台灣的電力要穩定,應該思考「備轉容量」,而非「備轉容量率」

台灣的電力要穩定,應該思考「備轉容量」,而非「備轉容量率」
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我們想讓你知道的是

準備備轉容量,就跟準備後備球員一樣。你是球隊老闆,你會想,要如何用最經濟、又確保能贏得比賽的情況下,準備後備球員?

文:楊雅雲、嚴嘉鑫

新冠疫情解封,這陣子的全民運動就是出去玩,溪邊玩水、爬山、看日環食好不暢快!日環食那天剛好是週日,大家都不用上班,為了看兩百年難得一見的天文奇景,各大觀賞景點人潮塞爆,大家都在FB上炫耀拍攝到日環食的照片。

那天不只你休假,太陽能也休假。因為太陽被月亮遮住了,太陽能板沒事幹。原本還在上工生產約1730MW的太陽能,下午短短的一個多小時,生產力一路降到剩42MW,天哪,發電量掉了98%!

太陽能雙手一攤說:「沒辦法,我是看天吃飯的。」

這對電力系統的衝擊量不小[註一],但當天這種出力變化對台電這頭大牛來說,扛得住。可是我們之前的文章反覆說,2025年太陽光電裝置容量20GW全部上工時,再遇到太陽能發電量瞬間人間蒸發,連台電都只能雙手一攤了。

電力輔助服務是神救援,備轉容量是板凳球員,兩者缺一不可

如果你是一個球隊老闆,遇到先發球員上場打個幾分鐘後竟然跑去睡覺,基本上你的解決方案就是:多買些後備球員,救援、板凳兩相宜。

在電力系統,李維拉這種等級的神救援,就是電力輔助服務;一般板凳球員,就是備轉容量。

電力輔助服務我們已經寫了一系列火紅的文章,我們今天回頭來說說什麼是備轉容量。

備轉容量,就是坐板凳的發電機組,已經完成暖身,有事可快速上場,基本就下面這三種:

  1. 大型機組:例如新式燃氣機組
  2. 中型機組:例如新式燃煤機組、燃氣機組
  3. 小型機組:例如傳統燃煤機組、燃氣機組、(抽蓄)水力機組

要準備多少備轉容量才夠用?《政府要工商業大戶強制節電5%,是絕招還是沒招?》這篇文章中說,現在的規定是台電要準備10%的備轉容量率,備轉容量率就是當天發電量和備用量的比例。

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10%備轉容量率這個規定,有無優化的可能?

準備備轉容量,就跟準備後備球員一樣。你是球隊老闆,你會想,要如何用最經濟、又確保能贏得比賽的情況下,準備後備球員?

同理可證,你也會想,10%備轉容量率這個規定有無優化的可能?

用球隊老闆的邏輯,一個球隊25人,準備10%那就是準備個2.5人,如果只準備2人,少準備0.5人,萬一需要後援上場的時候就沒人了;如果為了要準備這0.5人,則這人只好用兼職的方式,平時讓他去開餐廳賺錢,要打球時再上場。但因為他是兼職,所以平時練習不足,上場打球可能會漏接,甚至可能因為他餐廳有重要的客人要接待,時間喬不出來,所以季後賽他缺席了。

這是什麼邏輯?我從來沒有聽說過用這種策略經營,還能得冠軍的球隊!

使用備轉容量率(%)來執行電力調度的壞處是:夏天會準備太多,冬天則準備太少

備轉容量率是電力供應的馬奇諾防線,在夏天,這條防線大概是3700MW;在冬天特別是春節期間,這條防線大概是2000MW,根據過去的經驗,在一天內最高損失的出力只要超過1800MW,這條防線在冬天很有機會輕易被攻破。

我們確實可以讓救援投手上場,但現有的電力輔助服務暫時不是李維拉,因此我們先簡單理解能守住這條防線的,就是板凳球員,也就是備轉容量。

但是我們在《用韓國瑜的養生邏輯搞懂為什麼我們對能源的「創新思維」常常行不通》為你解釋過電力系統的底層邏輯,每種發電都有需要的喚醒時間,這些「球員」都有它的脾氣,球員會生病(燃氣)、請假(燃煤)、睡覺(再生能源)、退休(核能),不是隨開隨用,也不是說關就可以馬上關。防線拉這麼長,買0.5個球員又不能贏得比賽,你必須讓球員每場比賽都坐在板凳上,只要教練覺得有需要,隨時換他上場才行。用備轉容量率來執行電力調度,邏輯聽著合理,實務上卻優化不足。

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理想的解法是:用備轉容量(MW),不要用備轉容量率(%)

台灣電力系統運轉調度的準則是「發生最大機組N-1跳機事故不能導致低頻卸載,即頻率不得低於59.50Hz連續超過50秒」。什麼是N-1?其中的「1」是指電力系統會為了控制電網頻率而預備的量能,此量能相當於系統中最大的電力供給來源,翻成白話文的意思是要隨時準備一個最大的大型機組當備轉。

實際運轉時,除符合上述規劃外,還須維持系統穩定運轉與機組故障後之備援需求,因此一般是使用N-2原則。

既然都已經是用「量」的角度在思考,備轉容量率(%)何不也改用備轉容量(MW)呢?

