不怕電量起伏大 再生能源的可靠夥伴:燃氣發電 | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

不怕電量起伏大 再生能源的可靠夥伴:燃氣發電

建立於 2016/05/27
作者:柯妤萱

由於再生能源發電不穩定的特性,當再生能源增加時,電力系統內的備用容量也需要成長到一定比例。

在再生能源電量大增時,理想的備用容量可以及時減少發電,也能在再生能源電量大減時增加發電,協助系統提供穩定的需求總量。天然氣複循環發電(CCGT)就是一種適於與再生能源搭配的發電技術,作為備用容量的天然氣可有效支援再生能源與穩定電力系統。

搭配再生能源使用天然氣

以西班牙的真實案例來看,天然氣機組在風電量大減時增加發電量,在風電量大增時減少發電量,系統因此得以輕鬆地成功整合大量再生能源,也達到供需平衡。

天然氣(橘色)在風電量(淺綠)大減時增加發電量,在風電量大增時減少發電量。圖片來源:eurelectric,Flexible generation:Backing up renewables

天然氣複循環機組(CCGT)能夠快速被啟動上線,利於支援再生能源多變的發電量。這種特性能讓天然氣電廠在尖峰用電量高時足以提供大量支援,也能在需求量降低時少量發電。這樣的特性利於電力系統於風息時仍供應足量用電。

以一個機組來看,天然氣除了能快速啟動與關閉,也能穩定大量或少量供電;配合再生能源時,也能自如地調整電量大小(如下圖)。

除了啟動快速,天然氣還能穩定的提供大量或少量發電。圖片來源:GE,Powering the World with Gas Power Systems

使用天然氣的優點

儘管天然氣與商用規模的再生能源在過去常被視為是彼此的競爭對手,但美國能源部與轄下的再生能源實驗室(NREL)皆認為,二者的組合不但在技術上、也在財務上互補:天然氣的燃料價格風險較大,但再生能源的燃料成本是零,故無相關風險;天然氣需要輸送,再生能源不用;二者在環保法規與國家補助的處境也剛好相反。奇異公司也列舉了天然氣發電廠的優點,包含所需土地面積少、興建速度快、排碳量比煤炭低了一半等,當然也包含優良的彈性,適合搭配再生能源。

也就是說,再生能源剛好與天然氣的特性互補。這對組合可保護消費者免於天然氣價格波動的風險以及氣候變遷的代價。

天然氣的特性剛好與再生能源互補。圖片來源:EIA,Wind Version

天然氣廠的成本

儘管燃料成本遠高於煤電廠,但作為備用的天然氣廠不需如基載電廠般時時發電。在備用的狀況下,無需過慮昂貴的燃料成本,因為電力系統只在再生能源需要支援時啟動天然氣機組。天然氣廠的興建與營運成本只佔電廠總成本的三成左右,所費不高。綜上所述,我們不需考慮電力系統由「高比例天然氣加低比例綠能」組成的昂貴選項,故改採再生能源發電系統時仍能保有電價適中的好處。

天然氣廠昂貴的燃料成本約佔總成本的七成左右(7.3/10.3),而興建與營運成本只佔電廠總成本約三成。圖片來源:GE,Gas to Fire 

作為備用容量的天然氣機組不需時常被啟動,所以其成本比它擔任中載發電時來得便宜。天然氣的特性剛好與再生能源互補,而且易於調度,善於應付發電量的變化。在認清天然氣的角色後,可得知它不但能合宜地令再生能源系統掌控電價,也是增加電力系統彈性的好幫手。

備註:

  1. 何謂基載、中載與尖載
  2. 天然氣發電機組分為複循環燃氣渦輪機(CCGT)與提供尖載發電的開放循環燃氣渦輪機(OCGT)。複循環燃氣渦輪機(CCGT)的發電成本與碳排量較低,常作為中載電廠,也是本文的主角。

天然氣發電機組分為複循環燃氣渦輪機(CCGT)與提供尖載發電的開放循環燃氣渦輪機(OCGT)。圖片來源:ETSAP-Gas-Fired Power