全球氣候服務架構(GFCS)下之綠能氣候資訊服務

鄧仁星^*1、林桓億^*2、鄭睿合^*3、王建勛^*4、王嬿蘭^*5

*1.中央氣象署海象氣候組研究員

*2.中華經濟研究院第三研究所副研究員

*3.中華經濟研究院第三研究所高級分析師

*4.中央氣象署海象氣候組副研究員

*5.中央氣象署海象氣候組助理研究員

一、台灣再生能源發展歷程

　　2017年修正及施行的《電業法》¹，推動第一階段電業改革，以「綠電先行」為政策核心，使綠電能進入自由交易市場，推助國內再生能源發展。嗣後，2019年《再生能源發展條例》修法時，其第六條明訂於2025年再生能源發電設備推廣目標總量達27百萬瓩以上²。根據能源署能源統計月報之數據，截至2023年12月底，我國太陽光電與風力發電的裝置容量分別為12.42百萬瓩和2.6百萬瓩，相較2016年成長約897%與292%，裝置容量占全國電力系統的比重亦由2016年的2.5%、1.4%，增加至19.4%、4.2%（同期間發電量的占比則自0.4%、0.6%，增長為4.6%、2.2%），隨著風、光等電源之滲透率逐漸增加，對於滿足用電負載的供電組成亦造成改變。例如2022年8月22日中午太陽光電「瞬時發電量」達555萬瓩，占當下負載約15% ³；2023年12月31日12時31分，風、光滲透率達35.45%，相當於每3度電就有1度是潔淨綠電⁴；2024年2月11日12時21分，風、光發電量達到10.01百萬瓩，滲透率也達到52.37%，相當於每2度電就有1度是潔淨綠電⁵。

二、高再生能源滲透率對電力系統之挑戰

　　然而，再生能源發電量占電力系統比重越高，雖有助於降低碳排放係數，卻也因為變動性再生能源(Variable Renewable Energy, VRE)存在依賴氣候、不確定性、地域限制、非同步(nonsynchronous)、不一定能夠連結到輸電網之特性，不利於維持電力系統的彈性、電壓控制和穩定性⁶，會對電力系統帶來相對應的挑戰。據國際能源總署(IEA)⁷的資料指出，再生能源併入電網的時程及影響可分為六個階段（見表1），其中，在第一個階段裡 ，因再生能源占比甚低，對既有電廠和電網的影響尚不明顯。惟隨著再生能源發電量占比逐漸提高，到了第四階段後，傳統發電機組需要轉變成作為調節再生能源電力之用，電網也需要具備強韌特性以因應電力調度需求及確保供需平衡，甚至在電力需求量低於電力供給量時，有可能產生棄風、棄光的情形。因此，為了應對再生能源設置量的提升，需要有更為靈活的操作策略來輔助能源市場和產業進行有關決策。

表1　再生能源併入電網系統時程及影響

資料來源：OECD/IEA (2018b)。

三、全球氣候服務架構(Global Framework for Climate Services, GFCS)介紹

　　2012年10月，世界氣象組織（World Meteorological Organization, WMO）在世界氣候大會的特別大會（Extraordinary Session）中，提倡推動「全球氣候服務架構」，希望各國加強提升氣象服務價值，在具有科學依據的氣候資訊和預測基礎上，將其納入規劃、政策、應用與實踐⁸。氣候服務意指在氣候發佈決策和改善氣候政策與規劃時，氣候知識與資訊的產製（production）、轉譯（translation）、散播（transfer）和使用（use）之過程，藉由提供氣候資訊以幫助個人和組織面對氣候風險與機會，做出最佳決策(Climate Smart Decision)⁹，氣象相關服務產製、傳遞與價值鏈之基本概念如圖 1所示。

資料來源：WMO（2015）, Valuing weather and climate: Economic assessment of meteorological and hydrological services (No. 115204, pp. 1-308). The World Bank.

