【綠色觀點】什麼是鴨子曲線?解決綠電供需不同步,從智慧電網下手

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▲ 美國聖地牙哥的智慧電表,USA-SOLAR/MINORITIES REUTERS/Mike Blake

本文作者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, 現任資策會節能技術經理及綠學院的綠色帶路人。

共同作者楊雅雲,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。 擅長融合營利型公司與非營利組織的強項,將設計思考、 行銷溝通與環境效益三個領域跨界整合,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。

原文 《能源高手的智慧電網商機攻略》刊登於綠學院,INSIDE 獲授權刊登。

在臺灣,作為一個能源業的技術工作者,很悶。

別的產業都在大談創新,國內能源業卻沒什麼跳躍式的進步,負面新聞倒是不少:大潭電廠跳電造成大規模停電、和平電廠電塔倒塌造成全國大停電、公家機關為了度過用電尖峰,仲夏的中午關冷氣,造成公務員熱暈;更別說去年(2017)全年超過 100 天 PM2.5 紫爆,不知道有多少人生病、過敏、花錢看醫生。

這顯得我們這些技術人員很蠢,用著上古神器,放任這麼多問題影響大家的用電品質、健康甚至安全。

當我跟綠學院的綠色帶路人提議不如我們來寫大電網系列文章時,有些人覺得我很蠢,他們說這個時代沒人重視專業,講了也沒人聽,再說了,把自己知道的全講了出去,不是白白把賺錢的機會告訴別人嗎?

我想的恰恰相反。 能源追求的不是單一的最佳解,而是系統的創新解。創新的推動,需要足夠的「思維」濃度和足夠的「牛人」密度碰撞在一起

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。 因此,我和其他幾位綠色帶路人,會擔任「能源白話文運動」的翻譯官,長期駐點在綠學院, 我們會從電網設計的全局思維出發,以科技、技術、市場為支點,為你建構系統性的能源知識框架,助攻在綠色產業裡尋找機會的人、工作者、創業家。

你說,如果我又不在綠色產業,也不創業,了解能源對我有什麼好處呢。好處可多了,現在這麼容易就停電,PM2.5 隨時都紫爆,人們見面聊天總是會聊上兩句。你若看了我們的系列文章,建構了對能源的思維模型,你就不會停留在使用過時的思維抒情,隨口就能說出一些科技最新的進展和知識,既是聊天的話題材料,也能讓別人對你感到佩服,其效果就跟聊 AI 人工智能一樣。

我們今天就先來建構理解能源問題最重要的關鍵知識。大家都知道綠能好,取之不盡用之不竭,零碳排又沒有 PM2.5,大費周章燒煤幹嘛?德國在今年(2018)元旦當天達到全國全日 100% 綠能供電了,你們執政者是傻子啊?

執政者當然不傻。我們就假設正在看這篇文章的你,現在是經濟部長了,你手下的 200 多萬家大中小企業行號都需要用電,準備各式的商品要大賺其錢、繳稅報國。這個時候,你的能源局長,拿著一隻「鴨子」來找你了。

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(圖一)2016 年美國加州的單日用電曲線(資料來源:資策會)

現在我們在看的這張圖,是 2016 年美國加州某個秋日的用電曲線。橫軸是當天的 24 小時,縱軸是電網的負載量,以百萬瓩(1MkW)為單位。

灰線是太陽光電的發電量,太陽能是一種間歇性能源(intermittent energy),白天才有電,其他時間在睡覺。但是大家是睡醒之後要上班,晚上回到家要開冷氣、看電視、上網、洗衣服,誰管你太陽能在睡覺,所以藍線是我們所需要的電量,你看他和灰線的邏輯是很不一樣的。

於是這時就跑出橘線,就是扣除太陽光電後的總負載,也就是其他化石燃料(如煤、油、天然氣)與核能要發的電量。橘線在中午時段因太陽光電充足而負載降低,形狀看起來就像是鴨子的肚子;在日落時段負載升高,就像是鴨子的脖子, 這就是鼎鼎有名的鴨子曲線(Duck curve),也就是為什麼綠能和大夥兒處不來的關鍵。

