虛擬電廠(Virtual Power Plant, VPP)

黃重球*主筆

*台灣電力企業聯合會理事長

2018年德國再生能源發電佔比已達40%，遠超過原先設定2020年要達到35%的目標。當大量且是分散式、小規模的再生能源併網，對電網的穩定性而言是一大挑戰，一般均認為德國屬於歐洲大電網的一部分，透過與其他各國電力交易，可以紓解電網不穩的情形。不過德國政府在大量推動再生能源時，也嘗試做了很多其他的努力。2008年起，德國聯邦政府經濟能源部啟動E-Energy計畫，該計畫的目的是希望探討更深入的利用資通訊技術，嘗試解決上述大量再生能源併網帶來的問題，以便盡最大的可能容納再生能源。虛擬電廠的產生就是其中一項成果，我們先透過一個具體的案例來說明。

德國Next Kraftwerke (NK)公司於2009初創，德文kraftwerke是電廠的意思，該公司的創辦者兼CEO Hendrik Samisch 原始構想來自科隆大學的博士論文研究，創辦者有遠大的願景：相信2050年所有的電力均可來自再生能源。

該公司在每個再生能源生產點接上自行設計的Nextbox，所有這些Nextbox都是透過通訊網路即時將資料傳送到控制中心，做分散式的遠端監控。實際上的運作如下：如果偵測到某一地區風力很大，風力發電的量已超過電網的需求，此時透過中心的軟體運算，可以遙控別地方的生質能電廠降載，如此可以將寶貴的風電充份吸收，但又可協助電網維持穩定，且盡量不讓棄風、棄光情形發生。反之亦然，如果控中心偵測到電力過多，價格降低，也可以啟動遠方的儲能設施，或告知某些客戶可以增加負載，充分利用廉價的電力。

公司在尋找能源組合的考量中，一定要搭配適量且能調節的生產源，可能是儲能電池、需量反應、抽蓄水力或前述生質能電廠。以2017年為例，其能源組合為光電24%，風力14%，彈性再生能源(生質能)59%，需量管理(demand-side management, DSM) 3%。在該公司的核心能力中，對各地區微氣候的預測能力就相當重要，無論是太陽光或風力的預測。而且電腦的運算能力和通訊傳輸速度要夠快，才能達到即時平衡的作用。

接下來該公司如何獲利？公司成長的關鍵在2012年德國修改再生能源法案，允許VPP成為電力交易市場的合格營運商。因此可參與歐洲能源交易(energy exchange, EEX)的長、短期備轉容量(operating reserve)市場和輔助服務市場。能參與交易市場要有基本門檻，而且要足夠的專業知識才能運作，比如最低量是5MW，還要投資相關的通訊設施等。因此透過VPP的整合，原來個別的再生能源生產者可以加入市場，甚至消費者可參與需量，對電力公司提供服務時也增加客戶收入。實際交易模式如下：德國的電價至少15分鐘改變一次，當價格提高，可以啟動抽蓄水力發電，也可以釋放電池的能源；反之，當價格降低，可以進行儲電，或增加能源的使用，如製冰或製氫等。有些工廠的排程並不好調整，此時NK公司會在前一天將次日價格可能的變化先預測，提供給工廠參考。NK公司認為他的反應速度比傳統電廠快，而且更多元化，所以他可以即時做M2M (machine to machine)的反應。所以NK公司另一個很重要的核心能力，就是要很快速預測電網端價格的變化。

從技術面而言，虛擬電廠並未改變每個分散式能源併入電力網的方式，而是另外建立一套資通訊網，透過資通訊網平台的軟體進行優化分析，調節再生能源的間歇性，大幅減少對電網的衝擊。

有了虛擬電廠，使更多再生能源併入電網成為可能。平衡市場對於 Next Kraftwerke 來說也是有利可圖的。創始人表示，2014 年他們盈利 1.80 億歐元，並在他們公司成立的頭幾年就實現了盈利。該公司主要連結的生產點規模都不大，約在100KW到MW之間，公司成長迅速，2013年連結500MW，2016年已連結2000MW，2019年3月底共連結7660個點，總共6883MW容量，約占全德1.7%用電量。2017年開始，德國已取消躉購制度，可能對NK公司的業務成長大有幫助，目前已成為德國最大的VPP。公司營業範圍分布在德、波、荷、比、奧、法、義和瑞典等國。該公司自稱為電力界的Uber或Airbnb，因為他自己並不蓋電廠，也不擁有電廠。比較像一家提供平台的物聯網公司，所以他自稱連結bits和watts (位元和瓦特)。