打造城市級虛擬電廠 政府、民間需攜手強化能源韌性

面對氣候變遷,台灣大眾需要有更全面的防治思維及具體的手段。台灣過去兩個月先後面臨嚴峻旱情與疫情升溫等多重因素,屢屢刷新用電紀錄。由於台電過往採「負載追隨」的電力調度機制,即「需求端用多少度電,台電就發多少度電」的特性,使民眾的防治思維被框限在「既然用電量高,那就趕緊蓋更多電廠」的概念,但建置電廠真是唯一解方嗎?

用電塞車 所以要蓋電廠?

我認為新建電廠以增加基載電力,並不能根治用電量高漲的問題。如果我們將電廠譬喻為「道路」,而用電需求如「車輛」,因為道路塞車,所以我們能期盼增加更多道路,甚至是快速道路作為緩解塞車的辦法。但我們都知道,無論多少道路的建設,也永遠都比不上民眾添購車輛的上升速度,所以擴增道路容量並不是舒緩塞車唯一解方。

同樣的道理,無論政府增加再多的基載電廠,都可能追不上民眾與企業屢屢攀升的用電量,況且新建電廠將面臨日益嚴苛的重劃條件與環境評鑑,要付出的社會與環境溝通成本將會越來越高,所以「新建電廠」不應該是國家防治限電的唯一解方。

民眾應該先去思考的是如何扭轉根生蒂固的「基載不夠即蓋電廠」的思維,其中也不乏現在政府正在推動的手段,包括「電業自由化」「時間電價」等政策,意圖提高需求端對於用電的認知,這些我也會在日後的文章一一說明我的看法,不過我今天想聊聊「虛擬電廠(VPP)」,在過去我所撰的〈區域間能源調度的微血管—虛擬電廠扮演的核心角色〉一文中,有介紹虛擬電廠的機制,但究竟這個概念對於舒緩電網的可行性有多高呢?

澳州攜手Tesla  打造全球最大虛擬電廠

澳洲的南澳州政府與Tesla在2018共同啟動南澳州虛擬電廠的前瞻計畫(SA VPP) ,預計替5萬住宅導入太陽能與家用儲能系統實現綠能自發自用,並在住戶斷電時仍可以保持住宅能源自主。而州政府可透過能源物聯網技術整合住戶的家用儲能系統,在緊急時刻調度住戶的儲電供給州電網,提高電網面臨極端氣候或人為災害的韌性。

這項計畫於初始階段僅招募1,100間住戶參與,但SA VPP已在不少關鍵時間體現身為虛擬電廠的價值。在幾次的氣候災害或人為跳電事故中,SA VPP多次輔助州電網維持長達幾小時的能源自主,或是在州電網頻率不穩時,協助平滑州電網的頻率異常。也因SA VPP計畫達到南澳州政府的預期,近期州政府更積極擴大推廣模式,針對其住房局(Housing SA)所屬的3,000戶政府公宅,免費安裝住宅儲能系統和屋頂太陽能系統。並對日照不佳的住宅提供「只有設置儲能系統」的參與方案。

聚合用戶能源資源  取得電力調度先機

SA VPP的核心概念便如我前幾篇文章所提到的「公民電廠2.0」概念,透過能源物聯網技術整合住戶屋頂與家用的儲能系統,而州政府擔任「電力調度員」的角色,藉由智慧化能源管理系統,輕鬆掌握住戶的能源脈動;確保危急時,住戶們都能維持能源自主。

電力調度員也可聚合各住戶的資源,擔任州電網的「緊急救援投手」角色,提供城市可調度的活電,如同Tesla於SA VPP成立時所期許的:在關鍵時刻,這座虛擬電廠可供應與一座相當於大型燃氣渦輪發電廠、或燃煤發電廠規模的電力。這不僅能在極端氣候造成電網中斷的情況下提供電力支援,或者在備轉容量不足時,緊急供給以舒緩電網的負荷,更能在電網頻率不穩的時候,及時入場穩定電網頻率,避免電網跳電。

以台灣513限電的官方說法為例,因興達電廠4部機組跳脫,造成系統頻率驟降,台電需啟動「低頻卸載」維持電網穩定,此時如果有虛擬電廠協同其他AFC儲能系統輔助電網先導入穩定電網頻率,再供給電網一定程度的電力,便有機會避免電網潰堤。

註:AFC儲能系統:系統具備儲能自動頻率控制(Automatic Frequency Control;AFC) 調頻服務,可在供給端提出服務需求後,10秒內瞬時反應,並在短時間內達到全功率輸出救援電網。

扭轉負載追隨觀念 打造由下而上能源結構合作

虛擬電廠是一個宏觀的願景,但它在執行上仍有需面對的課題。最明顯的是目前參與虛擬電廠的用戶規模仍有進步的空間,以SA VPP為例,雖然此項計畫已經募集4,100多間住戶加入,但距離5萬住戶的目標仍有不少距離。要積極拓展規模的原因在於,第一,需要有龐大的數據庫,才能讓電力調度員更準確地預測未來電力的供需規模,以及可調度的電力輪廓。第二,一旦參與用戶規模越大,電力調度員可聚合與調配的電力資源才會更充沛,屆時能支援電網的幫助也能更可觀。

所幸,隨著各國虛擬電廠示範場域達到預期效益,政府也漸漸展露願意發展的意願,並積極與民間企業合作,透過不同的示範案,來模擬電網未來遇到極端氣候或供需問題的因應措施。

不論從民生或是產業發展來看,維持能源韌性一直都是主政者發展國家策略的思考命題。隨著台灣未來邁向「電業自由化」,政府也該扭轉過往「負載追隨」觀念,正面回應未來「能源分散化」的潮流,並積極教育「由下而上的能源結構合作」的概念,隨著民眾在合作其中得益也能得利,我們才能一致邁向真正的能源轉型。

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