氣候變遷影響 再生能源併網衝擊 萬一大停電 能應變嗎?
盧展南/中山大學電機系教授(高雄市)
一月八日,酷寒致西歐電力需求激增,一超高壓變電所匯流排聯絡斷路器跳脫,連同多個輸電系統設備發生跳脫,及再生能源併網等因素,致歐洲電力系統分裂成兩大部分,瀕臨停電狀態。幸運的是,當時有一點七GW可瞬停之輔助服務卸載,及時把電力系統救回。
無獨有偶,本周因猛烈的暴風雪侵襲美國德州地區,致使電力需求猛增,由於供氣及發電廠事故,加上再生能源停止運轉及電網限制,美國德州和俄克拉荷馬州數百萬用戶十六日停電。
加州公共事業委員會和加州能源委員會最近公告,去年八月中加州獨立系統運營商兩次輪流停電的最終根本原因分析,造成去年夏天輪流停電的三個主要因素,與極端天氣條件、電源充足性和規畫流程,及電力市場運作實務有關。
由於氣候變遷,世界各地冬季與夏季最高用電量屢創新高,台灣法定十五%備用容量率規定,必須於每年預估尖峰用電基準線上,再多準備十五%備用電力。若持續在現有廠址增建更大更多使用相同燃料的發電機組,會不會有電源及輸電線過度集中的風險?
二○一七年八月十五日一個天然氣供氣系統事故,就使大潭電廠六部複循環機組跳機,造成全台大停電殷鑑不遠。歐洲今年一月發生的電網事故,與台灣一九九九年因台電興達電廠開關場匯流排分段斷路器跳脫,台灣台南以北大規模停電事件,有異曲同工之處,只差當時無準備足夠的低頻卸載容量來救回系統。
面對高科技廠對電力供應量足、質優、價合理的殷切需求,及環保人士對碳中和期待,我們需要對極端氣候變化引起的天氣事件,及電力系統設備數量不斷擴充、綠能大量併網,造成的運轉挑戰做更好準備。接在電網的風力機或太陽能電池板,無法實現旋轉電機的慣量儲能功能,大量間歇性電力造成的區域電力潮流、頻率電壓變動及電網設備老化,必須能夠妥善應對。
政策制定者或電業管制機關,應提供更多誘因,鼓勵自願性快速反應用電卸載,和各種形式的電能儲存,及開發輸出電力調節,且起動快速的分散式中小型發電機組,強化電網的彈性與韌性,以因應氣候變遷及大量再生能源併網的挑戰。
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⚡豬年電力資訊一覽⚡
1⃣ 全國用電資訊,最大尖峰負載出現於7月17日(三),數值為37,383MW,供電充裕(綠燈)天數231天,供電吃緊(黃燈)天數134天。
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2⃣ 區域用電,北部地區發電大於用電時數比例為48%,中部地區發電大於用電時數比例為17%,南部地區發電大於用電時數比例為89%。
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各區用電之資料,係由調度即時系統取得,再依各區發電端去演算推估,非由變電所負載端實際量測,且並未考量各區間電力轉供及線路損失等狀況,故所提供資料會與實際各區負載值有所出入;此外,調度即時系統資料可能因系統維護、資料之設定、傳輸等因素,會與實際分區負載值有些許誤差,相關實際資料請以台電公司正式公布為準。
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各區域發電量劃分,原則先以電廠所在地理位置劃分北、中、南、東四區;區域用電量則再依中送北、南送中、南送東、中送東電力潮流量調整得出。
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IPP和平電廠及碧海電廠引接宜蘭縣冬山超高壓變電所,故歸類於北區。
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麥寮塑化汽電共生廠引接南投縣中寮北超高壓開閉所,故歸類於中區。
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區域分類
北部地區:臺北市、新北市、基隆市、新竹市、桃園市、新竹縣、宜蘭縣
中部地區:臺中市、苗栗縣、彰化縣、南投縣、雲林縣
南部地區:高雄市、臺南市、嘉義市、嘉義縣、屏東縣
東部地區:花蓮縣、臺東縣
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更多能源資訊視覺化圖表:
📊能源轉型進程全紀錄
https://doenergytw.blogspot.com/2019/06/blog-post.html
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🔋能源補給站:不用再土法挖礦的論文小幫手
https://km.twenergy.org.tw/EnergyDatabase/
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🌏國際能源快訊:「英國統計局發布官方報告,指出英國碳排量和經濟成長脫鉤的主因是能源部門由煤炭轉為再生能源」,能源知識庫,https://km.twenergy.org.tw/Data/db_more?id=3703 (瀏覽於2019年12月25日)
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👩🏫更多內容請參考:上週電力資訊一覽
https://doenergytw.blogspot.com/2018/07/blog-post.html
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#上週電力一覽 #地方能源治理 #燃煤 #燃氣 #核能 #太陽能 #風能 #水力 #區域用電 #再生能源
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【低成本的深度脫碳還需核能】
#風光超過四成五會墊高電力系統的成本 #MIT不是網軍
MIT的能源、環境和農業經濟學家John Reilly,MIT全球變遷科學與政策計畫(Joint Program on the Science and Policy of Global Change)的共同主任。最近發表與總結了一篇報告《深度脫碳的美國,核能扮演的角色?》。
如果風機與太陽能板的生意日隆、價格日低,為什麼還需要核能?
