【弹性调度民间可用电力,花莲强震后10分钟稳住全台电网的关键】台湾电网韧性强化有更创新做法

台电设立了电力交易中心的战情室,可以用来监看电力交易平台每天交易和运作情况,确保平台的稳定运作。从战情室大型萤幕墙上,现场调度人员可以快速查看现在系统频率随时间的变化的趋势,以及整体民间电力资源的使用状况,以确保电力系统的精准调度。

时间回到4月3日这天上午7时58分09秒,台湾花莲发生芮氏规模7.2的强震,是自921以来25年来规模最大的地震,当时不仅造成全台上百处建物毁损,也瞬间导致台电8部发电机组跳脱,损失高达3,200MW(千瓩)的电力,相当于台中火力发电厂6部机组的发电量。

可是,这次的0403大地震,规模虽接近921地震,但仅造成少数地方停电,影响约37万户,并未引发全台大规模停电。关键在于台电运用一套由民间电力组成的电池储能系统发挥了关键作用。

强震发生时,这套系统在1秒内迅速启动救援,让储能电池快速放电,合计10秒内增加了510MW的电力,相当于中火一部机组的发电量,才得以防止电力系统的频率骤降,避免引发更多机组跳脱及连锁反应。随后,更透过抽蓄水力放水发电,增加了约中火4部机组的电量,持续稳住频率,最终在10分钟内成功让系统频率回稳,避免造成全国性停电的发生。

为何电力系统必须维持在60赫兹

稳定电力系统频率在60赫兹(Hz)是台电电力调度的关键任务之一。因为台湾电力系统的设计是以60Hz为基准,当频率低于60Hz代表系统发电少于用电量,反之亦然。而频率过高或过低都可能影响各种工业与民生用电系统、设备的不稳或损坏。也可能因为发电机组的保护机制动作造成机组跳脱,导致电力系统的频率持续下降,若未及时处理,进而引发连锁反应跳脱更多机组,最终可能导致全系统停摆。

若因地震台风等重大事故造成系统频率快速且大幅下降时,例如当频率降到59.2Hz时或低于59.5Hz超过50秒,台电目前常见的对策是,会透过各项低频卸载或限电等措施分阶段减少用电量来恢复系统频率,最大程度降低对系统的影响,避免进一步造成大规模停电。

0403地震虽瞬间失去大量电力,但台电的储能系统能够迅速支援,弥补发电机组跳脱的电力缺口,全靠台电在3年前打造的一套电力交易平台,快速调度民间电力资源来因应不足的电力缺口,防止频率快速下降,才能争取紧急应变时间。负责维运这套电力交易平台的关键单位,就是台电电力调度处。

靠电力交易平台及时调度民间可用电力,争取紧急应变时间

台电电力调度处处长周芳正认为,0403强震未如921地震般造成全台大规模停电,除了天时地利人和的因素,更关键的是,「民间的储能第一时间介入,将频率控制在一定范围内,才得以采取后续行动,将影响降至最低。」所以,像Gogoro、工厂,甚至是百货都可以成为支持台湾电网韧性的关键。例如电动车电池充电站、医院的紧急发电机、百货商场的冷气空调都能够在突发状况中迅速提供调度,稳定电网运作。

台电在这套平台首度采用创新的经济共享电力交易商业模式,吸引民间可供调度的弹性电力资源加入,签约参与不同的电力调度模式。对参与调度的企业而言,释放这些电力,不只是供电,甚至是适时减少用电,都可以获得额外收益。台电定期依据民间企业提供的电力容量、效能、执行时间及服务指标进行结算来付款。

这一起0403大地震事件的电力救援更大意义在于,展现了台湾不断电的数位韧性,透过电力交易平台,台湾能够结合民间可用电力,提升电力调度的灵活性和韧性,确保电网在突发情况下能迅速反应与调度,维持在全台电网稳定。

