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能源小學堂

從「穩定、基載」到「彈性、殘載」:電力調度的挑戰與變化

2019/12/31

電力調度是能源系統中非常重要的一環,為了確保供電無虞,以及穩定電網運行,必須有效的管理每一種能源的生產、運輸以媒合各地用電需求。隨著能源轉型的浪潮在全世界蔓延,新的能源調度概念也開始出現。

傳統電力調度-追求運轉不間斷的「基載」發電
傳統電力系統的發電結構中,將能源分為「基載」、「中載」和「尖載」電力。基載是指能24小時持續運轉,滿足日常最低用電需求的電力;中載和尖載則是能夠在短時間內運轉發電,並在用電尖峰時段,由電力調度中心調度投入補足用電缺口的電力來源。

最常見的基載電力為燃煤與核能發電設備,日夜不間斷的輸出穩定電力;常見的中載與尖載電力則包含燃氣發電、燃油發電和抽蓄式水力發電等,在單只有基載無法負荷用電的時段即時啟動,以補足用電高峰需求。


燃煤發電可日夜不停運轉,和核能發電一樣被視為基載能源的一種。(圖片來源:EnBW安能)

電力調度觀念轉型-以彈性調度來滿足「殘載」電量
隨著世界各國電力系統中的再生能源發電量比例提高,變化性高的再生能源不再適用傳統電力運輸的基載觀念。因此,新電力系統調度思維開始在再生能源大國流行開來。

較早發展能源轉型的國家或地區,包含德國、丹麥、澳洲和美國加州等,開始提倡「彈性」的電力系統。台大風險社會與政策研究中心指出[註1],這個思維的核心概念是,先看負載當中有多少電力能由容易受自然環境影響的間歇性能源,如風力、潮汐、太陽能等再生能源所產的電力併入電網中;同時搭配可快速開啟或關閉的彈性可控制能源,如燃氣、抽蓄式水力等,以滿足剩下的「殘載」電量(即總電力需求扣除再生能源電力的剩餘負載電力)。

國際能源總署(IEA)則強調,在新的電力調度概念中,為了增加電力系統的彈性,可從發電廠、電網、需量管理以及儲能四個方面著手[註2],並依據電力系統彈性要求分為六個階段,並提出在各個階段可如何加強。除了技術方面,IEA也建議不同階段亦需要適切的法規與市場設計,才能更全面的增進電力系統彈性。


國際能源總署(IEA)依據電力系統彈性要求分為六個階段,並提出各階段所面對的挑戰與因應之道。(圖片來源:IEA-Status of Power System Transformation 2019)

安能集團自2013年開始推動能源轉型,致力於降低彈性較低(無法快速開啟和關閉)的傳統可控能源,如燃煤和核能;並提高具有間歇發電特性的再生能源(VRE),以及彈性較高的可控能源,如抽蓄式水力發電和燃氣發電,以此類能源來補足再生能源發電不足時的「殘載」空間。


安能自2013年開始致力於推動能源轉型,在減少低彈性能源的同時,持續發展間歇性的再生能源(VRE)和彈性較高的燃氣、抽蓄式水力等,兼顧穩定供電與環境永續。(圖表來源: EnBW安能)

在同時搭配這樣的能源配比發展,安能集團也持續投入研發數位化的智慧電網與儲能技術,以配合更彈性的電力調度計畫。在兼顧穩定供電的前提下,推動能源與環境的永續發展。


圖中為安能集團旗下專精於電網事業的子公司Transnet BW的電網中控室,可隨時監看整個地區的發電與配電情形,讓能源更有效率的調度。(圖片來源: Transnet BW)

全球的能源發展在過去數十年間發生了極大的改變,從追求穩定的基載到發展彈性的調度,每個國家都有不同的做法。而在未來,也許對於電力調度也能有更多不同的想像!

 


引用資料
[註1] 國立台灣大學社科院風險社會與政策研究中心-
打造新電力系統—彈性且永續的轉型展望
[註2]國際能源總署-Status of Power System Transformation 2019

資料來源
1. 國際能源總署-
Status of Power System Transformation 2019
2. 國立台灣大學社科院風險社會與政策研究中心-打造新電力系統—彈性且永續的轉型展望
3. 環境資訊中心E-info-迎接再生能源 我們需要更彈性的電力系統
4. 21世紀再生能源政策網路研究機構(REN21)-FEATURE: DECONSTRUCTING BASELOAD
5. EnBW Energie Baden-Württemberg AG

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