漫談備用容量與備轉容量

漫談備用容量(Reserve Margin)與備轉容量(Operating Reserve)

  • 目錄
    一、前言
    二、備用與備轉容量的由來
    三、備用容量與備轉容量的定義
            3.1備用容量
            3.2備轉容量
  • 四、各國備用容量與備轉容量計算公式及標準
  •        4.1 台灣
                 4.1.1 台電
  •                     4.1.1.1「備用容量率」定義如下:  
  •                     4.1.1.2  備轉容量(Operating Reserve)
  •                    4.1.1.3 台電歷年備用容量
  •                    4.1.1.4 台電未來之備用容量
  •                               (a)民國99年10月預測2010~2021年備用容量
  •                                  (b)民國100年9月預測2010~2022年備用容量
  •                                  (c)民國101年9月預測2013~2023年備用容量
  •                                  (d)民國102年9月預測2012~2024年備用容量
  •                                  (e)民國103年2月預測2013~2025年備用容量
  •                                  (f)民國104年5月預測2014~2026年備用容量

                  4.1.1.5 台電備用容量與備轉容量之比較實例說明

  • 4.1.2 全國(台澎金馬)(台電與汽電共生自用電力部分總計)
  •          4.1.2.1「備用容量率」定義如下:       
  •          4.1.2.2 全國未來(2010-2020年)備用容量
  •        4.2 美國
                  4.2.1 北美電力可靠度公司(NERC:North America Electric Reliabilty  
                             Corporation)
                  4.2.2德州電力調度中心(ERCOT)
                  4.2.3西部電力協調理事會(WECC:Western Electricity Coordinating                                    Council)
          4.3 歐洲
                 4.3.1 歐洲輸電調度中心協會(ENTSO-e: European Network of                                            Transmission  System  Operators for Electricity)
  •       4.4 日本
  •              4.4.1 備轉容量之定義
  •             4.4.2 瞬時備轉容量必要量之考量
  •             4.4.3 備轉容量確保方法與實績
  •             4.4.4 備用容量之定義與表達方法
  •             4.4.5 備用容量計算方法概要與目標因素
  •             4.4.6 日本備用容量實績與預測值
  •        4.5 新加坡
           4.6 韓國
  • 五、結語
  • 參考資料:

一、前言

2011年3月11日東日本大地震並引發大海嘯,導致東京電力福島第一核能電廠發生反應爐爐心熔化,核燃料損毀,輻射外洩核災最嚴重事件。東京電力也因地震與海嘯所引致福島第一、第二核能電廠、火力電廠、水力電廠等發電機組受損跳機停機,電源不足,實施計畫性輪流停電。

福島核一廠核災事件,更引起全球恐懼,反核聲浪高漲,紛紛要求關閉核能電廠,台灣也不例外,尤其台電去(99)年備用容量高達23.4%,外界認為停用台電核一、二、三廠總裝置容量514.4萬瓩(佔全系統裝置容量12.56%),台灣不致於限電。這些討論引發我對備用容量與備轉容量回顧的興趣,將過去蒐集或瀏覽過的資料整理跟電業同好分享交流。

二、備用與備轉容量的由來

電力從西元1879年剛發明電燈有電可用就是享受的時代,逐漸進展到現代,變成生活不可或缺的要素,電力供應的可靠益形重要,如何量度或展現電力公司的電力系統供電之可靠度,也受到電業界、學術界、電業主管機構以及廣大用戶的重視。

電業130餘年來,尤其近50年來全球電業歷經諸多嚴重影響供電可靠的大停電事故,例如美國東北與加拿大安大略(1965)、美國紐約市(1977)、法國(1978)、北歐(1979)、美國加州(1996年7、8月兩次)、台灣(1999)、巴西(2002)、美加(2003)、瑞典丹麥(2003)、義大利瑞士(2003)、英國倫敦(2003)、俄羅斯莫斯科(2005)、歐洲八國(2006)、日本東京(2006)、美國德州(2011)、日本東京(2011)等大停電事件,每次事故後電業或政府主管機關都會從設備、人員、制度、組織、法規、標準等面相檢討改善強化電力供應可靠度。此外,學術界、研究顧問機構及電力製造廠商也會積極參與電力可靠度研究。

因此,經過多年來的不斷研究與實務經驗演變,電力系統可靠度在世界各國電業都有其量度標準,但綜合起來,大概可將電力系統可靠度(Power System Reliability)歸成兩大項目:

(A)系統安全度(System Security):電力系統忍受系統設備事故不致讓其他設備跳脫或產生連鎖事故之能力。也就是有能力控制不斷電並避免發生無法控制的大停電。[美國NERC於2001年將Security用Operating Reliability代替,以免跟美國國土安全部(Homeland Security)同義混淆]

(B)系統裕度(System Adequacy):係指電力系統無論何時都有充足的發電及輸電能力,滿足所有用戶尖峰用電並供應電能需求。為達到此要求,通常要經常準備額外的容量隨時替代補充發電機組或輸電設備故障喪失之容量。

為量度電力系統可靠度之系統裕度,電業一般做法,是利用可靠度指數(Reliability index)來測量。可靠度指數分為兩大類別:

(I)     決定性指數(Deterministic index):

提供電力系統是否達到或未達成要求目標的推測狀態。最著名的就是本節標題「備用容量(Reserve Margin)」,它通常用在電源開發規劃方面,等於系統發電機組總裝置容量減去尖峰負載所剩的發電容量,若將備用容量除以年度最高(尖峰)負載,得到的百分比來表示,稱為「備用容量率(Percent Reserve Margin)」,若將備用容量除以裝置容量所求得的百分比,則稱為「容量裕度率(Percent Capacity Margin)。後者是近年來美國電業覺得用尖峰負載為分母計算的備用容量率數值過大,改用裝置容量當分母計算的容量裕度率較小,不容易被民眾覺得投資過多。至於調度運轉用的「備轉容量(Operating Reserve)」也屬於決定性指數的一種。

分析可靠度的決定性方法在電業界使用最早而且至今還廣泛被採用,因為對一般民眾比較簡單且容易了解。但是決定性指數不是可靠度的直接指標,無法給予數量基礎來比較不同系統的風險。

(II)    機率性指數(Probabilistic index):

提供系統可靠度量化量測方法,它使用數學模型代表事件發生機率,最佳樣本就是大家熟悉的失載率(LOLP:Loss of Load Probability),也就是一年有幾天發電容量不足,尖峰用電負載無法供應。例如美國系統可靠度標準LOLP為每年0.1天。機率法計算把所有常數都考量在內,諸如電力系統及其各個元件(發電機、輸變電設備等)發生故障的機率、嚴重性、發生頻度與時間長短等常數。因此,機率性指數允許量化評估失載或無法供電的風險。但是在調度運轉人員工作時,每年失載0.1天,對他們並不很實際,傳統的決定性指數比較具體些,所以運轉人員用的備轉容量(Operating Reserve)還是用多少MW或一大機組或尖峰負載多少%比較習慣。

機率性指數比決定性指數較晚發展,比較著重科學數據而不似決定性指數偏重經驗值,尤其現代電腦發達計算龐大複雜不是問題,所以機率性指數在電源開發上使用比較多。此外,LOLP或LOLE也可轉換為決定性指數備用容量率,因此大部分電業都兩者搭配使用。

三、備用容量與備轉容量的定義

3.1備用容量

從上節可知「備用容量(Reserve Margin)」一般電業慣例是用來量度電力系統可靠度的決定性指數,適用於電源開發規劃之用,係用來應付負載預測誤差(因天氣異常用電突升)、乾旱枯水與發電機組故障減載跳機、檢修及大修,以及系統頻率調整等。備用容量愈大,系統供電愈可靠,但投資愈大,經濟性較差,反之,則可靠度下降,甚至限電。

其簡單計算公式為:

但是上述公式中的「裝置容量(Installed Capacity」「尖峰負載(Peak load)」定義內容與名詞,各國都有其慣例,所以不盡相同,尤其電業自由化後,跨區買賣電力代輸,近年來再生能源的推動,更是複雜。茲舉例說明如下:

(I)     裝置容量:

