311東日本大地震震央東北電力公司系統停電事故概述


311東日本大地震震央東北電力公司系統停電事故概述

目錄:

一、前言

二、東北電力公司系統簡介

2.1 東北電力地理位置與其他公司互聯狀況

2.2 供電轄區與電廠廠址分布

2.3 發電裝置容量

2.4 東北電力公司電力系統

2.5 最高負載、售電量、用戶數、輸變電設備、員工數

三、東北電力系統設備震災受損情形

3.1受影響發電機組

3.2輸變電設備受損情形

3.3震災停電戶數統計與復電進度

四、東北電力系統地震後輪流限電情形

4.1 系統尖峰供電能力之衝擊

4.2 分區輪流停電實施方式

4.3 分區輪流停電實績統計分析

五、目前東北電力系統負載狀況及今夏供電展望

5.1目前系統負載狀況與預測

5.2 今(2011)年系統負載與過去實際負載比較(NEW)

5.3今夏供電展望

5.4 提前十和田、北上幹線完工,增強南北系統連繫,檢查變電所保護設備,確保東通核能電廠外部電源

5.5 經濟產業省6月1日正式公布今夏限制電力使用辦法

六、東北電力的特別報告(NEW)

七、結語

附錄

參考資料


一、前言

日本東北電力公司總公司所在地宮城縣仙台市以東的太平洋近海約130公里處(地圖1),深度24.4公里,於2011年3月11日(星期五)14時46分23秒(日本時間)發生芮氏規模9.0[日本氣象廳( Japan Meteorological Agency)最初發布為8.8級,3月13日與美國地質調查局(USGS :United States Geological Survey)共同修正為9.0]的強烈地震,為日本有觀測紀錄以來最大的地震。

地圖1 東日本大地震震央位置圖

本次強震也在仙台市引起了10幾公尺的恐怖大海嘯(3月29日東京大學在岩手縣大船渡測得23.2公尺海嘯、4月3日岩手縣調查觀測得37.9公尺),東北電力公司轄區的東北地區宮城、岩手、青森、福島縣部分城鎮遭受毀滅性破壞,東北電力公司的發電廠、變電所及輸配電線路也遭受重大損害,嚴重影響供電,停電戶數最高達4,861,246戶,至4月7日16時尚有約16萬戶尚未復電,期間餘震不斷,4月7日23時32分宮城縣外海又發生芮氏規模7.4地震(日本地震級數6.0),東北電力轄區又有3,924,619戶停電,目前外界都聚焦在東京電力福島核能輻射外洩事件,東北電力系統遭遇比較不被人注意,因此特此整理東北電力事故資料,以供電業同好分享。

二、東北電力公司系統簡介

2.1 東北電力地理位置與其他公司互聯狀況

東北電力公司(Tohoku Electric Power Co., Inc)創立於1951年5月1日,為日本10大民營電力公司中服務轄區(面積)最大的公司(8萬平方公里),其地理位置如圖1所示。東北電力與東京電力及北海道電力屬於50Hz系統,南邊透過東京電力系統新信濃(60萬瓩)、佐久間(30萬瓩)、東清水(10萬瓩)頻率變換所與關西地區60Hz系統互聯(圖2),北邊則以HVDC高壓直流線跟北海道電力公司系統相連接。

圖1 東北電力與日本10大電力公司地理位置圖(資料來源:http://www.tepco.co.jp.cache.yimg.jp/company/corp-com/annai/shiryou/suuhyou/pdf/suh01-j.pdf)


圖2日本各電力公司互聯電力系統示意圖(資料來源:http://www.escj.or.jp/news/2006/061020_gijyutsu.pdf)

2.2 供電轄區與電廠廠址分布

該公司供電服務轄區為日本東北部七縣(圖3),分別為福田縣(Fukushima)、宮城縣(Miyagi) 、岩手縣(Iwate)、山形縣(Yamagata)、青森縣(Aomori)、新縣(Niigata)、秋田縣(Akita)。

東北電力發電廠之分布如圖3所示,女川及東通核能發電廠及八戶、仙台、新仙台火力電廠均在太平洋海岸,能代、秋田、新潟、東新潟火力則設在日本海岸。

圖3東北電力供電轄區、電廠分布及電力系統圖(http://www.tohoku-epco.co.jp/ir/report/pdf/ar2010.pdf)

