守護電網心跳　慣量監測提升電力系統感知能力

隨著再生能源併網量不斷增加，電力系統穩定度備受挑戰。要讓系統維持穩定的重要關鍵就是慣量，就像人體心跳一樣，持續穩定的守護電網，現在台電更加上慣量測量系統，在綠電時代中幫電力系統把脈。

穩定電力系統的要素　監測電網的健康指標

在國家政策持續的推動下，再生能源裝置容量不斷增加，使得併網的發電量也隨之擴增，相對就會減少水力、火力等機組的使用，間接讓系統的波動頻率變大。台電副總經理吳進忠表示，慣量可以將電網維持一定頻率的能力，頻率不穩定會容易影響機組運作，連帶影響供電品質。為了避免頻率波動問題，台電開始啟動慣量測量計畫，找出系統所需的最低慣量值，才能規劃出相對應的最低運作機組，因應電力系統遭遇突發狀況時仍可穩定，確保全臺供電不受影響。

電力調度處處長周芳正說明，慣量是電力系統的重要指標之一，當每部發電機在運作時，機組轉動的作用力會維持一定的慣性，多個機組串連起來並維持一定的頻率，那就是慣量。若將電力系統比喻為人體，有許多的項目可以對應，例如電壓就像血壓、電線是血管、系統慣量則是對應心搏率，系統必須穩定的維持在每秒60赫茲（Hz），才能讓各區的發電機穩定連結。在遇到狀況時，慣量可以持續穩定一段時間，讓其他系統可以即時反應、解決電力系統的突發狀況。

周處長說，以往世界各國的電力公司討論慣量的內容相當少，主要是因為以前發電機組大多為利用旋轉動能產生電力。從燃煤、燃氣到水力發電，這些都是透過蒸氣或是水力來帶動機組運轉，且每部機組都有一定的重量，一旦旋轉起來就可以穩定運作一小段時間，這就像是小貨車若高速行駛，緊急煞車時就需要較長的時間才能完全停止一樣。

「汽車行駛時會有慣性，發電機也是一樣的。」周處長進一步解釋，現在台電整體電網的發電機組累加起來就像是裝滿貨物的貨車，當貨車與小轎車同樣以時速60公里行駛時，如果同時放開油門，貨車往前移動的距離一定比小轎車來得長遠；發電機組的慣量也是一樣，當用電量有變化時、電網頻率有波動，以現在的慣量繼續使用下去，一定程度內可以由機組吸收，但未來的發電形態並不是如此，所以才需要觀測慣量累積資料。

為何現在需要研究慣量？周處長說，電力系統除了電壓、電流之外，頻率也是重要指標，當用電量增加時，電網頻率下降，若下降速度太快，可能會觸發保護機制，因此如何穩定維持一定頻率，就是電力系統調度最重要的課題。

電網頻率變化力求穩定　儲能神助攻

周處長說，發電機組透過同步轉速，讓電網維持在頻率60Hz，當用電量增加時，頻率會下降，部分機組會啟動穩定措施，瞬間增加發電量，如果頻率還一直往下，電網就會啟動保護措施，確保不會拖累整體電網。

當有機組突然跳脫解聯、或是用電端突然增加用電量，都會讓頻率往下降。周處長解釋，如果系統有足夠的慣量，頻率下降速度就會減緩。過去大型機組跳脫時，1GW的機組突然發生狀況，對系統影響就相當大，系統頻率從60Hz開始往下降，過去可能在8至10秒鐘就會達到最低頻率，電力系統也必須在這麼短的時間內補足電力，否則頻率一直往下降就可能會觸動低頻電驛的保護措施。

不過隨著儲能系統開始大量併網後，可以隨時補足系統頻率的變化，爭取緊急應變時間。周處長解釋，以同樣的情況來說，過去10秒鐘就會發生頻率低至需要出手調整的狀況，在儲能系統快速反應後，現在可以延長到13至15秒，雖然才多這幾秒鐘，但可讓水力、火力等機組的輔助設備有更多時間反應，也讓系統爭取頻率，可以彌補回來，這就是短期的解決方案。

周處長指出，現在隨著儲能增加，在台電的電力交易平台上，就有讓儲能加入穩定頻率的機制。當電網頻率低於59.75Hz時，儲能就會全出力，讓頻率可以維持，不會一下子掉太多，而這樣的反應都會在一秒鐘之內，比起傳統操作快上許多、也更精準的調控。

至於中長期的電網頻率提升措施，周處長說，部分發電機配有調速機，會隨著機組頻率（轉速）變化，進而改變燃料用量，爭取到後續更多的時間可啟動抽蓄式水力發電、燃氣複循環機組等，不僅填補供電缺口，也能逐步讓電網頻率恢復平穩的狀態。