當一個國家的間歇性能源例如太陽光電占比越高,鴨肚子就會越大,鴨肚子越大,造成的電力調度問題就越大,其他做為基載能源(base load power plant)例如化石燃料、核能等,就會為了大量湧入電網的再生能源,要大幅調整運轉排程,弄得不好,還會大停電。

你作為一個經濟部長,聽到這心裡已經有譜了,但是你不能在你的能源局長面前顯示軟弱,所以你說,德國在今年(2018)元旦當天不就達到全國全日 100% 綠能供電了,別人做得到,我們臺灣一定也可以。

能源局長嘆了口氣說,過去傳統的發電機組在幾十年前設計的時候,可不是像筆電一樣,隨時開關機呢。提早開機或熱機備援來補再生能源,也會多出許多燃料成本,這些都造成基載能源很大的負擔。再說了,德國用 100% 綠能,並不是因此化石燃料就不發電了,因為設備特性與滿足電網備轉需求、維持電網安全,基載能源還是必須繼續運轉發電,多的電還要給別人錢拜託別人來用。

能源局長繼續說,更麻煩的是,老闆行政院長說我們要全力發展電動車,電動車的充電時間也很難掌握,不過可以預期人們晚上回到家之後,就會為他的電動車充電。以特斯拉為例,一組電動車的充電樁充電功率大約是 15kW(220V,23~72A),600 支充電樁運作起來就差不多就是一棟台北 101 夏季尖峰時段的用電量。未來電動車數量越多,鴨脖子也就成了鵝脖子,電力調度的難度與成本就更高了。

這下子你發現經濟部長不好當了,一邊是需要用電的經濟,一邊是一隻鴨子、一堆不受控制的再生能源,以及一個上古神器的電網。

鴨子曲線的問題看似把綠能逼到懸崖邊,提高再生能源占比帶來滿滿的問題與風險,但事實上也帶來滿滿的商機。

身為一個綠色創業者,你要問的正確的問題是,我們如何讓上古神器變身成為智慧電網,解決鴨子曲線問題,讓再生能源完成他的低碳任務?

要讓再生能源受控制,搭配即時電力量測技術、物聯網技術、數據分析技術、儲能技術與智慧變流器(Smart inverter)等,我們可以即時蒐集、甚至預測再生能源發電數據以及控制再生能源發電量的機制。目前國內已經有綠色新創公司進入場域實測階段,智慧變流器的法規與措施也即將在國內上路。

日落之後不要讓基載能源補得那麼辛苦,可以搭配自動需量反應技術、空調需量抑低技術與儲能技術,未來則可從時間電價結構及需量反應措施,在鴨脖子時段獲利。

有這麼多賺錢的技術,為什麼沒聽說有人在賺電網調度的錢?

因為沒有智慧電表,什麼事情都不會發生。智慧電表,就是智慧電網的基礎建設。

沒有智慧電表,在鴨肚子時段不知道可再生能源發了多少電,也不知道負載用了多少,自然也不知道該卸掉多少基載能源、卸多少再生能源。

沒有智慧電表,在鴨脖子時段不知道再生能源掉了多少,也不知道負載用了多少,自然也不知道該執行多少需量反應抑低需量,也不知道該補多少基載能源。

沒有智慧電表,我們窮盡一生,研發所有可能的能源技術,都打敗不了這隻鴨子,也換不來任何綠色新創公司。

國內兩萬多的高壓智慧電表早已佈建完成,可惜因為讀表資料不夠即時、也沒有共通的平台供業界傳遞、交換、認證、應用,讓高壓智慧電表的功效大打折扣。現在商業用戶和住宅用戶的低壓電表也開始佈建了,未來低壓智慧電表的資料第二路徑(Route B)也許有機會擺脫過去高壓智慧電表功能的不足,彌補即時讀表與資料交換的功能。

我們下一篇開始會詳細展開上面所有談到的技術,你可以先來 報名 今年(2018)二月 Green Like We Give A Damn 綠色產業工作者小聚,我會分享智慧電網中最貼近使用者的需量反應商機,揭開從大電力用戶到一般家庭用電戶都可以獲利、節費的不傳之密,我們下周見!

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