大傢好，我是德瑞剋，我對氣候變遷議題下的碳金融有高度興趣，同時也抱著高度質疑。
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上一講，我們提到當越來越多的可再生能源併進電網中時，因為其分佈式與隨機/間歇的特性，將使得現存的電網麵臨挑戰，而必須要升級。
電力供給最重要的是穩定與安全，不能少也不要多。麵對可再生能源所帶來的變動性，需要將其削峰填榖來達成平穩供應，而電力公司如何運籌帷幄來達成目標，智能電網將是很重要的工具。
電的傳導速度接近光速，因此電力公司的任務，就是零時差地讓所有的發電等於需求。打個比方來說，所有的電力供應跟電力需求，無時無刻都在拔河，而這場拔河，發電端的任務就是要一直維持和局，不贏也不輸，要剛剛好等於需求纔行。
（就像《魷魚遊戲》一樣，電網的拔河可不能輸，輸瞭後果不堪設想。圖片來源：《魷魚遊戲》劇照）
而拔河繩的中間識別輸贏的紅色標誌，就叫做「供電頻率」。
現在電力公司所供應的都是交流電，世界上國傢使用的都是50Hz或者60Hz。台灣的交流電頻率是60Hz，美國也是。而歐洲國傢跟中國大陸走的則是50Hz的體係。
所謂的60Hz，就是每秒有60個週期，因此會把電力公司的發電機設定為與此相同的轉速。而其他像是太陽能發電、風力發電，或是儲能電池，也都需要透過逆變器（Inverter），將電力轉換成與電網同步的交流電之後纔能併進電網裡。也就是電網上所有的發電設備，等效轉速都同步在60Hz的頻率上。
這時如果電網上的用電量增加，相當是負載變大瞭，發電機要推的東西變重瞭，就會使得發電機的轉速慢下來，因而使得交流電的頻率下降。頻率下降就代錶電網上的電力「供不應求」，拔河繩被用電需求那邊拉過去瞭！
這時候電力公司就得增加發電，多齣一點力把轉速拉迴來，讓頻率迴到60Hz。
相反地，若是供電頻率上升，則代錶電網上的電力「供過於求」，電力公司就會減少發電或是轉進儲存端。
我們來介紹一下發電端的四位拔河隊員，分別是「風」、「光」、「水」與「火」。
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風，就是風力發電，受季節與地形的影響很大，而且隨機性最強。這位選手很自由，想上場拔河就上去齣點力，臨時覺得手痠瞭，繩子一放人就跑走瞭，很難預測它的行為，因此要讓它當往後的主力選手，電力公司心裡總是捏一把冷汗。
光，就是太陽能發電。太陽的可預測性比較高一些，可是問題在於隻有白天能發電。下圖為2016年10月22日加州實際的數據，灰線為太陽能發電量。我們可以看到，太陽能發電從早上八點開始逐漸增加，直到下午兩三點左右達到高點，然後發電就開始一路減少，直到太陽下山發電歸零。
可是人們在下午五六點下班以後，晚間傢庭用電纔正要開始啊！開燈、看電視、洗烘衣物、烤箱料裡食物等等，用電需求會一路上升到晚上八九點，直到開始有人陸續入睡，用電纔逐步減少，如下圖藍線。
所以藍色線（用電需求），減去灰色線（太陽能發電）之後，剩下來的橘色線，就是電力公司要想辦法去調度其他發電的。
橘色線有個很可愛的名字，叫做鴨子麯線（Duck Curve）。早上七點翹起來的是鴨子的屁股，然後上午八點到下午五點之間凹下去的是鴨子的背部，最後從下午一點一路拉高到下午七點的上升麯線，就是長長的鴨脖子。
東山鴨頭的鴨脖子很可口，但是duck curve的鴨脖子卻是不容易啃。
鴨脖子麯線上升的越陡峭，代錶電力公司的挑戰越大，因為代錶要在短時間內調度這麼多其他電力，來支撐太陽能少去的部分。
有人問，那如果多裝一點太陽能闆，是不是就可以減緩鴨子麯線？
很不幸地，事實正好相反。如下圖的2012年黑線，逐年到代錶2020年的紅線，當太陽能被使用的越多，會讓鴨子更麯線玲瓏。也就意味著，當一個地區的太陽能越普及，電力公司得花更多心力調度電力，纔有辦法「削峰填榖」。
