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智慧能源勢不可擋,虛擬電廠如何助台灣擺脫斷電危機?

台灣綠能及電池儲能系統皆在發展階段,導入虛擬電廠將能更有效掌握電力分配。

在能源轉型的路上,台灣目前處於一個關鍵路口,配合政府推廣再生能源的政策,期在台灣的電力供給貢獻上,得吃下更高的比例;而國際上、產業界追求淨零碳排趨勢儼然成形,也成為再生能源發展關鍵的推動力,而這股支持力量未來也將延續。

 

不過,近一年內,國內已發生3起嚴重跳電事故,不論是人為操作疏失或機組故障,都顯示了當前傳統電網過於脆弱且管理成效不彰的事實。若再考量到再生能源如台灣政策上最倚重的「風(能)、(太陽)光」來看,其易受季節性影響發電穩定性的特性,將使得台灣得從集中式電網,加速轉向分散式且聰明的「智慧電網」,便得更加迫切。

 

義電智慧能源(以下簡稱Enel X)隸屬於全球前三大電力集團義電(Enel)之下,專注創新能源轉型領域,為其提供先進的數位解決方案,Enel X的亞太區總裁任傑夫(Jeff Renaud)在接受DIGITIMES專訪時,分享其對台灣當前能源轉型階段的觀察。

亞太區兩大能源趨勢 台灣都沒掉隊

任傑夫指出,亞太區再生能源轉型腳步正在加速,預期未來10年內,亞太區新增的風能與太陽能容量將上看1.4TW(1TW相當於1,000GW)。另一方面,雖然亞太區推動電力市場自由化的速度向來比歐洲緩慢,但法規已開始鬆綁,舉例來說,日本在2020年完成公用事業改革後,現在已是全球最大的自由化電力市場,由單一監管機構管理,系統容量超過160GW。

 

而台灣則為逐步達成非核家園目標,政府已於2016年10月起通過「5+2」產業創新之「綠能科技產業創新方案」,用以推動台灣綠色基礎建設,引進國內外大型投資,以推動綠能產業快速發展。

 

2017年,台灣也自《電業法》修正案通過之後,逐步擁抱電力多元化、自由化,正式邁入可對再生能源電力進行「零售交易」的新時代;直至2021年1月,「用電大戶條款」正式上路,明文規定大型用電戶必於5年內建置10%的綠電,兩大趨勢台灣都沒有缺席。

 

雖然距離亞太區最佳案例的日本還有一段距離,但就Enel X專業經驗來看,台灣在能源轉型、發展綠電上已有好的著力點,相信台灣市場也將隨時間推進、電力交易平台布上軌道後,變得更為活絡、多元。

破解「電力不穩定」隱憂 能源管理、商業機制為2大關鍵

在邁向能源轉型、建構永續未來、實現循環經濟的路上,綠色能源的隱憂就在於發電之穩定性不足,相較於長備能源如火力發電、核能發電,再生能源對於儲能設備、電力管理系統、智慧電網解決方案等需求大增,也將直接帶動相關技術及產業的發展。

 

另一方面,電動汽車、電動機車承襲著減碳脈絡而蔚為趨勢,也帶動配套的「充電需求」高漲,這對於原先就以分布不均、供應不穩的電網來說,亦為另一項潛在衝擊。

 

而如何在此過程中保障民生、工業的用電平衡,在能源結構綠能化的過程中,減緩對用電者可能帶來的衝擊,正是Enel X成立的宗旨之一。

 

簡言之,淨零碳排、擴大採用再生能源、交通載具電子電氣化等趨勢,皆會增加市場對於「能源管理」、「電力交易的自由化」之需求;前者介入調頻,減緩電力分配失衡,或因極端用電狀況而導致的斷電;後者則透過商業機制,促進供電端、用電端行為模式改變。如何結合、強化這兩大版塊間的合作關係,就是增加電網穩定性的關鍵。

救援電網:「第一線急救」與「從旁待命」

當電網出現供需失衡情況時,就好比救人一樣,需要採取因應措施,目的就是維持電力系統的可靠度,包含系統能不能穩定運行、電壓和頻率等特性能不能維持穩定、故障後能不能快速恢復正常等。

 

Enel X提供的措施、解決方案為「需量反應(Demand Response)」,通過虛擬電廠(Virtual Power Plant, VPP) 概念,聚合大型用電戶可調度的電力容量,以單一資源的方式提供給電網,此方式能將電力做最有效的資源轉換,緩解失衡的情況,對電網所產生的效益與增加電力供給相同。

 

