日環食那天太陽能發電量掉了 98%!替代上場的「板凳球員」是誰?

當遇上日環食,太陽直接罷工,太陽能發電該怎麼辦?
2020 年 6 月 21 日在台灣雲林北港的日環食。當「太陽」罷工,太陽能發電該怎麼辦?

作者: 楊雅雲嚴嘉鑫

【為什麼我們要挑選這篇新聞】前陣子風靡全台的「日環食」風潮已過,但你有沒有好奇過,在日環食、太陽罷工之時,太陽能發電該怎麼辦呢?以下這篇文章,將透過經營一支棒球球隊的思維,解釋這時該上場的「替代球員」是誰?(責任編輯:藍立晴)

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。

日環食那天太陽不上工!發電量掉了 98%,怎麼辦?

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(Mariano Rivera)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:

大型機組:例如新式燃氣機組
中型機組:例如新式燃煤機組、燃氣機組
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 《用韓國瑜的養生邏輯搞懂為什麼我們對能源的「創新思維」常常行不通》 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:

大型機組可以出力 1,000 MW
中型機組可以出力 800 MW
小型機組可以出力 600 MW

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 2,000 MW,安全起見再加上一台中型機組 800 MW 作為系統調整頻率使用,總共 2,800 MW 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。

【作者介紹】

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。

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。

(本文經合作夥伴 綠學院 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈搶救太陽能大兵!板凳球員出奇招 〉。首圖來源: 維基百科 ,CC Licensed。)

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