【綠色觀點】日環食沒太陽能發電怎麼辦?讓「板凳球員」備轉容量上場!

前陣子日環食,太陽能短短一小時就從 1,730MW 驟降到 42MW,看天吃飯的能源這時候就需要「備轉容量」這群板凳球員上場了!
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本文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。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。

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,現任思納捷科技產品部經理及綠學院綠色帶路人。

原文刊登於綠學院,INSIDE 經授權轉載。

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 1,730 MW 的太陽能,下午短短的一個多小時,生產力一路降到剩 42 MW,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。

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 3,700MW;在冬天特別是春節期間,這條防線大概是 2,000 MW,根據過去的經驗,在一天內最高損失的出力只要超過 1,800MW,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《沒停電不代表系統穩定:台灣電力調度的難題》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。

理想的解法是:用備轉容量 (MW),不要用備轉容量率 (%)

臺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 1,000MW
  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 2,000MW,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 2,800MW 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。

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。

(註一)2020 年 6 月 20 日當天下午的日環食,使太陽能發電量減少約 1,688 MW,以其太陽能發電量最低點時的電力系統總負載 29,295 MW 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。

責任編輯:Mia

     核稿編輯:Heemie

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佈局未來需求! Viva TV 導入 Seagate 儲存解決方案,打造可「與時俱進」的海量影音資料庫!

「電視購物」的概念自 80 年興起後已有超過 40 年的歷史,目前國內也有多間經營近 20 年的電視購物頻道,在面對網路電商、直播帶貨…等新型態的銷售方式,電視購物業者如何做到「進可攻,退可守」?
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在 2000 年左右,隨著東森購物、富邦 momo 與 Viva TV 美好購物…等多個電視購物頻道陸續開播,也引發一波「看電視,打電話買東西」的熱潮,全盛時期電視購物頻道的收視人口甚至覆蓋超過全國總人口的一半,潛在營收規模上看新台幣千億元。

不過隨著網路電商的興起,以及後來寬頻網路與行動網路的普及,帶動了網路串流影音內容的發展,也大大影響了電視購物頻道的營收表現,除了因應轉型 EC 電子商務業務,國內知名電視購物頻道之一的 Viva TV 美好購物也選擇站穩腳步,鞏固現有業務,透過優質的節目內容為消費者創造價值,同時也進一步思索如何強化營運效能,找出未來創新的可能方向。

影音檔案龐大,儲存也需要講求效率

對於電視台來說,每日產出的影音內容,都需要被完整儲存下來,除了作為電視台日後參考使用的歷史資料,也需要符合政府法規制定的規範保留一定年限,日積月累,所需要佔用的空間真的十分可觀。以 Viva TV 自身為例,每日購物台會有數小時的全新節目,每一小時的影音內容達 15GB~18GB,因此每日最低就需要 150GB 的儲存量。

不過以購物台的內容形態而言,其實對於歷史資料的保留需求並不高,雖說目前從 2005 年開台至今的 SD、HD 影音內容都有完整保存,但公司內部其實也有歷史影音內容需求性與保存時間的討論,由於過去儲存資料的方式單純以「片庫」的形態來管理,所以資料的擺放其實相散亂,只要求基本服務的正常運作,但當需要查找檔案較龐大的舊影音時,就會遇到處理效能較為緩慢的問題。而當時建置的儲存系統廠商已無法解決效能上的問題,也因此最終考量建置全新的資料儲存中心,以便進行資料的搬遷與升級。

企業選擇儲存解決方案:容量、效率、穩定性三大條件缺一不可

近期 Viva TV 與知名儲存解決方案廠商 Seagate 希捷合作,導入企業級的儲存解決方案,採用兼顧大容量與高效能的 5U 高密度機架式存設備 ExoS X 5U84,搭配單碟 18TB 容量的 Exos X18 企業級硬體,打造總容量 1.5 PB(1,500 TB)的超大儲存系統。

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Viva TV攜手Seagate解決資料儲存問題

董事長室的專案規劃經理林振德與我們分享,對於 Viva TV 來說,選擇企業級儲存解決方案的三個主要條件,包括了「容量」是否符合未來內容成長需求,以及前面提到調用資料的「效率」問題之外,另一個絕對必要的就是產品的穩定性與廠商在系統整合支援的能力。

