379期2023年11月號
出版日期:2023/11/15
產業焦點 Focus
以虛擬電廠提升電力系統韌性
撰文/張維君
當世界各國朝2050淨零排放目標前進時,發展綠能同時兼顧電力穩定成為重要課題。而新興的虛擬電廠技術更是歐美日等國共同的發展重點,臺灣也有極佳的機會能打造虛擬電廠生態鏈,協助提升電網整體韌性。
電力穩定關乎國家的經濟發展動脈,根據國際能源總署(International Energy Agency;IEA)統計,全球電力至2025年複合年均成長率將達3%,為滿足供電需求同時強化電網韌性,整合需求面電力資源的虛擬電廠技術,成為各國重點發展方向。
工研院院長劉文雄表示,過往在電力供需上,多是由供電方盡可能滿足用電方需求,但隨著再生能源、儲能等新興科技導入,用電戶已從純Consumer(消費者)轉換成Prosumer(產消者)角色,可透過虛擬電廠等方式為電力盡份心力。所謂虛擬電廠(Virtual Power Plant;VPP)是指將多個分散能源,如再生能源、儲能、需量反應等,整合成為可調控的電力,以「螞蟻雄兵」之力幫助供電穩定。
以德國Next Kraftwerke為例,該公司整合超過一萬個分散能源,市場版圖涵蓋歐洲等八國,提供電量超過9800MW,近約9座大型電廠發電量;日本近年來也積極投入虛擬電廠發展,在2019年時進入虛擬電廠起飛元年,國內外產業踴躍投入,包括日本國內大廠東芝(Toshiba)就與東京電力合作虛擬電廠的建置,國外則吸引義大利、德國等廠商進行技術合作。
日本虛擬電廠穩定電力 創造最大利潤
虛擬電廠本身不具備發電機組等設備,而是透過系統調配供電量給電力銷售端或是到電力集中交易市場。為了達成2050淨零排放,日本政府設定2030年再生能源發電比例達到36%至38%的目標,同時也在2022年將再生能源的電價計算方式由固定價格的躉購(Feed-in-Tariff;FIT)轉為溢價(Feed-in Premium;FIP)制度,讓電力在市場自由交易,而溢價收入能成為更多投資再生能源的誘因。
日本東芝在2020年與德國NEXT Kraftwerke成立合資公司,引入德國技術來建置虛擬電廠,並提供多種VPP營運模式。日本2021年啟動一項再生能源整合計畫,集結17家再生能源聚合商(Aggregator)與11家能源產業業者,包括東芝能源系統株式會社在內。每一家聚合商背後是由太陽能、風力或生質能發電等業者所組成,加上能源業者的儲能電池,共匯集1.1GW的再生能源,透過系統產生精準的電力供需預測、市場交易策略及電池控制等服務,以避免再生能源供需不平衡並促使利潤最大化。主要是系統背後有一套電力交易支援演算法,將電力現貨價格預測值輸入,演算法就能計算出即時市場競標價格與容量。
日本東芝能源系統株式會社首席技監小坂田昌幸表示,過去十多年來,東芝長期專注推動虛擬電廠的概念、技術和服務,因為虛擬電廠相比傳統電廠,有助擴大再生能源並在電力產業持續放鬆管制下,穩定電力供需。東芝已於2020年跟德國Next Kraftwerke合作,在日本開發先進的虛擬電廠,並開始「Energy Aggregation Service」相關服務,服務對象為再生能源電廠。透過虛擬電廠,將再生能源和儲能電池,可以有效調整電網的供電量與用電量來維繫電網平衡。開發的軟體配備了市場價格、發電量等多種預測以及結合多個市場交易策略的演算法與控制技術,成為虛擬電廠的商業模式。
工研院聚合中小型資源 提供電網彈性調度
經濟部能源署副署長吳志偉表示,工研院長期以來協助政府以及台電公司開發虛擬電廠技術,使用聚合商模式整合多元負載與分散式能源,現正在量販店進行技術驗證。另外,也運用智慧家電以及班班有冷氣的校園能管ADR,讓住商冷氣也可成為穩定電力供需的要角,且讓參與的用電戶得到回饋,工研院與台電合作的這些虛擬電廠實證案例,讓臺灣的需求面管理方案更能蓬勃發展,使電力系統更具調整彈性,並協助達到高再生能源占比下的穩定電網目標。
台電副總經理吳進忠表示,整合性的虛擬電廠資源扮演支援電力調度的重要角色,能在關鍵時刻發揮神救援的功能,穩定電網頻率及供電可靠度。台電所推出的虛擬電廠服務,主要整合的資源包括用戶需量反應、自備發電機及儲能系統等,均可依其特性自由彈性報價,由電力交易平台進行最佳化作業排程,配置虛擬電廠資源於調度日的使用時段與使用量,以因應再生能源變動性,並提高系統調度彈性。
因應分散式電源的發展,工研院打造「聚合多元資源的虛擬電廠」驗證平台,主要利用網路通訊技術,將分散在各處的可調度資源,如太陽光電、可調控負載用電、備援電力,以及儲能系統等資源進行整合,透過智慧預測與排程技術進行能源調配,該技術已結合工研院臺南沙崙院區、六甲院區等各地區資源,完成即時輔助服務、光儲整合及快速反應備轉服務等功能試驗,目前逐步擴大應用層面將技術導入連鎖超市空調系統應用,並針對商用型空調及電動公車進行資源整合規劃與試驗。透過VPP技術平台,加上自由化電力市場機制,期望讓聚合商都能加入,市場有更多彈性與選擇,一同提倡綠電。
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