2.3 發電裝置容量

東北電力2009年度總裝置容量2125萬瓩(含購電),各類發電機組裝置容量與占比詳如(表1)(圖4),其中燃煤裝置容量609萬瓩,占全系統裝置容量28.7%最多,其次為燃氣機組546萬瓩(占25.7%),燃氣機組可油氣雙燃料容量達275萬瓩,水力裝置容量374萬瓩,占全系統裝置容量17.6%則為第三,核能裝置容量349萬瓩,占全系統裝置容量16.4%為第四,燃油裝置容量221萬瓩,占全系統裝置容量10.4%居第五,新能源(大部分地熱)26萬瓩只占1.2%。

東北電力自有裝置容量只有1655萬瓩,因在其轄區尚有酒田共同火力及跟東京電力共同投資的常磐、相馬等共同火力,還有電源開發(J-POWER)的水力電廠、日本原子力株式會社的東海核能電廠(詳參附錄2),所以其外購電容量將近600萬瓩約28%。

表1 東北電力各類發電機組裝置容量與占比(含購電)

圖4東北電力發電機組裝置容量與占比(2009年度)

至於發購電量方面,以2009年(平成21年)度總發購電量(毛發電量-Gross Generation)為869億度,其中燃煤330億度佔比38%,高居發電榜首,其次為燃氣LNG發電量高達191億度,佔總發購電量之22%,第三名為核能發電183億度佔比21%,第四為水力113億度佔比13%,燃油26億度佔比3%與新能源(地熱) 26億度兩者相當。

圖5東北電力各類發購電量(燃料別)與占比(2009年度)

2.4 東北電力公司電力系統

東北電力公司之電力系統(圖3)除了南部之福島、新縣境內與東京電力相鄰系統為環狀外,因受本州東北山脈阻隔,形成一南北長條形系統,所有往北輸電線都經過宮城變電所再分別在太平洋、日本海各以一路275KV輸電線為主幹及154KV輸電線為輔,貫通南北系統,跟台電系統有點類似。3月11日9級與4月7日7.4級大地震都造成宮城縣以北的岩手、青森、秋田縣全停,推測可能跟此系統規畫有關,由於宮城275KV變電所靠近震央, 若因地震全停,南北解聯,北邊三縣電源不足,就有可能造成全停。

2.5 最高負載、售電量、用戶數、輸配變電設備、員工數

東北電力系統最近10年最高負載紀錄發生在2005年8月5日的1,520萬瓩,之後幾年最高負載都下降,至2009年微幅減少約68萬瓩。售電量近10年最高841億度,至2009年度也下降至790億度,降幅51億度。其他用戶數、變電所數、輸配電線公里數、員工人數詳如表2。

表2 最高負載、售電量、用戶數、輸變電設備、員工數

三、東北電力系統設備震災受損情形

3.1受影響發電機組

根據東北電力公布資料顯示,此次震央在該公司轄區宮城縣外海,除了日本海北岸電廠可能因全停電跳機外,面臨太平洋的電廠無一倖免跳機,位於宮城縣的女川核能電廠三部機組全跳機,總容量達2174MW,另一位於青森縣的東通核能電廠一號機剛好停機大修(裝置容量1100MW),兩核能電廠總共停跳機容量高達3274MW(表3)。

表3 東北電力核能電廠跳機、停機統計表

至於火力電廠方面,太平洋岸宮城縣的仙台發電廠4號機(446MW)跳脫、新仙台火力電廠2號機600MW跳脫,福島縣的原町燃煤火力電廠1號機(1000MW)跳脫。日本海的能代燃煤電廠1、2號機共1200MW、秋田燃油電廠2、3、4號機共1300MW也跳脫,其他火力電廠跳機情形詳如表4。

表4 東北電力火力電廠跳機停機統計表

水力電廠東北電力只公布共有11所設備受損、2所被土石淹埋(表5),沒有明細,所以發電容量無法推估。在4月7日19時水力機組復舊5所。

表5 東北電力水力電廠跳機統計表

東北電力全系統震災跳機與停機發電機組裝置容量高達763萬瓩(未計入購電跳機部分),地震後系統發電容量從2125萬瓩(包括購電)降至1262萬瓩,詳如圖7所示。導致3月14日上班日後電源不足,採取分區輪流限電。

圖7東北電力震災前後發電機組容量比較圖

3.2輸配變電設備受損情形

因為東北電力系統位於震央附近,輸配變電設備損失遠較東京電力嚴重,根據東北電力公布資料顯示,一共有57所變電所設備受損,輸電線路104條損壞、178條輕微受損,配電線支持物折損、傾斜14272基、斷線21636條,變電所在4月7日復舊36所,其他輸配變電設備受損情形詳如表6。

