解救太陽能不穩定因素,要靠板凳球員備轉容量援手

作者 | 發布日期 2020 年 08 月 10 日 10:57 | 分類 太陽能 , 能源科技 , 電力儲存 Telegram share ! follow us in feedly


還記得前陣子的日環食奇景嗎?那天不只你休假,太陽能也休假。原本約 1,730MW 太陽能發電量,當天下午生產力一路降到剩 42MW,發電量掉了 98%。想幫助太陽能這位不穩定的先發投手,就要板凳備轉容量幫忙。


日環食當天的情況,對目前台電來說不是太大問題,但到了 2025 年太陽光電裝置容量 20GW 全部上工時,再遇到太陽能發電量瞬間人間蒸發,台電也只能雙手一攤。

電力輔助服務是神救援,備轉容量是板凳球員,兩者缺一不可

如果你是一個球隊老闆,遇到先發球員上場打個幾分鐘後竟然跑去睡覺,基本上你的解決方案就是:多買些後備球員,救援、板凳兩相宜。對電力系統來說,李維拉這種等級的神救援,就是電力輔助服務;而一般等級的板凳球員,就是今天討論的主角「備轉容量」。

備轉容量,就是坐板凳的發電機組,已經完成暖身,有事可快速上場,包括下面三種:

  • 大型機組:例如新式燃氣機組
  • 中型機組:例如新式燃煤機組、燃氣機組
  • 小型機組:例如傳統燃煤機組、燃氣機組、(抽蓄)水力機組

要準備多少備轉容量才夠用?現在的規定是台電要準備 10% 的備轉容量率,備轉容量率就是當天發電量和備用量的比例。

準備備轉容量,就跟準備板凳球員一樣。球隊老闆要如何用最經濟、又確保能贏得比賽的情況下,準備後備球員?同時,你也會想,10% 備轉容量率這個規定有無優化的可能?

用球隊老闆的邏輯,一個球隊 25 人,準備 10% 那就是準備個 2.5 人,如果只準備 2 人,少準備 0.5 人,萬一需要後援上場的時候就沒人了;如果為了要準備這 0.5 人,則這人只好用兼職的方式,平時讓他去開餐廳賺錢,要打球時再上場。但因為他是兼職,所以平時練習不足,上場打球可能會漏接,甚至可能因為他餐廳有重要的客人要接待,時間喬不出來,所以季後賽他缺席了。

這是什麼邏輯?我從來沒有聽說過用這種策略經營還能得冠軍的球隊!這就是備轉容量率(%) 來執行電力調度的壞處:夏天會準備太多,冬天卻準備太少。

備轉容量率是電力供應的馬奇諾防線,在夏天,這條防線大概是 3,700MW;在冬天,特別是春節期間,這條防線大概是 2,000MW,根據過去的經驗,在一天內最高損失的出力只要超過 1,800MW,這條防線在冬天很有機會輕易被攻破。

我們確實可以讓救援投手上場,但現有的電力輔助服務暫時不是李維拉,因此我們先簡單理解能守住這條防線的,就是板凳球員,也就是備轉容量。

每種發電都有需要的喚醒時間,這些「球員」都有它的脾氣,球員會生病(燃氣)、請假(燃煤)、睡覺(再生能源)、退休(核能),不是隨開隨用,也不是說關就關。防線拉這麼長,買 0.5 個球員又不能贏得比賽,你必須讓球員每場比賽都坐在板凳上,只要教練覺得有需要,隨時換他上場才行。用備轉容量率來執行電力調度,邏輯上合理,實務上卻優化不足。

理想的解法是:用備轉容量(MW),不要用備轉容量率(%)

臺灣電力系統運轉調度的準則是「發生最大機組 N-1 跳機事故不能導致低頻卸載,即頻率不得低於 59.50Hz 連續超過 50 秒」。什麼是 N-1?其中的「1」是指電力系統會為了控制電網頻率而預備的量能,此量能相當於系統中最大的電力供給來源,翻成白話文的意思是要隨時準備一個最大的大型機組當備轉。

實際運轉時,除符合上述規劃外,還須維持系統穩定運轉與機組故障後之備援需求,因此一般是使用 N-2 原則。

既然都已經是用「量」的角度在思考,備轉容量率(%)何不也改用備轉容量(MW)呢?

剛剛說的三種可以出力機組,依目前台電系統,出力大小分別為

  • 大型機組可以出力 1,000MW
  • 中型機組可以出力 800MW
  • 小型機組可以出力 600MW

混搭之後,要達到充足的備轉容量,我們可以準備兩台大型機組共 2,000MW,安全起見再加上一台中型機組 800MW 為系統調整頻率使用,總共 2,800MW 的備轉容量,之後再根據再生能源的併網進度動態調整,這樣馬奇諾防線就不容易攻破。

用備轉容量(MW),不要用備轉容量率(%),就是我們提出的解法。

One more thing,身為球隊老闆,你不應該限制教練哪些球員可以用,哪些球員不能用,既然花錢買了球員,就要好好用,不用那就不要買!

在能源業,可怕的不是能源高手比你努力,而是高手的全局思維比你正確太多。恭喜你,透過這篇文章,你與能源高手的距離又拉近了一步。

註:2020 年 6 月 20 日當天下午的日環食,使太陽能發電量減少約 1,688MW,以太陽能發電量最低點時的電力系統總負載 29,295MW 計算,此出力損失約占電力系統總負載 5.8%,幾乎等於備轉容量率燈號亮橘燈的警戒程度

(作者:楊雅雲、嚴嘉鑫;本文由 綠學院 授權轉載;首圖來源:pixabay