不只是削峰填谷！儲能在能源轉型的8種重要應用 JUNE 16, 2020 能源萬象 關鍵字 ： 不只是削峰填谷！儲能在能源轉型的8種重要應用 文／Tony Yen (媽盟特約撰述) 關於能源轉型最常見的迷思之一，就是只有大規模發展儲能設施才能整合大量風能和光能進入電力系統中。前面我們已經不厭其煩地說過，這樣的觀念是立基於「風光必須能當作基載」的錯誤認知所推導出的錯誤結論，對能源轉型百害而無一利。 比較少人理解的是，這種將儲能設施定位成單純讓風能、光能當基載調度的思維，其實也會阻礙儲能設施的發展－一旦我們將儲能設施對於電力系統的價值，侷限在滿足殘載變動所需的彈性需求的討論時，儲能設施其他在近期、甚至當下已經能取代傳統電廠的彈性能力，便會被輕忽。 有鑑於此，國際再生能源協會在今年3月發布的報告〈Electricity Storage Valuation Framework：Assessing system value and ensuring project viability〉，便全面盤點儲能設施對電力系統所具有的價值，同時評估在現階段的市場制度裡，儲能設施的操作業者在市場上的收益，是否能真正反映出這些價值、並足夠支應其所需付出的成本。 底下就來看看報告中列出的8種儲能在能源轉型過程中的重要應用。 儲能設施在電力系統的8種重要應用 一、提供備轉容量 電池的反應時間在微秒到毫秒之間，因此非常適合提供快速頻率反應和傳統頻率控制，即時平衡電網的供需差異。南澳州的特斯拉大電池便是其中最明顯的例子；在它風光上線後，便完全主宰南澳州的頻率控制輔助服務市場，造成該市場成交價格的明顯改變。特斯拉甚至宣稱，它的電池反應時間實在太快了，因此有1/3的頻控因為調度業者沒有辦法計算到，而無法反映在市場收益中！ 特斯拉大電池在南澳州上線後， 對當地的輔助服務市場產生立即且顯著的影響。 2018年8月25日，南澳州因閃電擊中重要電線，對外輸電網完全關閉。當時南澳州處於電力淨進口的狀態，倘若沒有特斯拉大電池，很有可能因頻率下降過多，重演2016年的限電事件；然而特斯拉大電池在0.1秒內的即時救援，第一時間化解了一場可能的危機。 南澳州特斯拉大電池在2018年8月25日事件中的神救援。 可以看到電網頻率下降的瞬間，大電池就立即投入頻率反應。 二、彈性升降載 「鴨子曲線」常用來描述太陽能主宰的殘載特性：隨著太陽能漸漸減少，從鴨背到鴨頭的這段區間，電力系統需要能迅速升載的彈性調度資源。為了滿足這樣新興的彈性需求，部分地區發展出「快速升降載」的商品和對應市場；而電池快速反應的特性，也讓它們十分適合在未來參與這樣的新興市場。 下圖為「快速升降載」商品的示意圖。系統調度業者先計算時段一到時段二的殘載變動量，再加上一段不確定性造成的安全區間，便是時段一過度到時段二，系統對快速升降載商品的需求。 快速升降載商品需求估算示意圖。 三、市場套利 透過低價時買入、高價時賣出，儲能設施的操作者可以在批售電力市場上套利。這也會弭平批售電價的波動。電動車如果用智慧充能或V2G的管理方式，也可以產生同樣的效益。 四、綠能電力輸出曲線平滑化 有些地區會針對變動型再生能源的電力輸出變化量做出規範，造成太陽能和風能操作業者必須削減一些潛在發電量。當這些綠能機組有和儲能設施搭配時，便可以在綠能供應突然增加時充能、綠能供應突然下降時放能，以減少因削減出力損失的綠能。 儲能設施平滑化綠能電力輸出曲線原理示意圖。 五、避免輸配電網投資 輸配電網皆有可能因綠能大增而產生阻塞的風險，配電網另外還有電壓控制和電力潮流逆流的問題。除了前一篇文章提及的動態容量評估、太陽能加裝智慧逆變器以外，也能把儲能設施放在阻塞風險最高的節點附近，形成「虛擬電線」，減少需要增加的輸配電網投資。 虛擬電線示意圖。將儲能設施設置在電網容易阻塞處， 能有效減少電網強化所需投資。 六、減少尖載電廠的投資 儲能設備可以在綠能電力輸出大增時儲電、殘載尖峰時再釋出，如此一來便可減少應對殘載尖峰所需的傳統電廠（尖載電廠）。必須要留意的是，隨著殘載尖峰的削弱，儲能設備的充放能時間週期必須跟著增加，方能開始取代傳統的中載或基載電廠的容量價值。 儲能設施減少殘載尖峰示意圖。隨著殘載尖峰的削減， 儲能設施的充放能週期也必須增加，方能進一步減少殘載尖峰。 七、提高微電網中綠能占比 隨著各種儲能技術的成本下降，到了2030年，不論對儲能設備的加權平均資本成本假設為何，一微電網中綠能的最適占比，都至少有90%。儲能搭配太陽能的組合，能有效降低微電網中柴油發電量的需求，就減碳和趨避成本的邊際效益來看，都非常高。另外，在大電網供電品質不佳的區域，儲能設施能大大增進電力系統的穩定度和可靠度。 八、居家儲能系統 居家儲能系統能提升用戶綠能自發自用的比例。另一方面，當足夠多的家戶安裝居家儲能系統、屋頂型太陽能、電動車等分散式資源時，如果有一個聚合商將這些資源有效整合，則它們便可以一座虛擬電廠的方式來運作。 當前挑戰：業者收益沒有完全反映儲能的真正價值 雖然儲能設施有前述各種可行應用，但其中很多在目前的市場中並無法兌換成有形收益。這造成目前進入電力市場的儲能操作業者無法取得足夠的收益，弭平目前這些設施的成本。如何弭平這道經濟合理性的差異，是未來設計市場與相關制度時必須考慮的。 最左側：儲能設施的系統效益。 中間：儲能設施的成本。 最右側：儲能設施在市場上獲得的收益。 不同尺度下 儲能能發揮的腳色不盡相同 前面我們列舉了儲能設備在能源轉型中所具有的價值。然而必須要留意的是，誠如我們之前不斷提及的，在很多情況下，發展大規模儲能設施來滿足電力系統的彈性需求，仍非最具成本有效性的手段。理解現階段儲能設施在不同尺度中能扮演的角色，以及它們在未來的最佳發展路徑，將有助於更順利地推行能源轉型。 比如說，對提供居家能源管理的能源服務業者而言，儲能設施在當前除了輔助服務的功能以外，也很有可能已經具有削峰填谷、平衡發電端和用戶端的殘載曲線的功能，而配電網也慢慢地應該開始有效運用這些彈性資源；另一方面，從大電網尺度來看，新式儲能設施仍以提供輔助服務為主，未來才會慢慢地削減尖峰殘載。這過程中，儲能設施的設置成本將更便宜、儲能設施的充放能週期將增加；它們將漸漸取代所有傳統電廠，提供電力系統所需的殘載彈性能力。