剛剛說的三種可以出力的機組,依目前台電的系統,其出力大小分別為:

  1. 大型機組可以出力1000MW
  2. 中型機組可以出力800MW
  3. 小型機組可以出力600MW

混搭之後,要達到充足的備轉容量,我們可以準備兩台大型機組共2000MW,安全起見再加上一台中型機組800MW作為系統調整頻率使用,總共2800MW的備轉容量,之後再根據再生能源的併網進度動態調整,這樣馬奇諾防線就不容易攻破。

用備轉容量(MW),不要用備轉容量率(%),就是我們提出的解法。

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One more thing,身為球隊老闆,你不應該限制教練哪些球員可以用,哪些球員不能用,既然花錢買了球員,就要好好用,不用那就不要買!

在能源業,可怕的不是能源高手比你努力,而是高手的全局思維比你正確太多。恭喜你,透過這篇文章,你與能源高手的距離又拉近了一步。

註解

  • 2020年6月20日當天下午的日環食,使太陽能發電量減少約1688 MW,以其太陽能發電量最低點時的電力系統總負載29295MW計算,此出力損失約占電力系統總負載之5.8%,幾乎等於備轉容量率燈號亮橘燈的警戒程度

作者簡介

楊雅雲:受到紀錄片《不願面對的真相》啟發,2009年大跨度轉行到台達電子文教基金會,領導莫拉克風災校園重建—那瑪夏民權國小重建工作。稀有的大跨度整合型專家,專業領域包括新能源、智慧電網、電動車、儲能、節能、循環經濟、綠建築,擅長把最專業的綠色科技行話,翻譯成最淺的白話文說出來。2014年創辦綠學院,同時為Green Impact Lab綠色創業加速器的共同創辦人,著有《綠領建築師教你設計好房子》一書。

嚴嘉鑫:有著非常嚴謹的工程師思維,鑽研能源資通訊技術多年,擅長節能、需量管理、智慧建築、智慧家庭等領域。不斷地思考與尋找既保護環境、又能永續經營的商業模式與能源資通訊產品,正好遇上全世界吹起的人工智能風口,希望在能源轉型浪潮中貢獻一己之力,將資通訊系統智慧化,現任思納捷科技產品部經理及綠學院綠色帶路人

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本文經綠學院授權轉載,原文刊載於此

責任編輯:丁肇九
核稿編輯:翁世航


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台美減碳有「共同國家策略」!專家看好低碳汽油合作

台美減碳有「共同國家策略」!專家看好低碳汽油合作
Photo Credit:財團法人環境與發展基金會、美國穀物協會

我們想讓你知道的是

財團法人環境與發展基金會攜手美國穀物協會舉辦「全球推動低碳汽油融入淨零碳排趨勢系列座談」,邀請台美專家共同與談,專家表示,低碳汽油減碳成效佳,已助力全球60餘國的運輸減碳,台灣應將低碳汽油納入2050淨零碳排國家戰略,加速運輸部門邁向零碳。

財團法人環境與發展基金會、美國穀物協會日前舉辦「全球推動低碳汽油融入淨零碳排趨勢系列座談」,包括美國在台協會、行政院能源減碳辦公室、經濟部、環保署、台灣中油、台塑石化以及國內外專家共同與會,針對台灣導入低碳汽油,加速運輸部門邁向零碳進行討論。環境與發展基金會蔡俊鴻董事長表示,低碳汽油已在超過60個國家普遍採用,導入低碳汽油對於運輸部門有立即的減碳效果。台灣2050淨零碳排轉型是整體性的國家戰略,任何助於減碳的策略都應被討論,重點在於國家是否真的有減碳的決心。

