺了大約三百多萬瓩的電力,當然是把能打開的發電系統通通打開啊!(還有搞清楚大潭到底怎麼回事)

18:00-21:40「分區限電」恢復發電能力

但對所有人來說很不幸的,發電機組跟家用電器不同,並不是按個開關就完成開機了。(嗚嗚嗚)

視不同的發電種類,有些能配合開機,有些老天不賞飯吃也沒辦法,還有些開個機就需要至少半天的時間。而就算只是想要提高輸出功率,需要時間;發電機組從頭開機,需要時間;將電力併聯上網,需要時間。被「斷氣」的大潭電廠也需要時間檢查才能從頭啟動、完成併聯發電。

因此這時需要時間才能讓發電能力提高到足以供給所有用戶的需求──明顯不夠用時就只能實施「分區限電」。在這個階段中,被分為 A-F 組別的用戶會依情況輪流停電,每區限電以 50 分鐘為限,直到供電能力回復。

  • 覺得以上的說明不夠動感嗎?你可以看看以下影片。

在停電之後:你可能想知道的幾個關鍵字

815 大停電的影響十分廣泛,光是受困電梯的案例就高達 900 多件。除了檢討中油換個開關就可以放倒全台的電力供應(真的沒有007入侵大潭嗎),亦有人開始檢討目前的能源政策是否使得電力系統的備用與備轉不夠充裕。在討論這個部分之前,我們需要來一點名詞解釋。

備用容量:通常指電力系統中較為長期(如一整年)的發電能力與預期尖峰時間負載的電力需求差額,規劃時須將機組的維修、老化等狀況納入考量。這部分會跟機組配置、投資供電成本的預算規劃有很大的關聯。

備轉容量:指當天可以調度的發電能力的與尖端負載的餘額。這部分除了跟備用容量規劃時提供的機組數量有關,還與各機組安排歲修、保養的時程有關。

關心電力供需的夥伴或多或少都知道,近年來每逢夏天最火熱、用電最吃緊的時節,大家都會眼巴巴的注意台電的尖峰備轉容量率(這裡讓你知道今天是多少),唯恐進入限電的地獄之中啊啊啊。

所以如果砸大把銀子提高備轉容量率,815 就不會大停電了嗎?

嗯這個,其實只大概回答了一半的問題。在 815 大停電的情境中,斷電當時的備轉容量率是 5.51 % (203萬瓩,當天在尖峰只有 3.17 %),而大潭電廠跳機瞬間損失了超過一成的供電──所以在當時的情境下鐵定不夠用。

而即使備轉容量率提高至 15 % 好了(近年尖峰備轉容量都在 6% 左右徘徊),也並不代表在這種瞬間失去一成電力的狀況下就不會停電或者可以達到快速復電──這與發電機組的特性有關。所有的發電機組,無論是由啟動到併聯至電網,或是已在線上提高輸出功率也還是需要時間──需要多少時間完全看機組的特性。

所以如果當時有餘裕的機組無法快速反應,後面幾個小時的分區限電也是無法避免的。到這裡一定有人想到了,所以為了避免有意外發生,應該要安排有快速反應能力的備轉 stand by 才對吧!

對的,目前技術除了了水力發電可以在幾分鐘內上線(但能負擔的發電量很低),另外一個選擇則是可以在兩個小時內滿載的燃氣發電──事實上,這正是大潭電廠起初設置規劃的角色3,作為中載尖載與緊急時使用的備援電廠。而 815大停電的前夕,雖是非用電尖峰的傍晚時分,但如出事的大潭,與通霄、興達、南部電廠……等具有相對快速升降載能力的燃氣電廠,也都發好發滿,在沒有調度機組的情況下,任何一個環節出了狀況,就導致了無預警斷電,全台一起看星星。(無誤)

  • 註:下圖資料所顯示各機組從開機至併聯發電、滿載一般性升降之時間,與跳機後滿載所需之時間不同。僅供理解參考,不能完全顯示 815大停電當天機組調度之情況。資料來源:台灣電力公司。
  • 因各機組型式、容量、設計等互異,起動至併聯時間均不同,僅以815事故當天相關機組為代表時程,並非所有機組起動時程均如所列。 (台電資料來源的原始註記)

815 事件時,大潭六部機組於 16:51 跳脫,於 18:51 至隔日 00:50 陸續併聯。

815 事件時,中火五號機於 17:05 跳脫,21:17 併聯。

此資料假設肇始事件為廠外事件造成核能發電機組急停後之再起動,但 815 事件時運轉中核電機組並未停機。

一年過去了,事情有改善了嗎?

事件的起因,在於大潭電廠的天然氣管線僅由單一管線供氣,而且供氣控制系統的設計顯然很有問題,因為操作疏失就關掉了整個管線的天然氣來源……

除了檢討的作業流程,事後中油亦提出短中長期計畫,希望開闢「雙迴路、雙氣源」的第 2 條迴路分散風險,施工期預計約 2 至 3 年。而這項施工原來預計與規畫於桃園觀塘的天然氣第三接收站一同動工,但第三接收站,因涉及藻礁生態爭議,於 7 月 3 日被「環差會議」退回,尚待 9 月份環評大會審議。(詳見這裡這裡

一年後的今天,大潭電廠仍只靠單一迴路供氣……

在意外發生時可以應付衝擊的備轉容量率、以及備轉機組規劃,到今天有進一步改善了嗎?

一年後的今天的尖峰備轉容量率是 6.36%,所有電廠依舊是餘裕很少地努力工作著呢。

 

行政院的《815 停電事故行政調查專案報告》,有興趣的夥伴可以從中找到更多有趣的細節。

參考資料:

  1. 行政院:815 停電事故行政調查專案報告
  2. 台灣電力公司
  3. 從大潭、通霄電廠是不是「蚊子電廠」談起燃氣發電甘苦經驗

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