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電力市場發展之新契機

摘要"

隨著再生能源占比逐步提升,電網需有更多電力輔助服務資源來維持其穩定運轉。除傳統大型發電機組外,電信服務商之通訊基地台/資訊中心亦有潛力參與電力市場來提供輔助服務資源。本文蒐集整理國際上應用通訊基地台/資訊中心提供電力輔助服務的案例以及國內的電力輔助服務規範,期可作為國內相關產業投入之借鏡。

關鍵詞:電力輔助服務、不斷電系統(UPS)、電信服務商

前言

為了降低溫室氣體排放,達成2050年碳中和目標,發展推動再生能源已是全球共識,我國政府也規劃在2025年完成20GW太陽光電及5.7GW風力發電系統設置,大幅提升再生能源供電比例。參考先進國家發展經驗,大量間歇性再生能源的設置將對電力供需平衡產生更大的挑戰,可能需要更多輔助服務資源來協助電網穩定運轉。我國在2017年修訂電業法,逐步開放電力市場,因應再生能源導入,電業主管機關與台電公司也積極研擬新的機制,以促成更多資源參與電力市場,共同支持電網穩定。
傳統電網由大型發電機組提供電力輔助服務,隨著分散式電源(太陽能、風力、儲能系統等)的設置逐漸普及,亦可透過資通訊技術統籌管理分散在各地區的分散式電源來提供輔助服務,如美國的NODES(Network Optimized Distributed Energy Systems)計畫,即探討如何建立彈性負載及分散式能源的管理控制架構,以提供維持電網穩定所需的輔助服務,包含虛擬等效的備轉容量和頻率控制等[1]。
參考前述概念,瑞典的Ericsson公司和愛爾蘭的Eaton公司亦分別提出運用電信服務商的通訊基地台和資訊中心的UPS電池系統來參與電力市場的構想[2][3]。相較於傳統大型電廠,既設UPS電池系統的運用不需要投入高昂的設廠經費與土地成本,即可快速地提供電力服務,同時使電信服務商獲得額外的
收益。
本文蒐集整理國際上應用通訊基地台/資訊中心UPS電池系統提供電力輔助服務的案例,同時說明國內的電力輔助服務規範內容,以期促進國內相關產業的發展。

國內電力輔助服務機制介紹

依據電業法開放電力交易市場的原則,電業主管機關與台電公司陸續擬定電力輔助服務相關的規章辦法,逐步提供現階段電業與民間參與電力輔助服務之管道,台電公司於2021年成立「電力交易平台」,啟動我國電力市場,初期開放備用容量市場及日前輔助服務市場兩部分。其中備用容量市場的具體運作依電力需求與供給量彈性調整,而日前輔助服務市場之交易商品包含調頻、即時備轉和補充備轉等三項輔助服務,其參與之資源樣態可為發電業機組、自用發電設備、需量反應和併網型儲能設備,惟發電業機組及自用發電設備若與公用售電業已簽訂購售電契約,既定契約內之容量不可參加日前輔助服務市場,而併網型儲能設備則不得參與補充備轉輔助服務。以下說明調頻備轉、即時備轉及補充備轉之方案內容:
1. 調頻輔助服務:
因應常態運轉期間供需差異或事故造成的頻率擾動所需,當電網頻率變動時,提供此服務之資源須於1~10秒內依規定之頻率與功率對照圖輸出/輸入功率以協助維持電網頻率。而依不同技術的規格(頻率與功率對照關係),可再分為動態調頻服務的dReg0.25、dReg0.5、靜態調頻服務 sReg、以及強化型動態調頻服務的edReg等四類。其中dReg服務資源依據電網頻率高低自動充電或放電,圖1為dReg0.5之操作模式;sReg服務資源在電網頻率觸及低頻設定門檻時以約定容量放電;edReg則是以dReg為基準,額外準備約定容量50%、持續4小時的充放電能力,其長時間充放電以每日運作一週期為原則,充放電時間由台電控制。
2. 即時備轉輔助服務:
因應供電機組跳機、系統負載突增、供需預測誤差而衍生之系統供電容量差異所需,在接獲調度指令時,提供此服務之資源應於10分鐘內輸出達約定容量,並自調度指令下達後10分鐘起持續服務達60分鐘,如圖2所示。
3. 補充備轉輔助服務:
因應系統發生事故失去電源時之事故處理所需,在接獲調度指令時,提供此服務之資源應於30分鐘內輸出達約定容量,並持續服務達至少120分鐘,如圖3所示。
電信服務商提供電力輔助服務資源構想

電信服務商之通訊基地台/資料中心常見的電力架構如圖4所示,在資通訊關鍵設備與市電之間通常設有UPS電池系統。在市電正常運行的情況下,由市電供給負載設備所需(如圖中紅色線條所示);而市電因故無法供應時,改由UPS電池系統提供電能,以確保資通訊關鍵設備維持正常運作(電力供應如圖中紫色線條所示)。
UPS系統除了在緊急狀況供電予資通訊關鍵設備之外,若搭配適當的控制演算法,亦可供給部分的設備用電,以減少所需市電(如圖中綠色線條所示),甚至是由通訊基地台/資料中心回送電能至市電(如圖中藍色線條所示)。因此,UPS系統為電力輔助服務之可能資源之一,有機會扮演支持電網的角色。

通訊基地台/資訊中心提供
電力輔助服務之國際案例

芬蘭通訊基地台[5]

再生能源滲透率日益提高將使電力系統面臨許多挑戰,而傳統發電資源開發日益因難,有鑑於此,芬蘭能源公司Fortum認為從需求面調控以提供電力輔助服務在將會成為未來常見的手段,而通訊基地台以備援電池資源協助系統頻率調節極具可行性與發展性,因此著手進行通訊基地台參與調頻輔助服務能力評估。
芬蘭的調頻輔助服務方案(FCR-D,Frequency Containment Reserve for Disturbances)運作原則為:系統頻率低於49.85 Hz(歐洲系統額定頻率50Hz)開始輸出功率,頻率低於49.5Hz時以最大功率輸出,而反應速度則是頻率偏移的5秒內達到50%的約定出力,並且在30秒內達到100%輸出,該調頻輔助服務方案之頻率與功率輸出關係圖如圖5所示。針對通訊基地台是否能參與該方案,研究測試內容如下:
1. 基地台調控系統架構:
為了產生顯著的頻率調節效果,需建立聚合平台,整合多個基地台統一調度,並處理演算法、邏輯控制、數據量測等問題,提出的架構如圖6所示。
2. 電池壽命模擬評估:
利用2015年和2016年電網頻率數據來模擬FCR-D頻率響應觸發事件的次數、時間長度和輸出功率要求。由分析結果統計,大多數觸發事件的持續時間短且輸出功率小,故對電池壽命影響不大。

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