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三立大論壇/面對極端氣候!綠能才可提升電力系統調適能力

文/顏東白

炎炎夏季,台灣度過高溫和紫外線警報、大潭電廠短暫減氣、颱風襲來等等事件,電力系統卻能相對良好地運作而沒發生極端事故,再生能源在其中扮演不可忽略的角色。今天我們就來統整再生能源對於電力系統的各種貢獻,說明能源轉型對電力系統的正面影響有哪些。

有效削減全年殘餘負載尖峰

台灣的電力系統一整年的殘餘負載(負載減去變動型再生能源電力輸出)尖峰通常發生在7月至8月的某天下午兩點,而這剛好是太陽能發電旺盛的時段,再生能源因而能有效削減全年殘餘負載。以2023年7月為例,該月負載尖峰實際值為39.412GW、殘餘負載尖峰實際值為36.659GW,再生能源這一月的容量價值將近2.8GW。

下圖是2023年7月份,台灣電力系統的負載對變動型再生能源電力輸出的作圖。可以看到,兩者呈現一定程度的正相關,因此雖然負載有一定比例坐落在38.5GW到39.5GW之間(如藍色虛線所示),殘餘負載能突破36GW的時段卻很稀少(如紅色虛線所示)。這代表變動型再生能源在今年夏天已經能很可靠地提供至少2.5GW的容量價值。

2023年7月台灣電力系統的負載對變動型再生能源電力輸出

▲2023年7月台灣電力系統的負載對變動型再生能源電力輸出。

削減各月殘餘負載尖峰,傳統電廠安心歲修

再生能源除了能削減一整年的殘餘負載尖峰,對於各月的殘餘負載尖峰的削減也會有容量價值。這是因為傳統電廠需要定期歲修以維持機能,因此不同機組每年都有機會需要安排停機的時段。再生能源如果能削減各月的殘餘負載尖峰,就代表在這些月份所需要的傳統機組能夠減少,相對地能進行歲修的機組也可以增加。如此一來,一整年便可以更小的備用容量,達到相同的供電可靠度標準。

下圖是2022/23冬季台灣各月負載尖峰與殘餘負載尖峰實際值的比較。雖然因為冬季時日負載尖峰通常不明顯,有時甚至比夜負載尖峰還低,讓太陽能的容量價值趨近於無,但風力能在此季節有較好的成績,也因此變動型再生能源給各月分別產生了0.764、0.322、以及1.036GW的殘餘負載尖峰削減量。2022/23冬季風力能裝置總量約為1.5GW,亦即冬季風力能機組的容量價值,至少會有其裝置容量的五分之一。這些透過再生能源削減的殘餘負載尖峰量,也就是每個月份額外騰出來、可以安排歲修的傳統機組容量,如此一來便能增加用電旺季可以使用的傳統機組。

2022年及2023年冬季台灣各月負載尖峰與殘餘負載尖峰實際值比較

▲2022年及2023年冬季台灣各月負載尖峰與殘餘負載尖峰實際值比較。

能與其他資源發揮綜效,提升電力系統韌性

即使不看全年或者各月的殘餘負載尖峰,再生能源的變動特性也會有其他價值,而這會呈現在綠能和其他彈性資源(儲能、需求端管理、部門耦合等等)的綜效上。底下我們說明這樣的綜效從何而來。

如下圖,這是2023年7月第二週台灣電力系統的特性曲線。在這個系統下,應對35GW的殘餘負載,僅需要2到3小時放電時間的彈性資源。假設台灣過去7年沒有進行能源轉型,殘餘負載還是跟負載幾乎相同的情況下,台電要處理同樣的殘餘負載,需要能放電12小時的彈性資源。亦即,再生能源削減殘餘負載本身,可以讓電力系統更易導入新式彈性資源、提供更迅速精準的控制,進而促成供電可靠度、電網穩定度、以及電力系統韌性的提升。

2023年7月第二週台灣電力系統的特性曲線

▲2023年7月第二週台灣電力系統的特性曲線。

事實上,如果2021年的時候台灣就有現在這麼多的太陽能,我們便有機會可以避免517的限電事件。也許大家還記得,517限電發生在晚上8點半、殘餘負載尖峰已過的時段,其根本原因並非電力系統上的裝置容量不足,而是抽蓄水力持續放電的時間不夠長所導致。前面提到再生能源對彈性資源的綜效在這裡也適用-如果當時太陽能再多一些,讓抽蓄水力的放電時間得以縮短,最後一小時的限電便可以被避免。從這個角度來說,今年721大潭機組短暫減氣事故在第一時間確保電網穩定後、沒有再次上演類似517的狀況,再生能源和新式彈性資源的相輔相成,應該也有功勞。

綠能越多的電力系統,面臨極端天氣會比傳統的電力系統將更加可靠

除了上述這些之外,再生能源對於電力系統還有很多值得表述的貢獻。比方說,傳統機組故障和限制出力的機率隨外界氣溫增加而增加,幸而太陽能發電量和溫度成正相關,因此傳統機組故障機率最大的夏季中午時段,也成了太陽能削減殘餘負載最多的時段。一個綠能越多的電力系統,面臨極端天氣會比傳統的電力系統將更加可靠,這點已經在加州、德州、南澳州等能源轉型先進區域近幾年極端天氣事件頻繁影響下,加速綠能、儲能設置的經驗中得到驗證。

所以,想要台灣的電力系統不缺電,請大力支持綠能以及互補性技術的建置!

《作者簡介》顏東白,工研院電網管理策略室研究員

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