提高电网韧性 因应气候变迁(卢展南)

 

气候变迁所造成天然灾害、地震、大量再生能源并网、脆弱的电网及人员疏忽,造成世界各地许多大区域停电,这些案例显示大自然不可抗拒的反扑及天灾人祸造成的经济损失与生活的不便。许多大灾难使许多国家重新检视电网的管理并导致重大电业改革。

2011年3月11日发生的地震,是日本史上第一个规模超过9的地震。总计有超过27GW的发电设备无法使用,迫使东京电力公司实施连续停电来配给电力。2012年10月29日晚上,超级风暴桑迪在美国新泽西州南部大西洋城附近登陆。那时,它被正式归类为“后热带气旋”,但该归类掩盖了风暴的巨大影响力和破坏力。随著桑迪的多种天气系统在美国人口最稠密的地区相撞,超过850万个家庭和企业经历了停电,在某些地方,恢复电力花费了数周的时间。废水处理厂断电而丧失功能,将数十亿加仑的未经处理或仅经部分处理的污水排出。这场风暴使所有人都痛苦地清楚了美国电力系统基础设施的老化程度。

今年二月,因猛烈的地区,致使电力需求猛增,而由于供气及发电厂事故,加上再生能源停止运转及电网限制,造成可用电源大量降低,15日凌晨1点20分进入最严重的能源紧急警戒3(EEA3),开始执行轮流停电,卸掉10.8GW用电。在德州电力可靠度委员会(ERCOT)调度的区域总装机容量107.514GW中,由于极端天气条件的影响而被迫停机有52.277GW,约占48.6%,其中包括2座核电机组。风力发电装置约为25GW,其中12GW被冰冻了无法运转。而此时与其他区域互通的高压直流输电线路,因邻近区域也处紧急供电情况下,无法提供急需的救援。当时卸载后用电减少了20GW,导致数百万用户停电,直到19日上午10:35系统恢复正常运行。

德州在2011年2月也发生寒冷天气事件,其后监管单位北美电力可靠性公司(NERC)发布的一份报告包含了一些适用于ERCOT的建议。在过去的十年中,ERCOT遵循建议进行改革,相对降低此次更严重天气条件造成的影响。

台湾2017年815大停电后的电力系统总体检,观察到台电电厂及其开关厂和燃料输储系统及输电线路开闭所,皆采大型集中化规划,存在很大风险。台电第一路超高压干线(954MCM复导体)于1974年完成加入系统运转迄今已逾40年;第二路超高压干线(795MCM四导体)于1985年完成加入系统运转,迄今已逾30年。位于地质敏感区345kV铁塔达4百多座,输电系统重要铁塔基础若安全系数不足,当遭遇极端天灾时,恐将危及系统供电稳定。

在经历了无数的天灾及气候事件后,非常清楚的是,将电力系统加固强化以适应极端天气(使其完全不受损害)几乎是不可能的。电力工程界正在研究基于“电网韧性”的整体方法。其与强化电网资源抵抗气候巨变能力不同,电网韧性措施并非旨在防止极端天气造成的损害;主要目标是使电力设施能持续运行,并在发生损坏和中断后促使其迅速恢复正常运行,从而将任何损坏的影响降至最低。所使用的方法包括发展微电网和储能系统,当电网部分故障时,智慧电网设施允许调度员快速重新配置系统,以确保对关键站点(例如,石油和天然气精炼厂、水处理厂和电信网络以及医院)的不间断供电。

大城市及高科技园区的电力需求不断飙升,除了维持一定比率的备用电源,并提高电源种类组合外,快速发展无碳但变动性的再生能源及气候变迁所造成的影响,必须能够妥善应对。建议“经济部电力系统可靠度审议会”宜定期开会,检视电力系统各项稳定度与可靠度指标,检讨电源及电网规划和低频卸载策略,以拟定因应气候变迁对电网运转冲击所需的做为。

(作者为中山大学电机系教授)自由时报0305

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