多元電網應用 兼顧環境與經濟

能源使用的趨勢顯示,世界各國的能源使用設備正變得更加電氣化,現代化的電網提供多方參與電力供需調節的平台。

由發電廠、輸配線路到用戶,電網是一個生命共同體,每個角色都很重要,小自節約能源或參與需量反應,大至投資電廠,對於電網都有貢獻。

最早的電力網是由許多孤立系統組成,逐漸地,鄰近的電力設施開始互聯並行運行,提高了供電可靠性和經濟性。為滿足一個負載因數不佳(尖離峰需量差異大)系統的供電,需大量投資發輸配電設備,且使用率不高,如同工廠的稼動率低所造成投資浪費及成本提高。互聯系統可以在需要時(例如突然發電機停機或負載增加)利用其他發電機儲備的裕度,保持服務的連續性、提高可靠性,並減少持續在低載運轉的發電機總數。此外,互聯的電網可以在正常時段安排電力傳輸,以利用各個區域的能源成本差異及負載多樣性,允許共用更大更高效率的發電機組。

因為電源興建與區域用電量不會吻合,電力一定會在電網內按照物理原理流動,這是在互聯電網運作的常態,如果我們觀察台電網站公告的電力調度,可看到電力在不同季節、不同時間,流動的方向改變,即電網中的電力是互通有無。就現有發電機組特性而言,除核能電廠外,中南部的電廠升降載反應的速度比於北部的複循環機組慢,北部燃氣電廠的操作反應快,就電網調節能力來看,優於其他火力機組。過去的電力系統操作方式是供應端全力配合需求端的變化而作調節,供給不論是過多或是過少,都會使頻率偏離正常值影響供電品質,因此,供給端必須不斷地調節電廠的輸出,一般的做法,是讓反應慢的燃煤機組維持固定輸出,而持續調節反應快的水力及燃氣機組,因此就電力調度來看,北部發電系統對全台灣供電頻率的穩定有一定的貢獻。

臺灣台中火力發電廠目前為世界第二大燃煤發電廠。(圖/維基百科)
全球前20處離岸風能最佳場址,多數在台灣海峽。

 

若區域自成獨立系統的話,對中南部電網而言,供電裕度增加了,但是少了北部電網提供的快速調節能力,除非提高發電升降載能力,否則未來中南部再生能源占比提高時,電壓及頻率的穩定性可能變動較高,影響精準設備的運作,而設備故障備援也必須付出較高的代價。愈大的互聯系統,系統就愈強健、愈能忍受供需雙方的擾動,電廠不可能永遠不故障或不維修,為了確保供電可靠度,典型的做法是供電及輸配電系統預留足夠的容量,以因應系統內一部或兩部最大機組跳機後的供電安全,及避免輸配電線路超載。若能彼此協助互通有無,全區域電網的整合調度可更為經濟有效地滿足供電需求,降低整體容量裕度的需求。

智慧電網技術的出現與整合分散式能源、提高能源效率和提供可靠的電力供應有密切相關。透過發電、輸電、配電和測量技術做良好協調,可以確保有效的能源利用和可靠的能源供應。未來許多的區域分散式再生電源,可以支持區域電網壅塞緩解功能,隨著智慧電網的部署,優勢包括電網擾動事件的自我修復、使消費者積極參與、提供高品質的電力、優化電網資產、滿足所有電源併網,並實現新的電力服務和電力市場機制。

電力系統需隨時保持供需平衡,除上述自動發電控制以達供需平衡、穩定電力頻率外,機組跳機後不得已的無預警低頻卸載與分區輪流停電,是需求調節的極端案例。在進一步強化系統運轉彈性的做法上,國外積極推動的方法是,實施各種時間及區域電價和高誘因的需量反應方案、減少尖峰時段的負載,以經濟的方式維持供需平衡,避免興建使用率不高的尖峰供電機組。

在先進國家,電力使用者參與電力調度已有相當的績效,其在維持供電安全及電力品質上的價值,高於替代電源發電的成本,且其價值隨所在的地點及反應的時間,有很大的不同。

在台灣目前需求面管理的許多措施參與者受限,而方案的執行大多數為固定排程或日前通知,對於調度單位來說,運用彈性較低。最近,台電已逐步規劃高誘因的即時性方案,例如需量競價2小時前通知的額外方案、1小時前通知的需量聚合服務案、甚至於0.5秒反應的低頻卸載方案,以便進一步提升需量反應在電力調度的價值。

根據我國「溫室氣體減量及管理法」,2050年溫室氣體減量目標是降至2005年排放量的50%以下,屆時綠電的發電量占比應當在50%左右,供電系統將需要提升調度靈活性及電網韌性。再生能源占比的持續提升與動力設備電動化,已影響供電系統,台電在廠網分工電業自由化之後,發電業、調度單位與售電業的權責及市場機制將更為明確,在明確的市場原則下,提供需量反應輔助服務的誘因將更為合理,使用者參與電力系統運作也更加容易。

由發電廠、輸配線路到用戶,電網是一個生命共同體,每個角色都很重要,小自節約能源或參與需量反應,大至投資電廠,對於電網都有貢獻。盼望大家共同努力,為下一代國民準備一個兼顧環境、經濟與穩定性的電網。

 

(本文經盧展南博士同意授權轉載,刊登於工商時報《多元電網應用 兼顧環境與經濟》)

 

如需轉載、引用本篇文章,請先與我們連絡呦!
每一個都是支持「工業技術研究院」持續創作的能量!感謝您!!
※文章內容為作者個人觀點,不代表本站立場

關閉