觀點投書:記取德州冰風暴教訓

2021-02-21 06:10

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美國德州遭遇百年來最嚴重冬季暴風雪侵襲,當地民眾飽受停電、停水之苦,紛紛上街排隊領取罐裝天然氣取暖。(AP)

美國德州遭遇百年來最嚴重冬季暴風雪侵襲,當地民眾飽受停電、停水之苦,紛紛上街排隊領取罐裝天然氣取暖。(AP)

本文從電力系統規劃與運用之觀點,談美國德州此次冰風暴導致大規模停限電之原因及其啟示。

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第一部分,談德州冰風暴之原因;第二部分,談電力系統規劃與運用的重要概念。第三部分,談對本事件之看法與啟示。

為什麼德州會發生大停電?

德州冰風暴導致停限電之原因大致如下:

一、德州為獨立電網,緊急時,無法從其他州得到電力融通。

二、溫度驟降,家用天然氣需求(暖房)暴增,使得燃氣電廠燃料供應短缺。

三、溫度驟降,民眾大量使用耗電之電暖器具,使得負載快速攀升。

四、部分機組正在大修,無法併聯發電。

五、德州境內之風機未裝設除冰裝置,燃氣機組亦未採雙燃料設計。

由上可知,德州在電力系統規劃上,並未考量極端氣候對負載需求、燃料供應、設備運轉之影響;在系統運用階段,又因為燃氣電廠燃料供應短缺(供給面之問題)、電暖用電負載攀升(需求面之問題)、風機未裝設除冰裝置、燃氣機組未採雙燃料設計(規劃面導致運轉面之問題),使得問題雪上加霜。

2021年2月,美國德州深陷冰雪暴,州民苦不堪言(AP)
美國德州深陷冰雪暴,獨立電網設計造成緊急時無法從其他州得到電力融通,州民苦不堪言。(AP)

諸如極端氣候、網路(cyber)、恐怖攻擊、禁運等因素,往往對電力系統造成難以預測之影響,且往往因為難以科學預測、成本太高、技術不可行等原因,無法在電力系統規劃階段加以考量。

電力系統規劃與運用

電力系統是一個龐大、精密、複雜的控制系統,其背後非有周詳的規劃、有效的執行方法,不足以竟其功。相關之要義、方法與技術,難以在本文清楚闡述,以下僅就若干與德州事件有關的概念作介紹:

一、電力系統規劃的結果,為電力系統的運用,劃定了不易跳脫的疆界。

二、負載預測是電力系統規劃與運的起點與歇腳點,電力系統的規劃與運用是由不同週期的負載預測方法貫穿的,提高負載預測的精度,也就是提高電力系統的安全性、可靠性與經濟性。

以上兩個概念,說明了德州面對極端氣候時之困境與限制。

啟示及看法

任何國家及地區,皆可能因為極端氣候、網路、恐怖攻擊、禁運等因素,導致系統癱瘓或大規模之停限電,而前述情況有往往因為成本過高、技術不可行、難以科學預測等原因,無法在電力系統之規劃階段,有效地加以考量。

不過,在下次冬季冰風暴(winter storm)及極地渦旋(polar vortex)來臨前,相信德州政府、電力系統及民眾,一定會記取教訓,做更充分的準備,這樣一來,問題(風險)就有效的降低(移轉)了。

也就是說,諸如極端氣候引起的停限電事故,雖然難以從電力系統的規劃面或運用面來改善(經濟或技術不可行),但仍可由需求面來移轉風險。

此外,電力系統的規劃與運用,必須經常在安全性、可靠性及經濟性上權衡取捨。在安全性方面,未來除了人員及設備的安全外,也必須針對極端氣候、網路或恐怖攻擊、禁運等因素,從社會安全,甚至國家安全的面向,嘗試進行若干方式及程度之因應準備。

在可靠度方面,理論上可以透過對導致重大停限電事故之態樣及機率之研究;對不同用戶缺電成本分佈情形,大面積及(或)長期缺電成本可能如何變化之研究;建立破壞性天氣事件的分類(強度、地理範圍和持續時間);建立天然氣和電力基礎設施相互作用之模型,以瞭解天然氣供應中斷對電力系統資源充足性的影響;利用概率及數學方法,開發資源規劃模型等方法,針對極端事件進行優化,為制定彈性資源計劃提供重要見解等。

但在資源規劃之決策上,最終還是必須回歸經濟效益、技術可行性、電價對民眾生活、企業成本影響之等政治(政策)考量上。

*作者為台北市民

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