揭穿有關電力系統「基載」三大迷思?

揭穿有關電力系統「基載」三大迷思?

內容:

  • 一、前言
  • 二、能源部長「研究檢查電力市場與可靠度」備忘錄全文
  • 三、NRDC專家的揭穿有關電力系統「基載」三大迷思
  • 3.1 源由
  • 3.2 揭穿有關電力系統「基載」三大迷思-本文
  • 迷思1:「基載電源對電力網的良好運轉是必要的」
  • 迷思2:「風力與太陽能等再生能源削弱了電網可靠度」
  • 迷思3:「躉售電力市場應特別禮遇【基載電源】」
  • 四、後語
  • 參考資料:

 

 

 

一、前言

最近閱讀到一篇2017年7月10日美國自然資源保護委員會(NRDC: Natural Resources Defense Council)專家部落格,由凱文 史坦伯格與麥爾斯 法馬(Kevin Steinberger & Miles Farmer)聯合執筆的「揭穿有關電力系統「基載」三大迷思(Debunking Three Myths About「Baseload」)」的文章。發現他們與美國川普總統新任命的能源部長德州前州長里克 裴里(Rick Perry)2017年4月14日下令給能源部部屬「研究檢查電力市場與可靠度」備忘錄內容的針鋒相對的對話,對當今美國電力系統官方與民間南轅北轍政策的說法,值得正在大力推展綠能政策我們參考,特別摘譯如下: 

二、能源部長「研究檢查電力市場與可靠度」備忘錄全文

在最近G7能源部長會議,我的同事們討論了利用更高效率與燃料之多元性,來實現能源轉型之需。對相當政策如何影響、及嚴重造成能源安全及可靠度的風險,也有值得擔憂之處。給我留下深刻印象的是,美國應該注意盟國所做出的政策選擇,並盤點其後果。

一個可靠又有韌性的電力系統,對保護民眾健康及促進經濟成長與創造就業,至關重要。美國電力系統是最精密並技術上領先全球的系統。消費者使用電熱、冷氣、電腦及電器,幾乎沒有停電過。儘管如此,在電力系統之中,已經有發生重大的變化,可能對經濟甚至國家安全有深刻影響,因此,這些變化需要近一步研究與調查。

基載電力對於良好運轉的電力系統是必須的。作為一個擁有諸如燃煤、天然氣、核能、及水力豐富自產能源的國家,所有這些都能提供價格合理的基載電力,並貢獻於電力系統的穩定度、可靠度與韌度。然而,在過去幾年中,電力系統專家對關鍵性基載電源的消蝕表示關注。

具體來說,許多人質疑基載機組被調度與補償的方式。還有一些人強調美國發電配比的多樣性日益減少,以及這對基載與電力系統韌度意味著什麼影響。這部分原因是先前主管部門引入旨在減少燃煤發電的管制重擔。 這些政策摧毀工作職位與經濟成長,並威脅削弱未來電網的表現。最後,分析人員已經全面紀錄了聯邦補貼的市場扭曲效應,以犧牲其他人的代價來提升一種能源的形式。這些補貼對維持足夠基載電源產生嚴重及長期的問題,並衝擊到所有型式的可靠發電機組。

這些與其他相關問題必須予以嚴格研究與分析,而能源部是獨一無二有資格從事此任務。此分析的結果將有助於聯邦政府制定健全政策來保護全美的電力系統。在制定這些政策時,川普行政當局將遵循可靠度、韌度、負擔能力原則,及支撐繁榮經濟的燃料保證原則。

我今天正式下令你,使用本部全部資源與可用關係,開始探索集中保護電力系統長程可靠度重要問題的研究。在2017年4月19日星期三,向本人簡報,並從該日起60天完成本研究的實施計畫,將探討下列議題:

  • 電力躉售市場的演進,包括聯邦政策干預與發電燃料配比變化性質正在挑戰形成那些市場創立的原始政策假設條件之程度;
  • 電能躉售及容量市場是否是充分補償性質,諸如現場燃料供應及其他強化電網韌度的因素;如果不是,這可能影響未來電網可靠度及韌度的程度;及
  • 持續管制負擔、以及強制與稅收及補貼政策的程度,係負責迫使「基載電廠」提前退役。

本人向川普總總承諾,這份報告不僅分析問題,而且還提供具體政策建議與解決方案。本人也答應總統,本人將在合法權力範圍內,盡全力確保我們提供美國家庭及企業一個技術先進、有韌性、又可靠、首屈一指的電力系統。

三、NRDC專家的揭穿有關電力系統「基載」三大迷思?

