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面對疫情仍要淨零,臺灣以綠能導向的能源轉型之路,必須堅定向前

作者: 綠色和平氣候與能源專案小組

2021 年 5 月可謂多事之「春」,臺灣接連遭遇乾旱、停電、疫情升溫等危機,除了需靠全民提升節約用電、用水,落實居家防疫措施外,更需要政府以公部門的力量,解決影響層面廣大的缺水、缺電問題。

綠色和平於 2020 年委託中興大學資訊管理學系許志義教授,進行《論市場導向之綠電發展策略》研究,成果獲刊登於《臺灣能源期刊》。以下為您將此次研究做重點節錄,看專家剖析臺灣如何在能源轉型之際,維持穩定供電。

中興大學資訊管理學系許志義教授,長年研究電力經濟學,並身兼台電獨立董事,2020年與綠色和平合作,進行《論市場導向之綠電發展策略》研究。
中興大學資訊管理學系許志義教授,長年研究電力經濟學,並身兼台電獨立董事,2020年與綠色和平合作,進行《論市場導向之綠電發展策略》研究。© Jyh-Yih Hsu © Jyh-Yih Hsu

彈性調控才是重點,盲目追隨發電量治標不治本

臺灣於 5 月發生的停電現象,引起多方民怨,甚至質疑供電系統與人員管理缺乏把關。長年研究電力經濟學並身兼台電獨立董事的許志義教授,對此語重心長表示:

「這次大停電,凸顯出台電系統仍然存在多年問題,經不起考驗。未來新的能源系統是綠能,且著重在分散式供電。微型電網讓電廠從惹人嫌的『鄰避(Not In My Back Yard, NIMBY)』設施,成為人人歡迎的『迎毗(Yes In My Back Yard, YIMBY)』設施,有助於區域電力的穩定。供電不需長途跋涉,但也因此顛覆過去大電廠模式的供電邏輯,為台電帶來挑戰。」

「淨零碳排」已是全球共識,以綠能為導向的電力系統將是全球電力系統轉型的方向。© Tina Yuan / Greenpeace
「淨零碳排」已是全球共識,以綠能為導向的電力系統將是全球電力系統轉型的方向。© Tina Yuan / Greenpeace © Tina Yuan / Greenpeace

許志義教授認為,若要改善問題,應先調整過去「穩定供電」的重心,勿過度強調供給面的電源開發,而輕忽變電所與輸配電端的設備品質維護,以及更加重要的電力需求面管理,並提出以下兩點說明。

  • 在淨零碳排已經成為全球共識的當今,有別於化石能源所造的空氣污染與碳排放,以及核能發電所帶來的輻射外洩、高階核廢料處理的風險,再生能源目前是全球社會最有共識、也極力發展的能源選項,以「綠能」為導向的電力系統是全球電力系統轉型的方向
  • 臺灣政府目前的能源政策目標為 2025 年再生能源發電占比達20%,當發電占比越來越高時,可能造成電力調度出現所謂「鴨子曲線(duckcurve)」及其「淨負載(net load)」劇烈波動之現象,電力系統的穩定將仰賴電力供給面和需求面的平衡能力

何謂鴨子曲線?

圖為加州地區電網在2018年呈現的鴨子曲線圖,由加州公共事業管理委員會(CPUC)於2019年發布。 © California Public Utilities Commission
圖為加州地區電網在2018年呈現的鴨子曲線圖,由加州公共事業管理委員會(CPUC)於2019年發布。 © California Public Utilities Commission © California Public Utilities Commission

當一個地區日出時,太陽能發電系統出力發電快速併入電網,將大量取代傳統發電機組,形成原本的淨負載(net load)下降。總負載與淨負載之間差額加大,兩條曲線形狀看起來就像是鴨子的肚子;傍晚日落時,太陽能發電量驟減,就像是鴨子的脖子,淨負載需求快速上升,需搭配水力及天然氣發電機組,甚至需量反應(demand response)與儲能系統等市場中多種組合服務,急速升載調度,這種現象稱為「鴨子曲線(duck curve)」。

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需量反應(Demand Response,DR),是電業自由化後,電力需求面管理的重要措施之一。
電力公司透過價格訊號或提供誘因等方式,引導用戶改變用電行為,於系統需要時配合減少用電,以降低尖峰負載,避免系統發生供電危機。
用戶配合措施不但可以減輕電費負擔,電力公司也可以降低供電成本,延緩投資興建新電廠。

綠能電力系統應兼具「廣度」與「深度」

許教授參考了包括德州、加州的經驗,建議臺灣的電力系統應兼具「橫向的廣度」與「縱向的深度」,何謂電力系統的「廣度」與「深度」?

