【綠色觀點】沒停電不代表系統穩定:台灣電力調度的難題

電力系統做的事情簡單來說就是發電、輸配電和售電。發電的電力有幾個來源,煤、石油、天然氣、核能、抽蓄水力、再生能源,選項並不多。每種發電都有需要的喚醒時間,不是隨開隨用,也不是說關就可以馬上關。
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本文作者吳進忠,年少時聽聞孫運璿運籌帷幄、指揮若定,如何在五個月內復原臺灣 80% 的供電系統,打敗日本人預言的傳奇故事。長大以後成為電力工程師,眼看著這個活兒就是一輩子。閉著眼睛就知道明天的備轉容量率要亮什麼顏色的燈,卻迷惘於國家的電力系統未來要往哪裡去。近年用心研究各國電力調度與市場的創新策略,曾獲邀擔任亞太經濟合作會議 (APEC) 特聘電力能源專家,同時為台灣科技大學電機系兼任副教授,也是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。

原文刊登於綠學院,INSIDE 獲授權轉載。

前一陣子特斯拉大降價新聞洗版各大媒體版面,網路上一堆人留言說電動車無法普及是因為價錢太高,降價一半還是買不起。但是同一時間,我們的電動車系列文章也是洗版各大社群且更多人留言,因為他們和我們一樣都發現,電動車發展的關鍵並不是錢,而是背後涉及的電力調度問題。

我們在專欄裡常講,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。我和其他幾位綠色帶路人,會接棒「能源白話文運動」的任務,長期駐點在綠學院,我們會從電網設計的全局思維出發,以技術、政策、法律、市場為支點,為你建構系統性的電力系統知識框架,助攻在綠色產業裡尋找機會的人、工作者、創業家,以及政策制定者。

電力系統像一個超大的人體系統,做的事情就是四個字:發輸配售

電力系統是一個超大的人體系統,做的事情簡單來說就是發電、輸配電和售電,簡稱發輸配售。發電的電力有幾個來源,煤、石油、天然氣、核能、抽蓄水力、再生能源,選項並不多。每種發電都有需要的喚醒時間,不是隨開隨用,也不是說關就可以馬上關。

跟人體的健康狀況隨時都在變化一樣,電力機組也不會電一上就非常穩定,機組有它運轉的限制,不是說它的發電容量有多少,就可以發多少電。機組和人一樣也會「中暑」,例如當溫度高於攝氏 34 度的時候,燃氣的複循環機組就會中暑,因為溫度太高會影響它的進氣量,發電就沒辦法滿載。

這些「球員」都有它的脾氣,現在又新來一個再生能源,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,這使得白天時段傳統機組使不上力,有些機組只好解聯待機,但太陽能睡覺的時候用電需求還是在啊,這就是《能源高手的智慧電網商機攻略》中談到的鼎鼎大名的鴨子曲線

為了處理鴨子曲線,於是就讓很快可以喚醒的、不必太多熱身就可以上場的球員,例如讓燃氣的複循環機組早上 9:00 解聯,下午 3:00 再併聯,然後讓抽蓄水力機組調整至白天時段抽水,其他時段發電,適應太陽能的作息時間。

電力調度的目的是用最經濟、最有效率的方法確保電力系統的供電穩定與安全

所以你看,管理輸配電的電力調度中心,他的工作非常吃重,對內,他要掌握所有可用之兵的作息;對外,他要正確預測你什麼時候要用電、要用多少電,用最經濟、最有效率的方法確保電力系統的供電穩定與安全。

既然最重要的是確保供電穩定與安全,所以安全第一(包括人員安全、設備安全、系統安全),其次才是考慮必須符合其他非安全限制條件下的最低成本,例如環保限制(不可以排放過多的 CO₂、NOx、SOx 等),最後才是降低發電成本。換言之,如果影響到電力系統的供電穩定與安全時,可以不用考慮發電成本,甚至短時間內可以暫時放寬環保限制條件。

