電力工程與科學: 備用容量懂多少?(1)

　　自1879年開始使用電力點亮電燈，便利了人們的生活，經過130多年的發展，電力已經離不開人們的生活。舉凡早起按掉的鬧鐘、出門隨身攜帶的手機、上班用的電腦、休息時間會用的冰箱及食品家電、下班時間照亮人們夜生活的霓虹燈、晚上看的電視至睡覺時開的空調及小夜燈，電力的使用無所不在。也因此，電力供應的可靠對我們來說非常重要，世界各國都曾遭遇過大停電事故，嚴重地影響了人們的生活，也因此，電力相關的電業界、學術界、電業主管機關或研究機構也積極地對電力可靠度做了許多相關研究。

　　而目前世界電力系統可靠度大致上可以歸類成二項[1]：

(1)系統安全度(System Security)：電力系統忍受系統設備事故不致讓其他設備跳脫或產生連鎖事故之能力。也就是能夠避免遇到設備或輸電線路嚴重故障時，不致發生大規模連鎖跳電的控制能力。

(2)系統裕度(System Adequacy)：電力系統無論何時都有充足的發電及輸電能力，滿足所有用戶尖峰用電並供應電能需求。為達到此要求，通常要經常準備額外的容量隨時替代補充發電機組或輸電設備故障喪失之容量。

　　而近年來經常被提及的備用容量的概念，就是從系統裕度延伸來的，是衡量一系統發電端供電可靠度的指標，用來應付機組大修、小修、故障、減載、機組老化、水力變動、負載預測變動及工程計畫延宕等電力供需變化，所以通常要經常準備額外的容量隨時替代補充發電機組或輸電設備故障喪失之容量，適用於電源開發規劃之用。而其實，各國對備用容量一詞的定義幾乎大同小異，不過較特殊的像日本對備用容量的定義較不同於他國[2]。以下稍微簡單說明台電對備用容量的定義，其詳細關聯性可參考下圖一。

備用容量(Reserve Margin)

＝系統規劃淨尖峰能力－系統尖峰負載

　　系統規劃淨尖峰能力(不考慮歲修、小修及故障機組等造成之不可用容量)

　　=裝置容量－廠用電－機組老化所減少之出力。)

備用容量率(Percent Reserve Margin)

＝備用容量÷系統尖峰負載 ×100%

圖一備用與備轉容量關聯性圖說

　　從上面的備用容量定義及圖一可以知道，備用容量是台電系統的系統規劃淨尖峰能力減去系統尖峰負載。而備用容量率愈大，系統供電愈可靠，但投資愈大，供電成本也愈高；反之，則可靠度下降，甚至限電。因此，一個合理備用容量除須維持一定供電可靠度標準外，供電成本也要考慮。從上述的簡單說明可以知道，電力系統的發電機組是不可能全部同時上陣發電的，需要考量到機組歲修、小修、故障機組容量、各種發電機組發電特性及成本、備轉容量餘裕等部分。

　　以台電目前(2014)之備用容量率預估為16.3%的情形之下，扣除如圖一所示之歲修、小修、故障機組及水火力機組之限制，剩餘的備轉容量並沒有這麼多，也沒辦法有所謂的養蚊子閒置機組，因為那些沒有在發電的機組是為萬一遭遇發電或輸電故障事故，需緊急補充上來發電運轉的機組，且因發電成本較高，本就不該作為平常基載發電之用。

　　
　　於2012年9月6日台北大學經濟系教授王塗發於「找出台電公司連年虧損的癥結」[3]一文中指出“這些備用發電容量，是為了因應萬一電力系統中某些機組發生意外事故（非計畫性停機），致無法發電時，或短期負載突增時，作為備胎之用。”顯然王教授功課做不足，這屬於備轉容量而非備用容量，不能混為一談。該文並指出“台電備用容量率16%偏高，10%即綽綽有餘，日本的必要備用容量率8~10%，與王教授所主張的「合理備用容量率」不超過10%之言論不謀而合。”此論述實乃天大的誤會！日本之備用容量定義與我國不同，並無法相提並論。針對上述兩論述之誤解，說明如下：

備轉容量(Operating Reserve)
＝系統運轉淨尖峰能力－系統瞬時尖峰負載(瞬間值)

備轉容量率(Percent Operating Reserve)
＝備轉容量÷系統瞬時尖峰負載(瞬間值)×100%

系統運轉淨尖峰能力：系統規劃淨尖峰能力－其它因素導致之不可用容量
　　其它因素 = 歲修、小修及故障；火力機組環保限制、輔機故障、氣溫變化；水力機組考慮水位、水文、灌溉及溢流等。

　　因此備轉容量是指當天實際可調度之發電容量(參考圖一)，故備轉容量率是用來表示衡量系統每天供電可靠度的指標。而台電公司每日均有一「備轉容量率」，每天都不一定相同。也就是說，真正處於閒置狀態作為緊急發電機的容量是不到16%的，如果我國備用容量率低到10%，那真正可供事故發生時緊急調度的機組必定遠低於10%，勢必會造成我國電力系統處於極大的風險中。

　　而日本的備用容量定義與我國不同，可參考圖二，日本定義備用容量與各國並不相同。日本之備用容量定義為可調度容量減去尖峰負載，其中該可調度容量如我國之系統運轉淨尖峰能力，因此日本如以與其他國家相同定義計算後約為40%。其詳細說明可參考陳董事長“台灣能源”中「各國備用容量」[4]一文。