烏俄戰爭+淨零目標衝擊能源供應 歐盟經驗供台取經|專家論點【台灣科技媒體中心】

議題背景:

即將到來的冬季,「能源能否穩定供應」成為歐洲在能源要走向淨零排放的一大挑戰。在訴求淨零排放的過程中,部分國家選擇以天然氣,作為從煤炭與石油走向再生能源的過渡能源;也有國家選擇核能作為淨零排放的過渡或是能源供應組合。此外,在今(2022)年7月歐盟通過的「永續分類標準」也同意在符合條件的情況下,投資天然氣與核能可被視為綠色投資。

但以長期的能源佈局而言,不同的能源選擇都有其需要面對的挑戰,例如,歐洲的太陽能發電在缺電的冬季恰好是發電量較低的季節;天然氣的供應穩定與否則受到國際政治事件影響;此外,火力發電與核能發電機組遇到極熱或極冷的天氣,都可能面對過熱需要降載,或抗寒設施不足的問題。

不同的能源選擇都有其優點與挑戰,台灣科技媒體中心邀請專家解析,歐洲的能源供應情勢,並討論是否可能是台灣未來發展的借鏡。

專家怎麼說?

2022年10月21日
中山大學電機工程學系教授  盧展南

Q1. 您認為在俄烏戰爭的影響,以及淨零排放的訴求下,歐洲各國是否有提出您認為值得台灣參考的能源調適策略或規劃?您認為台灣可以借鏡哪一個部分的規劃?

為應對俄羅斯入侵烏克蘭造成的困境和全球能源市場混亂,歐盟提出了REPowerEU計劃。 這個計劃旨在節約能源、生產清潔能源和使能源供應多樣化,希望在 2030 年之前使歐洲不依靠俄羅斯化石燃料。

從歐盟的規畫,我們可學習的是,每個公民、企業和組織都可以從節約能源做起,促進電力系統的穩定。如果我們都能承諾盡到公民的節電義務,小的行為改變,就會產生重大影響。

歐盟正在與國際夥伴合作尋找替代能源供應,我們的政府也需要對能源供應中斷預作風險評估及準備。短期內,我們需要尋求不同的天然氣、石油甚至煤炭供應來源及更多儲存空間,展望未來,我們也需要氫能源。自主的再生能源是最便宜、最清潔的能源,可減少對能源進口的需求,因此應加快綠色轉型,刺激對再生能源及節約能源的大規模投資,另使工業和運輸業能夠更快地使用新能源,降低碳排放和對化石燃料的依賴性。

Q2. 在台灣尚未能達成以再生能源供應所有用電需求的情況下,您認為台灣可能的過渡能源(天然氣或是核能)選項是什麼?有可能協助台灣面對像歐洲大規模缺電的問題嗎?您認為會或不會的原因是什麼?

多年來,歐盟國家一直依賴廉價的俄羅斯石油和天然氣作為其能源戰略的支柱,希望使歐盟在可預見的未來實現碳中和。各別能源均有其優劣勢,各國因其政經情勢採用不同能源供應路徑與策略,目前台灣採用的是增氣、減煤、展綠、去核的方式。以台灣目前的路徑而言,若需求面未加以節制,高佔比能源還是來自海外,則在可能的戰爭及嚴峻氣候變遷情勢下,維持百分之百供電持續性是很大的挑戰。在台灣,節約能源及開發多元及分散的自主能源,是加強能源供應韌性的不二法門。 

缺電涵義有法律定義,可從政府的「電源不足時期限制用電辦法」得到解答。該辦法定義電源不足(缺電),是指電能供應事業的供電容量、發電用能源不足或因安全維護、機組故障、天災事變等其他不可抗因素造成的供電能力不足。基載供電容量不足、燃料儲運不可靠,全世界都一樣,就會產生電源供給中斷的風險,這是機率的問題。電力系統因供電容量寬裕程度(備轉容量)持續不足,低於電業管制機關訂定規定(標準)值,基於供電安全考量,調度單位執行計畫性的停限電,就是缺電的具體表徵。在供電安全運轉情況下,設備故障或外力介入所造成的無預警區域性短時間停電,不屬於缺電的範疇。

Q3. 據您所知,台灣對可能大規模缺電是否有應對策略?

