能源知識庫

摘要

IEA於2019年6月發布「東協加六能源安全研究報告(Energy Security in ASEAN+6)」，針對東南亞國協以及中、澳、印、紐、日、韓等國(ASEAN+6)之石油、天然氣以及電力供應等，提出能源安全情勢評估及強化能源安全的實際作法評析。其中針對電力部分，該報告指出由於APEC區域內經濟成長，薪資水平、都市化程度皆具成長趨勢，電力消費亦因此快速成長；同時此區域又為全球自然天災最為頻仍區域之一，故該報告蒐整澳、日、韓之相關實例，檢視其面對地震或極端天氣時確保電力供應的措施。[1]

IEA報告中指出，日本在2011年3月11日東日本大震災後，除因境內核電廠停止運作而導致供電不足，以及被迫於關東地區採取分區輪流限電(rolling blackout)以外，也震出了日本電力系統的弱點，包括各區域內由垂直整合的輸電系統營運商所經營的獨占式供電系統，以及區域之間輸電容量的不足。為強化跨區電力供給之調和與穩定，日本即於2015年4月成立了電力廣域運營推進機關(Organization for Cross-regional Coordination of Transmission Operators, OCCTO)，可於緊急事件發生時，透過此機關協調、調度境內10區不同電力業者間的電力傳輸。[1]

至於韓國方面，本報告則指出，2011年9月15日，由於不尋常的秋季高溫令電力需求大幅攀升，而同時境內部分發電機組則因排定之歲修而降載，致使韓國面臨了50年來首次，長達5小時、影響達750萬用戶的全國性分區輪流限電事故。當時韓國的備用容量率為6.6%。爾後，韓國則採取包括精進短期需求管理、負載預測、並透過電力結構中燃氣、燃煤、再生能源、核電的啟用與上線，使得備用容量率逐步提升，超過11%，並於長期規劃中預計2031年將能達到22%的備用容量率。[1]

澳洲方面，IEA於本報告中簡述了2016年9月28日因逢50年來最大的暴風雨襲擊，致使影響約85萬用戶之供電。此外，2017年2月的南半球夏季熱浪也致使部分省分滾動式停電。此些事件促使澳洲政府授權聯邦政府首席科學家艾倫芬克爾(Alan Finkel)針對能源安全進行獨立調查，並建議應提升能源措施之整合性，以及能源供需之預測準確程度。此外，各省政府亦陸續推出數個儲能計畫，包括抽水蓄電站、以及運用於快速頻率反應(Fast Frequency Response, FFR)的大型儲能電池計畫。[1]

評析

日本

在311震災後，日本政府召開了一連串相關會議，其中電力系統改革委員會在歷經8次會議後，提出了「電力系統改革基本方針」指出，各區域內的10家電力公司(一般電氣業者)之獨占性、與垂直壟斷的電力供應機制造成以下困境：1. 缺乏跨區域的輸電系統；2.因各自所面對之市場競爭力有限而把持過強的電力價格議價力；3.在當時社會大眾對於核電信賴低落的前提下，為強化供電穩定，日本政府欲提升能源配比多元化(如擴大再生能源等)亦因此備受限制。

日本的區域間電力融通問題：

下圖1可見東日本包括東京、東北、及北海道等3家電力公司均為50Hz、與西日本包括中部、中部、北陸、關西、中國、四國、九州、以及沖繩等7家電力公司則是60Hz。兩個電力系統則仰賴中部電力佐久間、新信濃的三處頻率變換所(於下圖淡綠色區塊內灰色空圈者)，總容量僅有120萬瓩。因此， 2011年震災時西日本雖然仍有電力餘裕，卻無法大量融通支援。除東、西日本之間的變頻限制之外，在經濟產業省資源能源廳於2015年所發布的「日本電氣市場自由化」報告中，發現即使同區域內無頻率的限制，但類似的區域系統間電力融通容量不足之問題，亦發生於北陸與中部、中部與關西、以及中國與四國等區域之間(請見下圖2紅圈處)。

圖1、日本電網與各電力公司之管轄示意圖

圖2、日本各電力公司之電力融通容量示意圖(以發生震災之2012年為例)

日本提升區域間電力供應安全措施：

如前段所提及，電力系統改革委員會擬定了「日本電力系統改革方針」，改革目的有三：1. 確保供電穩定；2. 最大限度抑制電價上漲；3.擴大用戶購電選擇權與提供新進入業者機會。透過此改革方針，強化區域間的電力供給整合與融通之靈活性，提升電力市場之競爭程度以抑制電力價格，擴大終端電力用戶(包括一般、企業)自由選擇電力業者之權利。其主要改革內容彙整如下，請見下表1：[2][3][4]