(A)使用裝置容量,南韓等國使用。

(B)使用淨尖峰供電能力(=裝置容量 – 廠用電),美國、台灣等國使用。

(C)無法持續發電的風力機組裝置容量使用3%~100%比例計算各國不同

(D)水力機組裝置容量受限水文枯豐,水庫容量、無法持續供水,裝置容量折扣計                        算,各國不盡相同。

(E)其他再生能源如太陽能等裝置容量也有不同折扣計算。

(F) 受到輸電線路限制之發電容量折減。

(II)    尖峰負載:

(A)使用發電端小時平均負載(包括電廠用電),南韓等國使用。

(B)使用供電端小時平均負載(扣除廠用電),美國,台灣等國使用。

(C)使用全年最高三天尖峰小時平均值負載(供電端),日本使用。

此外,例如美國北美電力可靠度理事會(公司)[NERC:North America Electric Reliability Council(Corporation)]有一段時間將「備用容量率(Percent Reserve Margin)」,改用以裝置容量為分母的「容量裕度率(Percent Capacity Margin)」,2008年又改回「備用容量率(Percent Reserve Margin)」。民國74年台電備用容量率高達55%,也曾研究仿照美國用「容量裕度率(Percent Capacity Margin)」,因為有下列容量裕度率計算及與備用容量率互換公式可知,容量裕度率約為備用容量率的80%,讓外界不會覺得電力公司投資過多(參考圖1比較)。

圖1 美國德州可靠度機構(TRE)、西部電力協調理事會(WECC)1998-2009年備用容量與容量裕度實績(資料來源:美國Energy Information Administration)

所以要比較各國的備用容量,首先必須看清楚其相關項目的定義與計算公式,如此才有意義。

3.2備轉容量

備轉容量顧名思義就是電力系統實際調度運轉時,用來應付負載預測誤差、發電機組故障、系統頻率調整等所需準備的供電能力。它的計算公式跟備用容量相同:

但是其中裝置容量把故障、大修與檢修、以及降載的發電機組容量扣除不包括在內,因為實際運轉時這些狀況都是已知數據,還有發電機組出力隨季節氣溫、風力、水文等變化予以修訂接近實際情況,至於尖峰負載一般都用一小時平均負載,但也有公司採用瞬時尖峰負載。

四、各國備用容量與備轉容量計算公式及標準 

4.1 台灣

4.1.1 台電

4.1.1.1「備用容量率」定義如下:  

 4.1.1.2  備轉容量(Operating Reserve) 

由前述定義,備用容量率係對年尖峰負載(一小時平均值)而言,即全系統供電能力超出年尖峰負載的比例,全年只有一個數據;此項比例之大小代表當年系統發電端的供電可靠程度。由於此項比例並未扣除機組檢修等不可調度之容量,故不可用以衡量系統每天實際的供電可靠度,只適用於電源開發規劃之用途及說明,並常用以和國外電業的供電可靠度指標做比較。台電備用容量率標準值隨系統裝置容量增大,由從前25%(1985年以前)到1986年降至20%,至2006年再降為16%,2012年9月17日經濟部同意台電所陳報「台電及中油公司經營改善小組第4次委員會議」之決議將備用容量標準值降至15%。

備轉容量率係以每日最高瞬間負載(非一小時平均值)表示,且其供電能力是指當天實際可調度之發電容量,故備轉容量率是用來表示衡量系統每天供電可靠度的指標。台電公司每日均有一「備轉容量率」,通常僅供台電公司內部參考,並不對外公開。

4.1.1.3 台電歷年備用容量

台灣電力公司電源開發變遷大概可分為七個期間,其中1953年以前為水力為主火力為輔,之後到1965年為水力與火力並重期,然後進入火力核能為主的時期(圖2)。

34-101台電七階段電源開發曲線圖2 1945~2012台電系統電源開發變遷與發購電量及尖峰負載成長曲線

茲將這台灣電力電源發展七階段各年備用容量率整理如圖3:

1948-2014台電備用容量曲線圖3 1948~2014台電備用容量曲線

從上圖所示,1953年以前水主火從的年代,備用容量率有高達75.4%,因為水力佔比太大,在枯水期的冬季與春季遇到枯旱,每年都有限電,大部分都限當時的台灣鋁業、台肥公司等大用戶,部分為饋線輪流停電。

到了水火並重的時期,備用容量幾乎都是低於零,也就是年年限電,大部分都是枯水限電,部分是當時單機容量過大的深澳發電廠、後期的林口電廠機組跳機所致。因此,台電積極開發火力或核能電源,克服這零備用容量率的運轉困苦時期,並應付經濟成長的需求。

但1974、1980年遭逢全球兩次能源危機,所以備用容量率在1985年高達55.1%,1981年經濟部長趙耀東上任第二天就到台電巡視演講指台電有三呆,其中之一就是備用容量過高,呆機過多,一口氣把當時進行的核四工程檔下,還有興達、台中火力等延後,以致1985-1990年都沒新機組(詳參圖1)。

萬萬沒想到,1988年備用容量率就下降到21.7%,當年有兩次限電,再過一年1989年降到14%,限電8次,接著每況愈下1990年7.4%,1991到1996年都是在5%左右,是台電近20年運轉最艱辛的時期,每年都在限電,那時我正是台電電力調度第一線主管,這段煎熬的經歷永難忘懷,記憶猶新。我心裡在想,人人敬佩的趙耀東部長,隔行如隔山,電業有其特質,電廠不是一、兩年就可蓋好,台電又是獨立系統,當時他獲得美名的決定,害得台灣電力供應之後十幾年的痛苦,至今還在吵核四,還有另一後遺症,後來為應付電力供應困境開放民營電廠,分掉台電一塊大餅,民營電廠購電費率可隨燃料、匯率調整,台電電價無法如此作為,只有虧全民的納稅錢,這些都是當時決策者意想不到的後果。

4.1.1.4 台電未來之備用容量

(a)民國99年10月預測2010~2021年備用容量

根據民國99年10月台電公佈之「9910電源開發方案』未來10年(2021年止)備用容量資料整理如圖4:

圖4 2010~2021台電備用容量曲線(資料來源:台電9910電源開發方案)

上圖所示備用容量,係非常樂觀的預測,核四兩部機分別在民國100、101年底商轉,林口、深澳、大林、通霄汰舊更新機組如期完工的預測,目前最早碰到的核四商轉,如果延期超過103年當年備用容量率可能掉至7%左右,回到1990年代紀錄,至於林口、深澳、大林等也不可能如此順利,這些都值得大家好好思考一番。此外,2014年至2021年備用容量率均未達到當時台電備用容量標準值16%,特別是2015年的11.8%,將影響未來的供電,也是要請台電公司說明。

(b)民國100年9月預測2010~2022年備用容量

根據台電民國100年9月公布之「10009電源開發方案』台電未來至2022年之備用容量率如下圖:

圖4-1 2010~2022台電備用容量曲線(資料來源:台電10009電源開發方案)

台電「10009電源開發方案』將核四龍門#1、#2號機分別延後至2014、2016年商轉,2013~2022年備用容量率均未達到當時台電備用容量標準值16%,尤其是2013至2015年的11.5、10.4、9.9%,將影響未來的供電,台電公司未提對策臨時增加緊急電源機組,可能是時間太短沒辦法補充,這也是要台電說明清楚。

(c)民國101年9月預測2013~2023年備用容量

根據台電民國101年9月公布之「10109電源開發方案』台電未來至2023(112)年之備用容量率與過去27年之備用容量率共繪一張曲線如下圖,以資比較:

74-112年備用容量-尖峰負載C            圖4-2  1985~2023(74-112)年台電備用容量、淨尖峰供電能力、尖峰負載、最大機組、備用容量標準值比較曲線(資料來源:台電網站、台電101-09電源開發方案)

台電10109電源開發方案主要新增與除役機組明細表

表1 台電10109電源開發方案新增及除役發電機組明細表(資料來源:台電101-09電源開發方案)

圖4-2 係台電公司根據主計處分別於2012年4月30日、5月25日、7月31日及8月17日多次下修101年經濟成長率,8月17日下修101年經濟成長率預估值為1.66%後,重新檢討修訂101年長期負載預測(10108案),並於次(9)月研訂10109長期電源開發方案。該方案預估101至103年之系統備用容量率可維持在16%以上,104、105年下降為10.8%(103年5月核四#1商轉、105年5月#2商轉)、14.5%,106年在施工中機組陸續完工後,備用容量率可達16.5%,之後各年呈逐年下降之趨勢,111年以後降至個位數。

但從表1所示,新增機組商轉時程變數仍多,影響此方案之備用容量率,當然另一重要因素,系統負載預測之成長率是否偏高或偏低也會導致備用容量率變動(詳參:本部落格「台電函電日本電力公司負載成長與長期預測之比較)。至於2022、2023年備用容量率分別為9.0及5.0%,低於台電備用容量標準值甚多,為何沒補充新機組,只提「持續加強各項負載管理措施之推動』,可能要台電提出說明,讓民眾了解釋疑!政府主管機關也要請台電說明(未來變數大,所以不管低於標準值?)