表6 輸、配、變電設備受損表

3.3震災停電戶數統計與復電進度

根據東北電力公司網站公布有關地震停電用戶數目與地區以及連續復電進度資料整理如圖8所示,停電戶數最高達486萬戶,以震央最近的宮城縣停電最多為155萬戶,青森縣居次92萬戶,岩手縣82萬戶第三多,唯一沒停電的新潟縣在3/12 3:59另一次新瀉地震停電1313戶。

復電進度方面,3月13日早上7時停電戶數降至180萬戶,上午10時降到100萬戶,3月13日下午1時停電戶剩下26萬戶,到3月14日14時降至99萬戶,到3月16日22時降至48萬戶,到3月25日22時降至約20萬戶,大約地震後四個星期4月7日16時還有16萬戶停電,都是分布在宮城(29,688戶)、福島(35,839戶)、岩手(93,544戶)縣內,大概是嚴重災區被海嘯沖走無法或比較困難復電,復電最快的是山形縣地震後第2天3月12日22時就完全復電,第二快為秋田縣3月13日7時,青森縣4月6日才完全供電。

但是很不幸4月7日23時32分宮城縣又發生7.4級地震,停電用戶又高達400萬戶,這次有311經驗,第二天22時就復電360萬戶,第三天只有23萬戶停電,到災後一個半月4月25日只剩1萬2千戶,詳如圖8。

圖8東北電力震災各縣停電總戶數與復電進度

四、東北電力系統地震後輪流限電情形

4.1 系統尖峰供電能力之衝擊

東北電力公司在地震後第2天3月12日清晨7時秋田燃油電廠2號機350MW首先恢復供電、接著下午1時3號機350MW復電、13日7時4號機600MW修復正常供電。能代燃煤電廠1號機600MW於3月13日10時復電,星期一上班日14日8時2號機也恢復發電,3月20日12時八戶燃油火力3號機復電後,其餘的原町、仙台、新仙台火力因廠房淹水跟女川核能電廠可能受損較嚴重,至今均未修復,影響上班日以後的供電能力。

4.2 分區輪流停電實施方式

東北電力3月15日預估3月16日星期三尖峰負載約1050萬瓩、供電能力約970萬瓩,缺電約100萬瓩(包含備轉容量)。因此積極規畫因應對策,除了呼籲全民共體時艱,用戶節約用電,一起攜手面對日本戰後65年來最嚴重的災害外,只有進行分區輪流限電。

3月15日擬訂3月16~18日輪流停電計畫如表6所示,擬訂一天2輪每輪兩組約三小時,停電組別第1~8組共八組,每組50萬瓩停電用戶分散在日本海岸未受海嘯災害4個縣轄區(圖9),詳細地區如附件1。

3月16日星期三上班後,實際用電並未如前一日預測1050萬瓩那樣高,因此東北電力臨時取銷原來公佈的輪流停電,接連3月17、18日也全部取消。這可能是東北電力65年來從未如此限電缺乏經驗所致,而且震災後負載預測困難度相當高。接著下來幾天,東北電力就慢慢改進並公佈更長的一星期限電預定計畫,讓大家可預先知道停電時段,規畫工作因應配合計畫。

表6  3月16日分區輪流停電表(3月15日擬訂)

圖9 東北電力3月16~18日分區輪流停電區域圖

4.3 分區輪流停電實績統計分析

東北電力從3月16~18日開始預定實施分區輪流停電,但都因負載並未如預測那麼高,紛紛臨時喊卡,東北電力分析係因下雨水力出力增加、海嘯與震災災害太嚴重復原緩慢、民眾與大公司節約用電等因素所致,以及受災電廠復舊接連完成,供電能力增加,因此,3月16日至今雖然每天都有預訂但均未曾實施,只是給用戶預警而已。

五、目前東北電力系統負載狀況及今夏供電展望

5.1 目前系統負載狀況與預測

東北電力為讓用戶了解該公司目前每日用電負載狀況,每天公佈每日系統負載預測值、實績值、無地震災害之正常平均負載,茲整理部分資料如圖10及10-1所示,地震海嘯災害致使該公司系統負載下降約200萬瓩。

圖10東北電力四月系統負載狀況(放大)


