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專家導讀：想要讓公民電廠、分散式能源資源、虛擬電廠在台灣成長茁壯，藉由科技的挹注，催生電力管理數位轉型將是發展的關鍵。電力管理數位化 AIOT技術是關鍵！（03/14/2021 工商時報）

「公民電廠」是一種新的商業模式，讓再生能源發電變成全民運動，一般社區能在屋頂裝設太陽能板，透過售電改善生活。圖

作者：劉志文、李偉仁、黃雅琪

想要讓公民電廠、分散式能源資源、虛擬電廠在台灣成長茁壯，藉由科技的挹注，催生電力管理數位轉型將是發展的關鍵。

根據工研院產業趨勢觀察指出，在數位化的過程中，AIOT（人工智慧物聯網）技術將扮演關鍵要角，能在發電、輸電、配電、與用電上為電力系統創造四大價值，包括改善電業機構營運效率、提高對分散式電源的容納量、提升客戶服務、以及開創新的電力應用事業，四大價值如下。

第一，改善營運效率。這是AIOT在電力領域最為普遍的應用，目的在於降低電業機構維運成本、提升效率，依據IEA 2017年所發布的Digitalization & Energy報告估計，導入數位化技術，在2016～2040年期間將可使電廠與電網降低5％ O&M（運轉及維護）成本、提高5％電廠燃燒效率和降低5％線路損失，並延長5年電廠與電網設備壽命，平均而言，每年可減少200億美元的電網投資，以及近340億美元的電廠投資。

　第二，提高對分散式電源的容納量。根據IEA的報告指出，藉由數位化技術，可更靈活且即時的運用需量反應、再生能源、儲能及電動車等分散式電源，來提升整體電力系統的運作彈性與效能。以歐盟為例，透過數位化技術，更好的匹配電力需求、再生能源發電狀況及儲能，到2040年，可使太陽能與風力的縮減輸出（curtailment）比例，從目前的7％降低到1.6％。

第三，提升客戶服務。最常見的應用就是智慧電表系統建置，透過用電分析服務，進而幫助客戶省電等。像是被美國甲骨文收購的企業Opower，就是運用大數據分析智慧電表數據，用以製作個人化家庭能源報告書，協助用戶節能。

第四，開創新的電力應用事業。鑒於電力產業逐步邁向自由化競爭市場，不少企業已開始思考，可否透過電力數據的應用來創造新興事業增加營收。例如日本九州、關西、四國等電力公司，就把智慧電表資料做為判斷高齡者居家安全情況的依據，推出高齡者守護服務。

這些都是AIOT促進電力系統創新及電力資訊透明化的案例，讓原本只掌握在電力公司手中的電力系統運作資訊，應用發展成加值服務。

極端氣候已是全球面臨的難題，透過風險管理與強化電力基礎建設的韌性，才能隨時因應氣候的變遷超前部署，同時，朝展綠減碳目標邁進，輔以AIOT進行電力管理，也將是協助台灣維持電力系統供需平衡、穩定度與安全的做法，進而達到能源轉型、環境永續的願景。

本文作者為工研院電網策略室主任劉志文、美國德州大學阿靈頓分校電機系教授李偉仁、工研院產科國際所分析師黃雅琪

完整內容請見：
https://www.chinatimes.com/amp/newspapers/20210314000151-260204

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【加州疫情中過多的再生能源】
#需求減少再生能源持續增加 #必須動用經濟手段做削減
加州電網調度中心CAISO創下了削減再生能源(Curtailment)的紀錄，原因是該州在日間時段不斷增長的太陽光電發電量越來越多，甚至超過了電力需求。而健康體系面對疫情挑戰同時，加州電網以及世界各地再生能源佔比高的電力系統，也都在面臨新冠病毒大流行連帶電力需求下降的問題。

▋疫情管制導致的電力需求下滑
大概三月中，舊金山灣區率先開啟了管制作業，並責令其停止所有不必要的工作，而州長Gavin Newsom隨即對將命令延至全州範圍。接著，CAISO便開始記錄到因為企業停業所導致的的需求顯著下降，這些企業主要集中在灣區以及南加州等地方。

自從全州禁令發布以來，CAISO系統中與去年同期相比，在工作日的負載需求大約降低5%~8%，在周末的負載大約是1%~4%，早上高峰時段的降幅最大。而這些數字已針對天氣差異做了校正，分析結果主為「由於從商業，餐飲和零售中心轉向住宅消費」，商業負載的下降超過了拘留於家中成長增長，而這樣的降幅比疫情更為嚴重紐約降幅更大，電網系統NYISO平均下降幅度高出4%~5%，ISO New England則是3-5％。

假如這樣的狀況是可以預測的，或許可以盡早準備還不會有什麼問題，但由於電力調度單位缺乏有關大型流行病如何影響電力消費的歷史數據，加州出現了更多錯誤的負載預測，更因它有比其他州更多的太陽光電大約27GW，(尖峰發電約11GW，占負載約五成)，此外，加州還擁有約6GW的風電，儘管在過去十年中這種資源的增長速度並不快，但綜合如水電等再生能源，瞬時可佔CAISO 電力系統供應的 63％ 。導致它得面臨更劇烈的著電網平衡挑戰，再不得不的情況下，削減的再生能源發電量來到新高。

▋加州的削減挑戰
其實在COVID19大流行之前，CAISO的再生能源削減再度創新高。相比之下，今年一月減產了1.38億度(2019年為1.27億度)、2月減產了1.57億度(0.82億度)。而疫情爆發的三月更是創下春季新高，來到了1.8億度(去年同期為1.2億度)。為了滿足該州積極的清潔能源目標，在太陽光電的推動下，削減量每年都在增加。根據統計，截至2019年底，加州已經擁有超過27GW的太陽能，發電量佔該州的近20％ 。

但是，加州的光電無法一直在它發出時被使用，特別是在陽光明媚但氣候溫和的春季，空調需求並不明顯。這使CAISO的供求曲線從清晨到午後下降，這造成了該州最著名的鴨子曲線。而多年來，CAISO一直示警並尋求解決方法。除了使用天然氣做追隨負載，其他選項包括將電力出口到鄰州，使用該州不斷增長的儲能系統，但也儘在某些日子能發揮作用無法長遠，這些就是某些人很喜歡說的彈性。

此外，CAISO也會依靠能源市場價格下跌(有時可能跌至負區域)來推動電力從低價區域向高價區域的轉移，或鼓勵能夠控制其輸出的發電商降低產量。 但是，如果這不能帶來足夠的減少，CAISO將開始提供，以支付再生能源發電業者減少輸出的費用。這種「經濟削減」(economic curtailment)佔了其需求的絕大部分 。

如果CAISO還無法通過這種方式獲得足夠的電力供應減少，那麼將會開始要求發電業者排電減產班表(Self-Schedule Cut)，比例大致占十分之一。若真的再無法，作為最後的選擇，CAISO可以命令發電者按照其所謂的“特殊調度”命令與電網解聯(Exdispatch)-這是今年尚未採取的步驟。

▋這樣合乎成本效益嗎
對於電網業者以及需要穩定電力的民眾來說，對再生能源做出削減已經是較為經濟的做法。但就發電業者或電力市場健康的角度來看，我想沒有人會願意放棄自己的生財工具，而我們也曾討論過，再生能源的量在過多又無搭配便宜儲能系統的情況下，再生能源業者的獲利甚至會因此下降，但這也都有賴市場以及科技作解決。

這次的疫情如IEA所說，各地的電力系統大概都提前經歷了未來十年再生能源暴增的樣貌。

【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