因應電網穩定需求　增設儲能提高虛擬慣量供給

在電網中具備彈性調度效益，可穩定供電發揮關鍵作用的「慣量」，本屬於水力、火力等發電機組的產物；但近年受到能源轉型的趨勢影響，隨著再生能源比重增加而減少水力、火力等機組的運轉情況，造成慣量持續降低。因此，未來勢必透過「虛擬慣量」取代，以解決慣量不足的問題。

大型發電廠中無論是燃煤、燃油或燃氣類型等發電機組，其發電規模都相當龐大。國立臺灣科技大學電機工程系系主任郭政謙教授表示，「這些結構類似於馬達與電扇的發電機組，在透過燃料帶動軸心『轉子』與渦輪葉片轉動，在達到同步轉速、發出電力並維持每秒60赫茲（Hz）頻率的過程中，其實都一直在持續輸入能量功率。」

當轉子的轉速越快，就代表內部存有越多的能量；當轉速減緩時，能量便會瞬間釋出，形成一種儲能的作用，有利於電力調度。郭教授指出，「因此具有轉動慣量的傳統發電機，讓電力系統維持60Hz頻率更加容易。」畢竟發電、用電未必能保持平衡，一旦用電負載增加，雖然會造成轉速變慢，但這代表原本儲存於轉子中的能量已釋出給用戶，在那一刻先滿足了使用者需求，讓電廠有餘裕再增加輸入能量恢復正常轉速。所以慣量的存在，有助於電力系統維持供需平衡的穩定性。

導入虛擬慣量　填補運轉需求

近年來，由於國家再生能源的綠電先行制度，逐漸縮減一般機組的使用，造成慣量持續減少。郭教授指出，「儘管目前再生能源的發電機制，並沒有設計與慣量有關的構造，但因為大家開始意識到慣量的重要性，將促成未來的再生能源發電系統，規劃加入類似的轉動機件，以產生慣量穩定效果，甚至導入結合儲能系統，使其也具有類似慣量作用，這些稱之為『虛擬慣量』。」

在水力、火力等發電機組產生的真實慣量逐漸減少的趨勢下，為維持電力系統的穩定，「虛擬慣量」將是一個深具可能性的解方，但到底需要多少的慣量才能滿足需求？郭教授提到，「早期發電機組大多都直接串聯電力系統，所以透過單純的人工計算方式，就能掌握大致的慣量數據使其維持基本數值。但自從電網納入再生能源後，因應光電尖離峰的機組調度，導致一天內的慣量變化情況愈形複雜，無法再以從前的方法計算。」去（112）年，台電在全臺導入「即時慣量測量系統」，也將結合宜蘭冬山儲能案場，就是為了測量準確的實際系統慣量，並規劃符合電網端的儲能需求量。

郭教授認為，「台電透過啟用的示範場域，將來若能掌握系統實際慣量需求，就可以透過電力交易平台購買輔助服務，或由儲能系統來提供虛擬慣量。但先決條件是必須建置精準的評估系統，掌握慣量的即時量測，才能進一步在電力交易平台購買符合需求的慣量額度，達到最高效益。」

推動儲能設施普及化　加快電力交易市場發展

目前全球各國都在面對慣量減少的情況，為避免影響電力系統穩定性，大多採取透過儲能設施讓太陽能或其它間歇性再生能源，成為可控或部分可控的發電案場。郭教授提到，「在電力自由交易市場發展成熟的國家，較容易出現因應電力公司需求的多元電力商品，如配合推出提供虛擬慣量的商品以協助電力系統穩定。甚至是增加更多的即時性商品，或是簽訂長約性質的服務內容。」

郭教授舉例說明，「目前國內較多都是日前商品，也就是今日購買明日的需求。但所謂的即時性商品，是指經由系統計算，確認在短時間內如半小時、一小時之後所需要的輔助商品，並透過交易平台公告，讓其它電力業者供應。」至於長期合約的部分，則可效法日本的容量市場，以長期規劃的角度與廠商簽訂合約，讓電力商能以一年或更長的時間籌建；時間一到雙方系統即可對接運轉，這種模式亦有利於推動臺灣電力交易市場朝正向發展。

當再生能源滲透率越來越高，隨著儲能需求被廣泛使用，不只會促使儲能系統成本降低，亦不再僅限於發電端，包含輸配電端與用戶端都可設置儲能設備，一旦儲能系統普及化，也會增加更多虛擬慣量供應來源增加調度彈性。

人物專訪　郭政謙

國立臺灣科技大學電機工程系系主任

國立臺灣科技大學博士。現任國立臺灣科技大學電機工程系特聘教授兼系主任。研究領域包含：儲能系統規劃與監控設計、能源與電力監控、設備故障診斷、再生能源衝擊分析、暫態分析、局部放電、嵌入式系統應用等。