电力技术协作平台

流浪地球”计划大揭秘 竟源于2026年爆发的“全球电力事故”!

来源:闪亮播报日期:2019-02-11 10:27:53

  今年的春节档,一部中国人拍的科幻电影火了!

  这就是《流浪地球》!!!

  太阳即将毁灭,过去无数岁月中作为人类精神支柱的存在,变成了死亡和恐怖的象征。比起坐以待毙,人类选择挣扎到底。

  “地球啊,我的流浪地球啊~”成为无数生在这个时代的人弥留之际的遗言。它包含着人类这个种族亘古不变的永恒心声——我们要活下去。

  ——《流浪地球》刘慈欣

  随着《流浪地球》的火爆,电影幕后的大量物料、素材也纷纷曝光。看到这些,播报君更加坚信:这个团队拥有令人尊敬的工作态度和敬业精神,他们取得成功是毫无疑问的大概率事件!

  了解《流浪地球》影片更多背后的故事,请点击链接:关于《流浪地球》的50件事

  书归正传,让我们先从网上曝光的《流浪地球》电影编年史聊起——

  在《流浪地球》描述的庞大世界观中,在电影时间(2075年)50年之前(2026年)发生的一次全球电力事故!

image.png

  2026年6月第25太阳周期日冕抛射风暴袭击地球。超过G5等级的太阳风暴摧毁了40%的民用输变电线路以及通信设施,使50%以上的民用电子仪器被毁!

  在《流浪地球》的世界中,这场重大灾难也正是引发地球上的人类开始启动“流浪地球”项目的肇因。

  很多感兴趣的小伙伴一定会追问:太阳风暴引发的异常波动,是否真如电影中所说,会给地球上的电网带来如此大的伤害呢?这究竟是科幻的臆想还是真实存在的威胁?真实世界中的电网,是否真的会面临来自太阳的灭顶之灾?

  下面,带您进入硬核科普时间:

  毫无疑问,科幻电影中的情节虽然略有夸张,但是在真实的世界中,这种可能性的确是存在的!!!

  太阳风暴

  由于太阳表面的一些活动,高温与氢气粘合尘埃、气体发生碰撞,在挨着太阳表层发生冲击,从而产生巨大的能量,对地球造成影响,这就是太阳磁暴(太阳风暴)。

  这是一种非常常见的太阳活动现象,有大有小,轻微的太阳磁暴基本不会对人类的正常社会活动产生任何影响。但是稍强的太阳磁暴就有可能会对地球的通讯信号、航空器等造成影响。严重的太阳磁暴还会对电力系统造成危害,由于太阳质子与电子的碰撞融合会产生高电压,瞬间产生的高压电会使电网中断。一旦电网瘫痪,会给人类社会带来巨大的经济损失。

  加拿大魁北克电网大停电事故

  1989年3月13日,一次太阳风暴引发了地球一系列的效应,最终极大地伤害了加拿大魁北克地区的电网,导致该地区出现大范围的断电事故,受直接影响的居民人数达到600万人,停电时长达到9个小时,造成了高达数千万美元的经济损失。这可以说是一次非常著名的太阳风暴引起的地球灾害。

  魁北克事件中受影响的区域(B:断电;D:设备受损;T:跳闸)

  地球有自己的磁场,地球磁场的北极在地理的南极附近,地球磁场的南极在地理的北极附近。如果把磁场的方向想象成一根根线(称为“磁力线”),地球上某个地方的磁场,有东西南北的方向,也有向上翘或者向下倾的方向,外形就像下边的示意图所展示的。这些“磁力线”有个共同的特征,就是大体上都是从南向北。

  地磁场示意图,虚线代表磁力线,N为磁北极S为磁南极

  太阳风暴爆发期间,大量物质喷发进入宇宙中,也就是“日冕物质抛射”。来自太阳的高速等离子体携带着太阳的磁场冲击地球磁层(地球磁场在宇宙空间中控制的区域),会使磁层压缩变形。太阳等离子通常携带着南北方向转动的磁场,当磁场转为南向时,和地磁场发生强的相互作用,会将巨大的能量带入到地球磁层(不过一般是大量进入地球背面),带电粒子因为磁层的过程注入到被称为环电流的地球周围的电流当中,变化的电流会产生变化的磁场,从而引起全球范围剧烈的地磁扰动。人们用Dst指数衡量地磁场扰动的强烈程度。Dst指数平时往往是负几或者几十,也有正值,都不大;但是在强扰动下会变成-50以下,乃至负几百。

  变化的磁场能产生电场、变化的电场又能产生电流。太阳磁暴时,剧烈变化的地磁场会在地球大气的高空中产生电流,它们再感应出变化磁场,在地面、长距离高压输电线、变压器接地点组成的回路中产生电流,这便是地磁感应电流(GeomagneticallyInducedCurrent,简称GIC)。在较大太阳磁暴爆发时,输电网络中产生的地磁感应电流可以有几十到几百安培。