講到「削峰填榖」，就得介紹接下來的兩位傳統老將，水與火。
水，是水力發電，有其環境先決條件，要有足夠水量與高低地形落差纔能設立。水力發電在電力調度中扮演很重要的腳色，因為它不隻可以當「發電方」，也可以當「用電方」。當電力不足時，就從高位放水沖下來，利用水勢帶動發電；而當電力過剩時，則可以用馬達把水從低位抽到高位，把能量儲存起來。
孫子兵法說：「兵無常勢，水無常形」。水的柔軟特性應用在發電上，成為瞭電網調度上的活棋。
火，是火力發電，雖然因為全球減碳風潮，各國將要逐步降低火力發電的占比。但是火力發電齣力穩定，任勞任怨，就像拔河隊上的最後壓陣的那個人一樣。
拔河比賽對於隊伍最後一位的選手，有專屬的名稱叫做錨手。錨手的主要任務就是保持隊伍的穩定，就跟火力發電在電網裡的角色一樣。
所以在台灣2050淨零排放路徑中，到瞭2050年還是規劃20%~27%的火力發電，隻是屆時需要加上CCUS來處理碳排放。
針對CCUS有興趣的讀者，可以參考 《德瑞剋說碳金融》第二十二講 。
讓我們用電力拔河隊的概念再想一次，隊上的錨手（火力發電）因為國際趨勢必須減少在場上的重要性，能靈活調度的活棋（水力發電）有其先天環境的限定，不一定每個地方都有。
而兩個新進的主力隊員，一個時間到瞭就下班（太陽能發電），一個行蹤飄忽不定（風力發電），作為拔河隊領隊的你，麵對絕不能輸的比賽，該怎麼辦？
這就是我們需要智能電網的原因。
第一，如果能有更全麵的資訊，那麼做起預測與調度，將會更有信心一些。
如下圖，根據國際能源署（IEA）的技術路徑圖，當中提到電力係統的演化。未來我們將有更多的智能電錶與感測器來迴報即時資訊，產生更多的大數據，使用更多的演算法，建立更廣泛的控製中心。
也就是未來我們將有很多需求，在即時電力量測、物聯網、數據分析、電力控製、儲能等這些技術上。
現在已經有很多機構在整閤資源，要將可再生能源的發電預測，各區電力需求預測與互通調度，做即時且視覺化的分析。就像美國國傢可再生能源實驗室（NREL）所建立的模型，讓未來的電力調度感覺超酷的！
第二，如果能有完善電力備轉方案，未來大量採用可再生能源將更有信心。
當可再生能源難以預測，或是電力需求有突發狀況時，都會讓電網承受壓力，配置不同反應時間的備載資源，就像同時備有匕首與大關刀，能近身肉搏也能遠距廝殺。
台電的電力輔助服務，就包括瞭能立即反應的「快速反應備轉」，直到需要半小時來啟動，但是可以持續時間較長的「補充備轉」。能夠因應不同的需求而上場救援。
（資料來源；https://www.find.org.tw/）
總結來看，當電力需求大於供給時，台電的四個備轉方案主要分為三個類別；
第一個是「儲能係統」，這個主題比較大，我們往後將為此專文討論。
第二個是增加電力供給，包括公用與自用發電機組的啟動，這個相對好理解。
第三個是降低電力需求，叫做「需量反應」（Demand Response, 簡稱DR），說明如下。
一般來說，因為企業用戶相較於傢庭用戶，用電量大且數量較少，相對容易協商與管理，所以需求反應是與企業用戶閤作。
舉全球前十大的電力公司Enel（義大利國傢電力公司）為例，企業用戶要參與需求反應的三個必要條件為 （1）至少 1 MW 的可調整電力容量、（2）在收到調度命令後 15 分鐘內要調降使用電力，以及（3）維持降低的用電水準至少連續三個小時。
而需求反應是這樣操作的：電力公司一旦預測電網電力將短缺，就會透過演算法來計算，參與需求反應的企業用戶該降低多少用電，然後通知這些用戶調整用電。而參與需量反應並且實際配閤調度用電的企業用戶，事後將會得到電力公司的款項補償。
這一講我們談瞭現代電網的挑戰，解決的方式包括大數據建立控製模型、備載基本火力發電機組、儲能係統與需求反應。
但是除瞭靠一己之力之外，與鄰近地區或國傢建立互聯電網，互通有無，利用更多的資源來削峰填榖，是世界的大趨勢。下一講，我們來談談國際電網連結。