此外,從圖4-2比較曲線顯示,不同年度相同百分比之備用容量率(%),代表的備用容量(MW)值並不等值。就以限電最多的第一、二名之民國83、80年度為例,其備用容量率都是4.8%,但備用容量(MW)分別為900、740MW。再以民國112年的5%備用容量率來比,其備用容量(MW)為2272MW(若同樣用4.8%換算也有2174MW)。究因係備用容量率計算公式之分母「尖峰負載』成長的關係。所以系統負載成長增高,備用容量率標準值要下調,否則就會過度投資。

民國80、83年代,當時最大機組核二廠一、二號機985MW(淨尖峰供電能力971MW)跳機,系統電力不足分別約231、71MW。同理,到了10年後的民國112年,夏季尖峰時期,跳脫當時最大的核四廠一、二號機1350MW(淨尖峰供電能力1269MW),尚有1003MW備用容量,不致立即限電 (當然,前提就是台電機組夏季尖峰不要安排大修並加強維護減少故障) 。所以,這也是採用決定性指數(Deterministic index)備用容量率的盲點,最好還要用LOLP加以核算。

最近看到能源局公布的「核能議題-問答集」的1-4題的圖表(圖4-2A)說明無核四部商轉之民國105年-115年備用容量率約2.6(民國113年)~6.9%(109年),低於7.4%(民國79年)「限電無可避免」,但估算其備用容量(MW)約為1140 (民國113年)~2800(109年)MW。

核四說貼現電備用容量

 圖4-2A  民國100~115(2011~2026)年台灣備用容量(資料來源:摘自能源局 核能議題-問答題)

再細看有核四商轉之民國104年-115年備用容量率為8.4(民國113年)至15.1%(106年)之間,只有民國106年的15.1%有達到規劃目標,民國113年最低達8.4%,所以無核四商轉時,更為惡化。此電源開發方案好像有點不周延,11年後之備用容量低於規劃值,並未加以修改,是否規劃標準值要下修,不然此方案應該不宜公布。

(d)民國102年9月預測2012~2024年備用容量

根據台電民國102年9月30日公布之「102-09電源開發方案』,台電未來至2024(113)年間之備用容量率曲線如下圖(圖4-2-B)所示:

101-113備用容量-尖載曲線102-09開發方案圖4-2-B  2012~2024(101-113)年台電備用容量(率)、淨尖峰供電能力、尖峰負載、備用容量標準值曲線(資料來源:台電網站、台電102-09電源開發方案)

上圖(圖4-2-B)之備用容量,係台電102-09電源開發方案暫定核四#1、2機分別104年7月、106年7月商轉所得結果。至113年為止,備用容量率低於標準值15%的年度共有8年,最後三年掉到個位數,最低為4.3%,如此低的備用容量,台電層層主管如何審查通過,主管機關(經濟部)也可過關,我真替運轉單位擔心將來如何運轉,到時候又急急忙忙開放IPP,重蹈被批評圖利財團覆轍?

(e)民國103年2月預測2013~2025年備用容量

根據台電民國103年2月公布之「103-02(無核四)電源開發方案』,台電未來至2025(114)年間之備用容量率曲線如下圖(圖4-2-C)所示:

102-114備用容量-尖載曲線103-02無核四開發方案圖4-2-C  2013~2025(102-114)年台電備用容量(率)、淨尖峰供電能力、尖峰負載、備用容量標準值曲線(資料來源:台電網站、台電103-02電源開發方案)

圖4-2-C之備用容量,係台電103-02(無核四)電源開發方案,核一、二、三如期除役之結果。到民國114年為止,11個年度備用容量率低於標準值15%,最後八年掉到個位數,最低為-0.3%(限電),如此低的備用容量,將來如何運轉,可能會變成外界解釋恐嚇人民沒核四就限電?台電供電義務不是兒戲?至少要提些對策供國人選擇?

(f)民國104年5月預測2014~2026年備用容量

根據台電民國104年5月28日公布之「104-05電源開發方案』(無核能),台電未來至2026(115)年間之備用容量率曲線如下圖(圖4-2-D)所示:

民國103-115年備用容量率-備用容量-淨尖峰能力曲線10505電源開發方案圖4-2-D  2014~2026(103-115)年台電備用容量(率)、淨尖峰供電能力、尖峰負載、備用容量標準值曲線(資料來源:台電網站、台電104-05電源開發方案)

至於核四及三座核電廠延役對整體電力供應影響如下圖4-2-E所示:

民國103-115年備用容量率曲線10505電源開發方案圖4-2-E  核四及三座核電廠延役對2014~2026(103-115)年台電備用容量(率)之影響(資料來源:台電網站、台電104-05電源開發方案)

4.1.1.5 台電備用容量與備轉容量之比較實例說明

請參考本部落格另篇「透視台電系統今(2014)年九月上中旬備轉容量偏低真相

4.1.2 全國(台澎金馬)(台電與汽電共生自用電力部分總計)

4.1.2.1「備用容量率」定義如下:

全國備用容量率公式

4.1.2.2 全國未來(2010-2020年)備用容量

2010-2020年全國備用容量率曲線圖4-3 2010~2020年全國備用容量曲線(2010、2011年為實績值)(資料來源:能源局100年長期負載預測與電源開發規劃摘要報告)

4.2 美國

4.2.1 北美電力可靠度公司(NERC:North America Electric Reliabilty Corporation):

(A)規劃用備用容量(PRM: Planning Reserve Margin):

NERC規劃委員會為了增進規畫之連續性及增加透明度與處理粗細起見,將上述公式中之電源容量、負載及交易分類定義如下:

(a)可供電源容量(Deliverable Resources)係既有可靠容量(Existing, Certain)、 未來規劃容量(Future, Planned)加上淨可靠電力交易(Net Firm Transactions)之和。展望電源(Prospective Resources)係可供電源容量加上既有其他容量(Existing, Other)的總和。

(b)總系統尖峰負載(Total Internal Demand) Total Internal Demand (MW)等於系統內所有發電機組淨出力,加上流入系統電力,減去流出系統電力之尖峰負載。包含間接負載管理計畫,諸如節約能源計畫、改進電能使用效率及所有不能的調度需量反應之負載。

 (c)淨系統尖峰負載(Net Internal Demand)等於總系統尖峰負載(Total Internal Demand)減去用來降低負載的需量反應可控制、可調度容量( DCLM, IL, CPP w/control, LaaR)之系統尖峰負載。

(d) 既有容量

甲、既有可靠容量(Existing, Certain) :經確認可供電之電源容量,此類電源100%容量可計入所有裕度(Margin)計算。

乙、既有其他容量(Existing, Other): 可能或不可能供電之電源, 此類電源可歸在展望(Perspective)、調整潛在(Adjusted Potential)、及總潛在(Total Potential)備用容量計算中。

丙、既有無法運轉容量(Existing, but Inoperable ): 無法運轉供電之電源,不能計入所有裕度計算。

(e) 未來容量

甲、未來規劃容量(Future, Planned) :經確認可在未來期間供電之電源容量,此類電源100%容量可計入除了既有可靠備用容量外之所有裕度(Margin)計算。

乙、未來其他容量(Future, Other) 未來可能或不可能供電之電源, 此類電源可依據可信度折扣後容量在調整潛在(Adjusted Potential)、及100%容量在總潛在(Total Potential)備用容量計算中。

