2015年10月16日 星期五

再生能源發展上限(2/2)



上篇提及在目前社會氛圍下,不論政府(能源局)或反對黨都提出了雄心勃勃的再生能源願景依政府規劃,在2030年太陽能及風力裝置容量將分別為8.7GW4.2GW (2025年目標分別為6.2GW3.2GW)。反對黨野心更大,依其新能源政策2025年太陽能及風力發電的裝置容量分別為13GW4.3GW,加上水力、地熱、生質能總裝置容量近22GW接近冬天全日平均電力需求22GW,與冬天尖峰需求27GW相差無幾換句話說,在冬日尖峰時若再生能源都正常運作,獨立電網的台灣將有8成電力由再生能源提供,可能嗎?

附表為美國電力雜誌(Power Magazine)模擬某獨立電網再生能源佔比的數據。



第一列為風力或太陽能佔“瞬間尖峰”百分比,第二列為佔“尖峰負載”百分比,第三列為佔系統裝置容量百分比,第四列為發電度數佔比。“瞬間尖峰”為當年度用電最高一分鐘的負載需求,“尖峰負載”為當年度用電最高一小時的負載需求(與台電尖峰負載定義相同)。由第二行與第三行比較知道該系統備用容量為50%,遠超過今日台電的11%本文以第二列裝置容量與尖峰負載比例作為討論基礎。另有一重點要特別注意的是該模擬假設該電力系統單獨裝設“太陽能”或“風力”時的最大佔比為10%,而非兩者可各佔10%,合佔20%。今日歐洲各國中不可調度之新型再生能源(風力、太陽能)裝置佔比最大(>20%)的丹麥及葡萄牙均為與歐陸大電網連接之小規模電力系統

不可調度之再生能源於系統佔比上限沒有簡單答案。很重要的因素是系統中容易隨負載昇降(load following)機組裝置佔比而定。一般電力系統佔比最大的基載機組(核能、燃煤)都不易隨負載昇降,只有燃氣機組較易隨負載昇降。換句話說,除非為了發展不可調度之風力、太陽能違反經濟原則壓低基載機組比例,大力發展價格昂貴之中、尖載燃氣機組,否則再生能源有其必然限制。風力、太陽能等再生能源併網後對電力系統的衝擊也要考慮電力潮流,短路電流,電力品質(諧波管制/電壓閃爍)及暫態穩定度等因素以上考量也將限制再生能源裝置佔比。

今姑且假設因台電有抽蓄發電,又與大電力用戶簽定“卸載”(可停電)合約,又有足夠的熱待機機組在以上條件下假設太陽能及風力裝置容量共佔台灣尖峰負載的20%,又假設由目前到2025年尖峰負載每年約以2%成長2025年尖峰負載將由今日35GW增為42GW依此假設在2025年風力太陽能等不可調度之再生能源總裝置容量可達8.4GW,不到反對黨規劃之半,也低於政府規劃。

因海上風機裝設工程艱辛浩大,其起步遠慢於技術成熟的地面型太陽能發電假設2025年太陽能及風力分別佔8.4GW2/31/3,則2025年太陽能及風力總共可提供150億度電,遠低於目前三座核電廠可提供的400億度無碳電力廢核而以再生能源取代的缺口250億度必將由燃氣發電提供,依核能、太陽能、風力、燃氣發電之每度電費計算,廢核後每年發電成本將較今日增加1100億元。

表面上看來再生能源裝置容量8.4GW似可取代目前三座核電廠(5.4GW)所可提供的電力,但核電為可調度電力,在夏日尖峰時可保證全力發電。但台灣風力集中於冬天的東北季風,夏日尖峰時平均只能提供額定裝置容量6%的電力太陽能不但夜間無法發電,在陰雨天也無法提供任何電力,兩者均為完全是靠天吃飯的“不可調度”電力。就算再生能源裝置達其上限(尖峰負載20%),但因其容量因數(發電時數)太低,其總發電量約只能提供全年用電的7%,不足以補足廢核後的缺口,以再生能源及燃氣取代核電,每年增加成本至少1100億元。

再生能源並非不能發展,但再生能源不但價格昂貴電力不穩其對台灣電力貢獻有其先天限制一事各界也應深刻體會。

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