电力交易平台2021年推出上线后,台电首先推出「日前辅助服务市场」形式,在用电日之前,提前订定电力调度价格的调度方式。参与企业须经过申请成为合格交易者,采取公开竞标,由合格电力交易者自由报价。报价结束后。台电会汇集电力系统、发电负载及业者报价等资料,透过电脑程式执行电力系统最佳化配置,决定用电调度当日的民间资源使用时间与使用量。周芳正说:「电力交易平台的日前辅助服务市场是亚洲第一个建立的辅助服务市场」。

台电在这个日前辅助服务市场的服务中,提供了4种电力交易单位,分别是调频备转、电能移转复合动态调节备转容量(E-dReg)、即时备转和补充备转。每个交易单位适用情境和用途各有不同,满足电力调度的需求。(图片来源/台电)

台电在这个日前辅助服务市场的服务中,提供了4种电力交易单位,也代表了不同的调度方案,分别是调频备转、电能移转复合动态调节备转容量(E-dReg)、即时备转和补充备转。每个交易单位适用情境和用途各有不同,满足电网调度的需求。例如,调频备转多采用储能设备,通常用于需要快速反应的情况,如大量机组突然跳脱。这种备转当侦测到频率偏差时,能在1秒内迅速充或放电。相比之下,即时备转和补充备转则依赖发电机组或需量反应(用户采取减少用电措施),反应时间介于10至30分钟内,配合调度指令进行负载抑低。

在调频备转方案中,对于频率的反应存在差异,例如动态调频备转(dReg)会在频率低于59.75Hz时进行全力放电,而静态调频备转(sReg)则在频率低于59.88Hz时触发启动。台电去年新增了E-dReg,则是兼具调频备转快速反应和紧急调度等多用途功能。

周芳正形容,调频备转和E-dReg,就像短跑型选手,能在短时间内快速冲刺,防止电网频率骤降,而即时和补充备转则像接力选手,支援后续电力调度,反应虽较慢,但可持续较长时间。

0403大地震期间,台电透过144个dReg案场及4个E-dReg案场的即时放电,瞬间释放510MW电力,才能够在强震导致电力机组跳脱的情况下,撑住快速下降的频率,为后续的紧急应变争取了宝贵的时间。

甚至,近期发生两部机组同时跳机,总损失达1,200MW。以往这类的事件一旦超过1,000MW或1,200MW,停电风险就会大幅上升,几乎导致全国性停电。现在有了电力交易平台的调频备转等储能系统,「我们已经不再担心」他说。

周芳正强调,使用电力交易平台,不仅能够强化电力系统的韧性,降低事故发生的机率与严重度,也能够活化民间资源与促进产业活络。

再生能源比重越高,越需要电力调度来因应气候变化

尤其,2023年台电系统年发电量将近2,500亿度,其中再生能源占比10.55%。随著再生能源发电比例的提升,受气候因素影响,电力系统面临负载陡升及夜尖峰挑战,这将增加电力预测与调度的困难。但电力交易平台能改善这个问题。例如遇到光电不稳定时,可使用即时备转和补充备转来因应,不需要启动反应较慢的传统发电机组,「即时备转和补充备转使用频率不高,但在关键时刻却能发挥重要作用。」他表示。

设立战情室,监控全台电力调度

台电还设立了一间电力交易中心的战情室,可以用来监看电力交易平台每天交易和运作情况,确保平台的稳定运作。从战情室大型萤幕墙上,现场调度人员可以快速查看现在系统频率随时间变化的趋势,以及整体民间电力资源的使用状况,还可以进一步查看各个电力交易单位的运作情况,甚至监控民间业者的执行情况与排程,以确保电力系统的精准调度。

电力交易平台上线至今也获得不少重要的成果,参与容量逐年成长,从2022年的100MW增至2023年的500MW。截至9月,合计总量已达1,599.5MW,相当于约有1.5部核能机组的量。

参与合格交易者到今年10月增加到95家,涵盖多个产业。制造业的群创、友达、台达和台湾康宁;航空业的汉翔;百货业的京站、台北101和维多利亚酒店;饭店业的加贺屋;医疗机构如彰基医院、双和医院和敏盛医院;水泥制造业的台泥,以及电信业的中华电信等。

 相关报导