我們需要的是更多電還是電網輔助服務?(05/26/2021 陽光部落格Sunnyblog)
2021.5.14興達發電機組匯流排故障,依照台電公佈的備轉容量,應該足以因應這次事故的震盪,然而結果是目前台電現有發電能量其實無法應對波動,導致C、D組用電戶需要輪流限電數小時以等待發電機組重新升載。時間拉到這幾天,根據台電的發電廠即時資訊,在日正當中、氣溫最高的時刻,所有的發電廠,包含設置目的為輔助啟動、而非發電的的輕油發電機組,幾乎都是滿載運作中,才能維持6%以上的備轉容量率。
就以上狀況而言,台灣的確缺電。
更多的再生能源併網是趨勢,面對已投入的巨大資源評估、開發、建置的發電項目,及目前國際對於再生能源、減碳的要求,我們不可避免地會持續提升目前的再生能源配比與併網量;新型態能源的加入也有分散風險、降低負載壓力的優點,如近年來太陽能的併網緩解了過去在中午必須大量升載的壓力,讓現在用電尖峰從中午轉為清晨與黃昏,形成鴨子曲線。
既然轉型趨勢明確,也必然發生,在應對上,我們究竟出了什麼問題?
1. 發電量與用電量成長不同步
依照經濟成長率預測未來用電需求,每年用電量都會上升1~2%,增加發電量是必然的。然而,政府在能源開發上重點放在再生能源的風能與太陽能,皆有因為爭議導致開發卡關,因此發電量並無達到預期水準;除此之外,再生能源大量併網會增加台電調度的壓力,彈性調度能力不可或缺,但不僅燃氣電廠因溝通不良卡關、缺水導致抽蓄發電更為短缺、電網輔助服務措施尚未成長完備,目前彈性調度能力尚待成長。
要解決電源開發的問題,隨著經濟部的再生能源躉購政策逐漸降低收購價格準備退場,需要有更自由的電力交易市場,才能由市場交易機制支撐起價格,保持再生能源的開發誘因。目前太陽能建置上,沒有環境爭議的屋頂型電廠有90%,為無法自由交易的第三型發電設備,雖然能源局有對此做出解決方案,但對於廠商來說摩擦依舊太大、無法有立即性的幫助;在風能建置上,要將數百千瓦裝置容量的風場導入自由交易機制,也不是簡單的事,許多開發商持觀望態度,讓風機建置進度緩慢。
2. 彈性調度多元電力來源的方法
在彈性調度的能力提升上,燃氣機組牽涉到環境保育、地方政商及溝通不良等議題;氣候變遷影響之下,不只是近期水情嚴峻、未來也更容易因為極端氣候而缺水:
過去一直作為重要調配資源的抽蓄水力發電,也已經被逼到了臨界點。
就即時的電力調度而言,水力為目前最快反應的電力來源,在幾分鐘內便能達到滿發
第二常用的燃氣發電則需要2小時才能達到滿發
電網輔助服務措施是一條新的方向
電網輔助服務可以細分四種:
快速反應備轉
調頻備轉
即時備轉
補充被轉
依照電網不同情境,用各種措施反應用電調配需求。
2020年,台電已開始快速反應備轉、調頻備轉的招標,在今年七月,也即將試行電網「輔助服務與需量反應措施平台」,讓更多的容量型儲能機組、需量反應措施可以參與電網需量反應。作為輔助服務,這幾項調整的速度都要比傳統機組來得快:
反應最快-快速反應備轉服務:必須在一秒之內即時反應
反應最慢-補充備轉:至少需在30分鐘內動作。
輔助服務是一個急需發展的未來重要資源,但是目前僅有15MW的儲能調頻備轉(Automatic Frequency Control, AFC)初登板輔助服務市場,建置量還有很大的成長空間,如果成功如期建置,513、517發生的事故,都可以用採用這種方式因應策略。
除此之外,這種非傳統、不以發電方式來增加電網彈性的措施,台電業務處也有推出「需量反應負載管理措施」,目標是降低用電戶在尖峰時刻的用電,來達成轉移尖峰時刻發電壓力目的。台電業務處會先跟用電戶簽訂特殊的電價契約,用以價制量的方式,將用電負載轉化為可調度的電網資源,成為整體電網規劃的一部分,突破傳統上供電必須滿足用電需求的單向運作,提高能源使用的效率。而這些參與的用電戶,透過將尖峰時間的用電需求量轉移到離峰時段,也可以得到較為優惠的電價,達成雙贏的局面。
而輔助服務內容也可以再進一步擴大。目前需量反應措施只有契約容量100kW以上的大戶會跟台電合作在尖峰時降載,然而大戶們的電力多作為工業生產所用,降低用電等於停止生產,因此參與者不多。若能開放低壓商辦、住宅用戶參與,由於低壓用戶本身彈性較大,總體來說可以讓電網運作更有彈性。舉例來說,歐洲有能源新創公司提出的輔助服務內容為調配住宅的暖氣,在備轉緊繃的時候,關閉部分用不到的暖房設施,以達到降載的目標。雖然在國外已有諸多案例,以台灣目前的狀況而言,要聚合大量低壓用戶,還需要更彈性的電網規則與商業模式參與,才有可能發揮效用。
長遠來說,未來隨著極端天氣事件發生頻率的增加,傳統機組因高溫而故障或必需顯著降低電力輸出的機率也會提升,很可能使得電網在調配上需要面對更嚴峻的問題。同時,太陽能剛好在夏季白天最高溫的時候,有較多的發電量,其實也是在減少這些無預警突發狀況發生的機率。
越彈性、多元、分散的電網供需,可以讓風險降到最低,讓更多人了解這些問題有助於產業跟大眾之間的理解。期待台灣電往未來的發展,希望能讓所有人都能更簡單地參與能源電力產業,並在其中找到價值。
完整內容請見:
https://blog.sunnyfounder.com/2021/05/26/我們需要的是更多電還是電網輔助服務?
