【N-1原則做不到 台電電力配置破大洞!】
今天再度發生發區限電事件,讓很多人在家中防疫的民眾大吐苦水,電力是民眾宅在家中之所需,不僅是產業問題、民生問題,更是疫情壓力中的重要生活品質,但台電的電力管理顯然出了很大問題。
最重要的,台電沒有做到應有的「N-1原則」,也就是電力系統N個元件中任一獨立元件,例如:發電機、輸電線路、變壓器.....若故障不能用,系統穩定性還是可以不被破壞,系統不會崩潰停電。
附註:N-1原則不是N+1的筆誤,這原則又稱為單一故障安全準則,查詢查N-1 criteria ,或N-1 principle,就有很多英文文獻。
#台電電網改善過慢 電力需求估算錯誤
上次台電因變電所人為操作失誤,導致四部機組一次跳脫,系統頻率瞬間下降,只能開始在下游卸載分區限電。這樣的事故還能理解,但今天僅一部機組故障重啟,就造成電力不足,不論是歲修排程有問題,電力需求計算錯誤......台電都難辭其咎。
而雖說興達一號機是燃煤機組,升載較慢要大概6小時,但本次從2點29分重新升載併聯發電,應該晚間差不多要能接近滿載,為何晚間卻出現停電狀態,是否機組還有其他狀況?台電需要解釋清楚。
通常應對電網機組跳脫事故,有四個應對方式:需量反應、儲能系統、發電機組及自用發電設備,台電雖進行應對,但能掌握的 「快速型需量反應」 過少,缺乏儲能系統(大電池或電容)的建置,目前燃氣與水力等快速應變機組,很遺憾地均沒有餘裕或是足夠的建置,加上社區型微電網目前也不普及,就會出現大型機組事故時需要限電的窘況。
#北台灣很缺電 中南部不缺電
能源政策大家都很會說,但要兩年之內要能夠解決台灣電力的危機,唯有北中南三大燃氣電廠建設案要完成,北部三接送大潭、中部中火換燃氣、南部興達換燃氣。讓北中南都能確保電力供應無慮。
唯一能完成的方式,是儘速完成三接,讓大潭新機組能投入運作(+3100MW);另外就是興達(+3900MW)與台中燃氣機組(+2600MW)都完成,煤電備而不用逐漸汰除,這才是最快速安全的作法。同時,增加需量反應調度餘裕,提升儲能系統建置,改善台電內部管理與防錯機制,都是較短時間內能改善電網的作為。
相對的,若要用核能提升基載,至少要再多七年,加以核四有斷層危機,零組件老舊,而核廢料地方政府又不接受,這個方案就很危險又矛盾,整體來看核能目前佔台灣發電量約一成左右的比例,並非高比例。
再生能源建設動得很快,2025離岸風電陸續接上來會有機會拼到裝置容量20%,可是問題在於發電量不均,需要儲電設施,甚至虛擬電廠等概念,這需要儘速建置。持平來看,目前電力設備較偏在中南部,這樣的配置對區域發展來說也不甚平衡。
台灣這幾年用電大增,原因也是景氣優於預期,面對台灣數十年一遇的機運,基礎建設一定要做好,政策走向一定要明確!台灣因為美中貿易戰、世界抗中趨勢、第一島鏈戰略位置,被世界矚目,有許多台商回流,台灣正在歷史的節點,把握住,經濟起飛、產業轉型、能源轉型,當能換來台灣下一代的百年安穩。
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【低成本的深度脫碳還需核能】
#風光超過四成五會墊高電力系統的成本 #MIT不是網軍
MIT的能源、環境和農業經濟學家John Reilly,MIT全球變遷科學與政策計畫(Joint Program on the Science and Policy of Global Change)的共同主任。最近發表與總結了一篇報告《深度脫碳的美國,核能扮演的角色?》。
如果風機與太陽能板的生意日隆、價格日低,為什麼還需要核能?