(f) 概念性容量(Conceptual) 未來可能或不可能供電之電源,可用在未來幾年系統規畫或滿足本地要求, 此類電源可反映其不確定性折扣後容量在調整潛在(Adjusted Potential)、及100%容量在總潛在(Total Potential)備用容量計算中。

(B)未來備用容量估計

根據未來美國全國規劃年度內之電源,預期可供電力的可靠性,各類備用容量(%)預測估算公式(表2)及電源容量與負載估計、備用容量率曲線如圖5、圖6所示:

表2 各類備用容量計算公式

圖5 2010~2019夏季美國發電容量與負載估計(資料來源:NERC 2010 Long-Term Reliability Assessment)

圖6  2010~2019夏季美國備用容量率估計(資料來源:NERC 2010 Long-Term Reliability Assessment)

圖7 2010~2019夏季德州(TRE)發電容量與負載估計(資料來源:NERC 2010 Long-Term Reliability Assessment)

圖8 2010~2019夏季德州(TRE)備用容量率估計(資料來源:NERC 2010 Long-Term Reliability Assessment)

圖7及圖8分別為德州可靠度機構(TRE:Texas Reliability Entity)電源容量與負載估計、備用容量率曲線,德州電力調度中心(ERCOT)規劃備用容量計算將於下節4.2.2詳細介紹。

4.2.2德州電力調度中心(ERCOT)

(A) 規劃備用容量[Planning Reserve Margin (PRM)]計算公式

德州電力調度中心每年按下列公式計算未來至少10年各尖峰負載季節(夏季:6、7、8、9月;冬季:12、1、2月)規劃備用容量[Planning Reserve Margin (PRM)]:

上述變數定義如表3:

表3規劃備用容量(PRM)計算公式變數定義

 

(B) 規劃備用容量計算方法(PRM Calculation Methodology)

(a) 總可供電源容量(TOTCAP)估計

總可供電源容量估計根據下列公式決定:

德州可靠容量計算公式-中文

  上述變數定義如表4:  

                                            表4總可供電源容量計算公式變數定義

 

(b) 尖峰負載估計

尖峰負載估計考量經濟因素、氣候情況、人口成長增減以及其他變數,利用下列公式決定可靠尖峰預測值:

上述變數定義如下表5:

表5可靠尖峰負載計算公式變數定義

(C) 2012年5月22日公佈之2013-2022年備用容量

根據德州電力調度中心(ERCOT) 於2012年5月22日公布最新之「發電容量、負載與備用容量報告』[ Capacity, Demand and Reserves (CDR) report ],有關未來10年備用容量預估如下圖:     圖8-1 2013~2022夏季德州(ERCOT)備用容量率估計(資料來源:ERCOT網站)

上圖顯示德州在2014年備用容量率為9.8%,低於2010年ERCOT所訂的13.75%標準值,到2022年甚至降到-0.8%,顯示德州未來電力供應吃緊,ERCOT正積極尋求新電源並繼續推動節約用電。

4.2.3西部電力協調理事會(WECC:Western Electricity Coordinating Council)

(A)備轉容量(Operating Reserve)

電力系統為可靠運轉,需要全天候充裕可供應之發電容量,來維持系統頻率、避免發電機組或輸變電設備故障引起停電。此發電容量係應付下列各項之需:

u  系統負載變動之供電需求

u  由於發電機組或輸變電設備故障時替代供電之發電容量

u  滿足輸出供電需求的義務

u  替代可停輸入電源中斷之電能供應

(a)最低備轉容量(Minimum operating reserve)

最低備轉容量包含下列各項:

(i)     調整備轉容量(Regulating reserve):為足夠的熱機備轉容量(spinning reserve)對自動發電控制(AGC:automatic generation control)可立即反應並提供充足調整裕度滿足NERC控制功能準則(Control Performance Criteria)。加上

(ii)    偶發事故備轉容量(Contingency reserve):為熱機與冷機(nonspinning)備轉容量,充分滿足事故控制標準(Disturbance Control Standard)要求。偶發事故備轉容量必須至少大於:

甲、最嚴重單一事故所跳脫之發電機組容量(至少50%必須熱機備轉容量),或

乙、供電水力機組的5%及火力機組的7%發電容量之和(至少50%必須熱機備轉容量)。對以發電為基礎的備轉容量,必須以其發電機組在10分鐘內可提載之未滿載部分容量,才可被作為備轉容量。

加上

(iii)  可停輸入電力之額外備轉容量(Additional reserve for interruptible imports):能在10分鐘內有效達到可停輸入電力量之備轉容量。加上

(iv)    滿足輸出電力義務之額外備轉容量(Additional reserve for on-demand obligations):能在10分鐘內有效達到其他公司需電義務電力量之備轉容量。

(b)冷機備轉容量之可接受類型:

冷機備轉容量必須符合下列事項:

(i)     必須在10分鐘內中斷之負載

(ii)    可停輸出電力

(iii)  其他電力公司需求權

(iv)    調整、偶發事故備轉容量超過要求部分的熱機備轉容量

(v)     離線發電機組被認可為冷機備轉容量者

(c) 備轉容量之確知:備轉容量應連續計算以便隨時可確之下10分鐘可用之量。

(d) 備轉容量之恢復:備轉容量在任何需要使用事件後應盡可能迅速復原。復原時間不能超過60分鐘。

(e) 分析系統孤島潛在可能性:各電力公司或電力公司協調組群必須分析系統分離之潛在可能性,並對此可能維持適當額外備轉容量,如果無法作到,則需利用其他手段維持發電與負載平衡。

(f) 備轉容量分擔:兩個或更多電力公司備轉容量需求,在書面協議下,可以合併或分享,考慮成類似單一控制區,達成提供備轉容量之要求,但是各電力公司間的輸電路徑必須保留容量,隨時可應要求輸送提供備轉容量。

(g) 備轉容量之分配:備轉容量之分配必須考量在緊急時有效使用、時間需要之有效性、輸電之限制、以及本地之需要性予以審慎判斷。熱機備轉容量必須分配在加大發電機組調速機動作(governor action)之有效性。

(h) 偶發事故之檢討:未決定備轉容量需要量,偶發事故必須經常檢討並指定最嚴重偶發事件。

 

4.3 歐洲

4.3.1 歐洲輸電調度中心協會(ENTSO-e: European Network of Transmission System Operators for Electricity)

歐洲輸電調度中心協會(ENTSO-e)會員涵蓋歐洲34國41家輸電調度中心(TSO),詳如下圖9:

圖9 歐洲輸電調度中心協會(ENTSO-e)會員國(資料來源:https://www.entsoe.eu/the-association/members/)

 

該協會配合電業自由化環境與再生能源(風力)蓬勃發展,提出新的供電可靠度指標,茲摘要如下述:

(A)  剩餘容量(RC: Remaining Capacity)

(i)可靠可用容量(Reliably Available Capacity) = 淨發電容量(Net Generating Capacity) –不可用容量(Unavailable Capacity)

(ii) 剩餘容量 =可靠可用容量-負載 

剩餘容量係淨發電容量的一部分,用來應付系統某個參考點(每年一月第三星期三11時及19時、七月第三星期三11時)任何未能預測到的負載變動、發電機組故障之需。 

(B) 剩餘裕度(RM: Remaining Margin)

剩餘裕度 = 剩餘容量  – 尖峰負載裕度(Margin Against Peak Load)

剩餘容量與剩餘裕度跟淨發電量等相互關係如下圖8所示:

圖10  剩餘容量與剩餘裕度估計(資料來源:UCTE:SYSTEM ADEQUACY METHODOLOGY)

上圖中:

(甲)尖峰負載裕度(Margin Against Peak Load):為擴及檢討從特定參考點(如夏季七月第3個星期三11:00)至整個分析期間,因此考量此項尖峰負載裕度。

尖峰負載裕度 = 尖峰負載(年度) – 負載(參考點)

(乙)系統服務備轉容量(System Service Reserve):

(C) 適當參考裕度(ARM:Adequacy Reference Margin)

適當參考裕度= 備份容量(Spare Capacity)  + 尖峰負載裕度(Margin Against Peak Load)