  表1、日本電力系統改革方針內容彙整表[2][3][4][5]

1. 電力廣域運營推進機關：

改革的第一階段於2015年4月成立電力廣域運應推進機關，(Organization for Cross-regional Coordination of Transmission Operators, OCCTO)。OCCTO接受經產省之指示，進行電力整體規劃，且按照日本電氣事業法來管理境內不同區域的10家電力公司，指示業者調整供給、抑低需求，當震災、風災等緊急時刻可指揮各區域相互支援融通。透過盤點各區域電力供需量與聯繫線、設定不同政經相關變數而訂定不同情境，再運用區域模型電流模擬、進行經濟效果分析而訂定廣域系統長期方針。後續在執行層面則制定廣域系統整備計畫，目前針對311震災所暴露之東日本(東北、東京部分)的電力融通問題，率先完成了東北與東京之間、東京與中部的聯繫線相關執行計畫，後續並持續啟動北海道本州之間的聯繫線計畫。去(2018)年7月，日本經歷了歷史性的高溫，但透過OCCTO調度下，境內之電力供需維持均衡，並無實施區域限電之必要，可見此機關之具體成效。[4][5]

韓國

2011年9月15日韓國發生大規模輪流限電。當天首爾下午氣溫高達31度，用電驟升，最高用電達6,728萬瓩，比預測值6,400萬瓩高出328萬瓩，備轉容量降到334萬瓩（5％），低於400萬瓩之規定，下午3點半就開始緊急分區輪流停電，每輪30分鐘，到晚上7點56分才停止。其肇因臚列如下：[6]

用電預測偏低：

遠因之一來自於依循當時電業法規定，長期電力供需基本計畫(Basic Plan for Long-term Electricity Supply and Demand, BPE)內所執行的用電尖峰負載預測偏低，如下圖3。可見如2006年發行的第3期BPE為誤差最大，實際尖峰負載高於第3期預估負載達到500萬瓩以上，特別是中、長期發生約10～18％的預測誤差，致使政府按照BPE計畫所新設之發電機組容量不足，而相關的電源開發工程同時因此面臨延後或取消。用電預測失準之原因，按照韓國電力交易所（Korea Power Exchange, KPX）認為，乃係來自經濟成長、重工業結構增加、國民所得提升、核心家庭與單身住戶比例增加、電器產品普及等因素，造成供電備用容量率下降。此外，韓國電力公社(Korea Electric Power Corporation, KEPCO)與KPX忽略當年度秋季氣溫高於往年，而安排25部機組約8900MW停機大修，亦為主因之一。[6]

圖3、KEPCO歷次夏季尖峰預測與實績值比較曲線[6]

需求面管理不足：

透過如分時段訂定不同電價、限電回饋機制等措施進行需求面之抑低用電、提升能源效率，是為需求面管理(Demand Side Management, DSM)。在2011年發生大停電時，KEPCO在執行需求面管理之成效未如預期，也缺乏改革電力定價系統之作為，致無法透過電價確實反映成本，用戶因而缺乏提升用電效率之誘因。[6]

緊急應變能力待提升：

按照KPX與韓國知識經濟部(Ministry of Knowledge Economy, MKE)表示，發生限電之9月15日當日上午11點即發生備轉容量率自24.3%驟降至10%的安全閥值以下，離當日下午3:00每秒瞬間備轉容量曾一度跌至148萬瓩，被迫進行緊急限電之時，尚有4個小時。若能及早發現跡象，或許尚來得及採取緊急應變措施，而不致限電。另外，KPX中央調度室於當日下午3點並未確實遵守「KPX輸電系統緊急預警程序」，備轉容量需低於100萬瓩的第一級警告，並事先須取得MKE許可，才能實施緊急分區輪流停電。 [7]

韓國如何改善其供電安全：

915大停電後，由KEPCO、KPX、學術界、研究機構等合組專案小組商議、提出改善供電穩定安全之各項對策，整理如下：

表2、915停電後韓國改善供電安全對策彙整[6][7]

措施成效

按IEA東協加六能源安全研究報告內說明，在短期內電價調整機制尚未完善到位之前提下，大停電發生後，相關問題仍延續至2012年，備用容量未見起色。但是，配合發電配比中燃氣、燃煤、再生能源陸續上線，且於2012因核電廠零件保證書造假致使關閉之核能機組目前也已重新啟用服務，預期2027年達到降低夏季尖峰負載1,585.4萬瓩、備用容量率達到22％目標[6][7]。