周處長說明，以前國內最大的機組就屬核能機組，核二、核三一部機就接近1GW，相當於夏天備轉容量約3%，突然解聯對於系統的衝擊就相當大。不過現在儲能系統相當多，其中具調頻功能之儲能已經達到0.5GW，未來幾年還會有0.5GW的增強型動態調頻（E-dReg）及0.5GW的光儲設備陸續併網，總計在2025年儲能將達到1.5GW，就可以進一步提升供電品質。

亞洲第一個大型慣量測量計畫　台電啟動跨國合作

當太陽光電等再生能源大量併網後，逐漸取代現有的傳統發電。由於光電是直接讓光能轉換成電能，中間沒有位能或動能的轉換，因此不存在慣量，導致整體電網的慣量減少。面對電網有變化時，則少了第一道調整防線，為了事先了解再生能源對電網的影響，觀測慣量就成為重要發展項目之一。

周處長解釋，目前電力系統設定頻率達59.75Hz會啟動儲能系統全出力；低於59.5Hz時，如果當下抽蓄水力機組處於抽水狀態時，就會斷開、減少系統負載來提升頻率；若低於59.2Hz時就會啟動保護措施，使低頻電驛作動減少部分用戶負載，避免影響整體電網。

由於全臺再生能源裝置容量不斷攀升，未來更期望發電占比在2050年要達到60至70%。當再生能源不斷增加的情況下，為了提供高電力品質，相對的傳統機組要維持多少的數量才足夠應付？吳副總經理表示，這個問題在許多電力公司當中都是個「謎」，過去都只能夠靠數字計算來推估，但現在可以透過慣量測量系統，實際偵測系統的頻率變化，勾勒出實際的慣量數值。

慣量測量系統已在電網重要節點中陸續增設，吳副總經理解釋，去（112）年台電與英國創新能源技術公司（Reactive Technologies Limited, RTL）跨國合作，開啟為期5年的電力系統即時慣量測量計畫。

根據資料顯示，這次計畫是希望提升電力系統即時監測與預測能力，強化供電穩定度，目前已於全臺北、中、南之台電服務所及綜合研究所等10處場域，布建即時頻率及頻率變化率測量系統，預計今（113）年結合宜蘭冬山新儲能案場上線實測即時慣量，除了測量準確的實際慣量外，也能依數據規劃出貼切電網實際所需的儲能量。

吳副總經理表示，當系統建置完成後就能確實掌握到慣量的特性，並且持續蒐集一段時間累積資料，可以得出維持系統慣量的最低門檻是多少。台電有信心可以做好，這不只是臺灣電力系統的第一套慣量測量系統，也是亞洲地區第一個大型電力系統的慣量測量計畫，領先日本只在離島進行的慣量測量規模。

資料來源：台電電力調度處

儲能設備結合即時慣量測量系統　捕捉電網微表情

當慣量對電力系統的重要性逐步確認後，台電啟動5年電力系統即時慣量測量計畫，同時結合冬山儲能，導入週期性功率調變功能（Function of Periodic Power Modulation, FPPM）計算電網系統慣量，全天候偵測各地電網的頻率變化，近一步推估慣量的實際情形。

周處長指出，過往只能在機組調度突發事件加以利用，若要累積足夠的觀測資料相當費時，因此這次慣量測量計畫，就在全臺電力系統的10個重要節點設置精密的觀測器，以捕捉頻率的微小變化；並且透過即時傳輸與各地資料，勾勒出全臺的電力面貌，才能看見慣量對系統的影響力。

除了具備精密監測器之外，周處長說，接下來宜蘭冬山儲能案場會啟用FPPM功能，可以在不影響整體電力供應下，以小區域、小範圍的人工製造電網小波動，來觀測系統的細微變化。這很像是地質學在作調查時，會利用人造地震製造震波，穿透想要觀測的地層，捕捉各種變化資料，透過分析來得出實驗結果。

周處長表示，這10處使用非常精密的偵測器，能精準到毫秒，並且透過行動網路傳輸，可以時時刻刻把觀測數據傳回資料中心。不過光只有數據還不夠，還需要配合每天的電力變化，才能描繪出完整的慣量圖形。

有了這套監測系統後，就可以了解慣量的影響。由於儲能的建置成本目前仍相當高昂，為了不造成過度投資，後續在規劃儲能設備需求量時，也可依照電網特性來規劃設置，在兼顧供電穩定的情況下，又能減少成本支出。

資料來源：台電電力調度處