3.1 源由

今(2017)年7月10日美國自然資源保護委員會(NRDC)專家部落格,由史坦伯格與法馬兩位專家,根據美國布拉特集團(Brattle Group)顧問公司於2017年6月26日發表為NRDC準備的「促進從前【基載機組】融入彈性電力系統( Advancing Past“Baseload”to a Flexible Grid)」的研究報告,以及分析集團(Analysis Group)顧問公司於2017年6月發表由先進能源研究所(AEE: Advanced Energy Economy Institute)及美國風力發電協會(AWEA: the American Wind Energy Association)支助的「電力市場、可靠度與演變中的美國電力系統 (Electricity Markets, Reliability and the Evolving U.S. Power System)」研究報告,對裴里部長的備忘錄,提出有關電力系統基載三大迷思的質疑?全文如下述:

3.2 揭穿有關電力系統「基載」三大迷思-本文

今(2017)年4月17日,美國能源部長裴里(Rick Perry)下令該部部屬進行一項有關基載電廠的長程生存能力研究。斐里部長給部屬的備忘錄,命令此研究不用管電業發生的基本變化。

過去,燃煤及核能被認為是最便宜的資源,先前的電力系統架構都依賴大型電廠而不考慮彈性。今天,低廉價格的天然氣、下降的再生能源成本、由於更有效使用電能讓需電曲線平坦、以及強烈的氣候與公共健康保護正在推動電業經濟學往不可逆轉的轉變。結果是,過去曾經被用來指燃煤與核能電廠為「基載(Base Load)」的術語,已經不再有用了!

裴里部長的備忘錄延續了有關「基載」電源、潔淨能源、及電網可靠度若干過時與不正確的建議。在評估完成的研究中,有三個迷思要注意:

  • 迷思1:「基載電源對電力網的良好運轉是必要的」

現實:

根據美國布拉特集團分析集團兩家顧問公司的最新研究報告顯示,「基載」電源是一項過時的術語。它不屬於現代任何電力系統之價值或服務,也不等同於可靠度。雖然「基載」術語可以有好幾個不同的含意,但它在過去作為一類提供相對低廉的電力運轉成本、滿足全天24小時最低電力需求的電源之縮寫。這項術語,讓人聯想起燃煤與核能電廠被視為提供電能來滿足用戶需求,而幾乎沒有任何可行替代方案,至關重要的時代。

然而,在今天的電力系統中,使用「基載」來描述特定類型的電廠或電源,不再適用於任何實際目的。再生能源及天然氣的價格競爭遠比過去要強得多,這意味著被默認為不能快速升載及降載、無法彈性變化供電的燃煤與核能機組,不再有重大意義(角色)了!相反的,正如許多已經在做的那樣,決策者應該關注在一個架構:(a)有效地與有效率的界定電力系統及政策需求(亦即,運轉的彈性、溫室氣體減排)及(b)發展工具、市場、及方法,來讓廣泛能夠成本效益與可靠的可用電源來達成前述那些需要。此架構僅在真正需要的時候,才動用到燃煤與核能電廠,但是如果別的做法更符合成本效益,則優先考慮其他電源。

負載區線圖1 傳統規劃概念的系統負載與電源配比曲線 [資料來源;布拉特集團(Brattle Group)]

上圖為傳統規劃概念的電力負載與發電配比曲線。在過去歷史上,電業規劃師根據它們是否「基載(baseload)」、「中載(intermediate)」、或「尖載(peaking)」來將電廠分組。這種舊思維方式,忽視了在一天中的任何時間能夠供電的電源配比,且不需要以這種剛性方式彼此一層一層堆疊發電排程的可能性。