根據「電源不足時期限制用電辦法」,台電訂定執行及通報機制,以備轉容量率及備轉容量多寡,分第一階段(6%)、第二階段(900MW)與第三階段(600MW)。目前對備轉容量不足時的因應包括從供給面,購買更多民營電廠或汽電共生電力,私下請國營或民營用電大用戶啟動他們的緊急發電機及降低用電,或從需求面執行降壓、降頻運轉及需量反應給予補償等,未來擬大量增設儲能系統。對一般大眾勸說節約用電的聲量力道相對是小的,民眾平常過慣了舒適方便的日子,到緊急時被無預警停電,反作用力恐怕會越來越強。

美國電能緊急警報(Energy Emergency Alert, EEA)發布的目的是敦促用戶節約電能,維持電力系統可靠度。加州今年9月初,發布了最嚴重的EEA3(限電準備),然而在配合節約能源呼籲下,用戶節約用電,避免了一次輪流停電。日本東京在今年(2022)3月16日後的兩起供電緊澀時段,透過媒體向民眾傳遞目前電力供需情況以及潛在風險,請民眾配合節電,發揮作用,也避免停電情況發生。當供電進入上述階段時,電力公司不敢公開說明供電緊澀,加上強調台灣是不缺電,如此供電燈號即使進入紅燈,除大用戶外,一般大眾無感,達到的節約能源效果有限,那麼台電的供電燈號充其量是給自己及政府單位參考用。

2022年10月21日
台灣電力公司專業總工程師兼發言人 吳進忠

Q. 在台灣尚未能達成以再生能源供應所有用電需求的情況下,您認為台灣可能的過渡能源(天然氣或是核能)選項是什麼?有可能協助台灣面對像歐洲大規模缺電的問題嗎?您認為會或不會的原因是什麼?

維持電網的穩定是調度電力的重要目標,因此無論是再生能源佔比增加,短時間內供電量快速變動,或是電力不足時,電力系統頻率下降幅度太大,都會衝擊電網的穩定性。因此儲能設備配合系統調度應用、提供輔助服務(關於輔助服務,請參考能源名詞解釋6),是降低電力系統衝擊的重要電力調度措施。這些措施除了在需要時提供電力,更重要的是「穩定電力系統頻率」[1]。

台灣目前已有2座抽蓄水力電廠(大觀、明潭),10部機組裝置容量達2,602MW(關於MW,請參考能源名詞解釋1),每天都在執行穩定頻率及電能轉移的任務;此外,台電也積極引進電池儲能系統,並採主動式調節系統頻率,也就是目前業界常聽到的儲能自動頻率控制(簡稱AFC調頻)功能。

台電啟動電力交易平台運作機制,引導民間分散式電力資源投入電網提供輔助服務,不僅進一步提升資源的附加價值,亦為能源服務產業帶來全新契機。電力交易平台自2021年11月正式營運,目前已有30家業者成為合格交易者,參與容量達250.2MW,包含76.2MW調頻備轉容量(AFC調頻)、41.4MW的即時備轉容量與132.6MW的補充備轉容量。

截至2022年10月,共有21個儲能案場上線參與AFC調頻,調頻平均績效為99.43%,證實AFC控制方式可精準追隨系統頻率變動。另統計即時備轉調度次數為66次,平均執行率124.4%、補充備轉調度次數為133次,平均執行率122.5%,每一個合格交易者的實際執行容量皆大於得標容量,主要來自需量反應及自用發電設備的貢獻,已多次於備轉容量較低時,接受調度完成救援任務。