原因是,當我們不斷建置太陽能板和風機時,它們的產率將可能下降;且儘管個別太陽能板的成本很低,累積下來若超過一定數量,也會給剩餘的電力系統施加相當可觀的成本壓力。MIT研究團隊對這種趨勢進行了考查,並以此解釋為何建立一個在預算上可負擔的脫碳能源系統,新建與既有的核電廠扮演著重要的角色。
我們要清楚知道,未來所謂發電均畫成本LCOE可能無法完全反映各項能源的發電成本,他忽略的調度與輸電上的成本。
報告中針對四項情境提出模擬,分別為基準線、高再生能源減碳配比、有核能減碳配比以及彈性核能減碳配比(風光約佔比四成、核能約三成),分析結果在各區域皆顯示調度措施、市場價格以及碳價成本在有核能的情境中皆可取得較多的優勢,當然這也取決未來核能的發展是否能夠在新機組上成功削減成本(彈性核能與一般核能的情境差別沒有出現在成本上,但卻可以容納更多再生能源提升其效率)。
報告中的情境假設我認為滿值得台灣參考,因為情境中風光的發電曲線與台灣相近,天然氣比例也差不多,或許調度上也可以有些想法。而核能的部分,文章中對低價核能的設定約為台幣1.5~1.8元,對應台灣有些偏高,也就代表若我們參考類似情境效益應該更得以彰顯。
不過既然是模擬,勢必也代表僅作參考用,有許多條件假設尚未納入,例如進一步的政策誘因、需量反應、市場規劃等等,這些都可以幫助再生能源再進一步提升,然而,報告中也未納入為了解決電力潮流壅塞需增加的電力網強化成本,根據各地經驗,將會是筆可觀數字。
▍完整報告分析 https://reurl.cc/M7LaRL
▍風光電的成本
風光電在市場上仍有很大的成長空間,理應讓它倍數成長,可是MIT的研究發現,一旦變動型再生能源(風能、太陽能)提供某一區域的總發電量達40%—約4倍於它們在全國的佔比,電力系統的成本就變得很貴;在某些風光市場滲透率更高的地區,麻煩已開始浮現,更別說4成的佔比仍遠低於再生能源支持者鼓吹的百分百願景。
將風光產電的配比提高到40%以上會發生什麼事?對電力系統而言,至少會產生兩種不利影響:首先,愈大量的太陽能和風電會被要求「減產」(Curtailment),意思就是風光電機組在產值最高的時段,退出與電網的併聯,因為電量的供給超過了需求。其次,當風光發不出電的時段,需要更多備用的發電容量,由於這些多出的備用容量大部分時間都閒置,因此增加了系統的成本。
舉例:加州是部署間歇性再生能源的領頭羊,卻在今年4月,讓原本可發出19億度的再生能源機組退出電網,按國內的零售均價計算,19億度的產值達數千萬美元,但沒併電網、就全部歸零。另外在5月時,加州關閉裝置容量4,700MW的再生能源,多數是太陽能。相比之下,胡佛水壩的裝置容量為2,000MW。
▍儲能能幫忙嗎?
面對再生能源的困境,儲能雖然可以幫忙,可儲能的策略是建立在小時或一天的基礎上(而無法擴大到季節或月份的尺度),且當開始仔細研究時,會發現它比想像中更困難。首先是價格:電池製造商的報價很模糊,但容量1度電的鋰離子電池售價大概不出300美元,這個數字雖比早期便宜,但以大量儲存一個12分錢的商品(美國一度電力)來說,還是太貴了。價格之外電力儲存時間也是待克服的一點。
▍核能與碳捕捉
因此,如果要想在本世紀中葉前將電力部門的碳排放下縮9成、降至2005年的10%(美國),這個系統需要其他工具,例如核能和碳捕捉(但在碳捕捉便宜到能大量使用前,仍有很多工作要做)。即使核能每度的成本高於太陽能或風能,它也能非常有用,因為核能可在風光不發電時提供能源,反觀如果再生能源在需要時無法發電,再便宜也沒用。
但研究也發現,要使核能在脫碳之路中發揮作用,必須找到方法降低建置新電廠的成本,這不會在短期內發生,因為建立「創新」需要漫長與艱苦的學習曲線,但能源產業已證明,硬體與人才確實能遵循學習曲線,看看風場或壓裂技術的演進便知。
▍放太多雞蛋的籃子
放太多的風蛋與太陽蛋在再生能源的籃子中,造成的根本問題是:需具備比給定的負載水平大很多的發電容量,才能滿足該負載水平。
過去火力發電廠可以有需要就啟動,系統唯一要具備的只是滿足電力需求的容量、再加上一點因應機組故障的發電餘裕;今天你得有足夠的(備轉)容量,去平衡風光電在間歇期造成的發電量損失。一個「100MW」的太陽能電廠只能在中午前後發出100MW的電,可用電高峰通常會在幾個小時後才出現,此時太陽已快西下,僅能發出比裝置容量小很多的電。風電亦然,通常在需求不高的夜間發出最多電,當世界清醒且吃電時,風機的發揮僅達它最大潛能的一小部分。
總之,一個以再生能源為中心的電力系統,就算容量大到可以滿足用電峰值需求,也不可避免地面臨生產大量沒有價值的剩餘電力的問題。到2050年,如果我們的目標是(而且必須如此)使電力部門脫碳,我們仍需要不間斷供應的零碳來源,例如核能。
▍參考資料:Too much wind and solar raises power system costs. Deep decarbonization requires nuclear https://reurl.cc/K6Le5R
圖片為合成
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請問這題線路上為什麼沒有電抗呢?
是漏給了嗎還是...?
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