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2013電網(wǎng)將經(jīng)受太陽風暴大“烤”驗

責任編輯：glen 人氣： 發(fā)表時間：2013-03-14 00:00:00

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   “太陽” 這個人類最熟知的恒星，由于它永恒的光和熱，才有了我們賴以生存的地球，人類才能得以繁衍生息。太陽給人類以生存的條件，塑造了自然界，而另一方面，它的活動也經(jīng)常給地球和人類帶來深重的災難……

   近日美國航空航天局發(fā)出警告稱，地球將遭受一場百年一遇的超級“太陽風暴”大爆發(fā)，超大規(guī)模日冕噴發(fā)所產(chǎn)生的巨大閃焰瞬間撞擊地球磁層， 相當于百枚氫彈的爆炸威力，屆時全球將會由于電網(wǎng)崩潰而陷入大范圍的停電，電子通訊網(wǎng)絡將全部無法使用，如果惡夢成真，人類生活將發(fā)生歷史性的大倒退，而這一切，即將在2013年的某日發(fā)生……

   歷史上太陽風暴對電力及通訊系統(tǒng)的危害

   最早的一次在1859年發(fā)生的太陽風暴，史稱“卡林頓事件”。當時的英國天文學家理查德卡靈頓第一次發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模的太陽耀斑現(xiàn)象 ，而此次的太陽風暴則對當時才剛剛形成的電報網(wǎng)絡造成了嚴重影響，甚至引發(fā)電報員觸電、電報紙燃燒的嚴重情況，值得慶幸的是，由于當時的社會還不像現(xiàn)代社會那樣對電力有著過度的依賴性，因此造成的損失還相當有限。

   如果說19世紀的那一次事件還只是牛刀小試，那么，發(fā)生在1989年的超級太陽風暴所造成的災害則大得多。1989年3月，超級太陽風暴襲擊了加拿大魁北克電站，變壓器被燒毀，很多近地衛(wèi)星和同步軌道衛(wèi)星發(fā)生異常、軌道改變、甚至報廢。全球無線電通信受到干擾或中斷，輪船、飛機的導航系統(tǒng)失靈，美國國防部的一些重要衛(wèi)星癱瘓。此次爆發(fā)使加拿大魁北克省和美國新澤西州的供電系統(tǒng)受到破壞，造成的損失超過10億美元。

   無獨有偶，2003年10月28日，太陽再次向世人展示出它那無比的威力。強烈的太陽耀斑爆發(fā)及與之相伴的強大日冕物質噴射造訪了地球，導致了電力系統(tǒng)出現(xiàn)大范圍的電壓控制失靈、變壓器損害故障，美國北部和加拿大一些電網(wǎng)出現(xiàn)了電流急沖現(xiàn)象，衛(wèi)星等通訊系統(tǒng)完全失靈。

   太陽大爆發(fā)對電網(wǎng)及通訊系統(tǒng)的災害研究及預測

   早在2008年時，美國國家航空航天局就曾預測過下一次大爆發(fā)的準確時間是在在2012年9月22日。而直至最近，科學家們才修正了時間，從2012年推遲至2013年5月。

   科學家指出，2013年太陽將從“深沉睡眠”中蘇醒，屆時，產(chǎn)生的太陽耀斑將給地球磁場造成前所未有的破壞。據(jù)預測，本次大爆發(fā)就好似一次隱形的超級颶風，由于現(xiàn)代社會對電力的依賴性遠比19世紀的第一次碰撞時要來的大，因此，大部分的國家，特別是北歐、美國等發(fā)達國家將遭受比較嚴重的損失。據(jù)保守估計，可能達到2005年襲擊美國新奧爾良的卡特里娜颶風所造成損失的20倍以上（當時颶風重創(chuàng)了新奧爾良，造成1250億美元的損失）。

   “我們知道這場風暴即將發(fā)生，只是不確定它到底有多嚴重，”美國宇航局華盛頓總部科學任務委員會的費舍爾博士說。該委員會專門調查太陽活動對地球的影響，他們利用十幾顆衛(wèi)星研究可能造成的威脅。“它將擾亂通訊設備，例如衛(wèi)星、汽車導航、空中飛行、銀行系統(tǒng)、個人電腦，以及一切電子化的產(chǎn)品。”費舍爾說。更可能的情景是，大規(guī)模地區(qū)，包括北歐和英國擁有較為“脆弱”電網(wǎng)的國家和地區(qū)，將斷電并無法使用電子設備達數(shù)小時，或可能數(shù)天。