你可能會覺得在空污這麼嚴重的狀況下,放寬環保限制是不可思議的,但是這就跟人體系統一樣,遇到生死交關時會本能求生,身體會自動關閉某些器官的運作,減少耗能幫助你度過難關。所以電力調度是「選擇題」,而不是「是非題」,電力調度需要很多彈性空間,所有對電力調度的限制條件除了原則性的限制外,應該要提供一些可以例外處理的彈性,這樣電力調度人員就可以在盡量滿足諸多限制下確保電力系統的供電穩定與安全,盡量降低發生停、限電的機率。

走在馬路上不會突然暈倒不代表身體健康,同理可證沒停電也不代表電力系統很穩定

自遷台以來,我國遇到電力系統全黑(Blackout)的情況少之又少,以至於只要台電一談到要確保電力系統的供電穩定與安全時,大家都會覺得台電又在恐嚇人民了。

因為電力調度實在是一個相當複雜的議題,所以我們就再來用人體系統打比方。在高度壓力的商業社會中,我們幾乎每一個人都帶著身體不適與心理創傷在外面行走,表面上我們每天準時打卡上下班,但其實我們每個人都稱不上健康,我們只是走在馬路上不會突然暈倒而已。電力系統也是一樣,全黑就如同走在馬路上會突然暈倒,但我們現在每天的電力調度,常常都在走鋼索,因為球員常常生病(燃氣)、請假(燃煤)、睡覺(再生能源)、退休(核能),可用之兵越來越少。

我們常常聽到說用電吃緊的時候就要調頻,為什麼需要調頻?頻率是供需平衡的指標,頻率偏低表示系統電力供給無法滿足用電負載需求,也就是我現在能發的電少於你要用的電,這時只好低頻電驛動作卸載,供給少一點給用電的設備。

身體也會遇到同樣的狀況,大腦每天耗費大量的心神,因此需要大量的血液供給,而肝腎儲備不夠用了,只好每個器官都分少一點供血量。這種方式偶一為之是無所謂,但是如果常常這樣做,其他器官長期沒有足夠的血液,就會影響其機能,你的身體當然就得出問題。

電力調度就是如此。我們現在三不五時就用電吃緊,於是趕緊低頻卸載,表面上看起來電力系統沒有全黑,但這對用電設備多有損傷,這不是一個健康的電力系統長期該有的狀態。

尤其電力調度除了要考慮當下電力系統供需情況,還要考慮未來幾個小時、隔天或未來幾天可能面對的情境,也就是說電力調度不僅要解決當下的供需平衡問題,同時也要替未來可能的供需情況保留可行的空間。因此為了不要長期在耗損的狀態,我們要老老實實增加發電供給(也就是要補肝腎)才行。

台電有沒有動機藏電?

另一個大家常有的想法是,既然我們這麼少遇到電力系統全黑,怎麼折騰台電也不會死,那表示台電一定有藏電,有發電機組故意閒置在一旁,創造電力供應不足的假象。

而且當你攤開機組的發電容量和實際發電量,兩者數字真的都有不小的落差,你就會更加強化你的想法。

可惜這種想法是錯的!前面提到,機組也有它運轉的限制,不是說它的發電容量有多少,就可以發多少電,機組和人一樣也會生病中暑,而且機組也有勞工權益,需要休假,進場保養檢修。

更重要的是,我們要檢驗台電有沒有動機藏電。

台電的存在就是為了確保電力系統的供電穩定與安全,把明明有生產力的機組閒置在一旁,創造電力供應不足的假象,不就正好無法確保供電穩定與安全?台電的員工不會因為藏電而拿到更多獎金,董事長甚至會因為沒有達成供電穩定與安全的 KPI 而下台,怎麼看都不是養生之道啊。

下一篇,我們來談另一個常見的思維謬誤,「南電北送」的自掃門前雪思維。

責任編輯:Mia
核稿編輯:Chris

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