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20171031-SMG0035-快訊小紅條兒

再生發電未來占比達20% 「基載」能源規劃受挑戰

­到2025年的台灣,預期再生能源占發電比達20%。台科大電機系特聘教授陳在相說,再生能源發電變動量很大,屆時不再適用以「基載」觀念來規劃發電。圖為高雄市推動太陽能光電屋頂。(資料照,楊伯祿攝)

­到2025年的台灣,預期再生能源占發電比達20%。台科大電機系特聘教授陳在相說,再生能源發電變動量很大,屆時不再適用以「基載」觀念來規劃發電。圖為高雄市推動太陽能光電屋頂。(資料照,楊伯祿攝)

「非核家園」政策目標在2025年全面非核化,將能源配比調整為燃氣發電50%、燃煤30%、再生能源20%,自從《電業法》修正通過、確保現有3座核電廠最晚將在2025年除役後,我國正式朝非核家園邁進。然而「以核養綠」公投案的出現,又為國內掀起一波最新的能源論戰。

支持該公投的擁核方認為,再生能源的發展不夠穩定,應提高現有核電的發電比例至20%、燃煤需占40%,台灣才能穩定不缺電;以環保團體為首的反核方看好太陽光電、風力發電等再生能源發展,期盼透過再生能源的發展,降低依賴煤炭,加強能源自主。

基載、中載、尖載 台灣電廠分3類

兩者的關鍵差別在於能源規劃的概念,太陽能與風力發電無法像基載機組一樣運轉24小時,似乎是個致命傷,然而當未來再生能源裝置容量提高,我們真的還需要「基載」嗎?

多年來我國都以基載、中載、尖載的將電廠分類,基載機組通常指燃煤與核能,可日夜運轉不停歇,提供日常最低用電需求;負載尖峰則由可快速起停的再生能源、抽蓄式水力適時增加發電量;燃氣、燃油、調節式水力等作為中載機組,負責供應基載與尖載間的用電量。

20181120-能源規劃圖表1。台灣以基載、中載、尖載將電廠分類。
台灣目前能源規劃,以基載、中載、尖載將電廠分3類。

根據能源局統計,去(2017)年台灣發電結構大致由46.8%的燃煤、8.3%的核能、34.7%的燃氣和各占4.5%的再生能源與燃油組成,其中核能發電為35年來最低。事實上我國核能發電比例在馬政府時代平均尚有16.5%,最高更曾達到22.7%,蔡政府執政後,已連3年都維持在1成左右。

而燃氣占比34.7%再創歷史新高;再生能源占比相較2016年雖略微下滑,太陽光電與風力發電量總和為總發電量的1.2%,其實突破過往紀錄。

再生發電變動量大 考驗電網調度

過去我國長期大量倚靠核能與燃煤作為基載輸出電力,但到了2025年的台灣,預期再生能源將達20%,台科大電機系特聘教授陳在相指出,當再生能源發電的變動量很大,整個電網調度的靈活性必須變得很高,屆時就不再適用以「基載」觀念來規劃發電。

陳在相解釋,因再生能源不可由人為調控,若全年發電量要占總電量的20%,很可能今天不發電、明天卻發了高達50%到60%的電量。他舉例,光電受制於日落,一天大約發電8小時,將來若太陽光電裝置容量漸增,晴天時的白天很可能將大部分的負載都交由太陽光電承擔,傳統的天然氣、水力等能源的發電尖峰就被擠壓到傍晚5、6時以後。

也就是說,原先電力負載從早上8、9時開始往上爬,大概在中午至下午3時間為最尖峰。有了太陽光電負擔白天大部分的電力後,傳統能源(煤、天然氣、水力等)的供電量將下凹,越接近日落越往上攀升——如鴨子的脖子一般,形成一條形狀宛如鴨子的「鴨子曲線(Duck curve)」。

20181120-能源規劃圖表2。鴨子曲線。
原先電力負載從早上開始往上爬,大概在下午3時為最尖峰。當太陽光電負擔白天大部分電力後,傳統能源(煤、天然氣、水力)的供電量將下凹,越接近日落越往上攀升——如同鴨子脖子,變成形狀像鴨子的「鴨子曲線(Duck curve)」。

燃氣適合扮救火隊 核電調度不靈活

當再生能源發電取得一定比例,負載的變化量很大,再生能源發電量掉下來的瞬間,就會需要可以快速響應發電的調頻發電機填補缺口,避免跳電。陳在相說,不同設計的機組反應時不盡相同,大抵而言燃氣機組是比較快速的,而核能基於核電廠安全的考量,則不適合用來進行調度上的操作。

當然,陳在相提到,要提高再生能源裝置容量與發電量絕非一蹴可幾,還需要靠智慧電網、需量反應等配套來輔助;當「車對電網(vehicle to grid)」技術興起後,甚至可以利用電動車進行尖峰用電的調節。他特別強調,若再生能源發電量要占總電量的15%以上,沒有智慧電網就做不到。

再生能源占比增 配合「電動車調節尖峰用電」 

再生能源的發展願景雖好,現階段仍充滿許多不確定性,為什麼我們要放既有穩定的基載發電模式呢?對此陳在相毫不猶豫地回答:「這是錢的問題啊。」他表示,再生能源不用耗費燃料,且目前為止化石燃料產生環境污染、或碳排放都沒有被計算在電力成本內。

此外,倘若機組本身裝置容量較大,還會存在輔助服務的成本。「例如核四一部機組1350MW上來,你就會發現,它的成本不是只有它的成本。」陳在相舉核四為例,解釋為了預防如此大型的機組跳電,勢必要有其他發電機組隨時預備著填補意外發生時將出現的龐大電力缺口。

20181121_台科大電機系特聘教授陳在相。(陳在相提供)
台科大電機系特聘教授陳在相說,要提高再生能源裝置容量與發電量絕非一蹴可幾,還需要智慧電網等配套輔助;當「車對電網(vehicle to grid)」技術興起後,可以利用電動車進行尖峰用電的調節。(資料照,陳在相提供)

陳在相說明,台電現在是廠網一家,因此沒有確切計入大型機組輔助服務的成本,但近2年電力業改革呼聲漸高,一旦走向廠網分離,每個電廠都會是獨立運作,如此一來過去不曾細算的輔助服務之成本問題亦隨之浮現。

隨著國際上的環保意識抬頭,燃煤所造成的空污、核廢料的後續處理等問題開始受到重視,若加入環境外部成本的計算,燃煤與核能的競爭力早已不如以往;相較之下國際投資再生能源的金額年年上升,相關技術不斷更新,其價格會越益便宜,我國的發電模式或許可以尋找新的可能。

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