各國再生能源併網法規制定對台灣的啟發

莊武斌＊主筆

*台電公司電力調度處專員

一、前言

　　台灣能源轉型以減煤、增氣、展綠、非核之潔淨能源發展方向為規劃原則，預計2035年再生能源併網量將達42GW，可預期未來台灣電力系統主要電源型態將迎來轉變。台灣再生能源併網法規為台電公司「再生能源發電系統併聯技術要點」，惟現行法規仍有不足，為降低大量再生能源併網衝擊，未來可吸取國外再生能源發展經驗，以相對完備的併網法規制定架構與內容，作為法規修訂之參考。

二、再生能源併網法規制定與架構

　　台灣現行併網法規修訂/新增程序為：①輸配電業提案；②能源局邀請利害關係人召開會議；③電業監管機關裁決，其與美國德州之程序(如圖一所示)相較，兩者最大差異為誰可提案，與修訂/新增過程中是否有專責委員會或成立專案小組進行討論，以避免出現提案人自己審核提案內容之情況。

                                                    圖一^[1]
　　有關再生能源併網法規架構，以愛爾蘭為例，除電力系統通則規範外，主要列於愛爾蘭輸電調度中心(EirGrid)之「可控電力園區模組電廠電網法規條款(Controllable PPM Power Station Grid Code Provisions, PPM1)簡介章節中，內容架構包含適用範圍、運轉能力要求（頻率及電壓、穩態時與發生故障時）、控制能力要求（虛功能力、實功控制、電壓控制）、電力品質與訊號、通訊相關要求等。

三、常見要求

　　觀察國外法規對於再生能源之定位，皆將其視為一種發電資源，再生能源所需具備之能力基本上與傳統機組一致。常見之能力要求有：

(一)運轉能力要求

　　運轉能力要求可大致依圖二分類，其中發生事故時，電壓或頻率可能發生劇烈變化，若發電資源可承受此短時間內的變動而不脫離系統，不論是對於事故當下的系統穩定或事故後的系統恢復將有極大助益，此能力要求即為穿越(Ride Through, RT)能力。對於穿越能力，各國電網規範均有要求，其中尤以高、低電壓穿越能力最為普遍。

圖二

　　在高、低電壓穿越能力(HVRT/LVRT)方面之規範，以美國德州ERCOT(圖三)與德國電氣工程師協會（Verband Deutscher Elektrotechniker，VDE）(圖四)為例，ERCOT訂定單一曲線，VDE則依故障類型訂定不同曲線。

                        圖三^[2]                                                 圖四^[3]

(二)頻率響應能力要求

 　1.美國聯邦能源管制委員會FERC 842號命令要求再生能源應具備類似傳統機組調速器之響應能力，其規定斜率應設為5%、不動帶設定不大於±0.036Hz，稱之為初級頻率響應能力(primary frequency response, PFR)，而美國各獨立電力調度中心(ISO)於其OATT(Open Access Transmission Tariff)多比照FREC 842號命令制定一致要求，德州ERCOT則進一步要求不動帶設定需不大於±0.017Hz。

 　2.歐盟COMMISSION REGULATION (EU) 2016/631中定義之實功控制能力與PFR相似，依頻率變動改變實功，稱之為頻率敏感模式(frequency sensitivity mode, FSM)，除FSM外，此規範中另定義其他兩種實功控制模式：有限頻率敏感模式-超頻(LFSM-O)與有限頻率敏感模式-低頻(LFSM-U)，其功能為單向控制，分別於高頻時降載及低頻時升載。日本、南韓兩國針對LFSM-O與LFSM-U亦有類似要求或訂定中。有關此三項功能，歐盟訂定最低標準，各會員國再依各自電力系統特性訂定其國內規範(詳如表一)。