式中,備份容量(Spare Capacity)係在參考點時間必須可用之發電容量,以確保大部分期間系統供電安全。備份容量為應付考量1%缺電風險,也就是保證99% 不缺電。估計備份容量主要考量系統負載(特別是氣候因素所引起的負載突變)及可靠可用容量(特別反應火力機組故障、水力與風力情況) 隨機劇變。隨機劇變量可依用機率方法或高斯定律模型及相關標準差來估計。根據UCTE檢討結論,各國備份容量需視其系統負載變動與發電機組故障率而定,一般備份容量為各國淨發電量的5%或10%,一個區域(如UCTE)則採用5%。

 

(D) 2011-2025 ENTSO-e 系統裕度

歐洲輸電調度中心協會(ENTSO-e)每年公布未來10-15年保守、最佳(樂觀)之系統裕度預測,供各國運轉投資參考。茲舉例如下:

11  ENTSO-e剩餘容量與適當參考裕度估計(資料來源: ENTSO-E Scenario Outlook & Adequacy Forecast 2011 – 2025)

 

 

圖12 英國夏季剩餘容量與適當參考裕度估計(資料來源: ENTSO-E Scenario Outlook & Adequacy Forecast 2011 – 2025)

圖13 英國2011夏季剩餘容量與剩餘裕度估計(資料來源: ENTSO-E Scenario Outlook & Adequacy Forecast 2011 – 2025)

由圖11資料粗略換算成台電備用容量率方式,英國2011年備用容量高達36.4GW,備用容量率為78%,還好英國已經電業自由化了,否則仍維持CEGB國營事業,不被批評,才怪!

4.4 日本

有關日本各電力公司之備轉容量、及備用容量之定義、計算方法、必要量、保有方式、及實績值與預測值,茲根據日本電力系統協議會(ESCJ:Electric Power System Council of Japan)、日本經濟產業省資源能源廳電氣事業聯合會((FEPC: The Federation of  Electric Power Companies of Japan)、各電力公司、及相關研究機構之資料,摘要說明如后。

4.4.1 備轉容量之定義

所謂備轉容量,係為確保系統發生發電機組跳機事故、水文枯旱、以及系統負載突增時之電力供應,而預先保留高出系統負載的供電能力,此必要之供電能力隨每日系統負載與供電能力變化而有所不同。

日常調度方面之備轉容量,應付日復一日系統負載之變化,按照每日實際電力供應與需求狀況之保有形式,可分類為:冷機備轉容量、熱機備轉容量、及瞬時備轉容量。各類備轉容量定義如表6所示。大型機組跳脫時系統頻率變化、及各類備轉容量啟用狀況與時間經過之關係,如圖14所示。                                        表6 日本備轉容量之定義(資料來源:ESCJ規則解說)

圖14 大型發電機組跳機系統頻率下降、備轉容量應變動作情形  (資料來源:ESCJ規則解說)

當大型發電機組跳脫時,瞬時備轉容量立即反應,減輕系統頻率下降。接著瞬時備轉容量以外的熱機備轉容量機組升載提高出力,讓系統頻率恢復至標準值。然後,啟動冷機備轉容量機組啟動取而代之,讓熱機備轉容量回到事故前原有保有量。

4.4.2 瞬時備轉容量必要量之考量

發電機組跳脫後,系統瞬間發生供需不平衡,自動頻率控制(LFC或AGC)無法立即反應,致使另需即時反應調整能力。此即時反應的供電能力就是瞬時備轉容量之必要量,該量視系統頻率維持安定考量、應變系統及電源結構等條件而異。相對於電力系統規模日益擴大、系統發電裝置容量之增大,電源集中化等因素,系統頻率控制環境變化也與時俱進,有其必要定期審視系統瞬時備轉容量必要量。

到目前為止,歷年瞬時備轉容量必要量檢討之變遷如下表:                       表7 歷年瞬時備轉容量必要量檢討(資料來源:20120420報告書-備用容量圖解)

計算備轉容量必要量之先決條件,為跳脫機組容量隨時代變化而增大、及系統頻率下降程度之容許限度,表7顯示歷年瞬時備轉容量必要量大概都在3%左右,沒有多大變動。

4.4.3 備轉容量確保方法與實績

日本各電力公司電力調度所使用的備轉容量目標值與保有方法如表8所示:                             表8 備轉容量目標值與保有方法(資料來源:ESCJ規則解說)

1999(平成11)年10月、12月平常日及全國系統最高負載紀錄日(1999年8月4日),當日最高負載期間,各類備轉容量確保量實績調查結果如下表9所示:                                  表9 1999年日本全國備轉容量實績調查表(資料來源:ESCJ規則解說)

4.4.4 備用容量之定義與表達方法

每日短期系統電力調度方面,理所當然看到各類備轉容量,考量長期系統負載之成長變動,有其必要規畫備用之供電能力,也就是確保系統備用容量。有關備用容量之定義現狀、及綜合電業採用之算定方法與確保考量,本文引用自2002年11月日本電力調查委員會出版的「日本電力調查報告書中有關電力系統負載預測、及電力供需計畫計算方式解說」作為參考。

為了未來系統發生電力設備非計畫性停機(故障)、枯水、或負載突增等不可預知事件時,不致引起用戶停電,而能繼續安定供電,有必要在系統預測負載之上維持一定數量供電能力,此供電能力稱之為「備用容量」。

另一方面,鑑於電源建設,無論電廠廠址的選擇整備、及建廠工程都必須歷經繁雜的手續與漫長的時程,所以長期適當的電源開發計畫有其必要。備用容量保有量過少,停電機會就增加;反之,備用容量過多,發生停電機率減少,但設備投資又會過大。

因此,備用容量適當保有量,必須從供電可靠度相關方面檢討。日本電力調查委員會在1956(昭和32)年對備用容量進行具體的檢討,確立適當備用容量保有量之機率計算方法。之後,中央電力協議會將系統互聯容量納入備用容量檢討,此計算手法,在進行備用容量檢討時,更具體的考量到電網互聯容量因素。

(A) 備用容量之表達方法如下

  • 系統尖峰負載:最高三天之平均尖峰負載
  • 供電能力: 第五水文年水力出力、及扣除機組計畫性檢修(大修)等容量後之無事故時之供電能力。
  • 備用容量=供電能力 -系統尖峰負載

公式中的尖峰負載(最大需要電力)係供電端(非發電端毛出力之和)最高3天負載平均值(日文:最大電力),淨尖峰供電能力(供給力)也是供電端(非發電端毛出力)之值。詳細參閱日本電氣事業聯合會網站資料。

根據今(2012、平成24)年4月日本電力系統協議會(ESCJ)舉辦之「供給信頼度評価報告書勉強会』,由日本電力中央研究所(CRIEPI)系統技術研究所簡報「海外での供給信頼度に関する評価について 』資料提供日本備用容量計算詳細圖解如下圖;

            圖15 日本備用容量計算圖解  (資料來源:20120420供給信賴度評價報告書勉強會-とりまとめ報告書)

(B) 可靠度準則:九大電力公司備用容量必要量8~10%,沖繩電力備用容量等於最大機組容量。

備用容量必要量與考量因素如下表:

    表10日本備用容量必要量與考量因素(資料來源:ESCJ供給信賴度評價報告書勉強會資料)

4.4.5 備用容量計算方法概要與目標因素

正如備用容量之目標因素,為大家所熟知的發電機組故障、水文枯旱、負載驟增等因素,這些因素中除了景氣繁榮用電持續超過預測值之外,偶發的事項、發生時間、及規模大小,都是無法預測的。所以透過機率手法確定出現頻度,並檢討確定備用容量與供電可靠度之關係,才可求得適當備用容量保有量。

也就是說,確定備用容量應付突發事件的因素為:(1)發電機組故障、(2)水文變動、(3)短期系統負載突然變動,這些因素都是機率計算的項目。

此外,在計算備用容量必須考量到具體的系統互聯因素時,各系統互聯融通容量、故障、水文變動、負載預測誤差等變動要因、以及區域間各電力公司用電尖峰不同時間差等等,都必須納入考量。另外,近年來冷、暖氣負載隨氣溫異常而增大,還有電源結構變動、互聯系統容量擴充強化、發電廠廠址選定前置時間拉長等種種因素,出現在供需兩方面,所以必須注重今後變化趨勢之發展。