「橫向廣度」是指空間軸上,電力市場應盡可能吸納產業鏈的各方利害關係人,如發電業、售電業及消費者,相互競合以確保電力系統的彈性與靈活度。

從供給面而言,除了傳統集中式電源之外,也要廣納各種分散式電源,例如地面型及屋頂型太陽能發電系統、大型及微型風力發電機組等,發揮各種設備的不同特性,提供能量、容量及輔助服務。

泰國政府為解決能源危機,近年來大力發展太陽能光電。 © Athit Perawongmetha / Greenpeace
泰國政府為解決能源危機,近年來大力發展太陽能光電。© Athit Perawongmetha / Greenpeace © Athit Perawongmetha / Greenpeace

以國際間的案例來說,澳洲政府就與法國再生能源廠商 Neoen 合作,在墨爾本西南邊,以蓄電量 300MW/450MWh容量(相當於臺灣 1,500 戶月用電量)的特斯拉電池,興建能儲存再生能源多餘電力,並穩定電網的「另類電廠」。

從需求面而言,將出現眾多產消者(prosumer)。因此,要盡量納入自發自用再生能源發電系統、節能、電動車與小型儲能系統,引進智慧能源管理系統。甚至讓產消者成為潛在競爭者,使其能有參與電力市場交易的機會,有助於智慧工廠、智慧社區及智慧城市能源物聯網(包含電網、水網、氣網、氫網及交通網)實踐,落實電力系統的彈性與靈活度,以最符合成本效益原則,提升整體電力市場績效。

有些民間養殖業者,在養殖場上方搭建屋頂型太陽能光電設施,電力自發自用。© Greenpeace
有些民間養殖業者,在養殖場上方搭建屋頂型太陽能光電設施,電力自發自用。© Greenpeace © Greenpeace

「縱向深度」則指時間軸上,面對電力系統失衡危及可靠度的任何時間點,皆須保有供給面與需求面的多重備援系統(redundant system),尤其是當自然天候環境劇烈變化(如颱風、熱浪等)與用電負載需求(如連續假期、週末假日等)的極端情況下,更須建立電力調度的「縱向深度防禦」。

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電力可靠度,分為發電、輸電及配電三個層次,主要從以下兩點進行評估:
1. 電力系統承受系統設備事故,不致於讓其他設備解聯,或產生連鎖事故的能力。
2. 電力系統在任何情境下都能充足發電及輸電,滿足所有用戶尖峰用電需求的能力。

從供給面而言,輔助服務提供者(ancillary service providers)廣納需量反應、熱泵系統、汽電共生系統、小型燃氣渦輪發電機、電動車與儲能系統等,甚至在虛擬電廠及區域微電網的商業模式下,任何一套主流供電系統失敗,仍有下一個即時備援候補的替代方案。即便在所有備援系統接連失敗的最極端時刻,仍然有可能在短時間維持區域電力系統的孤島運轉(islanding operation)。

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孤島運轉(islanding operation),也就是當微電網檢測出電網外部發生故障,或電力品質不符要求時,電網將即時與市電(Mains electricity,提供給家用或企業使用的一般性交流電)解聯,並獨立運轉的情況。

以綠能為導向的電力系統,是淨零碳排的唯一路徑

泰國曼谷的法政大學校區裝置屋頂型太陽光電板,期待未來許多家戶都能以太陽能發電,減碳又省錢。© Biel Calderon / Greenpeace
泰國曼谷的法政大學校區裝置屋頂型太陽光電板,期待未來許多家戶都能以太陽能發電,減碳又省錢。© Biel Calderon / Greenpeace © Biel Calderon / Greenpeace

臺灣目前的電力系統仍幾乎由台電全盤主責,身為民眾的我們以及企業該如何參與轉型,並降低自身風險?

首先,在電力需求端必須思考更多節能、儲能或調配負載的方案(如需量反應和虛擬電廠等)。再者,在綠電市場開放的狀況下,所有人都不只是電力消費者(consumer),更能夠成為「產銷者」(prosumer)。

除了電力使用以外,可以透過公民電廠、自建再生能源發電設備,甚至是儲能系統,成為電力供應者的角色。這些行動都能夠協助減輕臺灣電力系統的負擔,讓越來越多公眾參與,在電業當中成為貢獻系統的部分力量。

當臺灣各大廠商都因應國際綠色供應鏈的趨勢,承諾使用 100% 的再生能源,發展再生能源已經不再是臺灣能源的選擇題,而是必要的選項。分散式的再生能源發電、發展區域型的智慧電網,不僅可以減緩大型傳統電廠開發案的生態衝擊,更可以分散風險。當家家戶戶、各個廠商都善用自身屋頂和廠房空間發展發電和儲電能力,您我將擁有更健全、有韌性的電力系統。

下載期刊全文,請點擊:《論市場導向之綠電發展策略》

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