晴時多雲

自由廣場》提高電網韌性 因應氣候變遷

◎ 盧展南

氣候變遷所造成天然災害、地震、大量再生能源併網、脆弱的電網及人員疏忽,造成世界各地許多大區域停電,這些案例顯示大自然不可抗拒的反撲及天災人禍造成的經濟損失與生活的不便。許多大災難使許多國家重新檢視電網的管理並導致重大電業改革。

2011年3月11日發生的地震,是日本史上第一個規模超過9的地震。總計有超過27GW的發電設備無法使用,迫使東京電力公司實施連續停電來配給電力。2012年10月29日晚上,超級風暴桑迪在美國新澤西州南部大西洋城附近登陸。那時,它被正式歸類為「後熱帶氣旋」,但該歸類掩蓋了風暴的巨大影響力和破壞力。隨著桑迪的多種天氣系統在美國人口最稠密的地區相撞,超過850萬個家庭和企業經歷了停電,在某些地方,恢復電力花費了數週的時間。廢水處理廠斷電而喪失功能,將數十億加侖的未經處理或僅經部分處理的污水排出。這場風暴使所有人都痛苦地清楚了美國電力系統基礎設施的老化程度。

今年二月,因猛烈的暴風雪侵襲美國德州地區,致使電力需求猛增,而由於供氣及發電廠事故,加上再生能源停止運轉及電網限制,造成可用電源大量降低,15日凌晨1點20分進入最嚴重的能源緊急警戒3(EEA3),開始執行輪流停電,卸掉10.8GW用電。在德州電力可靠度委員會(ERCOT)調度的區域總裝機容量107.514GW中,由於極端天氣條件的影響而被迫停機有52.277GW,約佔48.6%,其中包括2座核電機組。風力發電裝置約為25GW,其中12GW被冰凍了無法運轉。而此時與其他區域互通的高壓直流輸電線路,因鄰近區域也處緊急供電情況下,無法提供急需的救援。當時卸載後用電減少了20GW,導致數百萬用戶停電,直到19日上午10:35系統恢復正常運行。

德州在2011年2月也發生寒冷天氣事件,其後監管單位北美電力可靠性公司(NERC)發布的一份報告包含了一些適用於ERCOT的建議。在過去的十年中,ERCOT遵循建議進行改革,相對降低此次更嚴重天氣條件造成的影響。

台灣2017年815大停電後的電力系統總體檢,觀察到台電電廠及其開關廠和燃料輸儲系統及輸電線路開閉所,皆採大型集中化規劃,存在很大風險。台電第一路超高壓幹線(954MCM複導體)於1974年完成加入系統運轉迄今已逾40年;第二路超高壓幹線(795MCM四導體)於1985年完成加入系統運轉,迄今已逾30年。位於地質敏感區345kV鐵塔達4百多座,輸電系統重要鐵塔基礎若安全係數不足,當遭遇極端天災時,恐將危及系統供電穩定。

在經歷了無數的天災及氣候事件後,非常清楚的是,將電力系統加固強化以適應極端天氣(使其完全不受損害)幾乎是不可能的。電力工程界正在研究基於「電網韌性」的整體方法。其與強化電網資源抵抗氣候巨變能力不同,電網韌性措施並非旨在防止極端天氣造成的損害;主要目標是使電力設施能持續運行,並在發生損壞和中斷後促使其迅速恢復正常運行,從而將任何損壞的影響降至最低。所使用的方法包括發展微電網和儲能系統,當電網部分故障時,智慧電網設施允許調度員快速重新配置系統,以確保對關鍵站點(例如,石油和天然氣精煉廠、水處理廠和電信網絡以及醫院)的不間斷供電。

大城市及高科技園區的電力需求不斷飆升,除了維持一定比率的備用電源,並提高電源種類組合外,快速發展無碳但變動性的再生能源及氣候變遷所造成的影響,必須能夠妥善應對。建議「經濟部電力系統可靠度審議會」宜定期開會,檢視電力系統各項穩定度與可靠度指標,檢討電源及電網規劃和低頻卸載策略,以擬定因應氣候變遷對電網運轉衝擊所需的做為。

(作者為中山大學電機系教授)

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