隨著風能發展的快速增長和風電滲透水平的提升，風電固有的可變性和不確定性，使得風電場在高滲透率電力系統上的持續可靠運行成為一大挑戰。圖為離岸風場「大彰化東南離岸風力發電計畫環差案」環評資料照。（資料照，取自環評資料）

呂錫民／前工研院能環所研究員

根據國際能源署（IEA）評估，二○二一年全球風力發電量達一八七○三億度，比二○二○年成長十七％，是所有再生能源發電量最高者。到二○三○年，這一數字將達到八萬億度，方能達成淨零情景目標。作為最受歡迎的再生能源，風能實現了快速發展與增長。然而，由於風力發電的間歇性，風電與電力系統的整合帶來了固有的可變性和不確定性，因此風電一體化對系統穩定性和可靠性的影響取決於滲透水平。

隨著風能發展的快速增長和風電滲透水平的提升，風電固有的可變性和不確定性，使得風電場在高滲透率電力系統上的持續可靠運行成為一大挑戰。憑藉靈活的充電-放電特性，儲能系統（Energy Storage System, ESS）被認為是一種有效的工具，不僅針對特定風電場，ESS還可以提高整個電網的靈活性和可控性。

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從可靠性的角度來看，在相對較低的滲透水平下，淨負荷波動與現有的負荷波動相當，而傳統發電機，如熱力或水力發電機組，具有足夠的負荷跟踪能力，無需額外的營運儲備。然而，隨著風力發電滲透水平的增加，與傳統發電機的短暫響應時間的配合變得十分重要，另外，機械故障和陣風導致風力發電和負荷的突然和極大變化，從而需要更多的儲能運營。

從穩定性的角度來看，與同步發電機不同，風力發電機對頻率穩定性的貢獻很小，甚至沒有貢獻。由於電力過剩或不足，風力發電變化也會降低電網電壓穩定性。此時，ESS具有靈活的充電和放電能力，配合電力電子技術的最新發展和進步，使得能量存儲技術成為現代電力應用的可行解決方案，潛在應用主要包括以下幾個面向。

首先，藉由時間的切換，ESS可以調節發電匹配負載。同時，ESS還可用於輔助功能、負載跟踪和負載均衡等，以平衡整個電網。另外，EES還可以滿足日益增長的儲量需求，以管理風力發電的不確定性，提高系統運行效率，增強功率吸收，節省燃料成本，以及減少二氧化碳排放。最後，ESS還是消除波動，提高電源連續性與電能品質的潛在解決方案。

展望未來，ESS運行和控制的研究將主要集中在風電場和波動緩解的ESS日常調度方案上。考量風電預測誤差、技術約束、市場規則和能源價格等不同因素，單一或多個ESS的最優運行策略可被使用。為實現平滑輸出目的，風電高頻分量被ESS濾去和補償。控制演算中的時間常數特具平滑效果，ESS所需功率和容量等級之間取得平衡是為其中的關鍵因素。

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