还记得前阵子的日环食奇景吗?那天不只你休假,太阳能也休假。原本约 1,730MW 太阳能发电量,当天下午生产力一路降到剩 42MW,发电量掉了 98%。想帮助太阳能这位不稳定的先发投手,就要板凳备转容量帮忙。 日环食当天的情况,对目前台电来说不是太大问题,但到了 2025 年太阳光电装置容量 20GW 全部上工时,再遇到太阳能发电量瞬间人间蒸发,台电也只能双手一摊。
电力辅助服务是神救援,备转容量是板凳球员,两者缺一不可
如果你是一个球队老板,遇到先发球员上场打个几分钟后竟然跑去睡觉,基本上你的解决方案就是:多买些后备球员,救援、板凳两相宜。对电力系统来说,李维拉这种等级的神救援,就是电力辅助服务;而一般等级的板凳球员,就是今天讨论的主角“备转容量”。
备转容量,就是坐板凳的发电机组,已经完成暖身,有事可快速上场,包括下面三种:
- 大型机组:例如新式燃气机组
- 中型机组:例如新式燃煤机组、燃气机组
- 小型机组:例如传统燃煤机组、燃气机组、(抽蓄)水力机组
要准备多少备转容量才够用?现在的规定是台电要准备 10% 的备转容量率,备转容量率就是当天发电量和备用量的比例。
准备备转容量,就跟准备板凳球员一样。球队老板要如何用最经济、又确保能赢得比赛的情况下,准备后备球员?同时,你也会想,10% 备转容量率这个规定有无优化的可能?
用球队老板的逻辑,一个球队 25 人,准备 10% 那就是准备个 2.5 人,如果只准备 2 人,少准备 0.5 人,万一需要后援上场的时候就没人了;如果为了要准备这 0.5 人,则这人只好用兼职的方式,平时让他去开餐厅赚钱,要打球时再上场。但因为他是兼职,所以平时练习不足,上场打球可能会漏接,甚至可能因为他餐厅有重要的客人要接待,时间乔不出来,所以季后赛他缺席了。
这是什么逻辑?我从来没有听说过用这种策略经营还能得冠军的球队!这就是备转容量率(%) 来执行电力调度的坏处:夏天会准备太多,冬天却准备太少。
备转容量率是电力供应的马奇诺防线,在夏天,这条防线大概是 3,700MW;在冬天,特别是春节期间,这条防线大概是 2,000MW,根据过去的经验,在一天内最高损失的出力只要超过 1,800MW,这条防线在冬天很有机会轻易被攻破。
我们确实可以让救援投手上场,但现有的电力辅助服务暂时不是李维拉,因此我们先简单理解能守住这条防线的,就是板凳球员,也就是备转容量。
每种发电都有需要的唤醒时间,这些“球员”都有它的脾气,球员会生病(燃气)、请假(燃煤)、睡觉(再生能源)、退休(核能),不是随开随用,也不是说关就关。防线拉这么长,买 0.5 个球员又不能赢得比赛,你必须让球员每场比赛都坐在板凳上,只要教练觉得有需要,随时换他上场才行。用备转容量率来执行电力调度,逻辑上合理,实务上却优化不足。
理想的解法是:用备转容量(MW),不要用备转容量率(%)
台湾电力系统运转调度的准则是“发生最大机组 N-1 跳机事故不能导致低频卸载,即频率不得低于 59.50Hz 连续超过 50 秒”。什么是 N-1?其中的“1”是指电力系统会为了控制电网频率而预备的量能,此量能相当于系统中最大的电力供给来源,翻成白话文的意思是要随时准备一个最大的大型机组当备转。
实际运转时,除符合上述规划外,还须维持系统稳定运转与机组故障后之备援需求,因此一般是使用 N-2 原则。
既然都已经是用“量”的角度在思考,备转容量率(%)何不也改用备转容量(MW)呢?
刚刚说的三种可以出力机组,依目前台电系统,出力大小分别为
- 大型机组可以出力 1,000MW
- 中型机组可以出力 800MW
- 小型机组可以出力 600MW
混搭之后,要达到充足的备转容量,我们可以准备两台大型机组共 2,000MW,安全起见再加上一台中型机组 800MW 为系统调整频率使用,总共 2,800MW 的备转容量,之后再根据再生能源的并网进度动态调整,这样马奇诺防线就不容易攻破。
用备转容量(MW),不要用备转容量率(%),就是我们提出的解法。
One more thing,身为球队老板,你不应该限制教练哪些球员可以用,哪些球员不能用,既然花钱买了球员,就要好好用,不用那就不要买!
在能源业,可怕的不是能源高手比你努力,而是高手的全局思维比你正确太多。恭喜你,透过这篇文章,你与能源高手的距离又拉近了一步。
注:2020 年 6 月 20 日当天下午的日环食,使太阳能发电量减少约 1,688MW,以太阳能发电量最低点时的电力系统总负载 29,295MW 计算,此出力损失约占电力系统总负载 5.8%,几乎等于备转容量率灯号亮橘灯的警戒程度
(作者:杨雅云、严嘉鑫;本文由 绿学院 授权转载;首图来源:pixabay)