4.4.6 日本備用容量實績與預測值

根據日本經濟產業省每年公布之「年度電力供給計畫』,提供未來10年備用容量,及日本10家電力公司所組成的「電気事業連合会(FEPC: The Federation of  Electric Power Companies of Japan』統計委員会公佈「実績供給予備率』,摘要有關備用容量資料如後:

(A) 2001-2010( 平成13-22年)備用容量實績:

日本電氣事業聯合會公布之備用容量(実績供給予備率)有夏季(夏期)與冬季(冬期)兩類,夏季尖峰幾乎都發生在8月,所以夏期尖峰負載(最大電力)都取8月份最高3天用電之平均電力作為計算備用容量(也用在負載因數Load Factor計算)之用,但有時年尖峰負載會發生在7月份,尤其跟台灣接近的沖繩電力年尖峰負載都落在7月份。

大家對日本電業發布的尖峰負載要特別小心,跟別國(家)電力公司比較年度尖峰負載時,採用年度發電端(毛出力Gross Output)最高一天的尖峰負載(日文為最大電力)值。

下圖(圖16)為2001-2010年日本10大電力公司及全日本之夏季備用容量率實績,從7、8月份中取較低備用容量率繪製而成。

圖16日本2009-2010備用容量曲線(資料來源: 日本電気事業連合会統計委員会-電気事業60年の統計)

(B) 未來備用容量:

根據日本電氣事業法第29條第1項規定,各電力公司每年提出未來10年「電力供給計畫』,茲依據日本經濟產業省資源能源廳所公布最新之「平成22年度電力供給計畫概要』中之備用容量率(送電端),繪製2009-2019(平成21-31)年日本全國及10大電力公司備用容量率曲線如下圖17、18供大家參考。

圖17日本2009-2019備用容量曲線(資料來源: 日本經濟產業省平成22年度電力供給計畫概要)

 

 圖18日本十大電力公司2009-2019備用容量曲線(資料來源: 日本經濟產業省平成22年度電力供給計畫概要)

由上圖18顯示,日本十大電力公司中,獨立的沖繩、北海道電力(一條高壓直流輸電線與本州連接)備用容量都偏大。

4.5 新加坡

(A) 備用容量

新加坡能源市場管理局(EMA: Energy Market Authority)的電力系統運轉處(PSOD:Power System Operation Division)定義有關系統規畫用之備用容量(Reserve Margin)為新加坡總裝置容量超過年尖峰負載之發電容量,即:

為維護電力系統安全,新加坡規定最低備用容量目前為30%,係根據年失載率(LOLP)每年3天計算而來。備用容量係用來應付發電機組定期大修與故障之用。

去 (2010) 年新加坡電力系統最高負載為6494MW(5月),當時裝置容量9772.5MW,估算備用容量率高達50.5%。

 

(B)備轉容量

(i) 熱機備轉容量(SR: Spinning Reserve):

    熱機備轉容量係用來迅速補充發電機組突然故障跳脫之發電量,讓系統頻率 

    儘速恢復50Hz ,必須足以應付當時最大機組故障。

(ii) 調整備轉容量(RR: Regulation Reserve):

     調整備轉容量係用來達成發電與負載之瞬間與連續平衡,以維持系統頻率

     50Hz ±0.2Hz 之間變動。調整備轉容量之需求係每年依過去使用紀錄按不同

     調度期間訂定各個期間需求。

(C) 備轉容量要求

    根據電力市場規則規定:

    備轉容量總量 = 初級備轉容量(Primary Reserve) + 次級備轉容量

                   (Secondary Reserve)

    其中初級備轉容量係須在8秒鐘內反應,為當時系統最大發電機組。次級備轉

      容量要求在30秒內反應,為最大機組跳脫後,系統頻率低下可能跳脫的發電 

      機組量。

4.6 韓國

(A) 備用容量

根據韓國電力交易所第五長期電源供應基本計畫 (KPX「The 5th Basic Plan of Long Term Electricity Supply & Demand 2010-2024」),韓電供電可靠度標準為缺電機率每年不得大於0.5天,其所對應的備用容量率標準為15%~17%。計算公式如下:  


韓電備用容量過去實績與未來目標值如下(圖19所示:

圖19 1980~2024韓電備用容量曲線(資料來源:KPX  The 5th Basic Plan for Long-term Electricity Supply and Demand (2010 ~ 2024))

五、結語

備用容量(率)與備轉容量(率)可顯示出一個電力系統電源充裕與否,電力供應之可靠程度,各國計算公式、定義不盡相同,尤其近年電業自由化後,更趨複雜,要比較各國備用容量率,必須釐清定義與公式,才不會誤導。例如,日本備用容量(供給預備力)計算公式中之供電能力,係扣除檢修(大修與故障)及減載等容量之供電能力(參考圖15)類似台電備轉容量計算方式一般,跟台電包括檢修容量的算法,就會差一大截,讓人誤解。

此外,各國電力系統發電(水力、風力、火力、核能)或輸電(互聯、孤島、狹長)結構與規模不同、用電負載特性、機組或輸變電系統故障率、燃料來源、產業結構、國民所得、經濟發展,生活水準、地理氣候等等都會影響備用容量訂定標準。

備用容量過多或過少,都會遭受批評,如何訂定最適當的備用容量率,的確不是很容易的,因為變數太多,如何拿捏,就需要智慧,個人淺見,參考國外電業自由化先進國家,資訊公開化,說清楚講明白,記取歷史教訓,取得眾人共識,讓全民來決定自己的需要標的,免除紛擾。


參考資料及來源:

http://www.nerc.com/page.php?cid=4|331

http://www.wecc.biz/Planning/ResourceAdequacy/Pages/default.aspx

http://www.texasre.org/compliance/ercot/Pages/Default.aspx

https://www.entsoe.eu/

http://www.enecho.meti.go.jp/

http://www.kpx.or.kr/english/

http://www.ema.gov.sg/ema_cms/page/1/id:18/

http://www.emcsg.com/

http://www.taipower.com.tw/

http://www.seattle.gov/light/neighborhoods/nh4_outs.htm

http://www.eia.gov/electricity/data.cfm#demand

http://www.enecho.meti.go.jp/policy/electricpower-supply.htm

http://www.escj.or.jp/making_rule/guideline/data/rule_explanation111220.pdf

http://www.escj.or.jp/news/2012/20120420.pdf

[待續]

 



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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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44 Responses to 漫談備用容量與備轉容量

  1. Webber Lo 說道:

    因為報導關係,搜尋到您的網站
    為文相當深入,受教甚多。

    • Gordoncheng 說道:

      您過獎了!謝謝您的瀏覽與分享!由於您的回響,我將本文巡查一遍,發現4.1.2節台電備轉容量(A)公式中「系統瞬時尖峰負載』誤植為「系統小時尖峰負載』,現已更正,真抱歉。

      • kathy 說道:

        3.2也怪怪的哦,"裝置容量"比較類似"系統規畫淨尖峰能力"。
        這樣有點前後不符。

      • gordoncheng 說道:

        3.2的公式係標準公式,用裝置容量,但實際計算時各國裝置容量定義不同,有的就用裝置容量扣掉大、減修容量後的裝置容量(可用裝置容量)像韓國,有的就用扣掉廠用電、大修檢修故障等發電容量,並考慮諸多限制機組出力的因素減載後的最大出力,類似台電。

      • kathy 說道:

        您文章中有提到備用容量跟備轉容量,所以想跟您釐清一下
        備用容量應是用所有的發電量來計算,備轉容量則是用每天實際可發電的機組來計算
        3.2講的是備轉容量,應該跟3.1(備用容量)不同,
        但您的公式用的都一樣,可能有誤植哦,特此提醒。

      • gordoncheng 說道:

        上回我已解釋過,備用容量率與備轉容量率標準樣本公式是相同的,裡面的裝置容量與尖峰負載定義不同,所以在3.2有特別說明「但是其中裝置容量把故障、大修與檢修、以及降載的發電機組容量扣除不包括在內,……..』,本文屬於[待續],對備轉容量著墨比較少,有空我再補充多一點,一般大家都很容易搞混,因此,我一再表示要注意名詞「定義』的內容。其實備轉容量各國定義不同有許多名詞,有冷機、熱機等等,尤其必須限定時間內可出力者才能計入,像韓國9月15日的輪流停電,12:30通報經濟部備轉容量350萬瓩,並未告訴內有202萬瓩要5小時加熱後才能出力的容量,115:00左右更正為僅有1480MW,但是這1480MW又沒考慮到夏季高溫發電機組降載因素,並不能全部提供出力,其實真正只有240MW,怪不得調度員只有採取緊急分區輪流停電。這就是一個定義沒說請楚的例子,讓主管機關經濟部搞混了!

