【綠色觀點】太陽能和風力發電併網的神救援!三分鐘帶你搞懂電力輔助服務

特斯拉花了二個多月的時間在南澳州建置全球最大電網級儲能電站,電站建置完成後就馬上成功避免兩次可能的大規模停電,在電網危急的時候立刻供電給電網。
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REUTERS/達志影像
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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。

原文刊登於綠學院,INSIDE 獲授權轉載。

前面幾篇我們談到再生能源發電的間歇性、不易預測性,以及電動車對負載的不易預測性,這些都是電力調度的最大挑戰,輕者會導致系統頻率不穩定、區域電網電壓變動過大;嚴重時可能導致輸電線路壅塞、區域電網電壓不穩定、系統頻率驟降,引發低頻電驛動作卸載,影響供電可靠度。

工程師遇到問題,首先想的就是要怎麼解決。活潑的再生能源和電動車對電力系統供需平衡與電網運轉產生影響?OK,那我們來看看手上有什麼武器可以處理,以及什麼時間進場處理,可以達到最大的功效。

這個武器,就是電力輔助服務配置足夠的各類電力輔助服務,使系統發電及負載得以維持平衡、確保系統穩定,即使再生能源發電量瞬間減少很多,或是大家忽然都在同一時間替電動車充電,我們也不怕。

電力輔助服務包括快速反應備轉容量(Fast Responsive Reserve)、調頻備轉容量(Regulation Reserve)、即時備轉容量(Spinning Reserve)、補充備轉容量(Supplemental Reserve)四種。翻成白話文的意思就是,當發電端或需求端突然有大變動時,我手上有其他的武器可以調度出來,上場打仗。

▲各類輔助服務依反應時間及來源分類。資料來源:吳進忠

電力輔助服務的 4 大武器 — 需量反應、儲能系統、發電機組及自用發電設備

武器的來源其實並不多,一般包括需量反應、儲能系統、發電機組及自用發電設備。在之前的文章《政府要工商業大戶強制節電 5%,是絕招還是沒招?》中,我們已經詳細介紹需量反應是如何透過用戶群代表(aggregator)在很短的時間內呼叫他的樁腳們開始降低用電量的。

至於儲能成功救援的最佳案例,就是特斯拉(Tesla)花了二個多月的時間在南澳州建置全球最大電網級 100MW/129MWh 的儲能電站(Battery farm),電站建置完成後就馬上成功避免兩次可能的大規模停電。儲能的啟動速度可以比需量反應更快,只需毫秒就可以將它喚醒,在電網危急的時候立刻供電給電網,堪稱是神救援!

除了需量反應和儲能系統之外,其他的武器需要較長的暖機時間才能喚醒,例如我們在《沒停電不代表系統穩定:台灣電力調度的難題》提過的抽蓄水力機組,他可以在收到併聯發電指令後 3-5 分鐘內進場救援,另外就是燃氣複循環機組,它可以在 15 分鐘內進場,兩者都是後期能提供大量電力的可靠武器。

電力調度的 6 大策略

有了這些武器之後,我們必須在電力調度上採取積極的策略,因為購買武器、保養武器和維護武器可都是要花錢的,要善加運用才能達到最大的效益,少花冤枉錢。我在綠色創業家社群五月(2019)即將舉辦的小聚中,會細部展開下面六大電力調度策略:

1. 建立電力市場機制,推出電力輔助服務

調度中心必須配置適量的各類電力輔助服務,使系統發電及負載得以動態維持平衡;另依國外調度中心運轉經驗,建議宜儘速建立電力市場機制,電力調度中心可透過電力市場取得必要的電力輔助服務,例如「自動反應型需量反應」等,因應大量再生能源併網和電動車對負載的衝擊