圖10-1東北電力四月~五月系統負載狀況

5.2 今(2011)年系統負載與過去實際負載比較

根據類似美國電力調度中心(ISO)之日本電力系統協議會(ESCJ:Electric Power System Council of Japan.)所公佈的去(2010)年與今(2011)年日尖峰負載與日發電量統計資料如圖11所示,311大地震前日尖峰負載尚有小幅成長,震災後驟降約6000MW後,到6月底已經跟去年僅減少約1000MW。八月份負載比去年低約1200~5000MW。

圖11 ESCJ公佈之東北電力2010、2011年系統日尖峰負載與日發電量狀況

2012-2011東北電力1-12月尖峰負載比較-ESCJ圖11-1 ESCJ公佈之東北電力2012、2011年系統日尖峰負載與日發電量狀況

圖12 東北電力2011年7月4-10日跟過去3年(2008-2010)同時期系統週尖峰負載比較曲線

7月1日以來,日本通產省命令東北電力公司轄區除災區外,強制大用戶減少用電15%,也呼籲用戶節約用電,從圖12、12-1、顯示7月第2-3週東北電力系統負載,在上班日今年比過去三年約低200~290萬瓩,節約用電成效顯著,至於週末反而比2009、2010年高,可能大用戶調整上班時間有關,圖12-2及12-3為七月下旬因颱風低氣壓下雨,系統負載顯著下降。

圖12-1 東北電力2011年7月4-10日跟過去3年(2008-2010)同時期系統週尖峰負載比較曲線

圖12-2 東北電力2011年7月4-10日跟過去3年(2008-2010同時期系統週尖峰負載比較曲線

圖12-3 東北電力2011年7月4-10日跟過去3年(2008-2010)同時期系統週尖峰負載比較曲線

圖12-4 東北電力2011年8月1-7日跟過去3年(2008-2010)同時期系統週尖峰負載比較曲線

圖12-5 東北電力2011年8月8-14日跟過去3年(2008-2010)同時期系統週尖峰負載比較曲線

圖12-6 東北電力2011年8月15-21日跟過去3年(2008-2010)同時期系統週尖峰負載比較曲線

圖12-7 東北電力2011年8月22-28日跟過去3年(2008-2010)同時期系統週尖峰負載比較曲線

5.3今夏供電展望

東北電力4月15日公布今夏8月供電能力及預測最高尖峰負載如表7所示,今夏八月因常磐共同火力(東北、東京電力共同投資)勿來電廠8、9號機(60萬瓩 X 2)震災修復,可分得60萬瓩,供電能力增為1,210萬瓩,預測八月最高尖峰負載約在1300 ~ 1380萬瓩之間,初步估計約缺電90 ~170萬瓩,但是遇到異常高溫氣候負載可能增加100萬瓩,缺電隨之增加。


表7  今夏八月預估供電能力與預測尖峰負載(4月15日公佈)

東北電力5月13日修訂今夏8月供電能力及預測最高尖峰負載如表7-1所示,比4月15日預估增加供電能力約20萬瓩。

表7 -1 今夏八月預估供電能力與預測尖峰負載(5月13日修訂)

5.4 提前十和田、北上幹線完工,增強南北系統連繫,檢查變電所保護設備,確保東通核能電廠外部電源

根據東北電力5月16日公布資料顯示,該公司宮城變電所311及407震災兩次全停,導致系統南北分裂(圖13),北部系統電源不足全停(2.4節推斷無誤),東通核能電廠及日本核燃料再處理廠外部電源中斷。其中4月7日(407)震災全停,係因宮城變電所有一條275KV輸電線保護設備故障未動作,導致該變電所其他線路跳脫所造成。為此,5月17日核能安全保安院(NISA)發文日本各電力公司儘速檢查與核能電廠及核燃料再處理廠相關輸電線變電所開閉所保護設備,防止類似事故再發生,並限於6月8日前完成。東北電力遵照指示於6月9日提出檢查與改善計畫報告如下:

連接核能電廠與核燃料處理廠變電所輸電線保護設備點檢報告(日文)

此外,為增強東北電力南北系統幹線供電可靠,確保東通核能電廠及日本核燃料再處理廠外部電源供應,5月16日東北電力宣布2006年9月開工,預定2013年10月完工的宮城-岩手-上北500KV 298.4公里的500KV超高壓輸電線(十和田幹線、北上幹線)提前在下個(6)月底運轉,增加500KV兩回線,將可提高南北系統之輸電能力與可靠度,惟個人覺得該線路仍集中在宮城變電所,避險效果會受影響,就跟台電南北幹線集中在中寮超高壓變電所非常類似,921大地震後有將一路超高壓輸電線旁通不進入中寮超高壓變電所,但還是經過該所旁,尚未徹底避險。