  2. JBChan 說道:

    從日本大地震停電分析的文章開始關注博主的電力技術文章,拜讀后受益匪淺,感謝!

    • Gordoncheng 說道:

      感謝您對本部落格的關注與鼓勵,有空我將更努力整理過去工作經驗與最新網路資訊與大家分享!

  3. flypiggie 說道:

    你的講解對我們正在做的報告有很大幫助,收益匪淺。關於日本的資料我們找了很久沒有所得,謝謝你的分享!

  4. flypiggie 說道:

    再請問一下,台灣地區在做系統充裕度規劃時是否考慮了LOLE指標?這個指標取多少呢?
    在對系統進行規劃時,如果選用LOLE指標進行限制,那麼需要考慮的容量包不包括系統中不可用的容量(或者說,是考慮備用容量進行規劃,還是考慮備轉容量進行規劃?)

  5. flypiggie 說道:

    感谢您提供的帮助!

  6. flypiggie 說道:

    在歐洲系統備轉容量又分為一次調頻備用(primary reserve),二次調頻備用(secondary reserve)以及三次調頻備用(tertiary reserve)。那麼這些備用和ENTSO-e中充裕度報告中所描述的系統服務備用(service reserve)是相同的概念嗎?
    如果是,那麼歐洲爲什麽把這部份用於系統運行的備用容量,劃爲不可用容量呢?

    • gordoncheng 說道:

      歐洲地區為因應電業自由化及風力發電等再生能源蓬勃發展,提出跟傳統備用容量簡單計算方式頗為不同的供電可靠度指標,這是該地區的新觀念,美國NERC也提出類似相當複雜的計算方式,所以要比較就要看清其定義才有意義。

      • flypiggie 說道:

        還有一件事情要麻煩您,我們想請您來學校做一個這個方面的報告,不知道您是否方便?請問您有MSN的號碼嗎,可否留給我再跟您詳細談一下?

  7. 陳宜賢 說道:

    請問以15%備用容量率,系統風險性如何?

    • gordoncheng 說道:

      台電目前備用容量率目標值為16%,每年大約有0.365天會有缺電機率的風險,美國為15%缺電率為每年0.1天,若15%要重新考量該電力公司之裝置容量、發電機組類別及其故障率、負載預測、系統電網結構、水文等等因素,計算LOLP風險。

  8. 張文杰 說道:

    我有聽過一種說法是, 北部電力自產力是不足的, 所以一直要靠南電北送. 如果現在核一二同時停機, 北部電力一下少了近8000萬度/天的電力來源, 很容易會因此出現缺口, 到時要分區限電. 請問這種說法是對的嗎? 謝謝指教.

    • gordoncheng 說道:

      目前核一、核二各有兩部636、985MW機組,總共裝置容量為3242MW,整天24小時滿載發電量共為7780.8萬度,扣掉兩廠廠內用電,一天輸出電量約為7563萬度(以6/26為例)。
      電力系統會不會限電?在輸電系統沒有瓶頸條件下,要考慮最重要兩個因素:(1)尖峰供電能力MW,(2)供電能量MWH;若電力系統有Constraints,則另要考慮線路過載、或系統(電壓、暫態、動態)穩定度限制所造成之影響。
      台電目前淨尖峰供電能力(裝置容量扣去廠用電、機組老化、冷卻海水溫升、枯水等因素減載容量)大約為4075萬瓩(以去夏值估計,因今年沒新機組加入只有小風力),若扣掉核一、核二兩廠淨尖峰能力311.1萬瓩,約剩3765萬瓩,因為今年電價調整大家節約用電,尖峰負載可能不會超過去年尖峰負載3379萬瓩,所以淨尖峰能力大約還剩386萬瓩備用容量(10.2%)。
      因此,從尖峰供電能力來看,MW是可以過關不會限電,但是能量(MWH)就需詳細核算才知道結果。因為核一核二311.1萬瓩為基載24小時運轉,替代能源可能大部分為燃氣機組(台電現在燃油機組不多),臨時需要增加大量天然氣,LNG中油可否供應?若燃料不足,抽蓄水力出力也要打折扣(參考本部落格[日本電力供應能否渡過無「核」的2012年夏天?]關西電力例子),台電其他核能、火力機組不要有故障,這都需要LNG替代!至於北部電力系統因北送電力大增,又喪失核一核二供給無效電力,電壓有沒有問題?這些都需要詳細精算,才能答覆您的問題!

      • 張文杰 說道:

        謝謝你的回應, 讓我有更多正確的認知.
        不過我記得核一二廠都有做過小幅度的功率提升, 沒記錯的話現在核一廠是646MW, 核二廠是1010MW, 當然實際上的發電量會低一點點. 謝謝

      • gordoncheng 說道:

        您說的沒有錯!核能電廠近幾年汽機都有更新效率提高出力增加,但裝置容量沒改,只將各機組淨尖峰供電能力提高。
        另外,台電系統在大潭電廠完工後,以去年夏季尖峰為例,北部地區(新竹縣鳳山溪以北)淨尖峰能力高達1419.5萬瓩,比北部地區尖峰負載1356.7萬瓩還多出62.8萬瓩,應該可以自給自足了,但是北部的協和(200萬瓩)為較貴的燃油電廠,為了經濟調度或機組檢修,所以還是會南電北送,北送電力量不會像以前那麼大了!

      • 張文杰 說道:

        原來目前在大潭電廠完工後,北部地區是可以自給自足的了. 謝謝您的解答.

      • 張文杰 說道:

        http://www.libertytimes.com.tw/2012/new/jul/25/today-fo5.htm

        您好, 看了這新聞後, 我有些不清楚的地方想請教.
        請問這新聞是指電力不夠還是變電所不夠?
        是說核一二除役後, 如果沒核四, 有蓋變電所就OK了嗎?
        謝謝

      • gordoncheng 說道:

        這三則新聞所談係針對「大台北地區長程供電議題」,是指變電所及輸電線路不夠,尤其是台北市信義、松山、內湖、中正、中山(部分)等地區,因為我沒有台電官方資料,無法窺其全貌。有時記者並非學電力系統這一行,可能會錯意,發言人也是如此,不是本行,要把電力專業技術資料,用白話語言表達精準,讓一般民眾了解,的確要費一番工夫。況且大台北供電系統複雜,沒有附上供電系統地圖來說明,不只您看不懂,甚至很多台電人也看不清。
        我首先對第三則「供電樞紐卡住 北市有斷電大隱憂」新聞的最後一段「台電表示,汐止、頂湖等連接核一、核二廠的超高壓變電所,十年後隨著電廠除役,將暫時不用,……………….」不解?尤其它是大台北系統的重要一環,怎能不用?
        此報導為10年以後的系統,其中變數還滿多的,尤其是用電的預測,影響最大,今年7月異常悶熱,最高用電負載比去年還低100多萬瓩,這則報導可能是根據年初的負載預測值所做檢討,台電應該會視今夏用電實績重新修訂檢討報告,屆時我再Comment一下。
        此外,電力供應必須「電源」、「電網」兼顧,不可缺其一。核一、核二按計畫退役,台電都有規劃替代電源,核四上不來,台電也應該會有對策,大家努力替台電鼓勵加油,當然也不忘予以監督鞭策!