而在台灣,這種措施被稱為「輔助服務」。例如常聽到的儲能自動頻率控制(AFC)就算是輔助服務的一種,AFC調頻服務需要頻繁調整系統以維持供需平衡,因此特別適合用於電池儲能系統,可以持續依照需求調整充放電,來因應頻率偏差的狀況。

 

另外還包含「即時備轉(Spinning Reserve)」和「補充備轉(Supplemental Reserve)」等輔助服務,可以透過降低現場設備負載來參與需量反應。而現場設備,可能是肉品加工廠裡的冷凍設備,或醫院裡的空調系統等。

 

上述服務跟AFC調頻服務的主要差別在於,有沒有電力調度單位(如台電)下達指令:電網發生異常,多少分鐘後得開始提供服務;又例如,醫院擁有許多精密醫療設備,無法容忍任何停機情況,因此在發生電網異常時,要有可以自動偵測、反應時間以秒為單位的調度服務,直接改用現場的發電機發電,這類因應高變動性的能源服務,而另一方面,即時備轉和補充備轉,則是強調在能源高變動量的備轉容量服務。

 

總的來說,各種輔助服務都是提供電網的一種「救援」,只是有些是第一線急救措施;另一些則是從旁待命,在需要時立刻支援。

 

回到台灣市場來談,Enel X是台灣首個用戶群代表,不只透過技術先進、全年無休的調度中心(Network Operations Center),在台電的稽核下完成138MW的需量反應調度,也率先參與台電的日前輔助服務市場。從2020年6月以來,Enel X配合台電完成調度超過55次,平均績效達138%。

綠能、電動車、儲能齊起跑 虛擬電廠扮演何角?

就Enel X觀察,虛擬電廠在協助再生能源導入電網、提高綠電使用率上,將預期扮演至關重要的角色。尤其目前台灣太陽能、風能等綠能及電池儲能系統皆在發展階段,導入虛擬電廠將能更有效掌握電力分配、平衡再生能源的間歇性限制,如在缺乏陽光、風,或適逢旱季位差水力發電量不足等狀況下,虛擬電廠便能聚合需求端的分散式能源資產,透過降低客戶用電、甚至將電力回輸電網,來填補短時間的電力缺口,以避免斷電等緊急事態發生。

 

總體而言,導入虛擬電廠機制,可加速再生能源轉型,降低對於火力發電廠的依賴;同時,將電池儲能系統及電動車充電、換電站導入此虛擬電廠,則能更完善各城市的用電狀況,達到彼此備援的目標。

 

而為達此目的,Enel X目前已與能源共享平台Gogoro電池交換站(GoStation)建立合作,其電池交換網路可透過「降低負載」、「回饋電網」等2種機制來支援電網。不過,欲實現此終極目標,虛擬電廠業者、台電、企業三端能有待更深度的整合與備援機制的建立,方得順利運作。

企業參與「虛擬電廠」三大益處:彈性用電、增加收益、穩定容量

針對先前停電狀況發生時,GoStation回饋電網的狀況,Gogoro產品長彭明義指出,303大停電殃及全台550萬戶,其電力需求相當龐大,GoStation目前在技術上雖可做到V2G回饋電網,然而實際上單一換電站可提供的能源備援仍相當有限,因此亦得評估回饋電網的分配與效益問題;而如果想將換電站能源優先轉讓予重要基礎建設(如交通號誌),還要與台電進一步商討配電機制。

 

然撇除落實虛擬電廠之前可能遇到的過渡期不談,Enel X仍相當看好企業參與虛擬電廠的後續獲益。其一,企業能在調度事件前收到通知,提升風險管理能力,使其有時間事先應變,避免直接面對停電時無電可用的窘境;其二,企業可藉此善用既有的彈性電力資產,將沉沒資產轉化為新收益來源;其三,彈性用電策略能提供穩定容量、平衡綠電的間歇特性,進而支持台灣邁向淨零排放的願景。

 

而針對企業回電後的容量收益,根據Enel X商業模式,該收益將取決於企業參與的輔助服務方案。而目前,容量費率由台電制定,通常介於新台幣350元/MWh~新台幣600元/MWh。企業客戶能獲得兩種收益,包括待命型的容量費用,也就是準備回應調度需求的「待命費」;另一種是因應調度需求而降載的「電能費」。

 

整體而言,台灣已經到了藉由需量反應提升電力系統可靠度的階段。而若要提高每次需量反應調度的總容量,只有兩種途徑:一是必須聚合更多案場,二為選用電負載較大的案場。

 

雖然台灣需量反應市場還在發展初期,但已有扎實的基礎、可靠的企業參與,及穩定的供應能量,下一步便是要擴大可調度的容量規模。