在「容量」評估方面,考量到過去舊有儲存系統已經有 300 TB 規模的資料量,以及未來資料增長的需求,Viva TV 評估需要更大的總容量,同時為了限縮主機佔用的機架空間,因此單一磁碟的儲存量與整個儲存系統的儲存密度就顯得更為重要,也因此選用 Seagate 單碟 18 TB、可擴充達 84 顆硬碟的儲存主機就獲得 Viva TV 的青睞,同時以單位儲存價格比來說,Seagate 也是目前市場上極具競爭力的選擇,也為企業節省不少成本。此外,在「效率」的表現方面,Exos X18 提供進階寫入快取機制,能提供 270 MB/s 的傳輸效率,而 ExoS X 5U84 也內建雙控制器配置,最高傳輸量達 5.5GB/s 寫入;7GB/s 讀取,能滿足資料隨時調用的需求。

除了實際使用上的需求,對於所有企業而言,資料儲存的「穩定性」絕對是重中之重,若是發生硬體方面的問題,受到影響的部門眾多,也會影響整個電視台的營運;而 Seagate 不僅在 Exos X18 企業級硬碟提供高標準的每年 550TB 工作負載率、250 萬小時的 MTBF(平均故障隔時間) ,高密度機架式存設備 ExoS X 5U84 也提供 ADAPT 功能的備援熱插拔控制器、備援熱插拔硬碟機、風扇、雙電源線、熱待機備用、自動容錯轉移與多路徑支援…等提高可用性的機制,另外更為重要的是,Seagate 提供的系統整合服務極為完善,無論是售前或是售後都能保持極為暢通的溝通管道,能即時滿足技術上的支援。

雲端化現階段還未能滿足影音內容應用需求

由於影音檔案的儲存量極為龐大,林振德表示,除了單純解決「如何存放」的問題,能夠有效率的依照需求來調用資料更是一大關鍵,而他們也曾比較過自有的儲存中心與雲端化的儲存服務,除了「成本」是主要考量之外,「應用」更是一大關鍵,尤其是資料上下雲端所需要花費的時間可能會是本地端複製的數倍,可能無法滿足實際使用這些備存檔案的需求;像是過去 Viva TV 就曾經遇到需要配合檢調單位調出特定產品的資料時,就要一次找出不同年份、時間有曝光產品的節目內容,檔案規模也高達數百 GB,光是本地端匯出資料就耗費大量時間,若是真的採用雲端化儲存,恐怕花費的時間會增加數倍,同時單純靜態資料的固定備份,也將增加日常維運的時間成本。

現階段 Viva TV 仍以本地端磁碟儲存系統為主要解決方案的主要理由還是在於龐大儲存量的需求,雲端的成本仍舊偏高,再者就是資料上雲後,資料下載時的速度是否足夠,以實際需求面來說,影音儲存的目的並非單純的「稽核備份」,能夠「隨取使用」更是一大重點。

迎接 8K 世代,「與時俱進」絕對必要

電視產業的大環境變遷絕對是目前面臨最大的挑戰,近幾年因為疫情影響,也可以發現到競爭對手搭上電商需求的浪潮轉型成功,不過對於電視購物這一個領域,Viva TV 對於未來發展仍舊看好,如何內容做到更好會是聚焦的重點,在堅守本業的同時,與 EC 整合,同時吸取網路直播帶貨、低成本形態的媒體營運模式之長,做出內容拍攝、銷售形態的轉變將會是下一階段的目標,畢竟年輕族群接收資訊的主要管道已非電視平台,如何拉回這些人的目光焦點會是非常重要的關鍵。

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Viva TV積極做內容優化,看好未來市場仍大有可為。

除此之外,在電視節目由 SD 轉變為 HD 之後,下一步可能會直接跳過 4K 而進入到 8K 世代,以目前公眾平台的傳輸基礎量來評估,2 至 3 年後台灣的收視就將進入到 8K 市場,目前已有業者正在實測營運 8K 影音內容,而這也將會是電視購物頻道下一階段要面臨的挑戰。

單位資料量比現有 HD 等級高出數倍的 8K 超高畫質內容,可符合儲存容量且高效穩定的數位儲存系統,對於電視台來說絕對會是必要的投資項目,以 Viva TV 所導入的 Seagate 企業儲存解決方案來說,已經能夠因應未來 5 年的實際使用需求,同時也兼具「與時俱進」的擴充彈性,從容不迫地面對下一階段的挑戰。