  9. 陳錫南 說道:

    鄭先生您好:
    拜讀過您的文章深感受益匪淺,希望有榮幸能夠更加與您深談,
    並有機會拜訪面談有關備容量問題。

  10. 引用通告: 這跟打星海是一樣的道理–備用容量到底是什麼 | 轉吧轉吧發電機

  11. RIA 說道:

    感謝您的用心, 分享這麼詳細資訊並且認真解釋大家的問題~

  12. Leon Liu 說道:

    謝謝您的分享~!!有一事請教:我自行利用經濟部能源局資料估算備用容量率,以發電裝置容量、尖峰負載等推估出之數字與實際值仍有若干差距(資料連結在此:http://web3.moeaboe.gov.tw/ECW/populace/web_book/wHandWebReports_File.ashx?type=office&book_code=M_CH&chapter_code=K&report_code=05) 請問問題出在哪裡?但如果把民營電廠、汽電共生等一起估進來,再假定一定的產能利用率下(約73~83%不等),則可與實際數值相去不遠,尚請指正,謝謝~!!

    • gordoncheng 說道:

      請參考敝文第4.1.1.1節,台電備用容量率公式,因為台電尖峰負載係扣除廠用電後之供電端負載,所以不用裝置容量來計算備用容量率,而用扣掉廠用電後之「淨尖峰供電能力(包括IPP淨尖峰供電能力及汽電共生保證尖峰容量在內)』來計算。能源局公布之裝置容量係屬台電自有發電裝置容量,未包括IPP裝置容量及汽電共生,也沒公布「淨尖峰供電能力』,因而您推估值會有若干差距。
      台電2012年尖峰負載為33081.4MW,淨尖峰供電能力為40586.3MW,備用容量為7504.9MW(=40586.3-33081.4),備用容量率為22.7%(=7504.9/33081.4*100)。
      希望能為您解惑!

  13. S.H.Chen 說道:

    版主您好,有一疑問請教:圖4-3中能源局資料的全國電力系統淨尖峰能力與尖峰負載,與圖4-2中台電之淨尖峰能力與尖峰負載數字,有相當差距。舉例而言,民國100年圖4-2中淨尖峰能力與尖峰負載分別為40757MW與33787MW,而圖4-3中淨尖峰能力與尖峰負載分別為44073MW與37334MW。而前者(圖4-2)的數字與台電10109電源開發方案中的數字是一致的。依圖4-3上方的說明,此差距似乎是由於加計汽電共生發電量的結果,然而台電10109電源開發方案中註2說明數字已包含購入汽電共生。不知此差距正確解釋為何?謝謝!

    • gordoncheng 說道:

      台電電源開發方案中之「汽電共生』係汽電共生業者用剩之餘電部分,賣給台電之保證尖峰容量;而能源局全國電力系統之汽電共生淨尖峰供電能力係扣除賣給台電保證尖峰後之自用部分淨尖峰共電能力;尖峰負載也是如此,汽電共生用戶發電自給自足,其自用尖峰負載沒計入台電系統尖峰負載,而算在能源局統計之全國尖峰負載內。希望能為您解惑!

      • S.H.Chen 說道:

        感謝您的說明!

      • S.H.Chen 說道:

        雖然只是同一筆供電/負載歸結到何處計算的問題,不過因為影響到尖峰負載的數字,也就會影響到備用容量率的計算結果。看起來如果要計算全國的備用容量率,還是應該看圖4-3的數字。

      • gordoncheng 說道:

        電力系統轄區不同,其尖峰負載、淨尖峰供電能力、備用容量都會不同。全國備用容量當然要用能源局統計數據,台電轄區則用台電公司資料。但能源局人手不足,都是委外,不像台電自日治時代就有制度與組織負責,而且能源局資料還不到10年,我對它們的資料比較沒信心。

  14. 引用通告: 從大潭、通霄電廠是不是「蚊子電廠」談起燃氣發電甘苦經驗 | Gordoncheng's Blog

  15. Hsieh, Tung-Yao 說道:

    非常感佩前輩之知識與經驗分享,另外,有一小問題,可否請教?台電歷年之[系統規劃淨尖峰能力]是如何計算得到(依據之公式)?譬如: 民國89年之2911.2萬瓩,民國100年之4075.7萬瓩,民國102年之3900.9萬瓩,民國103年之3995.1萬瓩。懇請協助指點,祝平安健康愉快!!
    Hsieh, Tung-Yao 敬上.

    • gordoncheng 說道:

      謝謝您的分享!
      根據台電統計年報專有名詞定義:
      9.淨尖峰能力-Net peaking capability:
      各發電機組在正常發電情況下,可提供給系統之最大出力,即為淨尖峰能力,計劃中火力、核能機組為按裝置容量扣除廠用電後之淨出力。
      水力機係指枯水流量或水位,其流量經調節後集中六小時內使用所得之最大出力或機組於該水位下之最大出力。
      再生能源發電機組之淨尖峰能力採尖峰需電時段之電力產出,相當於全年85%時均可達到的出力,故風力淨尖峰能力為裝置容量的6.0%,
      太陽光電淨尖峰能力為裝置容量的20%,地熱及生質能發電之淨尖峰能力則假設為裝置容量的50%。

      • Hsieh, Tung-Yao 說道:

        您這麼快就回覆指點,真是感激不盡!! 還有一些問題也盼您能再指導,另外,可否賜知您的電子郵件,有些資料檔案必須以E-mail傳送較方便,謝謝!!
        祝平安健康愉快!!

  16. Hsieh, Tung-Yao 說道:

    關於台電計算[備用容量]時,其中之[系統規劃淨尖峰能力]如何計算,您所指點的,是否即是台電電源開發方案(10302案)之中所稱之[出力參數]:風力機組為裝置容量的6%、太陽光電為裝置容量的20%、地熱及生質能發電之淨尖峰能力則假設為裝置容量的50%;火力燃煤、燃氣機組則為裝置容量的94%及97.8%估算。但是,台電對於抽蓄水力、火力(燃油)、
    慣常水力、核能等發電種類,應如何計算(應以裝置容量的?%計算)均未述及。
    孫廷瑞先生則是在『我國各項發電技術之容量因素與尖峰因子簡析』一文中,以
    尖峰因子(Peaking Factor)稱之,風力發電之尖峰因子設定為 6%,太陽光電則為 20%,而慣常水力發電則依其發電技術差異可區分為川流式、調整池式、水庫式三種, 其尖峰因子分別設定為 76.19%、85.78%及 40.15%,生質能則設定為 50%, 核能、火力燃煤、燃氣、燃油機組則為設定為 94%、94%、97.8%及85%。
    然而,台電電源開發方案(10302案)之中所訂之[出力參數],應該不是計算[系統規劃淨尖峰能力]之正確數據。使用該數據計算103年度之[系統規劃淨尖峰能力]為例子(單位:萬瓩):
    總裝置容量4078.7,[系統規劃淨尖峰能力]3995.1。
    [燃煤+燃氣+風力+太陽能+汽電共生(沼氣)]裝置容量2763.5,以(10302案)之數據分別代入,[燃煤+燃氣+風力+太陽能+汽電共生(沼氣)]可產出[淨尖峰能力]2540.1。
    也就是[燃油+抽蓄水力+慣常水力+核能]共1315.2的裝置容量,必須產生1455.0的[淨尖峰能力],[淨尖峰能力]超出[裝置容量]10.6%,似極不合理。
    [系統規劃淨尖峰能力]如何計算?仍是困惑,期盼前輩再指點釋疑。
    敬祝平安健康愉快!

  17. Claude Yang 說道:

    鄭前處長您好,
    我是英國Lancaster大學社會系研讀科技與社會研究的社會學博士生。非常感謝您撰寫了這篇極具有知識性的科普性文章,讓一般大眾能夠對於此問題有更深入的理解。除本文之外,您「透視台電系統今(2014)年九月上中旬備轉容量偏低真相」一文亦提供從實際經驗上對備轉容量率降低一現象提供可能的原因分析,讓我對於缺電一問題有更深入的理解。不知能否就您實際多年的電力調度經驗中,針對備用、備轉此兩概念對於電力調度人的調度意涵,與系統淨尖峰規劃能力的估算,特別是再生能源的系統規劃能力一題,與您進行方談。另根據英國Royal Engineering Academy一報告,指出不論是英國電業gross capacity還是台電reserve margin皆有其電力規劃上的定義與預設,我還有一些地方不是十分明白,亦希望在訪談中向您就教。感謝您的回應。

  18. 引用通告: 各國電力供需資訊公開簡介 | Gordoncheng's Blog

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