【Yahoo論壇/戴發奎】太陽能發電的阿基里斯腱

戴發奎
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Solar cell power engineer technician checks the maintenance of the solar panels.
圖片來源:getty image

再生能源發電無法取代燃煤發電成為主要電力供應來源,主要原因在於再生能源發電是靠老天爺賞飯吃,風平浪靜啟動不了風力發動機,太陽能發電則需要陽光照射透過光伏效應轉換成電能。再生能源發電唯有效法農耕民族秋收冬藏概念,才得以四季無虞。

台北市13日溫度飆至38.9度,是七月史上最熱,用電同步改寫歷史新高。據台電統計,當天下午兩點四分用電量達到3,752.8萬瓩,刷新去年7月17日的3738.3萬瓩。

從用電量逐年有增無減顯示了「備轉容量」的重要性。備轉容量(Operating Reserve)指當天實際可調度之發電容量裕度,亦即系統每天的供電餘裕。備轉容量就好比個人或家庭的緊急預備金,這筆錢不用於投資、不做任何用途,且放在可以隨時取用的地方,做為突如其來意外狀況之用,理財專家建議個人的緊急預備金是30萬,家庭則必須準備至少50萬。

國際上認定,當電源的餘裕少於評估的需求量的時候,系統就承受缺電的風險。台灣將備轉容量系統訂為6%,大約是一座核二電廠。核二廠有兩部機組,每部機組容量是985MW(98.5萬瓩),而13日備轉容量約397.4萬瓩,備轉容量率10.59%。

台灣夏天的電力備轉容量比核二的197萬瓩加上核三的190.2萬瓩總合的387.2萬瓩還要多出10.2萬瓩,於是就成了反核團體的主要論述,只要大家節省用電,在相對減少備轉容量卻不減低備轉容率的情況下,就可以實現無核家園。理想終歸是理想,要別人在38.9度高溫天氣不開冷氣簡直是比登天還難。

台電表示,因氣候晴朗日照充足,尖峰時段太陽光電帶來240萬瓩供電能力,佔比約6%,這與台灣系統備轉容量6%不謀而合,也就是說倘若沒有太陽光電,台灣今年就會面臨缺電危機。

同樣是應付緊急需求,備轉容量不同於緊急預備金的地方在於錢沒有用到還可以存下來,電力就不行,太多的備轉容量無疑是浪費,除非有儲能裝置,這就突顯了台灣太陽能電廠的兩個重大問題,白天發的電無法供晚上使用,以及台灣獨特的天氣型態「西北雨」造成太陽能電力瞬間斷電及復電,讓台灣電網備受考驗。

西北雨是由強烈上升氣流形成積雨雲下的雷雨,是台灣夏天常見的雷陣雨,台灣老一輩人把西北雨稱為「風時雨」,明亮的豔陽天,忽然間烏雲移到頭頂一陣昏暗,來得快,去得也快,通常在一小時內。太陽能發電是把陽光轉換成電能,沒有陽光就沒有電力產出,換言之陽光來時就會立即發電。

西北雨水平涵蓋範圍,小從一兩公里,大到數十公里,以目前的太陽能模組效能,一平方公里面積可建置約10萬瓩(100MW)左右太陽光電,從今年開始將會有許多建置容量100MW左右的太陽能電廠將陸續併聯入台電電網,多是集中在中南部地區。據中國工程師協會傑出工程教授 陳斌魁表示未來兩三年,受同一西北雲雨塊影響的太陽能發電就可能達到4,000MW,以台電複循環機組容納能量每分鐘為20~25MW,絕對無法負荷西北雨過後瞬間太陽能電廠同時間恢復電力的衝擊,此刻太陽能就如雙面刃。

當太陽能發電達到一定比例,西北雨來時的電力巨大缺口,除非有智慧電網調度,就只能當下切斷部分的電網供電,以保護剩餘的電網安全,這樣將導致更大範圍的停電,2017年815全臺大停電就是類似的情形。

供電首重輸電可靠度,再生能源的兩大支柱風力發電及太陽能發電是靠天吃飯,不穩定是先天缺陷,唯有透過再生能源自動併網管控及儲能系統才能根本解決。2017年中特斯拉在南澳打造全世界最大的鋰電池儲電廠(超大型的 UPS(不斷電系統))就是為了作為旁邊的風力發電廠的能源儲備所,為此還意外挽救了2017年12月14日澳洲因燃煤火力發電機組突然故障造成的560 MW 發電缺口的大停電。有鑑於再生能源的缺點,越南MOIT(越南工業和貿易部)研擬將儲能設備做為提高躉購費率的條件之一,預期儲能設備將成為下一個能源明日之星。

俗話說雞蛋不要放在同一個籃子,也直接說明了陳斌魁教授的擔憂,台電的躉購費率只按裝置型式不同訂出不同的購電價格,如地面型、屋頂型及水面型。為紓解太陽光電廠過於集中在陽光豐沛區域,倘若能在陽光不是那麼滿足的地區給予更高的補貼,比如是台灣每瓩日平均發電量最低的基隆(2.12度),在商人在考量較高的躉購費率可彌補發電量低的平衡下,將更有意願到當地蓋太陽能廠,因地制宜將能釜底抽薪解決西北雨帶來的台灣電力衝擊。類似受到雨影響的越南政府也早台灣一步在2020年4月6日簽發第13/2020/QD-TTg號決定訂出不同地區的躉購費率。

再生能源無庸置疑在不久的時間內就會成為全世界各國電力供應的頂梁柱,與此同時台灣的太陽能政策還處在侏儸紀時代,尚待解決的問題包括有太陽能阿基里斯腱(希臘第一勇士Achilles的罩門)的晚上無法供電,以及因為躉購費率不夠彈性造成太陽能電廠過度集中等等。

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