   另一方面，對于全球通訊系統(tǒng)而言，也將面臨一次嚴峻的挑戰(zhàn)。大規(guī)模的高能粒子輻射將造成電離層高度下降、形態(tài)改變等地球的環(huán)境形態(tài)變化，使許多近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星軌道衛(wèi)星發(fā)生異常、軌道的改變，甚至直接報廢，全球無線電通訊受到干擾或中斷。2006年12月13日發(fā)生的太陽風暴就曾對我國短波無線通信造成過嚴重影響，廣州、海南、重慶等地的通訊中斷達3小時以上，同時，風云一號氣象衛(wèi)星、亞太二號氣象衛(wèi)星等直接關乎民生大計的重要衛(wèi)星系統(tǒng)也受此影響，故障頻出。

   多國均已采取預防措施

   由于擔心太陽風暴給地球帶來嚴重影響，科學家開始密切監(jiān)測太陽。如果能對太陽風暴吹襲時間有更多了解，地面上就可以選擇關閉正在執(zhí)行任務的衛(wèi)星的電子信號，能源公司也能針對此出臺發(fā)生大規(guī)模停電時的“b計劃”，宇航員則可以錯開太空行走的時間，以將影響降到最低。

   英國：利用電腦模型預測影響

   英國蘭開夏大學的科學家正在利用電腦模型研究，2013年太陽風暴將會對英國全國電網(wǎng)造成何種程度的打擊。而建立在英國牛津郡的盧瑟福?阿普爾頓研究室也在與美國政府合作，以試圖更精確預測最強太陽風暴影響地球的時間。

   美國：發(fā)射衛(wèi)星24小時監(jiān)測太陽

   由于太陽風暴的速度、密度以及頻率都非常不穩(wěn)定，更精確預測其規(guī)模成為太陽科學研究的“圣杯”。NASA的太陽動態(tài)觀測衛(wèi)星（SDO），于2010年2月從佛羅里達卡納維爾角的空軍基地發(fā)射升空，進入距離地表約3.6萬公里的地球同步軌道，以便能24小時監(jiān)測太陽。與此同時，美國政府已經(jīng)意識到這種威脅并稱已經(jīng)準備好應對措施，其中包括關閉國家電網(wǎng)邊緣的某些變壓器設施以提高整個電網(wǎng)的電壓水平，關閉某些重要的衛(wèi)星通訊系統(tǒng)或將其切換至安全工作模式。

   中國：將啟動“夸父計劃”的太陽探測計劃

   中國在2012年啟動命名為“夸父計劃”的太陽監(jiān)測衛(wèi)星計劃，又稱為“空間風暴、極光和空間天氣”探測計劃，該計劃的實施可有效提高空間天氣災害預報的準確度，并幫助人類對太陽活動進行預測預報，以便提前采取相應的防護措施。如果按期實施，該計劃將是世界上唯一一個系統(tǒng)的日地空間探測計劃。

   太陽風暴對電網(wǎng)的破壞從兩方面發(fā)生：

   1、太陽風暴是高能離子流，發(fā)出來的粒子是帶電的，而且速度很高。這些離子會導致空氣電離，破壞空氣的絕緣性，使電網(wǎng)短路，燒毀電網(wǎng)設備。

   2、太陽風暴的帶電粒子的運動，相當于電流流動，強大的離子流會產(chǎn)生強烈的磁場，形成磁暴，磁暴在電線中又形成沖擊電流(磁電感應)，會燒毀電網(wǎng)設備。

   劉連光：我國電網(wǎng)不易被摧毀

   記者：是否真的如美國科學家所言，太陽耀斑會對供電系統(tǒng)產(chǎn)生影響?

   劉連光：準確一點說，可以用太陽風暴這個術語。因為是太陽活動事件的日冕物質拋射(簡稱CME)和冕洞現(xiàn)象形成的太陽風到達地球空間時，在地球表面產(chǎn)生地磁暴，地磁暴在地表產(chǎn)生地面感應電勢，從而在變壓器中性點接地的高電壓、長距離輸電網(wǎng)中產(chǎn)生地磁感應電流，地磁感應電流會對電力系統(tǒng)設備的正常運行有一定的影響或危害。

   太陽耀斑會引起電離層的騷擾，從而影響短波通信，如果只是太陽耀斑，不會影響電網(wǎng)的安全。太陽活動對電網(wǎng)的影響是與很多因素和條件有關的。

   記者：歷史上發(fā)生過太陽風暴影響電網(wǎng)的事件嗎?太陽風暴對我國的影響有多大?

