TV pickup是英国独有的现象，它是英国文化和电力系统共同导致的结果。英国人喜欢喝茶，并且英国的电水壶功率也偏大一些，可以达到2.5到3千瓦。当大型节目或重要的体育赛事到达广告时段，或达到戏剧性的结尾时，英国人会像设定好的一样烧水泡茶。当数百万个这样的电热水壶同时开启时，电力需求非常庞大，可以达到数百甚至数千兆瓦。
2019年英国停电时的电网频率变化。图片来源：Interim Report into the Low Frequency Demand Disconnection (LFDD) following Generator Trips and Frequency Excursion on 9 Aug 2019
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泡茶要烧水，烧水要用电。当最爱喝茶的英国人碰上了大功率热水壶，英国电网可算是倒了大霉。
撰文 | 王昱审校 | 刘昊天、不周
2024年7月14日，欧洲杯决赛打响，西班牙对阵英格兰。随着中场休息哨声响起，数百万英格兰球迷还未平复紧张的心情，便不约而同的做了同一件事——冲向厨房，烧水泡茶。
短短几分钟内，超过1000兆瓦（1兆瓦=1000千瓦）的电力需求涌向英国国家电网。好在电网的工程师对此早有准备，他们甚至还会用一个词专门形容这种现象——TV pickup（或可译为“电视激增”）。当热门的电视节目进入广告时间，英国人就会抓紧时间泡茶或冲咖啡。泡茶要烧水，烧水要用电，这会导致电力负荷激增，并且发生的频率比你想得更频繁。
电网平衡
TV pickup是英国独有的现象，它是英国文化和电力系统共同导致的结果。英国人喜欢喝茶，并且英国的电水壶功率也偏大一些，可以达到2.5到3千瓦。当大型节目或重要的体育赛事到达广告时段，或达到戏剧性的结尾时，英国人会像设定好的一样烧水泡茶。当数百万个这样的电热水壶同时开启时，电力需求非常庞大，可以达到数百甚至数千兆瓦。
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电力在电网中几乎是瞬间传输的。此时此刻我们从插座中获取的电力，背后一定对应着电网另一端的某台或某几台电源，不论是传统的发电机组，还是更新颖的光伏电站、储能电池。电力的生产和消费都是即时的。如果电网的电力需求突然超出电力供应能力，发电机组受到的阻力会增大，转速逐渐降低，连带着整个电网的频率也会降低。各国电网都是针对特定频率的交流电设计的，对英国电网来说，交流电频率只能在49.5赫兹到50.5赫兹之间波动，如果频率超出这个范围，电网就无法维持正常运行，可能会导致局部停电，甚至整个电网崩溃。
所以，电网必须预测电力需求的变化，还要调配足够的电力供应来满足激增的电力需求。为了面对TV pickup的挑战，英国国家电网不得不成为世界上最了解英国电视节目单的存在。他们会研究电视节目单，监控热门电视剧的剧情，并预测观众对体育比赛的反应。他们的使命很简单：不论电视剧的雷点、爆点有多少，不论比赛多么激烈，都要确保电力供应不出问题。但这种预测并不一定符合工程师的胃口。2013年，英国国家电网运营负责人奈杰尔·威廉斯（Nigel Williams）就曾表示：“《一掷千金》带来的TV pickup高得惊人，这也太让人伤心了。”总之，电网的工程师需要弄明白：下一集电视剧会抛出一个大的悬念吗？下一场欧洲杯会进入加时赛吗？如果是的话，赶紧准备备用电源吧！
对英国电网来说，最重要的备用电源之一就是位于英国威尔士的Dinorwig电站。它可以在12秒内建立1320兆瓦的电力供应，是世界上响应速度最快的发电站之一。Dinorwig电站是一座抽水蓄能电站，有高低两个水库，上水库海拔636米，下水库海拔100米。在用电低谷、电价较低时，它会用电将下水库的水抽到上水库中；在用电高峰、电价较高时，它会把上水库中的水放到下水库中发电。一来一回，发电站的平均效率可以达到74%到76%之间。
英国Dinorwig电站是一座抽水蓄能电站。图片来源：Denis Egan/Wikipedia
当英国电网的工程师预测到TV pickup时，他们就会通知Dinorwig电站，让电站以较低的功率发电，当TV pickup来临时，电站便能迅速调整到满负荷运行，向电网提供电力供应。在上水库存满水时，Dinorwig电站可以以最大功率运行6小时左右。不过Dinorwig电站一般也不需要满负荷运行这么久——因为一壶水几分钟就烧开了。就算电力需求没有降低的趋势，几个小时的时间也足够火电站调整自己的输出功率了。此外，英国还能通过海底电缆从法国和荷兰进口电力。
令人烧水泡茶的时刻
如果用TV pickup的程度来衡量哪些时刻最令英国人印象深刻，那可能没有什么能超过1990年世界杯，英格兰和西德的半决赛了。这场比赛从头到尾都扣人心弦，并且在120分钟的鏖战之后双方比分仍是1:1，局势升级到点球大赛。随着克里斯·沃德尔（Chris Waddle）将足球踢飞，点球大赛比分定格在西德对英格兰4:3，英格兰冲击世界杯的梦想随之终结。终场哨声响起，全英国泪水涌动，数百万人需要片刻时间平复心情，结果他们统统去烧水泡茶了！由此产生了高达2800兆瓦的TV pickup，堪称历史之最。