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抽蓄發電效率 在 媽媽監督核電廠聯盟 Facebook 的最讚貼文
綠能和儲能分別對近期之限電事件能有何貢獻 (05/20/2021 Tony Yen)
關於近期的限電事件中,網路上部分論者想傳遞的一個迷思便是事件起因係由再生能源過多所致。然而事實恰恰相反-更多的再生能源,能確保台灣電力系統供電可靠度的提升;而適量的儲能則可以避免系統快速頻率反應不足造成的立即性連帶損失。
作者:Tony Yen / 德國弗萊德堡再生能源工程與管理碩士、媽媽監督核電廠聯盟特約撰述
綠能:增加調度裕度 減輕白天抽蓄水力負擔
再生能源在當前的台灣,已經能有效減少下午兩點的負載尖峰,在本月帶來將近2.5GW的容量價值。這樣的容量價值對於台電整體的調度裕度是絕對有所貢獻的。就算我們有辦法把現在線上所有太陽能跟風能通通解聯,也不過是讓系統的調度裕度變差。
再生能源在白天的發電量,對於05/17這樣最終因抽蓄水力發電總量限制而必須限電的事故來說,又有另一層面的價值。當天原定補上的傳統電廠因升載不及,抽蓄水力從14:00左右就持續滿載發電,最後仍無法補足,推估在20:50到21:50左右用戶端卸載2GWh的電量。假設當天線上有額外500MW左右的太陽能,直接減輕抽蓄水力在白天的負擔,這樣的夜間卸載量就可以避免了。
(注:當然,這樣的調度必須在上午就以電力系統可能出狀況為前提限制抽蓄水力的發電量。不過當太陽能越來越多,致使午間前後的殘餘負載漸漸降低成每日低谷時,增加的太陽能發電量本就極有可能在經濟調度時被用於抽蓄水力的充電。)
值得注意的是,未來隨著極端天氣事件發生頻率的增加,傳統機組因高溫而故障或必需顯著降低電力輸出的機率也會提升。太陽能剛好在夏季白天最高溫的時候,有較多的發電量,其實也是在減少這些無預警突發狀況發生的機率。
再生能源對於05/13這樣因系統快速頻率反應不足導致的限電事件可能產生的貢獻,相對沒那麼直觀(這裡暫不討論以再生能源做備轉容量或者提供虛擬慣量的情境)。但當未來殘餘負載在午間前後出現低谷的時候,也代表白天如果發生緊急事故,電力系統上會有更多可調度的傳統機組可做反應(前提自然是它們必須足夠彈性)。這樣的調度裕度,也能讓台電將其他彈性資源更聚焦在夜間殘餘負載尖峰的處置上。
儲能:快速頻率控制 避免電網事故當下的連帶損失
另一方面,儲能或者快速需量反應等彈性最佳的資源,在05/13的限電事件中則能提供非常明確的助益:它們可以立即性穩定電網頻率,避免線上的其他傳統機組跳機,造成事件發生當下有其他連帶損失。在05/13的事件中,這就是2.2GW和2.85GW的傳統機組跳脫量的差別。事件發生當下供電量損失的多寡,關鍵性地決定了接下來用戶端低頻卸載到完全復電以前限電的規模和時間長度。
儲能對於05/17這樣的事件也能帶來的助益,雖然在能源轉型初期,筆者不認為將儲能設備用於例行性的殘餘負載平衡係屬必要,但當電力系統在夜間出現可預測的供電不足風險時,確實可改變部分儲能系統的調度規劃,在白天綠能量多時充飽電,在夜間殘餘負載尖峰時提供不無小補的尖峰削減量。這樣調度在再生能源夠多,讓白天出現殘餘負載低谷時,可行性會更大。相較之下,有效率的需量反應和更提前的用戶通知,對於這種發生後可以提前準備的風險,會是能源轉型初期更具成本有效性的做法。
綠能不可或缺 試圖限制其發展的論調本末倒置
誠然,再生能源的變動性和不確定性,是台電近幾年才開始認真研究的,這當中也必然有尚需精進之處。如果要在殘餘負載頻繁趨近負值的未來,讓再生能源提供備轉容量,持續精進電力輸出預報、將殘餘負載中可預測和不可預測的部分皆視為緊急事件應對上的常態做足規劃,都是可以且應該改善的。
但綠能發展作為台灣乃至全球必然且意義至關重大的目標,若以近期的限電事件,試圖論證台灣已過多再生能源、應加以限制,是十分危險的言論。畢竟綠能是能源轉型的基石,將達成核心目標的必備工具視為問題本身而欲排除,完全本末倒置,不僅有害於台灣未來的供電可靠度,也會危及台灣其他的永續目標。在以核火產業研究起家的國際能源總署都提出2050年全球電力系統需有90%綠能(其中70%為風光)的願景的當下,這種擋綠的言論在台灣還能有一定市場,十分諷刺。
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抽蓄發電效率 在 媽媽監督核電廠聯盟 Facebook 的最讚貼文
眼見為真!請大家看清楚,看仔細囉~~ :) - 這是更完整的加強版.....