圖 1　氣象相關服務產製、傳遞與價值鏈之基本概念

　　初期，GFCS的氣候服務著重於農業與糧食安全、水資源、健康、減災等四大領域。2015年，除了因能源領域為影響經濟社會發展的重要部門，也因全球開始大量發展再生能源，需要準確之氣候資訊，並且透過適當應用天氣和氣候資訊，可以顯著提高能源系統對極端天氣、氣候變異和變遷的適應能力，因此WMO正式將能源納入GFCS優先氣候服務領域。考量能源產業正經歷重大轉型，包含日益多元化的供應基礎（例如屋頂太陽光電系統之廣泛採用）和越來越難以預測的需求模式，使得天氣和氣候對於在任何時間、一系列時間尺度內平衡能源供需變得越趨重要。

　　另一方面，WMO針對能源領域提出氣候服務的需求與優先順序，包含資料辨識和資源評估、標準制定、影響評估、選址和融資、營運和維護與能源整合¹⁰，分述如下：

1.資料辨識和資源評估：需要過去的歷史氣候資訊與未來預測，用於進行能源資源和所需基礎設施的初步評估，以及氣候災害和風險的管理。

2.影響評估：需要詳細和特定的天氣和氣候資訊，用於制訂政策、規範、標準、特定場所的設計，協助能源系統基礎設施的建設與維護。

3.選址和融資：需要特定地點非常詳細的氣候資訊（包括歷史氣象資訊），以進行嚴格的資源評估、風險管理和財務結算。

4.營運和維護：需要特定地點非常詳細的氣候資訊（包括歷史與預測資訊），以實現能源系統的高效運行以及站點維護（如：陸上/海上風力渦輪機或石油鑽井平台）。

5.能源整合：需要以平衡/整合的方式，分配每個發電機組的能源供給，以滿足能源需求。至於市場交易、供需預測和保險方面，需要非常詳細的氣候資訊，通過供需平衡以及適當保險結構之價格來對沖市場波動和/或資產風險，達到效用最大化（如：風場和傳輸基礎設施）；在能源效率方面，需要非常詳細的氣候資訊，以便通過優化基礎設施選址或在炎熱天氣使用遮陽設施來抵消空調能源使用等方式來有效利用能源。

四、綠能氣候資訊服務對我國發展再生能源之重要性

　　前述氣候資訊服務對推展能源領域之有關工作，特別是就太陽光電及風力發電產業發展而言，均與氣象條件密切相關。具備良好的氣象資訊品質，對於業者評估案場、預測發電量、進行維修排程等事項，能夠發揮顯著影響。若從選址、建造、運維、發電及市場等面向進一步分析，可發現太陽光電及風力發電業者，在各個階段裡有著不同的氣候資訊服務需求與對應的經濟價值，使用氣象資訊的對象也有所差異，如圖 2及圖 3所示。

　　在選址期間，風電業者會以年平均風速用於評估潛在發電量，確認投資的可行性；到了設計和建造階段，風電開發商透過掌握風速資訊可用於設計風機抗颱強度、評估技術可行性、申報災損，也同時運用浪高與風速等資訊評估可以施工的時段，確保施工人員安全；對太陽光電業者來說，開發商在選擇案場時，會運用風向、PM₁₀、雲量、季風、氣溫、日照量、漫輻射量、懸浮微粒、風速、氣壓與相對溼度等資料，預測該地的太陽能發電量，作為輔助投資決策以及建立準確財務模型以取得銀行融資等之用。在運維時期，則可參考日照量、降雨、雲量、空氣中懸浮微粒、颱風、氣溫、落雷等資訊，依最具經濟效益的原則安排維運人力。

　　對電力調度單位而言，更精緻的氣象資料可提高預測精準度及協助營運者調度電力與節省成本。當前電力調度會依據每日分區的溫溼度、降雨量進行整體負載預測，並以日照、風力及風向進行再生能源預測及修正，評估電力供給和電力需求量。然而，在政府的能源轉型政策推動下，供給面大幅增加變異性高的再生能源且須優先進入電網，和氣象關連性大幅提高，使得平衡電力供需的挑戰顯著提升，需要有更為精準的氣象預測資訊，方有助於安排短、中及長期的電力調度計畫。

