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丹麥於2016年12月1日風力發電量曾超過總電力消費的11%,打破再生能源比率過高的許多傳統迷思

重點摘述


2016年12月1日,丹麥打破有史以來的發電紀錄,在當地時間2:30到18:30的發電占需求的比率如圖1所示,可以看出2:30-5:30之間,丹麥的風力發電量比率超過100%,其中,最大值為111%。

圖1、丹麥2016年12月1日的風力發電量占電力消費的比率[2]

 

根據丹麥最新的紀錄,能夠澄清關於再生能源的幾個誤解:

1. 風力發電占比愈高,發電系統愈不穩定、愈無法控制

2. 風力發電變動性很大,無法擔任主要電源

關於以上兩點,根據丹麥的經驗,除了在12月1日超過100%外,12月以後,也都仍然維持在70%,在如此高的風力發電占比下,還是沒有造成發電系統的不穩定。

3. 隨著風力發電的建設愈來愈多,必須增設相應比率的火力發電廠,以備不時之需

 

丹麥國內的電廠,除了風力發電廠外,還包含大型天然氣火力發電廠、小型汽電共生電廠,及多數太陽光發電廠,本篇新聞的作者根據圖2認為,風力發電的供給變化和大型天然氣火力發電廠的電力供給沒有直接相關,因此作者認為,根據丹麥的經驗,隨著大量增設再生能源的同時,並沒有增加相應比率的火力發電,因此,日本國內提倡隨著再生能源的建設愈來愈多,需增設相應比率的火力發電廠的理論,可能也是不正確的。

 

圖2、2016年12月1日當天,各電源的發電情形[2]

 

4. 隨著風力發電的建設愈來愈多,以蓄電池等做為後備電源是不可缺少的

在日本國內認為,為了防止大量再生能源導入所造成的不穩定,除了導入相應比率的火力發電廠外,也應該導入大規模蓄電池。但是丹麥除了沒有導入火力發電,也沒有導入大規模蓄電池,卻能夠在12月1日滿足全國的電力消費,還輸出2,000MW。

5. 電力聯繫線無法在短時間切換容量

日本的電力公司一般在運用聯繫線時,至少要在電力交易市場的前一天確保隔天電力容量,但由於風力發電的變動大,因此難以預估準確的容量。但是丹麥卻能在當日利用市場機制動態地運用聯繫線,因此出現如圖3的巨大電力容量變動也不會影響電力系統。其實,使用電力聯繫線的困難之處,不僅在於電力量,而是在複數複雜的系統中要如何計算出適當的價格、以及最符合經濟原則的調度準則。

圖3、2016年12月1日,丹麥向周邊國家輸出輸入的變動情況[2]

 

關於第3點,根據丹麥能源資料來看,隨著風力發電的大量增設(自2001年的2.497GW至2014年的4.885GW),燃氣電廠的增設幾乎持平(自2001年的0.532GW至2014年的0.625GW),在此期間丹麥也逐漸著手開發廢棄物發電和太陽光電等再生能源,因此在丹麥的電力規劃下,並不遵循再生能源的建設愈來愈多,需增設相應比率的火力發電廠的理論。

但是因為丹麥處於歐洲電網,一旦發現電力不足,即可緊急向周邊國家,如瑞典、挪威、德國調度電力(2015年丹麥淨進口電力為835.94GWh),而調度電力的花費遠比增設火力發電廠、大型蓄電池便宜,這也是丹麥與日本國情不同,所提出的能源政策選項不同所致。

參閱圖4,丹麥身為電力貿易國,與周邊國家的電力聯繫線的數量極高,對於再生能源的發展也有一定的助力,原因是,一旦再生能源建設過量,能夠及時輸出販售給國外,若是遇到電力不足的情況,也能夠仰賴他國的電力輸入協助。舉例而言,雖然丹麥並沒有設置大型蓄電池,但是鄰近的國家挪威卻擁有巨大的抽蓄水力發電廠,因此若是在電力價格便宜的時段,挪威將從丹麥購入大量電力儲存起來,以免造成資源的浪費。

(紅色指既有的聯繫線、綠色則為建設中聯繫線、綠色虛線為計畫中聯繫線,黃色則是天然氣聯繫線)

圖4、丹麥與周邊國家的電力聯繫線[2]

 

特別值得一提的是,丹麥和挪威之間的聯繫線,隔著Skagerrak海峽,此海峽長約240公里,寬130-145公里,平均深度200米,電力聯繫線則是全長240公里,設置在海面下的聯繫電纜約有120公里。

 

參考資料


1. 神話を破壊、111%の電力生むデンマークの風力,2016/12/19。

2. Power right now, 2016.