原因是,當我們不斷建置太陽能板和風機時,它們的產率將可能下降;且儘管個別太陽能板的成本很低,累積下來若超過一定數量,也會給剩餘的電力系統施加相當可觀的成本壓力。MIT研究團隊對這種趨勢進行了考查,並以此解釋為何建立一個在預算上可負擔的脫碳能源系統,新建與既有的核電廠扮演著重要的角色。
我們要清楚知道,未來所謂發電均畫成本LCOE可能無法完全反映各項能源的發電成本,他忽略的調度與輸電上的成本。
報告中針對四項情境提出模擬,分別為基準線、高再生能源減碳配比、有核能減碳配比以及彈性核能減碳配比(風光約佔比四成、核能約三成),分析結果在各區域皆顯示調度措施、市場價格以及碳價成本在有核能的情境中皆可取得較多的優勢,當然這也取決未來核能的發展是否能夠在新機組上成功削減成本(彈性核能與一般核能的情境差別沒有出現在成本上,但卻可以容納更多再生能源提升其效率)。
報告中的情境假設我認為滿值得台灣參考,因為情境中風光的發電曲線與台灣相近,天然氣比例也差不多,或許調度上也可以有些想法。而核能的部分,文章中對低價核能的設定約為台幣1.5~1.8元,對應台灣有些偏高,也就代表若我們參考類似情境效益應該更得以彰顯。
不過既然是模擬,勢必也代表僅作參考用,有許多條件假設尚未納入,例如進一步的政策誘因、需量反應、市場規劃等等,這些都可以幫助再生能源再進一步提升,然而,報告中也未納入為了解決電力潮流壅塞需增加的電力網強化成本,根據各地經驗,將會是筆可觀數字。
▍完整報告分析 https://reurl.cc/M7LaRL
▍風光電的成本
風光電在市場上仍有很大的成長空間,理應讓它倍數成長,可是MIT的研究發現,一旦變動型再生能源(風能、太陽能)提供某一區域的總發電量達40%—約4倍於它們在全國的佔比,電力系統的成本就變得很貴;在某些風光市場滲透率更高的地區,麻煩已開始浮現,更別說4成的佔比仍遠低於再生能源支持者鼓吹的百分百願景。
將風光產電的配比提高到40%以上會發生什麼事?對電力系統而言,至少會產生兩種不利影響:首先,愈大量的太陽能和風電會被要求「減產」(Curtailment),意思就是風光電機組在產值最高的時段,退出與電網的併聯,因為電量的供給超過了需求。其次,當風光發不出電的時段,需要更多備用的發電容量,由於這些多出的備用容量大部分時間都閒置,因此增加了系統的成本。
舉例:加州是部署間歇性再生能源的領頭羊,卻在今年4月,讓原本可發出19億度的再生能源機組退出電網,按國內的零售均價計算,19億度的產值達數千萬美元,但沒併電網、就全部歸零。另外在5月時,加州關閉裝置容量4,700MW的再生能源,多數是太陽能。相比之下,胡佛水壩的裝置容量為2,000MW。
▍儲能能幫忙嗎?
面對再生能源的困境,儲能雖然可以幫忙,可儲能的策略是建立在小時或一天的基礎上(而無法擴大到季節或月份的尺度),且當開始仔細研究時,會發現它比想像中更困難。首先是價格:電池製造商的報價很模糊,但容量1度電的鋰離子電池售價大概不出300美元,這個數字雖比早期便宜,但以大量儲存一個12分錢的商品(美國一度電力)來說,還是太貴了。價格之外電力儲存時間也是待克服的一點。
▍核能與碳捕捉
因此,如果要想在本世紀中葉前將電力部門的碳排放下縮9成、降至2005年的10%(美國),這個系統需要其他工具,例如核能和碳捕捉(但在碳捕捉便宜到能大量使用前,仍有很多工作要做)。即使核能每度的成本高於太陽能或風能,它也能非常有用,因為核能可在風光不發電時提供能源,反觀如果再生能源在需要時無法發電,再便宜也沒用。
但研究也發現,要使核能在脫碳之路中發揮作用,必須找到方法降低建置新電廠的成本,這不會在短期內發生,因為建立「創新」需要漫長與艱苦的學習曲線,但能源產業已證明,硬體與人才確實能遵循學習曲線,看看風場或壓裂技術的演進便知。
▍放太多雞蛋的籃子
放太多的風蛋與太陽蛋在再生能源的籃子中,造成的根本問題是:需具備比給定的負載水平大很多的發電容量,才能滿足該負載水平。
過去火力發電廠可以有需要就啟動,系統唯一要具備的只是滿足電力需求的容量、再加上一點因應機組故障的發電餘裕;今天你得有足夠的(備轉)容量,去平衡風光電在間歇期造成的發電量損失。一個「100MW」的太陽能電廠只能在中午前後發出100MW的電,可用電高峰通常會在幾個小時後才出現,此時太陽已快西下,僅能發出比裝置容量小很多的電。風電亦然,通常在需求不高的夜間發出最多電,當世界清醒且吃電時,風機的發揮僅達它最大潛能的一小部分。
總之,一個以再生能源為中心的電力系統,就算容量大到可以滿足用電峰值需求,也不可避免地面臨生產大量沒有價值的剩餘電力的問題。到2050年,如果我們的目標是(而且必須如此)使電力部門脫碳,我們仍需要不間斷供應的零碳來源,例如核能。
▍參考資料:Too much wind and solar raises power system costs. Deep decarbonization requires nuclear https://reurl.cc/K6Le5R
圖片為合成
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