圖13 4月7日東北電力系統狀況圖(資料來源:http://www.tohoku-epco.co.jp/ICSFiles/afieldfile/2011/05/16/as.pdf)

6月18日東北電力公司宣布北上幹線提早2年4個月完工開始運轉,隔一星期6月25日十和田500KV幹線也完工,詳細資料如下表8:

表8 北上、十和田500KV幹線資料表

5.5 經濟產業省6月1日正式公布今夏限制電力使用辦法

經產省於6月1日為避免今年夏季輪流停電,根據「電気事業法第27條』公佈限制東京、東北電力除了受災區外契約電力500kW以上大用戶今夏強制夏季尖峰時期強迫減少使用電力15%,詳細說明如下:

根據電氣事業法第27條限制電力使用說明

六、東北電力的特別報告

東北電力公司2011年12月6日發行了「東北電力NOW CSR Report  2011(企業社會責任報告)-東日本大震災-特別版』

主要內容包括了:

  • 東日本大地震摘要
  • 設施損毀
  • 系統全面復甦
  • 努力恢復停電
  • 努力恢復設施
  • 核能電廠之損壞
  • 核能電廠海嘯對策
  • 核能電廠安全的緊急情況安全對策
  • 新潟福島縣豪雨概述
  • 水力發電廠損壞情況
  • 努力確保穩定電力供應
  • 各區域本地的重建工作
  • 東北重建的構想與建議

七、結語

東北電力公司遭受到日本有紀錄以來最大地震與海嘯的傷害與破壞,輸發配電系統嚴重受損,發電機組幾乎跳光,全公司用戶63%遭受停電,幸好核能電廠雖然跳機,但未發生像東京電力福島核能電廠輻射外洩事故,目前發電機組、變電所、輸配電線已經陸續修復中,至今未實施用戶分區輪流停電。

東北電力的今日遭遇,跟台灣電業在1999年921大地震類似情境,百廢待舉,讓我等電業老兵感到無限同情,祝福東北電力上下一條心,早日恢復往日正常系統。

附錄:

附件1:分區輪流停電詳細地點(3月15日)限電區域詳表

附件2:其他發電公司電廠震災影響

參考資料與資料來源:

http://www.tohoku-epco.co.jp/index.html

http://www.jpower.co.jp/english/ir/ir52000.html

http://www.japc.co.jp/company/ir.html

http://www.meti.go.jp/index.html

http://www.fepc.or.jp/library/data/tokei/index.html

http://zh.wikipedia.org/zh-hant/2011%E5%B9%B4%E6%97%A5%E6%9C%AC%E4%B8%9C%E5%8C%97%E5%9C%B0%E6%96%B9%E5%A4%AA%E5%B9%B3%E6%B4%8B%E8%BF%91%E6%B5%B7%E5%9C%B0%E9%9C%87#cite_note-13



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我在含飴弄孫閒暇之餘,經常瀏覽到新聞、雜誌及媒體有關電業的報導,原來只PO在我的臉書上,跟老朋友分享!最近在我的部落格「Gordoncheng’s Blog』發現對電業有興趣同好還滿多的,但因本人孫女還小空閒時間不多,無法一一翻譯消化另寫文章,只好另闢專門PO電業新聞報導原文連結之「Gordoncheng’s 2nd Blog』,跟更多朋友分享!
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3 Responses to 311東日本大地震震央東北電力公司系統停電事故概述

  1. 初學者 說道:

    你好,最近因為報告的關係在搜集相關的資料。有個問題想請問一下,女川核能電廠的2號機我在網站上看到的是在檢修似乎並不是因為地震而跳機的,請問你的資訊是在哪看到的呢,還是說我的理解錯誤了?懇請解答謝謝。以下並附上我看到的地方的網址。

    http://www.tohoku-epco.co.jp/electr/genshi/onagawa/hd.html

    • Gordoncheng 說道:

      謝謝你的問題!我是根據東北電力「●東北地方太平洋沖地震に関する、停電情報』緊急情報3月11日第一報所載網址:http://www.tohoku-epco.co.jp/emergency/9/1182208_1807.html
      你看到的也沒錯,女川2號機係去年2010年11月6日開始大修3月11日正在起動中,所以東北電力新聞稿寫「自動停止』,核能機組大修4個多月似乎有點長?台電大都30幾天,美國有20幾天的!女川2號機停機一天少發約2000萬度電,若用燃氣或燃油替代,起碼4、5千萬新台幣跑不掉!

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