  相对于高压输电线路中上千安培的电流,几十到几百安培的地磁感应电流并不十分强。但是,它的变化频率一般为0.0001-0.1赫兹,而交流电的频率一般是50或60赫兹,故而地磁感应电流可以被视为近似的直流。它可以在高压电网变压器的铁芯中产生直流偏置磁通,使变压器发生半波饱和,进而使变压器的励磁电流增大、谐波电流增加,最终引发电网的电压波动、继电器保护误动和静止无功补偿器跳闸;同时,变压器半波饱和时,变压器的铁心磁导率减小,本来应该在铁芯中变化成电能的磁能从铁芯中漏出,进入变压器的金属构件中,造成变压器器件功能的损耗和温度的增加,对变压器安全造成不利影响,例如变压器绕组导线过热可能会被烧毁。

  因此,太阳风暴会引起地球磁场扰动,强的地磁场强扰动会在电网中引起强的地磁感应电流,这些电流能够伤害变压器,故而电网也会受到影响,这就是太阳风暴如何影响到我们的电网的过程。

  这种效应在地磁纬度较高的区域更加明显,由于同等纬度的北美地区比我们中国地球地磁纬度更高,所以太阳风暴更容易影响他们的电网。

  看到这里,您先别忙着松口气。

  实际上,第23太阳周高峰期(《流浪地球》中的太阳风暴爆发于第25太阳周期)的几次大磁暴事件(包括我国电网在内),对世界高纬、低纬电网都产生了很大影响;其中2003年10月30日的大磁暴,导致了瑞典马尔默大停电和南非15台大型变压器损坏和我国电网的大量事件,向人类社会再次敲响了警钟。2009年3月,美国科学家警告说,2012年遭遇的强烈太阳风暴,破坏力远远超过“卡特里娜”飓风,包括欧洲、中国等国家都将受到严重影响。

  除广东电网和江苏电网外,我国浙江、广西等地电网也都有受侵袭报道。尤其是第23太阳周高峰期的几年间,对发生的变压器振动、噪声现象有很多记载。

  虽然我国所处中低纬度,但是随着我国电力联网战略的提出,特高压跨大区联网的逐步实施,我国已成为世界上电压等级最高、交直流混联电网规模最大的国家。电网的拓扑结构和网络参数对GIC水平的影响更加明显,因此,即使在相同地质条件下发生全球性的磁暴灾害,我国电网的风险和潜在威胁比高纬度国家更值得引起关注。

  当然,您也大可不必杞人忧天。虽然我国电网磁暴灾害研究起步较晚,但随着我国电网的快速发展、规模不断增大,近几年发生的太阳风暴影响电网事件引起了政府、有关学者和国家电网有限公司的高度重视。长久以来,为防患于未然,电力工程设计和工程建设单位,在长距离输电系统的规划、设计和大容量变压器的选型、招标中,已经开始充分分析、评估电网GIC的可能影响和提出设备耐受GIC水平的指标,力争以较小的代价防治电网GIC的影响。

  此外,电力系统和空间天气学科等交叉学科的基础研究也在不断扩展,电网充分利用我国空间天气监测卫星的观测数据,建立空间天气的预报预测平台,构建电网磁暴灾害的综合防御体系,在空间高能高速粒子流造成地球电离层扰动之前,调整电力系统的潮流,降低电网的负荷水平,从而减小磁暴对电力系统的影响程度。

  延伸阅读

  2014年度国家电网有限公司科学技术进步奖揭晓,国网山东省电力公司电力科学研究院完成的“灾害磁暴对大电网安全运行的影响及防御技术研究”喜获二等奖。

  “灾害磁暴对大电网安全运行的影响及防御技术研究”项目首次围绕中低纬度磁暴对电网安全影响及防御技术开展研究,总体上达到了国际领先水平,对于防御灾害磁暴引发大停电,保障电网安全和社会稳定具有巨大的潜在经济效益;该项目所提出的灾害磁暴引发电网设备群发性故障概率的在线评估方法、风险评估技术及其一体化防御框架为国际首创,将电力系统应对外部自然灾害的防御拓展到空间天气,填补了国内外这一领域的空白,为防范灾害提供科学依据,提高了我国在空间天气对电网安全影响的分析和防御方面的技术能力和实用化研究水平。项目建立的电力系统防御平台为其他领域灾害磁暴防御提供借鉴,将有效保障供电安全,支撑国家经济建设和社会稳定,支撑我国电网规划和建设,服务于国家能源战略,具有巨大的应用推广价值。

  正如电影《流浪地球》的主旨所言——虽然人类面临的外部环境无法改变,但是只要尚存希望和信念,就要奋力一搏,勇往直前!

  这也正是中华民族在当今世界中最为可贵的进取精神!别人看到了希望才努力,我们努力了才会有希望!

  中国人不会坐以待毙,即使希望渺茫,也会拼尽全力,只要坚持不懈、永不言弃,绝望就会变成希望,黑暗终究会照进阳光。

  (来源:闪亮播报ID:gjdwlb)