圖一:合照
Photo Credit:財團法人環境與發展基金會、美國穀物協會
全球推動低碳汽油融入淨零碳排趨勢座談,共同探討可行的減碳方針與策略。來賓自左起為:台榮周忠平副理、台塑石化李後昆處長、台灣綜合研究院柯亮群所長、經濟部工業局潘建成組長、行政院能源及減碳辦公室黃錦明科長、臺灣師範大學葉欣誠教授、美國在台協會(AIT)王睿珂(Erich Kuss)組長、美國穀物協會盧智卿駐台代表、環境與發展基金會蔡俊鴻董事長、環保署氣候變遷辦公室蔡玲儀主任、循環台灣基金會黃育徵董事長、經濟部能源局蔡秀芬組長、中油王淑麗組長、中華氣候變遷暨農業發展學會張學義委員、台塑洪宗益協理。

全球正面臨氣候變遷與能源轉型的重大挑戰,亟需有效且可行的減碳方法。美國在台協會王睿珂組長致詞時表示,台灣與美國都有邁向淨零碳排的目標。美國是全球推動低碳汽油的先驅,美國長年採用低碳汽油作為解決溫室氣體排放的策略之一,不僅減碳效果立竿見影,更提供消費者減碳的選擇。台美是重要的能源戰略合作夥伴,盼透過此次座談交流,促使雙方在減碳路上更進一步合作,實現淨零碳排的願景。

圖二:AIT農業組組長
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美國在台協會農業組組長王睿珂表示,台美是能源合作戰略夥伴,盼能加強交流、合作實現淨零碳排的願景。

環保署氣候變遷辦公室蔡玲儀主任強調,台灣正在研擬2050淨零路徑規劃,總共12項關鍵戰略,其中也包括運具邁向無碳化。確實政策推動不可能一次到位,一定是從低碳逐漸邁向無碳,機車就是很好的例子。台灣運輸部門的主要排放源是汽車和機車1400萬輛,目前環保署鼓勵淘汰老舊機車,也有助於減碳。低碳汽油在世界各國早已廣泛運用,最重要的是如何進行社會影響面評估,做好公眾溝通,讓民眾能夠接受。此次座談針對技術面、產業面問題都有探討,相信資料彙整後對運輸部門如何減碳有更多的幫助。

圖三:環保署蔡玲儀主任
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環保署氣候變遷辦公室蔡玲儀主任表示2050淨零目標無法一次到位,轉型過程一定是從低碳到無碳。

美國穀物協會乙醇技術顧問Rowena Torres-Ordonez以美國推動低碳汽油基礎設施以及車輛適用性評估進行專題演講分享。她表示,美國推動低碳汽油已有近半世紀的歷史,從歷年的統計數據來看,汽車兼容E10低碳汽油已不是問題,所有廠牌汽車皆可直接使用。尤其低碳汽油具有親水性的問題,美國已經建立完善的指導原則和知識體系,透過核心技術將乙醇和水相分離(phase separation),以穩定油品的品質,確保低碳汽油輸配系統全程保持乾燥。例如每個配送點都會檢測含水量,避免水干擾問題,而對比過去E3低碳汽油,E10低碳汽油對水份的抵抗能力更強,並不會影響到行車安全。Rowena更進一步表示,減碳、低污染必須倚靠多元策略並進。低碳汽油非常容易推動,唯一要做的就只是替換原本的汽油,對於民眾、社會不易造成影響,卻能立即減碳。Rowena強調「假設 2040 是淨零碳排階段目標,那我們該如何思考從現在過渡到2040?低碳汽油與電動車策略完全不衝突,可以同時共進」。

國立臺灣師範大學永續管理與環境教育研究所葉欣誠教授認為,在社會公正轉型的基礎上,低碳汽油在技術上絕對是解決氣候變遷的可行解方。曾有民調指出,許多民眾認為電動車是高價產品,負擔不起,導致短時間內電動車無法普及。淨零轉型的過程必須特別注重社會階級的公平、公正,若能直接從傳統燃油的成分調整達到減碳效果,是相當務實的做法。另一方面,從實務上來看,電動車所需的電力仍有八成以上倚靠火力發電,因此運具全面電動化並非淨零碳排的終點。況且,能源選項的多元化,其實是對台灣能源安全的保障。葉欣誠教授強調,關鍵還是在於政策推動的決心,尤其政府單位應由誰主責,低碳汽油的推動涉及行政院能源減碳辦公室、環保署、經濟部、交通部等多個單位,必須有明確的任務賦予。

圖四:葉欣誠教授
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台灣師範大學永續管理與環境教育研究所葉欣誠教授認為電動車短時間內無法普及、且電力碳排仍高,應該從務實角度思考導入低碳汽油。

台塑石化股份有限公司洪宗益協理表示,只要政府政策明確,推動E10低碳汽油在技術上不是問題,若能循序漸進推動轉型,配合誘因機制和輔導,消費者應該可以接受低碳汽油,畢竟電動車政策無法一步到位。公正轉型絕對是減碳過程中必須關注的環節,尤其年輕世代,機車擔任主要的短程工具,更是經濟弱勢族群的移動需求核心,如何讓他們也能參與減碳是政府必須思考的。這也帶出一個思考的出發點,減碳轉型究竟只能從購買運具更換的思維出發,還是可以讓既有交通運具也能扮演減碳的角色?