高度再生能源穿刺的系統負載曲線及電源配比圖2再生能源高度滲透率的電力系統負載與電源配比曲線 [資料來源;布拉特集團(Brattle Group)]

圖2為展示再生能源高度滲透率後之電力系統負載與電源配比曲線。今日電力調度中心允許之電源配比,動態貢獻可靠與具有成本效益的電力系統。

  • 迷思2:「風力與太陽能等再生能源削弱了電網可靠度」

現實:

紀錄一再顯示風力與太陽能發電有助於供電可靠並防止大停電與其他電網問題。只是許多例子其中的一個:運轉全美最多太陽能發電電力系統的加州電力調度中心(CAISO),證實太陽能可以提供許多電網可靠度服務,諸如電壓支持與頻率反應,這兩者都是確保電力潮流恆定與穩定所必需的服務。事實上,再生能源往往比傳統天然氣或燃煤機組更能夠提供可靠度服務。吾人也知道再生能源的高度滲透率可被可靠地管理。例如,德州的風力發電在整天中經常提供超過30%或甚至40%德州的日常電力需求。同時,許多研究也表明,非常高度普遍的再生能源能夠可靠的整合到輸電系統中。

非黨派的美國國家再生能源實驗室(NREL: National Renewable Energy Laboratory)研究證明,隨著電網實務的不斷創新,增加電力系統的彈性,以及全美不同區域電網之中電力管理的改善,吾人將能夠以風力及太陽能做為美國主要電力供應的來源。

  • 迷思3:「躉售電力市場應特別禮遇【基載電源】」

現實:

「基載」不等同於可靠度或任何其他電力系統需求,且不應僅基於「基載」電源理由予以補償。相反地,電力調度中心與系統規劃者應將重點放在所需服務的價值上,譬如靈活彈性-也就是快速升載或降載來滿足不斷變化用電需求的能力。諸如燃煤與核能電廠往往在提供彈性服務的能力方面受到限制。

此外,電力市場能夠且必須反映國家能源政策選擇推動新風力與太陽能發電發展的價值,而不是貶低或排除它們。諸如再生能源政策標準在電力配比方面,需要特定數量的再生能源,以因應避免相關化石燃料危及環境汙染與衝擊的期望。事實上,化石電源已經在電力市場上過度支用,或者接受它們自己的補貼(與再生能源的獎勵不同,經常不被社會效益認同)。

裴里部長的備忘錄延續了幾個虛構的敘述,忽視了當今電力市場的根本現實。吾人希望是,在能源部知識淵博官員的貢獻下,報告本身翻轉路線並做出有成效的貢獻,且能夠強化電網規劃者與電力調度人員的舉措,為現代化、低碳電力系統更新他們的實務。

四、後語

美國川普總統上任後,許多措施都跟過去行政當局思考不太一樣。因此,這位從前說要廢掉能源部的德州前州長斐里當上能源部長後,提出這備忘錄後,再生能源界也都提心吊膽。尤其能源部報告應該快公布了(照理4月17日起算60天,研究報告應該於6月17日提出),各界類似上述文章紛紛出爐,有人猜測可能對再生能源不利,也有人說裴里部長在2000~2016年16年德州州長任內,德州再生能源(風力)創全美第一,他應該很了解並贊成再生能源才對?大家都拭目以待?

其實,平心而論,要達到圖2電源配比的境界還要好多年,維持圖1傳統的配比也是不太可能了!茲以上述文章提到的加州及德州為例,圖3及圖4分別為上星期三(2017/7/12)加州電力調度中心(California ISO)轄區的再生能源實際日發電曲線及實際日發電(燃料別)曲線;圖5~8分別為德州電力調度中心(ERCOT)2016年到今(2017)年6月各月發電(燃料別)占比曲線、及 上星期三(2017/7/12)系統負載曲線-太陽能-風力發電曲線、太陽能-風力日發電曲線、太陽能日發電曲線。從這些曲線可知再生能源發電已經大到無法忽視了!