2. 提高發電端和需求端的預測能力

我們應該運用科技,提高再生能源發電預測的準確性與重新調度程序,以及增加電動車充電負載變動的參數進系統中。理想上必須準確預測明天 24 小時的發電出力,電力調度中心在日前機組排程(Day-ahead unit commitment)作業才能準確且有效進行。通常在前一天就要依據電網安全限制的要求,同時考慮各電廠各項環保限制進行次一日最經濟的機組發電排程規劃,如此才能確保次一日電力系統的穩定與安全

3. 完善電力調度控制機制與系統

台電和再生能源業者要一起合作建置「再生能源管理系統」,包括再生能源發電量日前及即時預測、監控及調度管理等

4. 修訂再生能源併聯技術法規

再生能源併到電網,應該要遵守電網的遊戲規則,不能只負責發電賺錢,其他的事情都推給台電。設立好責任分界點,管制再生能源於責任分界點的負載變動率 (ΔP)、電壓變動率 (∆V)、電壓 / 頻率穿越(Voltage & Frequency Ride-Through)、功率降載能力(Power Curtailment)、可設定之升 / 降載率(Ramp Rate Limitation)、調速機功能(Governor)等,減少對電網的衝擊,並透過費率機制鼓勵再生能源業者設置適當之儲能設施

5. 增加可快速喚醒的燃氣複循環機組

天然氣雖然有其他問題,但不可否認它是個動作迅速的武器,對於電力調度來說確有必要

6. 增加調度人力專責監控再生能源變動,加強即時運轉控制

因應再生能源發展及電動車負載變動情境,加強電力調度人員相關訓練,針對各種可能風險進行定量分析、改善,並動態考慮特定的風險,包括:最大可能預測誤差、淨負載變動、系統慣性的質量與能量變化、輔助服務需求動態調整等

期待在小聚中與你有更多的交流與討論,上古神器的電網要升級成為智慧電網,需要所有電網的參與者一起齊心齊力,發揮孫運璿那一代人的拚搏精神,再創另一個電力奇蹟!

責任編輯:Mia


精準媒合,成為企業 100% 留用的 5G 新星

「大家最為關心的,就是人才缺口」經濟部工業局呂正華局長點出產業問題缺口,與資策會教研所、學界攜手合作,自去年起,已超過 600 名新星參與 5G 產業媒合。
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經濟部工業局呂正華局長洞察產業痛點,積極培養新興人才。 Photo Credit: 5G+ 產業新星揚帆啟航計畫團隊
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「大家最為關心的,就是人才缺口」經濟部工業局呂正華局長點出產業問題缺口,與資策會教研所、學界攜手合作,自去年起,已超過 600 名新星參與 5G 產業媒合。


第一次工業革命催生了現今的製造業,而 5G 將驅動世界又一次進化。 5G 網路具備超大頻寬、海量連結、超低延遲等特性,網速比 4G 快 10 倍以上,透過專網覆蓋,能承載各種需要龐大資料流量的智慧化服務,讓過去只存在於科幻小說中的場景有望逐一實現。

根據全球行動通信協會( GSMA )統計,至今( 2021 )年 6 月已有 69 個國家、 166 家電信廠商推出 5G 服務,顯見各國都強力聚焦發展 5G 通訊科技,預計 2025 年可達 18 億用戶規模。臺灣也於去年 2 月完成國內首波 5G 頻段競標,各大電信業者積極建設基地台,不落於美、日、韓等國之後。

雖然在疫情肆虐下不免打亂既有布局,但正因我們的食衣住行育樂都被迫數位化,反而讓 5G 在數位醫療、虛擬娛樂、擴增實境、加密裝置等跨領域的應用,因為需求而產生更多可能性。企業趁疫情之際加強練兵,加快轉型升級腳步,也需要更多新血加入。

首重跨領域 企業樂於從頭培養人才

經濟部工業局長呂正華表示,臺灣資通訊產業發展成熟,政府也全力扶植,「大家最為關心的,就是缺人才」。儘管商機潛力無窮,許多致力於商品化的企業都還是頻喊找不到人。

為此,工業局去年開始推動「 5G+ 產業新星揚帆啟航計畫」(以下簡稱 5G+  新星計畫),以「產業出題,人才實戰」模式媒合產學研發,目前已收穫相當成果;兩屆推動下來,已有上百家企業及大專校院參與,超過 600 名學生及應屆畢業生參與企業實戰活動。