澳洲

停電經過

2016年9月28日，澳洲遭逢50年來最大的暴風雨襲擊，風速高達190-260公里/時，有兩個龍捲風同時破壞了位於南澳共三條(兩條是Davenport-Belalie間的輸線、一條則是Brinkworth-Templar’s West間線路)275KV的輸電線路(請見下圖4紅色X處)，約於當日下午4點16分，造成南澳電網系統共有6處電壓驟降，致使南澳北部共9座的風電設施啟動安全機制而降低約456MW的供電，導致連接著南澳和維多利亞省間的黑伍德互聯線湧入過大電力潮流而跳脫，中斷對南澳之供電，使南澳電網孤立(islanded)於澳洲國家電網。在無任何分區限電的機制啟動下，致使南澳內部電網供電遠低於電網之負載，遂於下午4點18分，南澳內部之電網頻率崩潰，系統全黑，約85萬戶供電中斷。[8]

圖4、2016年9月28日南澳風災電網受損示意圖[9]

在評估電網內毀損狀況後，於當日下午4點30分開始系統再啟動計畫，包括了系統再啟動輔助服務(System Restart Ancillary Service, SRAS)之機組，以及前述黑伍德互聯線，於當晚8點30分，已有近40%之電力回復上線，並於該日深夜回復80-90%，剩餘用戶則因線路受損，遲至10月11日方回復用電。

AEMO調查報告內之相關建議：

針對該次南澳大停電，澳洲能源市場調度中心(Australian Energy Market Operator, AEMO)於事發一周後即公布初始調查報告，更於半年後，提出最終調查報告，並詳載相關建議，本研究試摘譯如下：

表3、AEMO針對928南澳大停電調查報告內建議彙整表 [8]

提升電網靈活性之措施：

在IEA所公布的東協加六能源安全研究報告中提到，於2016風災發生後，澳洲持續推動公部門能源建設之相關投資，尤其聚焦於如抽蓄水力電站與大規模儲能電池之建置，以強化澳洲電網調度之靈活性。澳洲政府針對前者公布了擴建計畫，包括了7個發電廠與兩個抽蓄水力站，將容量從2GW提升至4GW。關於後者，南澳洲政府與特斯拉合作，完成於100天內建置世界上最大型，100MW/129MWh的鋰離子電池，更於2017年12月，當維多利亞省燃煤電廠跳脫事故發生時，在140毫秒內反應，向國家電網輸送100MW的電力。[1][10]

對我國的啟示：

綜上所述，在IEA所公布之東協加六能源安全研究報告所列舉之日、韓、澳三國分別遭逢極端氣候/天災所造成供電中斷危機及各自因應措施。我國於能源轉型路徑中積極擴大再生能源之發展，前述之日韓澳案例中所加強之電網調度的靈活性、用電預測之準確性、以及新型儲能設備之研發等，對於我國在各區域電力供需均衡、供電品質之強化、以及提升供電設施韌性等層面，均值得參考與借鏡。

參考資料

[1]IEA (2019). Energy Security in ASEAN +6.

[2]左重慶 (2019)。日本電業自由化之發展趨勢、影響與啟示（上）。台電月刊，631。https://tpcjournal.taipower.com.tw/article/1007

[3]經濟產業省資源能源廳(2015)日本電氣市場自由化。https://www.meti.go.jp/english/policy/energy_environment/electricity_system_reform/pdf/201506EMR_in_Japan.pdf

[4]許雅音(2016)日本電力系統改革─電力廣域的運營推進機關的創設與執行。

[5]洪嘉業(2014))日本通過電業法修正案─分三階段推動日本電力市場的自由化改革。

[6]鄭金龍(2017) 2011秋老虎發威 915大停電！2017韓國如何穩定供電？能源報導。https://energymagazine.tier.org.tw/Cont.aspx?CatID=&ContID=63

[7]鄭金龍(2011) 2011年9月15日韓電緊急分區停電。https://gordoncheng.wordpress.com/2011/09/16/2011%E5%B9%B49%E6%9C%8815%E6%97%A5%E9%9F%93%E9%9B%BB%E5%88%86%E5%8D%80%E7%B7%8A%E6%80%A5%E5%81%9C%E9%9B%BB/

[8]AEMO (2017), Black System in South Australia 28 September 2016 - Final Integrated Report.http://www.aemo.com.au/-/media/Files/Electricity/NEM/Market_Notices_and_Events/Power_System_Incident_Reports/2017/Integrated-Final-Report-SA-Black-System-28-September-2016.pdf

[9]Good Food. Good Code. (2019). Why South Australia had a blackout, and the debate we deserve to have about it.https://goodfoodgoodcode.com/2016/10/07/why-south-australia-had-a-blackout-and-the-debate-we-deserve-to-have-about-it/

[10]Parkinson, G. (2019). Tesla big battery outsmarts lumbering coal units after Loy Yang trips. https://reneweconomy.com.au/tesla-big-battery-outsmarts-lumbering-coal-units-after-loy-yang-trips-70003/