大量再生能源併網下的系統整合關鍵技術

吳元康*主筆

*國立中正大學電機系教授

　　全球再生能源的裝置容量正快速增加中。然而大量再生能源併入電網中將帶來了許多技術和經濟上的挑戰。依據國外經驗，市場自由化可增加能源系統的彈性，市場結構對大量再生能源併入下的成本與操作存在重要的關聯性。例如妥善規劃發電容量市場以確保系統操作的可靠性，並支持所需的彈性資源。此外，儘可能增加系統參與者(如水火力、再生能源、負載、儲能)加入市場調度，且調度程序儘可能接近即時。為了成功地整合這些再生能源發電，電力系統中的規劃和操作需要變得更加靈活與具有彈性。當高占比再生能源併網後，如何整合系統的操作成本達到最小化是非常重要的；降低整合成本的關鍵包含以下幾項重要的工作:

1.精確量化和評估備轉容量

      備轉容量可以來自不同的供應商和不同的供電技術，包括儲能、彈性機組、以及再生能源系統。精確決定備轉容量以及相對的成本是重要的，同時必須注意各發電機運行週期的長短以及發電機啟閉的時間，且需要同時考量靜態與動態備轉需求。此外，減少備轉需求的一個重要的步驟是縮短能源調度的作業期間。由於較短作業時間段的預測誤差小於較長作業時間段的預測誤差，因此將調度週期減少至5到15分鐘可以顯著減少與原先計畫的偏差，而這些差異需要額外的備轉容量來進行補償。

2.制定適合的電網規範(Grid Code)

　　需要開發適當的電網規範，並隨著時間與新技術的開發逐步加入新的要求，以確保電力系統的可靠性。鑒於再生能源發電源可以相對快速地構建完成，在早期階段制定這些新的規範和標準是非常重要的。

3.增加分散式電源用於彈性服務的控制和通信設備

　　未來大量分散式電源建置後，必須在眾多分散式電源之間廣泛建立通信與協調機制，並允許在多個目標設備上進行系統最佳化操作。目前安裝的大多數分散式能源缺乏用於彈性服務的控制和通信設備。然而每個輸配電級別的設備都能夠提供許多潛在的競爭服務，但需要建立制度來協調以及操作這些資源。

4.強化再生能源預測系統

　　雖然再生能源出力不易預測，但標準的天氣數值模型可以提供相關重要的資訊，再搭配大數據分析與人工智慧處理後，可以較精準的預測再生能源發電。而電力市場需要將再生能源預測有效地納入日前機組排程決策、即時操作、動態響應分析、以及儲能設備運行規劃。

5.計劃性的淘汰低彈性機組

　　未來彈性低的傳統電源應需要由再生能源以及高彈性機組取代。彈性機組的特性包含較低的最小發電量、高效率，以及快速的升降載能力。過去基載發電機的容量因數高但彈性較差。因此，需要非常審慎規劃基載機組退役後的新電源開發計畫，同時考慮系統彈性與發電效率。

6.擴大負載端需量管理的規模

　　在高占比再生能源發電系統上，系統彈性除了來自於發電端外，負載需量管理與能源儲存也是重要的方法。負載需量管理可能是便宜有效率的方法之一。因此宜儘早制定相關計畫，啟動負載需求管理的示範與商業化項目。

7.強化再生能源控制技術

　　提升再生能源的控制技術(例如頻率調節、虛功控制等)，將可減少彈性需求。隨著再生能源成爲主要的供電來源之一，如同對於目前傳統機組，電力市場將必須允許並支付再生能源的主動控制及輔助服務等費用。

8.加強電網傳輸功能

　　爲了更加彈性地利用電力設施，鼓勵輸配電系統投資是必要的。輸配電系統應更精確地進行狀態估計，隨時準確地評估測量系統的狀態、更精確的進行系統動態能力評估、以及設置更多的電力潮流控制系統。

9.彈性資源的量化

　　目前國外已經有提供電力彈性資源的交易市場，但若要確保有足夠的彈性資源，應仔細評估與量化系統彈性的需求。而能源監管機構必須常態地對電力供應和彈性需求進行分析。