研究中鸡胚胎的羽毛生长过程（图片来源：原论文）
电视剧也会引发TV pickup。比如1984年《荆棘鸟》（The Thorn Birds）最后一集的剧情堪称炸裂：一位神父和一名年轻女子萌生了禁忌之恋，情感逐渐达到高潮，当片尾字幕开始滚动时，观众们集体松了一口气——然后他们就去泡茶了。电网出现了2600兆瓦的TV pickup。近几年，世界人民纷纷选择了流媒体，蹲在电视机前等电视剧开播的人越来越少了。这在一定程度上缓解了电视剧带来的TV pickup现象，但涉及到足球比赛这样的大型赛事及事件时，TV pickup仍会发生。
英国王室的重大事件对英国民众来说也是重大事件。例如1981年，当时查尔斯王子和黛安娜王妃的盛大婚礼引来了数百万电视观众。当新婚夫妇在阳台上亲吻时，英国民众选取了最英国的庆祝方式——烧水泡茶，电网迎来了1800兆瓦的TV pickup。
新能源的挑战
如果仅仅是TV pickup，英国电网还能应对。但近些年新能源的推广，给英国、乃至世界各国的电网都提出了新的挑战，甚至引发了大型停电事故。
传统电网中的电源是带有旋转结构（转子）的发电机，它们直接输出交流电。因为发电机们的转子本身质量较大，当电力供需不平衡时，本身就具有一定抵抗转速变化的能力，这也被称为电网的转动惯量。但对于光伏这样的新能源，它直接产生的是直流电，需要经过逆变器的转换才能形成交流电。就算是旋转的风力发电机，它通常也会将旋转产生的交流电先转换成直流电，再由逆变器转换成交流电，用这种方法降低风力不可控的影响。逆变器本质上是通过快速开闭电路，用频繁变化的调制波形拟合出交流电的正弦波形，本身不具备转动惯量。随着新能源占比提高，电网整体的转动惯量也在快速下滑，这对电网的稳定运行提出了更高的挑战。
2019年英国的停电是一个典型的案例。2019年8月9日下午，英国部分电网遭受雷击，雷击线路主动断开，部分新能源电站执行保护动作，英国电网电力供应损失了150兆瓦。一般而言，这对英国电网是可以接受的，只要20秒后雷击线路自动重新连接，一切都会恢复正常。
此时，英格兰东海外120千米处，英国Hornsea海上风电场正在发电，它整体的转动惯量比传统电站小得多。雷击后0.3秒，电网波动触发了它的保护程序，英国电网又损失了737兆瓦的电力供应，电力波动进一步扩大。雷击后0.5秒，电网频率急速下降，触发了更多分布式电源的保护措施。雷击后仅仅0.5秒，英国电网就损失了1481兆瓦的能量供应，大约相当于英国电网总功率的7%，电网频率逐渐跌向崩溃的边缘。
虽然英国电网很快就启动了应急程序，但仍挡不住巨大的电力缺口。电网频率最终在雷击76秒后击穿了48.8赫兹的安全底线，触发了电网的主动保护动作——英国电网主动切断了全英国5%的电力供应，保护剩余95%的电力供应。这导致英格兰与威尔士大部分地区都出现了停电事故。当时是周五晚高峰时段，停电带来的列车停运、信号中断给社会整体运行带来了不小的影响。
2019年英国停电时的电网频率变化。图片来源：Interim Report into the Low Frequency Demand Disconnection (LFDD) following Generator Trips and Frequency Excursion on 9 Aug 2019
梳理2019年英国停电事故的过程，可以提炼出以下过程：电网中新能源占比提高后，电网整体转动惯量下降，临时电力波动更容易引发频率的大幅波动——而这又会触发电站自身的保护策略，让电站主动脱网，这样的连锁反应会导致电网电力供应急速下滑，从而引发大停电。随着新能源装机占比的提高，电网稳定性的挑战会越来越大。
最近欧洲西班牙、葡萄牙的大停电虽然仍没有最终的调查结果，但初步报告已经让人不得不怀疑它与英国停电事故源于相似的流程。
2025年4月28日，欧洲伊比利亚半岛遭遇大规模停电事故。在西班牙马德里等主要城市，停电导致交通信号灯失灵、火车停运、机场停飞，企业和学校也不得不关闭，约有6000万人受到波及。西班牙和葡萄牙宣布进入国家紧急状态。事故发生后，西班牙和葡萄牙紧急展开联合调查。初步报告显示，此次大规模停电由电力供应的突然大幅下降引发。事故发生当天中午，电网在短短5秒内失去了15吉瓦（1吉瓦=1000兆瓦）的电力供应，相当于当时西班牙全国电力需求的60%。这超出了欧洲电网设计的应对范围，直接导致西班牙和法国的跨境电力联络线跳闸，伊比利亚半岛电力系统因此与欧洲主网脱离，西班牙—葡萄牙电网内部出现严重的供需失衡，进而发生电压崩溃并全面停电。
而在停电前的6天，西班牙才刚刚庆祝其国家电网“首次在工作日实现100%可再生能源供电”。而可再生能源，尤其是风能和太阳能的转动惯量很低，西班牙电网又没有足够的调节能力，抽水蓄能电站和化学电池储能仅占总装机量的2.65%。电网微小的波动很容易在这种条件下引发大规模的事故。面对新能源的挑战，逆变器等发电设备自身的工作逻辑，以及整个电网的运行控制逻辑，都有待升级。（详细可参考《环球科学》2024年8月刊P75-P77《中国电网转型之路》）
所以，对于英国电网来说，事态的发展实在令人难以接受——流媒体刚能满足英国人奇特的爱好，缓解了TV pickup带来的冲击，但新能源转型却马上给了他们结实的一记重拳。