統計至今年9月底,再生能源發電最高滲透率已達24.02%[2],依近年運轉資料統計分析,太陽光電的變動量會隨併網容量增加,預估至2025年平均15分鐘的變動量將增加至400MW以上,若同時考量風電或其他再生能源的特性,合成總變動量將更高,故須透過儲能系統的快速反應才能及時平衡電力供需,而藉由電力交易平台就可以有效引進儲能系統協助解決再生能源間歇性衍生的問題。

臺灣儲能系統的目標為2025年建置1,500MW的儲能系統,其中500MW採太陽光電結合儲能方式,目的為移轉部分再生能源電力至夜尖峰以提高饋線利用率;另外1,000MW則規劃在電網端,目的為提供輔助服務協助確保供電穩定,其中160MW規劃由台電自建,840MW透過電力交易平台取得。

目前,業者提出儲能系統併網申請共303案,總容量達約4,940MW,台電已核准併網容量約3,640MW,預估2023年底前可達成電網端的儲能系統併網目標。企業亦可以在工廠空地建置儲能系統,除了具有穩定電壓變動及作為緊急備援用途外,平時亦可以參加電力交易平台提供輔助服務,藉此獲得服務收益,創造「電力共享經濟」。

2022年10月26日
國立清華大學核子工程與科學研究所特聘教授 李敏

Q1. 您認為在俄烏戰爭的影響,以及淨零排放的訴求下,歐洲各國是否有提出您認為值得台灣參考的能源調適策略或規劃?您認為台灣可以借鏡哪一個部分的規劃?

核能電廠發電時,不排放二氧化碳,即使考慮建廠、拆廠與核廢處理時的二氧化碳排放,幾乎仍是所有發電方式中,二氧化碳排放最低者。使用核能發電可以有效的減少能源使用所產生的二氧化碳、降低工業產品的碳足跡,增加產品的競爭力。

歐盟已經認可核能與天然氣均為綠色能源,納入歐盟在2020年推出的「永續活動分類標準」。雖然並非每個歐盟國家都宣示發展核能,但部分國家依國情需求,已將核能列入未來能源的選項。台灣是孤島獨立電網,地狹人稠,再生能源發電的發展有先天的限制,除了化石燃料,難有其他選擇。放棄核能發電,不但2050年達到碳中和目標遙不可及,且難以面對國際對降低產品碳足跡的要求。

Q2. 在台灣尚未能達成以再生能源供應所有用電需求的情況下,您認為台灣可能的過渡能源(天然氣或是核能)選項是什麼?有可能協助台灣面對像歐洲大規模缺電的問題嗎?您認為會或不會的原因是什麼?

台灣的過渡能源應是核能與天然氣兩者適當的組合。國家能源組合中,有適當的核能比例有兩項優點,有助於國家能源安全,一是核能發電所使用的燃料體積小,運輸儲存方便,核電廠換一次燃料可以使用18個月至2年。歐洲大規模缺電的原因是過度依賴俄羅斯的天然氣。從運輸途徑來看,歐洲的天然氣透過管路直接進口,仍受到俄羅斯情勢的影響,台灣進口的是經長途運輸的液態天然氣,進口途徑比歐洲更脆弱。

二是核能發電成本中,購買燃料鈾的費用佔比低,發電成本受到國際能源價格波動的衝擊較小,這個部分天然氣發電的特質正好與核能相反。因此適當的核能比例可以穩定發電成本,提升國家能源安全。

Q3. 據您所知,台灣對可能大規模缺電是否有應對策略?

我認為台灣目前對缺電沒有因應對策,有的話,也只是如何將可用的電集中供給半導體製造業,免得遭受國際損失。

2022年10月29日
台灣大學氣候變遷及永續發展學位學程兼任助理教授  趙家緯

Q1. 您認為在俄烏戰爭的影響,以及淨零排放的訴求下,歐洲各國是否有提出您認為值得台灣參考的能源調適策略或規劃?您認為台灣可以借鏡哪一個部分的規劃?

