太阳能和风力发电并网的神救援!三分钟带你搞 懂电力辅助服务

绿色带路人的心底话


照片来源:REUTERS@达志影像
 

  前面几篇我们谈到再生能源发电的间歇性、不易预测性,以及电动车对负载的不易预测性,这些都是电力调度的最大挑战,轻者会导致系统频率不稳定、区域电网电压变动过大;严重时可能导致输电线路壅塞、区域电网电压不稳定、系统频率骤降,引发低频电驿动作卸载,影响供电可靠度。

  工程师遇到问题,首先想的就是要怎么解决。活泼的再生能源和电动车对电力系统供需平衡与电网运转产生影响?OK,那我们来看看手上有什么武器可以处理,以及什么时间进场处理,可以达到最大的功效。

  这个武器,就是电力辅助服务配置足够的各类电力辅助服务,使系统发电及负载得以维持平衡、确保系统稳定,即使再生能源发电量瞬间减少很多,或是大家忽然都在同一时间替电动车充电,我们也不怕。

  电力辅助服务包括快速反应备转容量(Fast Responsive Reserve)、调频备转容量(Regulation Reserve)、即时备转容量(Spinning Reserve)、补充备转容量(Supplemental Reserve)四种。翻成白话文的意思就是,当发电端或需求端突然有大变动时,我手上有其他的武器可以调度出来,上场打仗。


(图一)各类辅助服务依反应时间及来源分类 
资料来源:吴进忠


电力辅助服务的4大武器—需量反应、储能系统、发电机组及自用发电设备

  武器的来源其实并不多,一般包括需量反应、储能系统、发电机组及自用发电设备。在之前的文章《政府要工商业大户强制节电5%,是绝招还是没招?》中,我们已经详细介绍需量反应是如何透过用户群代表(aggregator)在很短的时间内呼叫他的桩脚们开始降低用电量的。

  至于储能成功救援的最佳案例,就是特斯拉(Tesla)花了二个多月的时间在南澳州建置全球最大电网级100MW/129MWh的储能电站(Battery farm),电站建置完成后就马上成功避免两次可能的大规模停电。储能的启动速度可以比需量反应更快,只需毫秒就可以将它唤醒,在电网危急的时候立刻供电给电网,堪称是神救援!

  除了需量反应和储能系统之外,其他的武器需要较长的暖机时间才能唤醒,例如我们在《用韩国瑜的养生逻辑搞懂为什么我们对能源的「创新思维」常常行不通》提过的抽蓄水力机组,他可以在收到并联发电指令后3~5分钟内进场救援,另外就是燃气复循环机组,它可以在15分钟内进场,两者都是后期能提供大量电力的可靠武器。

电力调度的6大策略

  有了这些武器之后,我们必须在电力调度上采取积极的策略,因为购买武器、保养武器和维护武器可都是要花钱的,要善加运用才能达到最大的效益,少花冤枉钱。我在绿色创业家社群五月(2019)即将举办的小聚中,会细部展开下面六大电力调度策略:

· 策略一:建立电力市场机制,推出电力辅助服务

  调度中心必须配置适量的各类电力辅助服务,使系统发电及负载得以动态维持平衡;另依国外调度中心运转经验,建议宜尽速建立电力市场机制,电力调度中心可透过电力市场取得必要的电力辅助服务,例如「自动反应型需量反应」等,因应大量再生能源并网和电动车对负载的冲击。

· 策略二:提高发电端和需求端的预测能力

  我们应该运用科技,提高再生能源发电预测的准确性与重新调度程序,以及增加电动车充电负载变动的参数进系统中。理想上必须准确预测明天24小时的发电出力,电力调度中心在日前机组排程(Day-ahead unit commitment)作业才能准确且有效进行。通常在前一天就要依据电网安全限制的要求,同时考虑各电厂各项环保限制进行次一日最经济的机组发电排程规划,如此才能确保次一日电力系统的稳定与安全。

· 策略三:完善电力调度控制机制与系统

  台电和再生能源业者要一起合作建置「再生能源管理系统」,包括再生能源发电量日前及即时预测、监控及调度管理等。

· 策略四:修订再生能源并联技术法规

  再生能源并到电网,应该要遵守电网的游戏规则,不能只负责发电赚钱,其他的事情都推给台电。设立好责任分界点,管制再生能源于责任分界点的负载变动率(ΔP)、电压变动率(∆V)、电压/频率穿越(Voltage & Frequency Ride-Through)、功率降载能力(Power Curtailment)、可设定之升/降载率(Ramp Rate Limitation)、调速机功能(Governor)等,减少对电网的冲击,并透过费率机制鼓励再生能源业者设置适当之储能设施。

· 策略五:增加可快速唤醒的燃气复循环机组

  天然气虽然有其他问题,但不可否认它是个动作迅速的武器,对于电力调度来说确有必要。

· 策略六:增加调度人力专责监控再生能源变动,加强即时运转控制

​  因应再生能源发展及电动车负载变动情境,加强电力调度人员相关训练,针对各种可能风险进行定量分析、改善,并动态考虑特定的风险,包括:最大可能预测误差、净负载变动、系统惯性的质量与能量变化、辅助服务需求动态调整等。

  期待在小聚中与你有更多的交流与讨论,上古神器的电网要升级成为智慧电网,需要所有电网的参与者一起齐心齐力,发挥孙运璿那一代人的拼搏精神,再创另一个电力奇蹟!

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