(三)升降載率要求

　　再生能源具間歇性與不穩定性，若欲大量併網，為維持系統安全運轉，應具可控能力。參考國外規範，ERCOT要求間歇性再生能源升降載率需限制在20%銘牌額定/分鐘(Nameplate Rated Power/min)內；菲律賓以風力案場容量大小區分，分別要求其升降載率(表二)；其他如愛爾蘭、南韓對於升降載率亦有相關要求。

表二^[6] 

     有關再生能源搭配儲能，日本北海道電力公司要求太陽光電與風力發電均需加裝儲能設備以緩和瞬時發電變動，在長時間緩和策略上，風力發電亦針對負載特性，於特定時段指定其變動要求(圖五)。

圖五^[7]

(四)虛功控制能力要求

　　虛功控制能力要求包含能力要求與控制要求兩類：

　　1.能力要求：常見定義為虛功-電壓圖(圖六)與實功-虛功圖(圖七)兩種，規範責任分界點需具備之最小要求（即需考量電廠整廠到責任分界點之設備補償）。有關虛功範圍上下限，普遍均要求為0.33~-0.33 Q/Pmax(亦即功率因數0.95~-0.95)，如美國聯邦FERC 827號命令、美國德州ERCOT、愛爾蘭、南韓等。

            圖六^[5]                                                      圖七^[5]

　　2.控制要求：常見模式包含虛功-電壓調控模式、固定功率因數控制模式與固定虛功控制模式三種。虛功-電壓調控模式(圖八)為各國普遍要求之調控能力，主要規範電壓設定點與斜率，虛功輸出隨電壓變化而改變。

                                                     圖八^[8]
四、台灣現行再生能源併網法規要求

　　台灣現行再生能源之併網要求係依據台電公司「再生能源發電系統併聯技術要點」，其中僅針對併網前後對系統的衝擊進行檢討要求，對於各國普遍訂定之高、低壓穿越能力(HVRT/LVRT)，台灣現行規定也僅規範風力發電，相關實/虛調控能力方面則無相關規定。

　　因應2026年起離岸區塊開發規劃每年將增加1.5GW離岸風電(共15GW)，台電公司經四次委員會(由產業界、技術專家及台電公司輸配電業部門共16人組成)、兩次工作小組會議與兩次研商會議，於2021年12月公告增訂條文，旨在要求離岸區塊開發於責任分界點之調控能力以協助系統穩定，包含低頻穿越能力(LFRT)、提供發電預測義務、相關實功控制能力、虛功能力與調控等要求。惟對於近年來併網之風電及太陽光電目前仍無要求相關能力。

五、結論

　　大量再生能源併網、碳中和與淨零排碳目標已為世界能源使用趨勢。電力系統特性將不再以傳統發電機組為主，法規技術面亦應考量多元技術進行更新，以維持系統穩定。參考國際上法規層面皆將再生能源視為一種發電資源，其所需具備之能力基本上與傳統機組一致，而台灣法規目前僅要求再生能源提供部分基本功能，微幅降低併網後對系統之衝擊。面對未來以再生能源為主的電力系統，應以更積極方式要求其承擔與傳統機組同等之責任，俾利於達到電力系統正常運轉、穩定供電的目標。

六、參考資料

[1]「大量再生能源併網之併聯技術要點探討」，工研院電網管理與現代化策略辦公室，2020年9月30日。

[2]ERCOT, ”ERCOT Nodal Operating Guide”, March 1, 2020.

[3]VDE VERLAG GMBH, “Technical requirements for the connection and operation of customer installations to the high voltage network (TCR high voltage)”, November 2018.

[4]European Union, “COMMISSION REGULATION (EU) 2016/631”, April 2016.

[5]EirGrid, “EirGrid Grid Code”, Version 8, June 2019.

[6]Energy Regulatory Commission, ” PHILIPPINE GRID CODE”, 2016.

[7]「風力発電設備の出力変動緩和対策に関する技術要件」，北海道電力ネットワーク株式会社。

[8]National Grid Electricity System Operator, “THE GRID CODE”, ISSUE 6 REVISION 0, March 2021.