再生能源對電網的影響（下）：挑戰和應對方法
2021/08/21閱讀時間約 4 分鐘
前一篇文章解釋了電網運作的基本原理，接下來將介紹大量間歇性再生能源併網，會遇到什麼問題以及解決方法。
風力太陽能 無法隨意控制輸出
間歇性再生能源主要是靠擷取部份大自然中的能量來發電，所以無法隨著用電來改變輸出。因此當再生能源增加到一定程後，某些時後會出現，發電量多過一般需求的情況。例如：太陽大風大的假日。
下圖為英國2020年的用電和再生能源發電曲線。因為英國冬天有供暖需求，因此用電量比夏天高。風力發電（佔全年發電量24%）會有連續2-7天的強風期或弱風期，但大致上冬天的發電量比夏天高。太陽能發電（佔全年發電量4%）同樣受到天氣影響時高時低，但基本上夏天發電量高過冬天。
然而，傳統電力系統有一定的能力調整供電量，來跟隨不同時間和季節用電的變化。當再生能源併網的比例不高時，原先電網的調度足以應付再生能源的供電變化。當比例更高時則要有適當配套方案，才能讓維持電網的穩定。相關技術可以參考英國2050年如何維持能源系統彈性。
傳統再生能源發電 無法提供系統慣量
傳統的風力和太陽能發電不使用同步發電機，因此無法提供系統慣量。為了保持供需平衡以及一定的系統慣量，有時部份的再生能源會被強迫停止發電（又稱為棄電）。英國在2020年夏天（參見下圖），因為封城造成用電下降，在要維持系統慣量和一定調度彈性的情況下，部份風機及核能機組被要求減少發電，並維持約4GW的燃氣發電。
然而，風力和太陽能發電設備，在系統設備升級後可提供虛擬慣量。另外，還有其它技術可提供系統慣量。例如：電池儲能系統在澳洲南部用來穩定電網。英國計畫透過更改傳統燃氣機組，讓機組在沒有發電的情況下，可以和電網同步來提供系統慣量。英國國家電網預計在2025年前，會出現短暫的時刻是所有電力來自低碳能源（再生能源及核能）。
再生能源比例 對電網的影響
國際能源暑（International Energy Agency）將間歇性再生能源併網分成了六個階段，每個階段都有相對應的轉變。在前期（階段1和2）再生能源的發電佔比不大，既有的電網設備足以應付再生能源的變動。中期（階段3和4）則要有電力系統升級才能維持電網穩定，例如：增加儲能裝置或需量反應的容量。後期（階段5和6）則會出現經常性的發電過剩，且要有能長期儲存的儲能技術，來提供一年中不同季節的能源供應調度，例如：氫能、季節性熱儲能。
2019年全球己經有許多地區再生能源佔比超過20-30%，達到階段3或4。少數地區（丹麥和澳洲南部）則超過45-60%。台灣2020年風力和太陽能佔全年發電量約3%，相當於階段1。2025年目標將佔比提高到15%，相當於階段3。也就是說，在2025年之前，電網要升級才能維持電網穩定。
台電對再生能源併網的應對
台電公司電力調度處2018年的簡報《再生能源併聯運轉 對電力調度的挑戰與機會》中，提到了對再生能源併網的各種應因作法。下面整理了部份的作法：
- 增加再生能源發電預測的準確度（日前發電預測為168小時、即時發電預測為3小時）來減少調度上的不確定性。
- 透過設備升級來提高電壓和頻率的調整能力。風力發電機要求能協助電網頻率調整，且有在異常電壓/頻率時的運轉能力。
- 規範再生能源升/降載率來減少供電的變動。建議大型再生能源電廠配置儲能系統。
- 規畫各類輔助服務來維持電網平衡，並建立輔助服務相關市場機制。
- 增加可快速起停之燃氣機組、要求風場/風機接受調度。
除了設備和系統升級外，在管理上要對併網的影響進行研究分析、並研擬不同情況下穩定電力供應的作為。技術法規上增加對大型再生能源電廠的規範，並建立相關市場機制，使電力調度中心可取得必要的輔助服務。更多細節請參考原始簡報或是專題報導。
結語
風力和太陽能發電具有間歇性，且和傳統發電相比有不少限制，因此在併網時要有相對應的措施，才能維持電力系統的穩定。
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