這篇文章介紹有哪些重要指標可以判別一電力系統是否良好運作;電力系統可靠度、電網穩定度、電力系統韌性等觀念如何實際在電力系統中被應用,可以參考 電力系統需要的各種彈性能力服務 。
電力系統可靠度係指電力系統維持正常運作的能力。其中,供電可靠度(supply reliability)為最常見的指標。供電可靠度可以判斷電力系統確保供電充足的能力,通常以「預期性負載損失」(loss of load expectation)或「負載損失發生機率」(loss of load probability)等機率型指標呈現。
不同時間尺度下供電可靠度的考慮方式不盡相同;較長時間尺度的供電可靠度又稱之為供電裕度(supply adequacy)。供電裕度的考量中,一種方法是針對一年當中供電較易緊張的時段(在台灣會是夏月晚間7點)進行模擬,判斷供電不足的機率是否超過安全標準(通常設為千分之一);但也有其他做法是針對全年各個時段供電不足的機率做討論;後者能更全面考慮到機組維運排程、各種技術別在不同季節的可用度(譬如高溫時傳統機組較易故障或需要降載、水力機組受水文限制)等較細緻的變因。而如同2021/05/17抽蓄水力發電總量限制造成的限電事件所揭示的,突發狀況發生後系統韌性(回復至正常的速度)也會影響供電可靠度。
一年當中的供電能力為一隨機變數、用電需求也是依隨機變數,供不應求的機率越小,該系統的供電可靠度會越高。
從這些角度,我們可以看出變動型再生能源,對長期供電裕度會有三種貢獻,應納入其備用容量價值的計算當中:其一變動型再生能源對於一年的殘餘負載尖峰的直接削減量;其二是變動型再生能源對於各月殘餘負載尖峰的直接削減量,對傳統機組維運排程的彈性有所貢獻;其三是變動型再生能源在一年當中其他時段中削減殘餘負載,降低傳統機組故障等突發事件的機率或規模,並和儲能設備產生綜效(synergy),讓儲能設備能以更小的充放循環時間,提供同樣的容量價值(這個貢獻未來潛在的重要性,在2021/05/17的限電事件中便可以看出)。這些貢獻的具體量化方式請參考 再生能源的四種價值 。另外,就一年以上、數十年乃至世紀的時間尺度來看,再生能源相較於傳統能源,燃料供給風險和重大事故風險都小很多,這也是討論供電可靠度時必須考慮的。
在更短的時間尺度中,供電可靠度的考量會以備轉容量多寡為重要模擬參數。此時需同時考慮因應供不應求的正備轉容量、以及為因應供過於求的負備轉容量,以及兩種情況下供需失衡至無法及時回復的機率與預期規模。
在討論三接延宕與否對於台灣電力系統供電可靠度的影響時,筆者曾推估在2025年時,有無三接對於備用容量率的影響大約為2%(若考慮通霄老舊機組除役後輸氣管限制暫時減緩),對短時間尺度的預期負載損失機率的衝擊也在合理範圍內。然而值得注意的是,這是在2021年3月底做出的結論,歷經0513與0517停、限電後,台灣社會對於供電可靠度的要求可能會再向上提升,這有可能讓筆者原先的判斷,做出調整的必要。