資料來源：鄭睿合（2021），「氣象資訊於綠能產業應用之研析和實務推動經驗」，交通部中央氣象署。

圖 2　氣象資訊運用於風力發電之價值鏈

資料來源：鄭睿合（2021），「氣象資訊於綠能產業應用之研析和實務推動經驗」，交通部中央氣象署。

圖 3　氣象資訊運用於太陽光電之價值鏈

五、結語

　　我國的再生能源發電占比逐漸提高，在某些時段下的風、光滲透率也已超過五成，對照國際能源總署提出的觀點，此一趨勢將會需要強化電網的靈活性和重新構思電力調度的策略，以因應電力供需平衡所面臨的挑戰。其次，當前綠能產業實際上已依循WMO提出的「全球氣候服務架構」（GFCS），廣泛運用各種氣象資訊和氣候服務，協助評估案場選址及財務融資、材料設計及建造、預測綠能發電量、安排運維工作等事項，並產生相對應的經濟價值。

　　面對國內能源轉型的趨勢，提供氣象資訊或氣候資訊服務的單位，協助相關業者善用氣候資訊，可以提升綠能設施營運過程中的效率及可靠性：例如電力調度業者需要時間尺度較長的氣象資訊，判斷未來電力負載和綠能發電量，藉以評估後續機組維修規劃期程及調度決策，降低可能的誤判和損失；綠能業者需要更為精細的空間解析度，以協助業者進行選定場域、興建、運維等各面向的營運作業。

　　整體而言，WMO提倡之「全球氣候服務架構」，係期望在各個領域提升氣候資訊服務的價值。就國內能源系統的發展規劃而言，在許多層面將會更為仰賴氣象資訊和氣候服務，幫助利益相關者進行各項決策、提高營運效能及節約成本。氣象資訊的提供者和氣象資訊的使用者間，亦需要就如何擴大並有效的運用氣象資訊或氣候資訊服務密切地交流和溝通，共同精進氣象資訊或氣候資訊服務之品質與量能，藉以形成良性循環，確保國家的能源轉型進程與產業發展更為穩健。

參考文獻

1.立法院(2023)，電業法。https://lis.ly.gov.tw/lglawc/lawsingle?00DD4BD3E06A000000000000000000A000000002000000^01922106011100^00000000000。

2.立法院(2023)，再生能源發展條例。https://lis.ly.gov.tw/lglawc/lawsingle?00C46F4C758C000000000000000000A000000002FFFFFA00^08101108041200^00000000000。

3.中央社(2022)，太陽光電瞬時發電破555萬瓩創歷史新高。https://www.cna.com.tw/news/ahel/202208220288.aspx。

4.經濟部(2023)，送別2023 風光發威 滲透率達35.45% 創歷史新高。https://www.moea.gov.tw/MNS/populace/news/News.aspx?kind=1&menu_id=40&news_id=113478。

5.經濟部(2024)，風光發電好彩頭！發電量突破10GW、滲透率突破五成 每2度就有1度來自綠電。https://www.moea.gov.tw/MNS/populace/news/News.aspx?kind=1&menu_id=40&news_id=113853。

6.吳麗珍 (2017)，「再生能源未來計畫：經濟發展中國家再生能源擴展的長期模型和工具」，《科技發展觀測平台》，2017年1月，文章摘要。取自https://outlook.stpi.narl.org.tw/index/detail?id=80121。

7. OECD/IEA (2018). System Integration of Renewable: An Update on Best Practice. International Energy Agency (IEA) Insights Series 2018.

8.林桓億、楊晴雯、溫芳宜 (2020)，「我國公眾氣象應用服務之社會經濟效益與氣象產業價值鏈分析評估系統（1/4）」，交通部中央氣象署委託研究計畫。

9.林桓億、劉哲良、劉柏定 (2021)，「110年度農漁業氣象資訊服務的社會經濟效益評估與跨域應用服務」，交通部中央氣象署委託研究計畫。

10. GFCS (2017). Energy Exemplar to the User Interface Platform of the Global Framework for Climate Services,  Geneva, WMO press. (https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=3581).