歐盟於戰爭剛發生之際,2022年3月8日就提出了「RepowerEU」計畫[3],規劃一年之內,將俄羅斯天然氣的進口量削減三分之二以上。而隨著戰事推演,於5月提出細部規劃,推動「節能」、「加速再生能源發展」、「燃料進口來源多元化」、「擴大投資」四個面向,達到2027年淘汰對俄羅斯化石燃料依賴的目標。

在節能面上,包括擴大各國節能義務、加強落實能源查核[4]結果、建築禁用化石燃料鍋爐等措施。加速再生能源發展的目標,則包括2025年萬人以上城市均有公民電廠、2029年建築物均有屋頂光電設置義務等。依據分析[5]RePowerEU若可落實,2030年時歐盟電力結構中再生能源占比可由原訂的55%提升至63%,化石燃料占比可由26%降到18%。

為了因應俄羅斯暫停北溪一號輸氣管供氣,歐盟也在9月30日通過了緊急節電目標,包括到2023年3月底前節電10%的非強制性目標,以及尖峰用電量減少5%的強制性目標。

面對此次能源危機,除了德國、比利時等國核電政策的調整,部分燃煤電廠重啟以外,從「RepowerEU」計畫的核心中,更可見加速能源轉型是增進能源安全,以及因應能源支出飆漲的核心政策。此為臺灣可借鏡之處。

Q2. 在台灣尚未能達成以再生能源供應所有用電需求的情況下,您認為台灣可能的過渡能源(天然氣或是核能)選項是什麼?有可能協助台灣面對像歐洲大規模缺電的問題嗎?您認為會或不會的原因是什麼?

依據能源局公布的《全國電力資源供需報告》,在未來每年用電量成長2.3%情況下,台灣在2028年前,夜間備用容量率都在13%以上,備用容量尚稱充足(預估結果見圖)。且相較以往,臺灣電力調度上,因為已有電力交易市場可提供需量反應、儲能等可調度性的資源,因此在常規狀況下的供電安全應可確保。

但目前《全國電力資源供需報告》中的電力供給規劃,仍仰賴大量增加燃氣機組,雖然增加燃氣在2030年有助加速減煤與確保供電穩定,但跟長期淨零目標有所衝突。因此應要求新增燃氣機組設置計畫中,均須提出2035年後改為以綠色氫能為燃料的規劃,作為橋接管理策略。

Q3. 據您所知,台灣對可能大規模缺電是否有應對策略?

在此次歐洲能源危機中,德國參考電力系統的壓力測試結果,決定略為延長僅存的3部核電機組使用年限至明(2023)年四月。其壓力測試考慮的條件包括:法國核電機組發電能力僅達三分之二、乾旱導致煤炭運輸困難、德國南部燃氣機組有四分之一到半數都無法發電,在這些條件都發生的情況下,供需缺口達到5.1GW。

目前臺灣尚未建立電網壓力測試機制,所以今年8月台海緊張時,對於天然氣安全存量與電力供應安全的討論,並未立基於事實。後續應仿效德國作法,在電力資源供需報告中,同時進行電網壓力測試,將極端氣候條件對水力發電量與空調需求量的影響、國際情勢對燃料進口、工業出口影響下的電力供需衝擊均納入考量,依此規劃因應策略。

註釋與參考資料:

[1] 台灣通用電力的標準頻率是60赫茲。頻率會隨電力系統的負載變化而變動,如果頻率不穩定(超過60.5-59.5赫茲的範圍就是過高或過低),會導致發電機組跳機,甚至造成大規模停電。

[2] 再生能源滲透率是指,再生能源的發電佔當時系統發電量的百分比,並計算其瞬間最高佔比。

[3] 關於歐盟的實際行動,可參考此份報告的附件一,歐盟應對能源價格上漲的策略與行動。

[4] 「能源查核」是協助用戶盤查能源使用情況、找出節能潛力、制定節能措施的制度。過去歐盟在查核後,並未強制要求落實。

[5] 分析報告原文請參考〈Shocked into action

文章授權於台灣科技媒體中心,原標題為《「歐洲缺電與調適策略」專家意見

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