中華氣候變遷暨農業發展學會張學義委員表示,社會對於低碳汽油的原料一直有所誤解,目前仍有人認為能源作物可能與糧食相互競爭。事實上全球農作物生產效能歷經數次突破性成長,其產能用於供應生質燃料的比例不到5%,影響微乎其微,燃料會與糧食競爭的說法早已是過去式,這點政府有責任廣為宣導。低碳汽油能直接達到減碳、減少空污的效果,包括美國在內的先進國家已經提供很多極好的導入經驗,油品問題無須擔憂,只是過往E3低碳汽油效果有限,E10的效益相對顯著。張學義委員補充,台灣電力供應源的轉換各界都有疑慮,思維不應綁在運具轉換,而是整體上如何導入乾淨能源。

台灣綜合研究院柯亮群所長指出,從策略規劃的角度,所有有助減碳之選項都應納入思考範圍。資料顯示低碳汽油生產的碳強度在持續下降,若要驗證所使用的原料是否永續,可以參考德國生質能源料源之永續性認證制度、或歐盟永續性生質燃料標準。若從整個生命週期證實是有減碳效益,對未來社會大眾推廣也有幫助。其次,淨零碳排轉型的過程,公正轉型絕對是重要議題。尤其台灣具有大量機車的社會特殊性,其代表轉型的背後,受影響的不只是燃油車廠商,更包括不一定有能力轉換電動運具的一般民眾。建議政府可盤點目前低碳汽油適用機車類型,以明確低碳汽油在轉型過程中可帶來之「公正」社會效益。

循環台灣基金會黃育徵董事長則表示,淨零碳排必須是跨國、跨產業的合作行動,才可能共解氣候危機,這不是單純的貿易關係。樂見台美能源戰略夥伴有更緊密的合作。黃育徵也補充,要達成淨零碳排目標,整個社會都必須思考新經濟模式,非僅有供給端的改變,更需要考量需求端的槓桿角色。民眾必須有意識的改變自己邁向淨零生活,才能帶動淨零生產。

行政院能源及減碳辦公室黃錦明科長表示,不論是從消費端推動低碳汽油、或從產業端推動電動車,同樣都可以協助運輸部門減碳,對運輸部門達成2050淨零排放的階段減碳目標有很大幫助。目前應優先評估是否納入國家淨零碳排減碳戰略中,確定納入國家政策推動方向後,再由主政部門規劃具體推動作法與分工,較為可行。黃錦明科長認為,導入低碳汽油最重要的是相關標準的訂定,可由公協會依照市場需求提出E10低碳汽油的油品標準,提供給標檢局審查,同時參考國際經驗建立相關的標準作業程序,減少運輸、摻配、貯存過程中可能讓汽油變質的問題。建議系列座談未來可更務實討論,包括交通部公路總局、經濟部國營事業委員會、經濟部標準檢驗局、汽機車相關公協會都應參與討論。

在車輛適用性的問題上,國際上雖然已有相當豐富的證實研究,美國再生能源協會(RFA)也在全球七國進行研究,機車也能直接使用低碳汽油,經濟部永續發展組潘建成科長仍建議,若要增加對民眾的信心,應要有本土科學數據的研究,才能夠提高民眾的信任。經濟部能源局蔡秀芬組長也表示,品牌車廠角色也可加入討論,讓原廠能夠向車主說明低碳汽油的適用性,民眾的疑慮也會降低。

圖五:蔡俊鴻董事長_and_盧智卿駐台代表
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財團法人環境與發展基金會董事長蔡俊鴻、美國穀物協會駐台代表盧智卿表示,低碳汽油已為全球超過60個國家帶來相當可觀的減碳效益,盼與政府共同合作台美淨零碳排行動。

美國穀物協會盧智卿駐台代表結語時表示,低碳汽油已為全球超過60個國家帶來相當可觀的減碳效益,甚至帶動農業的升級轉型。美國十分願意與台灣政府、民間共同努力,將成功的經驗、技術專業等資訊與大眾進行交流,與台灣政府一同達成2050淨零碳排目標。


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