匯智能源服務創新應用案例-服務情境

FIND研究員：吳瑞明

前言

      隨著智慧電網的發展，電網的電力輸送方向從過去只能單向傳輸轉變為可雙向傳輸，這些改變也進一步帶動再生能源與分散式能源的發展，使得電力系統結構從傳統大型電廠為主的模式，逐步走向分散式能源的結構。其中電力用戶可在自家的表後(Behind-the-meter, BTM)建置各種分散式能源設備，包括再生能源、儲能、自用發電機等設備，除提供自家內部負載管理使用外，行有餘力時也可透過聚合商的統合調度管理，將群體電力用戶聚合成一個虛擬電場((Virtual Power Plant, VPP)，進一步對電網提供輔助服務(Ancillary Service)。這種新型的能源應用模式在國內電業自由化政策的引導下，已開始萌芽發展。本文介紹一個虛擬電廠的實際案例。

服務情境說明

      匯智能源公司是一家設備銷售與工程服務的廠商，有鑑於國內輔助服務市場的開放與潛在商機，近年來積極與資策會合作，建立輔助服務專業能力及開拓相關業務。    

      我國在能源轉型政策下，核能電廠如期除役、降低燃煤發電，期望藉由開拓太陽光電、風力發電等多元化新電源，彌補不足的電力。但因再生能源發展速度不如預期，現階段面臨備轉容量不足的隱憂，尤其今(110)年夏天用電量快速成長，五月以來台電備轉容量燈號就不時亮起黃燈。在這樣供電緊澀的狀態下，一有風吹草動，電力系統任何環節發生故障時，就可能造成限電、停電的後果。5月13日及17日連續兩個興達電廠的相關事故，導致全台四、五百萬用戶分區輪流停電近5個小時，就是一個明顯例子。電網系統之所以這麼脆弱的關鍵因素之一，就是輔助服務容量不足。

      電力能源是除了水、瓦斯、電信之外的基本民生需求之一，電力網路系統連結各發電廠(發電設施)，將所發的電傳送到用戶端供各項電器設備使用。電網系統規模龐大，運轉管理極為複雜，但簡單來說，電網維運的目標，就是要維持系統可靠度(穩定持續的供電)及供電品質(電壓及頻率保持在一定的範圍內)，其中關鍵要素就是要隨時保持供需平衡。當供需不平衡時會導致頻率漂移，輕微時可能造成部分設備跳脫與局部停電，嚴重時會導致電網系統崩解，造成大規模的斷電。

      造成不平衡的原因很多，有時是再生能源發電量預測或負載預測誤差造成的，有時是供電端及輸送線路的問題，有時候是用戶端用電量變化造成的。因而在電網系統的運轉上，需要由電力調度中心的調度人員隨時監控電網運轉情形。當有供需不平衡及其他異常狀時，需即時調用相關資源來恢復及維持平衡狀態，這些可被臨時調用的資源，主要就是輔助服務。

      電網運轉所需的輔助服務種類很多，依所要求的反應時間可概分為調頻備轉(Regulation Reserve)、即時備轉(Spinning Reserve)及補充備轉(Supplemental Reserve)等項目。過去輔助服務都是由傳統水、火力發電機組提供，這些發電機組肩負兩個任務，其一是提供電能，亦即滿足電力用戶的用電量需求，例如將發電機的出力操作在最大出力的85%，其餘15%留做第二任務使用，亦即提供輔助服務。但國內隨著太陽光電、風力發電的發展，這些發電不穩定的再生能源占比逐漸提高，為穩定電網所需的輔助服務需求量愈來愈大，傳統發電機組受環保因素的限制擴充不易，其量能已逐漸無法滿足需求。

       對於事故所造成的供需不平衡問題，除了可使用傳統發電機組來解決外，也可運用分散式能源(Distributed Energy Resources, DER)來協助解決。例如當某電廠機組突然故障，造成電力系統供給瞬間短缺，而其他備用機組量能也不足以填補整個缺口時，可運用裝置在電力用戶表後(BTM)的儲能、自用發電機、可控負載等設備進行用戶需量調控，經由調降電力用戶對電網的電力需求，協助填補供需差距缺口，消除電網不穩定因素。這種搭配運用傳統發電機組與電力用戶端分散式能源來進行電網維運的方式，是國際上「整合資源規劃(Integrated Resources Planning, IRP)的重要發展趨勢。

      由於供電端(傳統機組)及需求端(電力用戶)資源各有其不同的成本與限制條件，例如：從供電端新建發電機組提供一度電所需的成本，遠大於透過需求端管理減少一度用電的成本。另外，新增發電廠設施也還有其他社會問題，如環保議題、嫌惡設施居民抗爭等，因而透過整合資源規劃找出供電端及需求端最佳資源組合，是電力公司營運不可或缺的一環。而如何透過技術與市場機制擴大用戶參與、發揮用戶端資源的功效，是電力能源領域未來發展的重要課題。