光看過去15天以來的風力發電即時發電量統計資料,就可以很清楚的體會到,台灣地區的東北季風開始發威了!
至於太陽能光電的發電量,還是默默地在每天日出日落之間,繳出很忠實、規律的亮麗發電量成績單。
再對照最下端兩項現階段台灣電力調度機制中最主要的彈性調度即時反應以及儲能應用 - 抽蓄式水力發電的抽蓄發電與抽蓄負載的即時運轉狀態,以及運轉的分佈時段,就可以很清楚地掌握每一天整個台灣用電量的變化規律以及日常電力調度模式。(圖一)
稍微解釋一下,所謂抽蓄發電(Pumping Generation),意即放水發電,以因應用電尖峰時段的電力調度發電所需。相對的,所謂抽蓄負載(Pumping Load),意即抽水儲能,以因應用電離峰時段缺乏調度彈性的傳統大型基載核、火力發電機組無法即時快速降載運作,因而導致的電力過剩的問題,並且將電能轉換為水位高低差之間的位能,待來日尖峰用電時段作為電力供需即時彈性調度時,透過抽蓄發電放水發電,再將位能轉換回電能來供應尖峰用電所需,以如此型態反覆的循環運作。
台電目前主要是透過抽蓄發電的放水發電以及抽水儲能的方式來調節電力供需之間的動態平衡,同時也作為穩定整個電網電壓平穩,保持供電品質的主要工具之一。除了現階段的水力抽蓄發電,台灣正在以明快的節奏開始佈建新世代的電力供需即時反應、彈性調度能量,其中最主要的項目就是要在2025年之前完成至少590MW規模的各式儲能電池,來搭配、強化目前水力抽蓄發電所擔任的兩大電力輔助功能的能量。
此外,依照目前的發展步調來看,到明年的這個時候,無論風力發電或是太陽能光電發電的尖峰發電量,比起今年這個時候,都各自可以增加至少一個反應爐的發電量,這是每天一步一腳印真真實實正在發生中的事實,請大家拭目以待並給予支持! <3
PS. 相信絕大多數的朋友們,都沒有看過台灣電力供應面組合當中的兩項重要發電項目 - 燃氣發電以及汽電共生發電的實際即時發電狀態統計資訊,因此,也特地在此附上與上述再生能源發電和水力抽蓄發電統計資訊同一時段中,台灣燃氣發電以及汽電共生發電視覺化的實際即時發電狀態統計資,供大家做參考。
尤其請大家仔細觀察一下汽電共生發電在過去15天當中的每天即時運作動態變化頻率狀態,再回過頭來看看水力發電、風力發電、太陽能光電發電過去15天當中的實際即時發電量變動狀態。(圖二)
最後再看看我們台灣每一天實際的電力需求在一天當中每一個時段的動態變化狀態。(圖三、圖四)
大家是否觀察到,原來我們的用電狀態每一分一秒都在快速的變動中,因此用電需求根本就不是大家想像中理所當然地呈現一條平順的水平線的狀態,而是有如心電圖那樣,分分秒秒都在動態變化中不停的跳動變化。
正因如此,我們的電力供應勢必也要隨著用電端的快速變動,以最有效率、最經濟、最具彈性、而且對於環保生態影響最小的方式,作即時反應,來配合用電端的動態電力需求。電力調度真的是任重道遠的一項管理工作,但是我們長期以來都有辦法一步一腳印的克服各種挑戰,讓台灣在電力供需平衡上,繳出一份很亮眼的成績單,蠻有意思的,但的確值得大家的肯定與鼓勵,不是嗎!
電力供需即時運轉資訊原始來源:
台灣電力公司官網
https://www.taipower.com.tw/tc/page.aspx?mid=206&cid=402&cchk=8c59a5ca-9174-4d2e-93e4-0454b906018d
「台灣電廠即時機組發電量」網頁
https://apan1121.github.io/powerInfo/
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