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彈性再生能源究竟是怎麼一回事！
關於風光投入備轉容量的原理性說明
文／Tony Yen (媽盟特約撰述)
備轉容量是電力系統中很重要的一環，筆者早前曾經撰文指出，能源轉型過程中有諸多措施，可以確保更多的再生能源不會對電力系統可靠度造成顯著的負面影響。然而再生能源理論上其實可以更進一步提供備轉容量，以增進電力系統可靠度。本文簡介這件事情在未來各個虛擬電廠的操作上可以如何實踐。
首先我們必須了解，單一的風能發電機組或太陽能板的發電量雖然受到局部天氣條件等隨機因素影響，發電量有較大的擾動，但是如果能將全國各地的風光機組聚集起來，形成一個虛擬電廠同時做調度，局部天氣條件的隨機性就會被大幅度地抵銷。這讓預測風光電力輸出的任務變得更容易，也就更可以讓電力系統的調度業者事前做充分規劃。
在這種情況下，風能和光能的電力輸出雖然仍具有不確定性，但我們可以從歷史資料中得出預測的風光電力輸出中，有多少比例在絕大多數的時間中能真正發出（注）。這讓我們能夠根據風光電力輸出的預測值，推估實際上「可靠」的電力輸出量。
（注：「絕大多數的時間」是一個可根據需求做進一步定義的概念，比如95%的時間、99%的時間等等）
這風光的可靠電力輸出量，理論上就可以直接參與備轉容量服務，而不需要儲能、傳統電廠等其他設備支援。這種調度模式即「彈性再生能源」，因為相較於傳統綠能有多少潛力就發多少電的調度策略，這種調度模式可以增進電力系統的整體彈性能力。
實際上這種風光提供備轉容量服務的運作模式，很有可能會如下述方式發生：一天當中不同時段，整合風光機組的虛擬電廠業者會根據預測的電力輸出，推估這些時段他們的虛擬電廠的可靠電力輸出，據而投入相對應的備轉容量服務。從下圖可以看到，相較於太陽能，風能能投入備轉容量服務的量會更多，這是因為1)影響風能電力輸出的天氣變動時間尺度較長，所以風能機組能比較長時間維持一定量值的電力輸出以及2)該電力系統的備轉容量服務以每4小時為一時段，太陽能發電量最高的時間恰巧落在兩個備轉容量服務時段的交界，這限制了太陽能機組在前後兩個時段中能供應的備轉容量。
風能或光能根據電力輸出預測，參與備轉容量市場的示意圖。
底下塗色區域為風光可投入備轉容量的電力輸出量最上方淺色線為預測電力輸出量。
本圖根據德國電力系統的單日歷史資料推估而成，
風能取2018年1月1日之資料，光能取2018年7月19日之資料。
不過，如果再生能源提供備轉容量，不就需要做削減出力嗎？這樣不是會造成綠能發電總量減少？
這確實是會發生的。但如下圖所示，如果再生能源的發電佔比已經到了一定的程度，風光的電力輸出開始滲透進本來屬於備轉容量的區域時，不讓風能或光能事先參與備轉容量意味著我們必須在這些時段中削減更多的綠能。在之前筆者的一篇文章便闡述過類似的觀念：透過事前的規劃和有計畫性地削減出力，綠能的滲透率反而得以因彈性再生能源而增加。
彈性再生能源增進綠能滲透率的原理示意圖：如果不讓風光投入備轉容量市場，
則在綠能無法深入紅色區域，當風光電力輸出大增時削減量就必須增加。
在筆者的碩士論文模擬結果當中，可以清楚看到未來風光發電大增的時候，彈性再生能源如何減少傳統能源的使用量；這樣子的正面效益彌補了再生能源事先削減出力，造成的傳統能源使用量增加。因此，以政策制定者的角度而言，綠能發展在何時達到此一階段，使彈性再生能源的引入具有環境上、系統上和經濟上的正面效益，便是一個重要的課題。
彈性再生能源減少傳統能源使用量的模擬結果：
上圖為沒有彈性再生能源，下圖為有彈性再生能源的模擬結果。
圖中可見多了彈性再生能源以後，原本用做備轉容量的燃氣機組被從電力市場中剔除，
部分時段中再生能源甚至可以達100%的滲透率。