      運用用戶端分散式能源提供電網輔助服務時，需要克服一些困難。由於整體電網上的供給與負載量龐大，以國內今年5、6月為例，尖峰負載已超過37GW(百萬瓩)。電力用戶契約容量超過800KW(瓩)以上的已算是用電大戶了，一般單一用戶所能調節的電量可能只有數十或數百KW(瓩)，對協助維持整體電網穩定而言，有如蚊子叮大象，發揮不了作用。因而必須使用聚合調度技術，將群體用戶端的資源集結成為一個虛擬電廠(VPP)進行統合調度，才能發揮聚沙成塔、螞蟻雄兵的力量，於意外事故時，依據電網電度中心的調度指令提供輔助服務。

匯智能源服務創新應用案例-服務內容與應用效益

FIND研究員：吳瑞明

前言

      隨著智慧電網的發展，電網的電力輸送方向從過去只能單向傳輸轉變為可雙向傳輸，這些改變也進一步帶動再生能源與分散式能源的發展，使得電力系統結構從傳統大型電廠為主的模式，逐步走向分散式能源的結構。其中電力用戶可在自家的表後(Behind-the-meter, BTM)建置各種分散式能源設備，包括再生能源、儲能、自用發電機等設備，除提供自家內部負載管理使用外，行有餘力時也可透過聚合商的統合調度管理，將群體電力用戶聚合成一個虛擬電場((Virtual Power Plant, VPP)，進一步對電網提供輔助服務(Ancillary Service)。這種新型的能源應用模式在國內電業自由化政策的引導下，已開始萌芽發展。本文介紹一個虛擬電廠的實際案例。

服務內容介紹

      台灣全島上只有一套電網系統，過去長久以來，除了少數民營發電廠外，所有的發電、輸電、配電設施都是由台電獨家經營管理，用戶只能向台電購買電力。台電在電網維運上，大都從供電端著手來維持供需平衡及電網穩定性。然而在106年電業法修訂後，國內已朝向電業自由化方向發展，台電及政府相關單位，也積極制定及推動相關法規，除了准許民間興建發電設施外，也提供市場機制讓電力用戶可參與電網運轉，運用表後分散式能源設備反向對電網提供輔助服務。

      配合電業自由化政策，台電積極籌劃建置輔助服務交易平台，開放民間企業與電力用戶運用自建的設備資源，參與市場競價提供輔助服務。

      相關辦法與推動情形說明如下：

「非傳統機組參與輔助服務暫行機制」

開放電力用戶運用需量反應及儲能設備，參與日前市場(Day-ahead Market)競價，提供即時備轉輔助服務。

已於109年4月開始實施至今。

「輔助服務及備用容量交易試行平台管理規範及作業程序」

進一步開放電力用戶、民間企業運用需量反應、併網型儲能設備、發電機、自用發電設備等資源，參與日前市場競價，提供調頻備轉、即時備轉及補充備轉等輔助服務。

預定今年下半年開始實施，以取代「非傳統機組參與輔助服務暫行機制」。

      以上兩個市場作業規範中都規定，參與者所提供的輔助服務量至少1MW(千瓩)以上。大的電力用戶可單獨參與，小用戶也可透過用戶群代表(Aggregator，聚合商)以群體方式參與。

      匯智能源公司是一家設備銷售與工程服務的廠商，有鑑於國內輔助服務市場的開放與潛在商機，近年來積極與資策會合作，建立輔助服務專業能力及開拓相關業務。首先從既有客戶中找尋具備潛力的電力用戶，協助這些用戶導入輔助服務應用，並由自己擔任聚合商的角色，使用資策會所開發的聚合調度平台，將多個用戶聚合成一個虛擬電廠，參與市場交易提供輔助服務。目前該虛擬電廠已包含中部某醫院的三個院區，可提供即時備轉輔助服務量2MW，且該等案場已通過台電的能力測試，預計近期內即可開始營運。

 應用效益與成果

      本案匯智能源公司聚合中部醫院多個院區建構一個虛擬電廠，統合運用各院區內的分散式能源設備參與台電日前市場競價，提供即時備轉輔助服務，開創我國第一個民間虛擬電廠提供輔助服務的先例。

      透過虛擬電廠的應用模式，讓原本模較小、無法達到市場最小服務量門檻的電力用戶，可以經由群體方式參與市場運作，充分發揮用戶端分散式能源設備資源的效用，提升用戶收益來源與設備投資效益。此外，也可經由虛擬電廠引導出更多分散式能源設備資源，參與提供電網輔助服務，填補傳統發電機組量能的不足，協助穩定電網運轉，降低意外事故停電造成社會、經濟損失的風險。

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