全民議題 談台灣電網運轉規畫

能源轉型是我國能源體系的一大工作,供電結構的改變涉及許多議題,例如再生能源的引進、電廠興建、輸配電系統更新、電業自由化等,用戶已由消費者(consumer)變成產消者(prosumer),也因此從供給(發電)、輸送(輸變配電)到需求(用電),電網管理與現代化已是人人有責課題。有效的電網管理可加強電業資產的使用率,若能整合新能源於系統中,將能減緩對環境衝擊。

穩定供電及能源管理是全民議題,為協助政府能源轉型任務,工研院成立「電網管理與現代化策略辦公室」。

另外,電網現代化可支援高度自動化、有效率及可靠的供電系統運作,大區域範圍的先進系統監控技術,可則提升供電可靠度及安全性,電網管理與現代化技術亦有助於解決國內電力系統的困境。

為協助政府完成2025年能源轉型的任務,工研院成立「電網管理與現代化策略辦公室」,期望以此為平台匯集學術界和產業界所有領域專家,扮演政府與產業之間的橋梁,積極宣導電力系統與能源管理理念,提高大家對電源供需的參與感。

穩定供電是產業界與全體民眾的期待,過去幾年,台灣的缺電問題已變成一種既定印象。我們可以將一年8,760小時的用電量由高到低排列,根據台電過去三年的資料顯示,為了每年用電量最多的100小時,台電必須多準備大約2000MW的發電能力。台灣發電供應吃緊的時間分散且不長,如果在這分散的100個小時裡(占一年時間的1.1%),有好的用電需求管理,將能改變備轉容量燈號顏色,若能提供快速減載功能,更可減少對環境破壞,而負載轉移省下的發電建廠成本、輸配電的設備建設成本也會非常可觀。在部分產業用戶的配合下,去年尖峰負載的需量管理成效已達1180MW,未來台電可強化用戶集結用電管理與小型用戶需量反應的推動。

依據台電提供的數據,2012年台灣每年每戶全系統平均停電時間是19分鐘、停電次數0.298次,2016年改善到每年每戶全系統平均停電16.3分鐘、0.208次。這樣的成果,除了去年815因人為維修操作失當造成大潭電廠跳機之外,過去10年從未因所謂的缺電(缺發電容量或缺燃料)而執行計畫性停限電。以此資料做評比基礎,若其他國家沒被形容成缺電國家,台灣則不應被長期認定缺電,台灣的供電可靠度並不輸給其他科技先進的已開發國家。例如,美國加州太平洋瓦斯及電力公司(PG&E)每年每戶全系統平均停電甚至都還在100分鐘以上。

好的能源管理並非要求用戶直接減少能源使用,而是引導用戶明智地使用電力。對此提出三點建議:

積極推動電網現代化 強化機組調度機制

提高再生能源占比是能源轉型的重要指標,未來電力系統必須具備能迅速啟動、升降/載反應快速的機組,整合儲能系統並搭配軟硬體配套設備,才能應付用電波動及再生能源的出力變動。先進的調壓、調頻控制需求是電網現代化主要的推動因素之一,電力控制中心能整合再生能源預測資訊及可調度的資源,可望能協助系統運轉。此外根據經驗顯示,每年第四季即使發電容量夠,供電量仍可能會因考慮各種限制條件(生煤減量、油氣機組環保限制、配合空氣品質自主友善降載減排措施)出現供電緊俏情形,因此利用機組調度及電網管理技術,考量季節再生能源輸出、機組大修需求、空污及輸電線路限制,進行全年度最佳機組調度,成為電網管理重要的一環。

工業用戶部署發電和存儲系統 增加應變機制

就用戶端而言,台電提供的電力已符合絕大多數用電需求,但對重要敏感設施而言,應付電網事故造成的供電可靠度下降或品質低下的措施,不外是維持某種形式的備用發電,或另加調頻調壓設備,這在高科技產業已行之多年,近年來也透過太陽光電來增強內部發電能力,或是與儲能系統相結合。在工業工廠中,停電或電力品質不佳會導致很高的經濟損失,在緊急情況下,設施場所內的電網可以從與大電網連接的模式無縫轉換至廠內獨立運轉模式,建議用戶部署自己的發電和存儲系統,同時在必要時減少負載,防止本地設備跳脫來渡過緊急時刻,當電力公司電網恢復正常時,工廠或設施內電網便可自動重新同步無縫接軌連接至大電網。

規畫合理誘因 抑低用電需求

根據美國電力公司的實際案例顯示,參與需求面管理的用戶在尖峰時段能夠減少用電需量達到10~20%,影響成效的因素包含誘因(回饋金)高低、用戶是否獲得即時用電資訊,以及是否由電力公司直接控制負載。用戶即時用電資訊的提供與否,對於用電多寡相當重要,布建智慧電表則有助用戶取得即時用電資料,進而可能產生節電的意願。而在能源轉型之際,若台電願意用較高的誘因、降低用電需求,例如以適當價格買回需量,也是能源管理的解法之一。

電力系統是動態平衡系統。系統不可能不故障,重點是如何降低故障機率,以及如何在故障後快速及有效地恢復正常,也就是提高電力系統的「恢復力」(resiliency)。電網管理與現代化無法大幅提高備轉容量率或改變缺電印象,亦無法完全避免停電,但是能幫助用戶更有效率地使用能源,並可使電網運轉單位更有效地管理電力系統,也能使電力公司快速地評估損害並從災害中恢復。

供電穩定是大家的共同期待與利益,發揮能源公民的能量,以團隊合作的方式積極面對,才能解決電力系統與能源管理的問題。

(本文作者為中山大學電機工程學系教授、工研院特聘專家盧展南授權轉載,刊登於工商時報《電網運轉規畫 的迫切性與產業意義》)

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