呂正華說明,「產業出題,人才實戰」的專題都是企業在 5G 商用研發過程中實際遇到的問題,讓學生挑戰解題,為企業發展真正可用的解決方案,進而協助企業從內部「做中學」( OJT )培養切合需求的即戰力,目前參與計畫的企業對於學生留用意願達 100% ;因此「精準媒合,不管是對企業、對人才都能少掉很多碰撞和磨合,節省徵才和求職的成本。」

計畫不僅媒合企業資源,更辦理實戰工作坊,強化數位職能。Photo Credit:  5G+產業新星揚帆啟航計畫團隊
計畫不僅媒合企業資源,更辦理實戰工作坊,強化 5G 職能。Photo Credit:  5G+產業新星揚帆啟航計畫團隊

此外,呂正華也表示,因為 5G 應用是電機、機械、光電、材料等不同領域的結合,極需要跨領域的人才,企業很願意從頭培養,「所以態度比科系更重要」。

呂正華舉例,由交大資工系衍生之研發服務公司詮隼科技,曾面臨年薪 150 萬的職缺無人應徵的窘境,去年加入計畫,成功從內部培養出好幾位優秀人才,其中一位是中興大學中文系畢業的黃予璿,黃同學善用跨領域思考能力,在公司開發資安自動測試服務方面貢獻良多,文組與理組看似交集不多,可是只要有興趣,人人都能從 5G 行業中找到適合自己的工作。

電子五哥之一的仁寶電腦近年積極進行數位轉型,成立 5G 實驗室,鎖定智慧農業、智慧製造、健康醫療、雲端遊戲和終端設備等應用領域,並在去年透過 5G+ 新星計畫成功招募 19 位新血,藉由計畫的加值,培育人才並同步發展 5G 商業應用。

其中臺北教育大學玩具與遊戲設計所的研究生王凱瀚,過去從沒想過自己能加入科技業大公司,藉由計畫才有機會參與仁寶電腦的研發實戰。期間投入「 5G 邊緣運算技術智慧遊戲應用平台」研究,融合本身在數位內容和網頁設計的專業,進行雲端遊戲、虛擬實境解決方案與工具包的開發,最後獲得研發專題冠軍殊榮。

業師、培訓課程系統性帶領,加入 5G 創新研發

同時,「企業常反映學生在學校學的知識實際上沒辦法用,所以我們開的課要符合企業實戰需求。」呂正華說明, 5G+ 新星計畫也提供系統性的線上課程,特別引進諾基亞貝爾實驗室(Nokia Bell Labs)等 5G 專業培訓課程,並規劃包括天線、射頻、晶片封測、關鍵材料、小基站/無線接取、 SDN/ NFV(軟體定義網路/網路虛擬化)等 6 大領域職能地圖。仁寶電腦、雲達科技、亞旭電腦等企業都將其納入內部教育訓練規劃,也採用 5G JUMP 的線上課程強化員工 5G 職能。

計畫也與交大產業加速器( IAPS )、臺科大育成中心等機構合作培育創新應用師資,以帶領新創公司加速 5G 應用服務的開發,目前已成功培育 23 名業師顧問並輔導 12 組新創團隊,更有 2 家新創公司從去年接受輔導的角色,到今年成功商轉並擔任計畫的出題企業,形成正向循環。

呂正華說,5G 跨域應用是非走不可的路,臺灣已擁有完整 5G 生態系的基礎能量,涵蓋半導體、電子零組件、伺服器、網通與終端設備等產業,馬步紮得穩、紮得深,可在國際競爭中站穩腳步。 5G 新星計畫將作為產學培育人才的溝通橋樑,期待未來培養出更多生力軍,加速臺灣邁入 5G 紀元的步伐。

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