   劉連光：一個太陽活動周約為11年，最近兩個太陽周的峰年期間的強磁暴發(fā)生在1989年3月13日和2003年10月30日，分別導致了加拿大魁北克電網(wǎng)大停電和瑞典馬爾默城市電網(wǎng)大停電。歷史上最強的太陽風暴發(fā)生在1859年，但那時還不存在對電網(wǎng)產(chǎn)生影響的問題。

   加拿大、瑞典等國受太陽風暴影響容易造成輸電線路、變壓器等設備跳閘事故，這是由于北歐、北美高緯度地區(qū)的地磁場擾動更強，因此影響相對更大。

   我國雖然幅員廣闊、地理跨越大，但稍大型的電網(wǎng)都處在中緯度地區(qū)，再加上前兩個太陽周，我國電網(wǎng)的規(guī)模相對于加拿大、美國等國來說較小，因此，我國電網(wǎng)不容易受到太陽風暴的嚴重傷害。

   記者：目前，我國在這方面做了哪些研究，有沒有什么技術手段能夠預防或減少太陽風暴對電網(wǎng)的沖擊?

   劉連光：社會的發(fā)展，防范極端自然災害的任務越來越艱巨，這也是我們提出研究磁暴電網(wǎng)災害的宗旨。十幾年來，在國家自然科學基金、國家863計劃等項目支持下，我們對太陽風暴對我國電網(wǎng)的可能影響有所認識，取得了一些成果，除了理論問題研究之外，包括獲得了一些220千伏、500千伏電網(wǎng)磁暴干擾數(shù)據(jù)等。也不是沒有技術手段，是技術手段不好防，包括在電網(wǎng)加入很多防治裝置，還可能帶來新的或者更大的安全問題隱患，這可能是國外一些影響問題嚴重國家的科學家頻頻發(fā)布警告、甚至感到有些惶恐的原因吧。

   最近，我國科技部發(fā)布的基礎研究十二五規(guī)劃，把空間災害天氣研究提高到很高的高度。我們針對電網(wǎng)的建議是，像高緯國家一樣，先加強對電網(wǎng)磁暴干擾的監(jiān)測，獲得更多、范圍更大的實測數(shù)據(jù)，積累、借助實測數(shù)據(jù)開展研究，包括風險評估以及嘗試電網(wǎng)災情、災害預測預報研究。

   如果能準確預測預報太陽風暴的電網(wǎng)效應，還是可以通過調控可能過載線路的負荷、控制變壓器過載等策略防災的，這也是最經(jīng)濟、最有效的防范手段。

   現(xiàn)在，國內外關注太陽風暴影響的空間物理科學家很多人在研究空間災害天氣的預報問題，我們也在嘗試做一些適應電網(wǎng)防災的預報參數(shù)、指標方面的研究。

   記者：近幾年，太陽活動越來越頻繁，如何減少太陽活動對供電系統(tǒng)的影響，您有哪些建議?

   劉連光：不能說近幾年太陽活動越來越頻繁了，太陽有45億歲了，自對它有統(tǒng)計、記載以來，每一個太陽周都會有相關事件發(fā)生，變化也不是很大。應該說是由于電網(wǎng)的發(fā)展，自身構成或結構使磁暴的干擾成為問題了。

   朝向地球的超強太陽活動是小概率事件，但如今，我們對電力的依賴越來越高，因此必須高度重視和防范發(fā)生大停電的風險，也要高度重視太陽風暴今后將會給我國電網(wǎng)帶來較大安全隱患的可能。

   太陽活動的影響是全球性的問題。由于范圍廣、規(guī)模大，不像防范冰雪災害可以局部差異化設計，技術手段防范非常困難，投資也相當大。所以，目前重要的是提高防范極端災害的意識，對這樣的新問題，相關單位和部門應當加強科學普及工作，讓普通大眾科學地了解和認識太陽活動的影響。

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