2017-7-12-加州ISO再生能源發電曲線圖3加州電力調度中心(California ISO)轄區2017/7/12再生能源日發電曲線 [資料來源;加州ISO]

2017-7-12加州ISO發電曲線-燃料別圖4加州電力調度中心(California ISO)轄區2017/7/12日發電(燃料別)曲線 [資料來源;加州ISO]

ERCOT月別發電16-2017圖5德州電力調度中心(ERCOT)轄區2016年~2017年6月月別發電(燃料別)占比曲線 [資料來源; ERCOT]

德州ISO-2017-7-12系統-風-太日發電曲線圖6德州電力調度中心(ERCOT)轄區2017/7/12系統負載、太陽能、風力日發電曲線 [資料來源; ERCOT]

 

德州ISO-2017-7-12風-太日發電曲線圖7德州電力調度中心(ERCOT)轄區2017/7/12太陽能、風力日發電曲線 [資料來源; ERCOT]

德州ISO-2017-7-12日發電曲線圖8德州電力調度中心(ERCOT)轄區2017/7/12太陽能日發電曲線 [資料來源; ERCOT]

 

 

參考資料:

http://www.energycentral.com/c/gr/three-myths-about-%E2%80%9Cbaseload%E2%80%9D-renewable-energy-and-grid-reliability

http://www.brattle.com/system/publications/pdfs/000/005/456/original/Advancing_Past_Baseload_to_a_Flexible_Grid.pdf?1498482432

https://s3.amazonaws.com/dive_static/paychek/energy_memo.pdf

http://www.analysisgroup.com/uploadedfiles/content/insights/publishing/ag_markets_reliability_final_june_2017.pdf

http://www.ercot.com/news/presentations

 

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About gordoncheng

我在含飴弄孫閒暇之餘,經常瀏覽到新聞、雜誌及媒體有關電業的報導,原來只PO在我的臉書上,跟老朋友分享!最近在我的部落格「Gordoncheng’s Blog』發現對電業有興趣同好還滿多的,但因本人孫女還小空閒時間不多,無法一一翻譯消化另寫文章,只好另闢專門PO電業新聞報導原文連結之「Gordoncheng’s 2nd Blog』,跟更多朋友分享!
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7 Responses to 揭穿有關電力系統「基載」三大迷思?

  1. Pingback: 揭穿有關電力系統「基載」三大迷思? | Gordoncheng's Blog

  2. CP says:

    謝謝老師的文章,已分享到個人臉書上。

  3. MengFeng Lin says:

    鄭處長您好,我想請問一個問題:
    根據2016-2017/06德州電力調度中心的資料,有大約40%的能源來自燃煤跟核能,40%的能源來自天然氣。
    2017/07/12加州電力調度中心的能源來源也還是有1/3來自核能跟燃煤。

    為何說「基載」電源是一項過時的術語??

    看起來不正是我們還是會需要一定程度的基礎電力來源,看起來可以到40-50%,
    然後30%的再生能源比例,以及30-40%可快速升降的天然氣,避免再生能源的不足
    這才是發展的正解嗎?

  4. 黄黄 says:

    電塔倒塌造成紅燈亮三次, 但是没有分區輪流停電。
    人為錯失, 反而造成停電。
    現在政府推動分散式的綠能發電,就是要避免單一電廠事故就影響全國供電。

    理性討論, 備轉容量率的迷思 :
    http://imgur.com/PhdeIU5

  5. MengFeng Lin says:

    鄭處長您好,根據您的文章,
    2016-2017/06德州電力調度中心(ERCOT)轄區還有是40%的能源來自燃煤跟核能,40%的能源來自天然氣。
    2017/07/12加州電力調度中心的能源來源也還是有1/3來自核能跟燃煤。

    請問怎麼說「基載」電源是一項過時的術語呢??
    煩請撥冗解惑,感謝

    • gordoncheng says:

      您的觀點沒錯,我也有同感,所以本文標題我打個「?』號。第二篇文章是親環保人士的觀點,要達到那地步還要一大段路要走?第一篇美國能源部新部長的要求60天提出報告,但遲遲未能公布,可能是各方在角力,我在等等擁護傳統的DOE之研究結果,也就是DOE對環保人士的答覆,再跟大家分享。

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