熱浪來襲加州又面臨分區限電,太陽能到底行不行?

作者 | 發布日期 2020 年 08 月 25 日 7:45 | 分類 太陽能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


加州自從 2001 年電力危機之後,電力體系從管理到產業結構經過許多改變,之後面臨包括聖歐諾菲核電廠(San Onofre)意外提早停役、天然氣儲存槽大洩漏、野火肆虐等危機,都能安然度過,不過極端氣候帶來的挑戰似乎終於又讓加州電力結構不勝負荷,2020 年熱浪來襲讓加州供電吃緊,又面臨分區限電危機,許多人抨擊這是過度偏重發展太陽能的結果,真是如此嗎?

事實上,若沒有太陽能,加州的用電尖峰供需落差會更大。觀察加州的電力供需曲線,可以發現,當用電需求隨著白天太陽升高氣溫提升,在中午逐漸來到高峰時,太陽能發電也因為陽光最強而來到高峰,抵銷了中午的用電尖峰,唯一的問題是,當傍晚太陽下山,太陽能發電快速減少時,用電量下降速度卻沒那麼快,導致供電減去太陽能後,在傍晚出現了一個供需落差尖峰。

也就是說,太陽能雖然抑低了中午的用電供需落差,但解決了原本落差最大的中午問題之後,傍晚就變成新的供需落差尖峰,也就是把最高的人請走,第二高的人就變成最高的人,使得供需落差的尖峰時間從中午轉移到傍晚,而傍晚無法靠太陽能,原本傍晚可靠風能輔助,但加州的風能供電遠低於太陽能,使得傍晚如今成為加州的供需瓶頸。

太陽能對加州如今傍晚供電瓶頸的影響可說是間接的,問題不在於增加太陽能,而是增加太陽能的同時,加州自傲身為美國減碳先鋒,在其他州都還在已減少燃煤發電為主時,就自主開始關閉燃氣發電,因為加州的偏激環保主張者認為燃氣發電也是有碳排放;另一方面,加州還認為,許多火力發電廠汲取海水作為一次性冷卻水,也就是汲水進來讓蒸汽降溫凝結後,變熱的熱水就直接排出,這樣的做法會讓海水變熱破壞生態,因此規定不許使用一次性冷卻水方式運作,熱水只能等它自然蒸發變涼之後重複使用,這個法規導致許多較舊燃氣機組被迫退出。

其結果是,加州可做為彈性應變使用的燃氣發電 5 年內減少了 9 吉瓦(gigawatt)之多, 這導致電網應變能力極為不足。而加州未來還將繼續關閉燃氣發電,甚至想關閉 2015 年發生嚴重洩漏事件的亞里索峽谷天然氣儲存場

加州電力調度中心 (California Independent System Operator)幾年來早就警告加州公共事務委員會(California Public Utilities Commission)這樣激進的削減燃氣發電將使得 2020 年起傍晚會面臨 4.7 吉瓦的發電容量短缺,加州公共事務委員會因而批准新增 3.3 吉瓦容量,但是要到 2021 年才會上線。
2020 年 8 月 14 日,早在前一天,電網就已經預期會有供電短缺問題,到當天下午,氣溫最高來到攝氏 42 度,冷氣用電激增,雖然 2017 年加州曾經遇上比更大的供電危機,都安然度過,不過這次不同,由於熱浪侵襲附近所有各州,各州沒有多餘的電力可以如 2017 年般協助加州,加州這下子只能靠自己了。尖峰燃氣電廠開始從亞里索峽谷儲存場抽取天然氣,儲存場自 2015 年事故以後容量已經大不如前,而未來加州還想把它關閉。

下午 2 點 56 分,一座燃氣發電廠意外跳機了,電網上瞬間減少 475 百萬瓦發電容量,加州主管機關於是要求燃氣發電廠支援,但是 5 年來大砍 9 吉瓦,哪還剩下足夠的燃氣發電廠呢?於是就只能分區限電了。

太陽能並非限電主因,電動車也不構成威脅

雖然加州此次分區限電主要來自過激政策使得燃氣發電減少過快,不過可再生能源搭配燃氣發電並非唯一的解決方案,另一個方向的構想是增設超量的太陽能發電,搭配能源儲存,中午發出超量的太陽能發電,儲存到傍晚使用。不過,目前加州太陽能雖然發展相當好,卻遠不及超量的程度,而能源儲存更只有 216 百萬瓦規模,相對於應變能力需求,可說杯水車薪。

另一個辦法,則是從需求端調整,例如新創事業 OhmConnect 與 15 萬戶住戶簽約,可在尖峰時進行需求反應,強制關閉用電裝置,可減少 150 百萬瓦需求,對抑低尖峰也有幫助,不過,同樣的,規模太小,對大局沒能產生絕對性的影響。

加州的困境很快就會發生在其他較激進環保主義州,例如紐約州一樣針對燃氣發電政策打壓,不僅積極想跳過燃氣發電直通全綠能,立法規定 2045 年要剷除化石燃料火力發電,也同樣對燃氣發電發布新的環保要求,對單循環燃氣發電制定更嚴格的氮氧化物排放標準。由於空氣中有五分之四為氮,因此燃氣發電的天然氣高溫燃燒時,空氣中的氮氣也會在高溫下與氧氣反應,產生氮氧化物,這就是即使天然氣本身燃燒只產生二氧化碳和水,仍會有氮氧化物污染的原因。較舊的燃氣發電廠,廢氣處理除去氮氧化物的能力較差,將會在新法規下遭到淘汰。

紐約州該如何替代這些尖峰燃氣電廠?顧問公司能源+環境經濟(Energy+Environmental Economics)2019 年研究報告發現,在沒有長時間的能源儲存技術輔助下,鋰電池能源儲存技術能替代 6%~11% 尖峰燃氣發電廠。以加州限電問題為例,只需要從中午太陽能發電高峰儲能,到傍晚因應延後的供需缺口高峰使用,儲能時間只要能達到 6 小時即可。而若搭配長時間的能源儲存技術下,則可取代 83% 的尖峰燃氣發電廠需求。

對於積極推動減碳的州來說,還有一個顧慮是,當電動車大量取代內燃機汽車,所造成的用電量增加,會不會讓加州更容易限電?其實這可能是杞人憂天,因為電動車在傍晚最容易限電的時間,大多在馬路上行駛,大多數會在晚上停在家中車庫時,或是白天於辦公大樓停車場時充電,也就是電動車並不會太過大幅增加目前困難時間的供電吃緊狀況;反之,若管理得當,電動車還可能被當作一種能源儲存資源,協助電網度過危機。

太陽能並非限電主因,電動車也不構成威脅,造成威脅的是激進與怠惰。加州早就知道太過快速減少燃氣發電會大幅降低應變能力,卻還放任絕對環保主義在 5 年內減少 9 吉瓦燃氣發電容量,這是激進;既然知道自己減少了大量應變能力,卻不快速建立額外容量與能源儲存能力來替代,這是怠惰。

紐約州也有步入加州後塵的傾向,一邊激進排除老舊燃氣電廠的同時,卻並未大舉部署能源儲存,未來若也發生電力危機,並非綠能技術有什麼不對,而是人謀不臧所造成。

(首圖來源:Unsplash

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