※ 編按：再生能源乾淨環保、成本低廉，但不穩定的發電量，使再生能源被缺乏彈性的舊有電力系統排拒在外。為了迎接再生能源潮流，如何才能使電力系統更加具有彈性，而令人在意的系統更新代價又是如何呢？
電力系統的「彈性」
想將更高比例的再生能源整合入電力系統時，不僅要考量再生能源設施建置的進程與比重，為了因應再生能源不穩定的發電量，電力系統必須擁有更多的「彈性」。
電力系統的「彈性」意指：在最具成本效益的條件下，穩定地因應供需兩端的變化量，並持續服務消費者的能力。
電力系統越有彈性，再生能源發電量的起伏也無損於電網，才能保障供需安全。國際能源總署（IEA）認為，翻新電力系統的總成本僅略高於堅守舊式系統，長期來看甚至可能比排拒再生能源的系統更廉價，守舊即輸家。
當再生能源遇上傳統電力系統
電力系統中的再生能源發電量比例較高時，傳統能源發電廠需要配合這些發電量來升降載，所以傳統能源發電量將如下圖的灰色區域一般起起伏伏。如何因應這樣的發電量變化，便要靠製造彈性的各種技術了。這些技術才是彼此的競爭對手，而大型煤、核電廠等基載容量將退場或轉為備用容量，能源轉型後的未來將基載的觀念置諸腦後。
根據Agora智庫的預估，未來的彈性電力系統已不適用傳統的基載觀念。能提供彈性的技術才是彼此的競爭對手，基載容量可謂是備而少用。來源：The integration of wind energy when paving the way for renewables in Germany，Agora
讓電力系統更彈性
在任何電力系統中，都有增加彈性的好幾種做法。
協助電力系統更有彈性的技術可分為六種類別（如下圖），其中的技術有：需求反應（如：時間電價，尖峰時間電價高，離峰時間電價低）、能快速升降載的天然氣機組、智慧電網等。儘管增加電網彈性的技術成本不同，但改善制度才是最便宜的選擇。
台灣的再生能源發展仍需加強相關硬體建設，不過最便宜的彈性選項其實是透過法規改造「售電市場」與「發電系統的營運」，如：透過保障綠電優先入網的制度來開放售電市場，與規劃適合再生能源發電的電網規範（grid code）等。
六種能增加系統彈性的類別如上：系統營運、市場、負載、發電、電網、儲能。其中可見樹立規範來改善營運與市場是最便宜的選項。每種技術的實際成本高低仍要以個案來考量。來源：Integrating Variable Renewable Energy into the Grid，USAID。
國際能源總署（IEA）也預告了未來的電網型態，再生能源與足以即時調控供需電量的智慧電網將是硬體系統的主角。
國際能源總署也認為，整合5%至10%的低比例再生能源至電網中不成問題。圖片來源：Renewables Grid Integration and Variability，IEA。
增加彈性這樣做
各個國家都有因地制宜的彈性選項。以德國為例，德國電力系統增加彈性的選擇是跨國電網、汽電共生、天然氣廠等，其中最重要的選項是與他國電網互連。
各國的彈性選項不同，德國最重要的彈性技術是與他國電網互連。來源：Flexibility in 21st Century Power Systems，NREL。
在德國，尖載*的黑煤電廠於風電量大時因為高成本被關閉，核電、褐煤等基載*電廠也以最小量運轉，此時的電價跌破零元。為了解決負電價與棄風的問題，德國將興建更多電網，讓系統更健全。德國政府也發布了推廣智慧電錶的指令，年用電量超過6000度的家庭從明年起都需安裝智慧電錶。在不久的未來，德國就能透過智慧電網來監控系統的軟硬體安全*。
由德國2011年2月的單週發電量可見，風電量（綠）不但壓縮尖載電廠的空間，也縮減基載電廠的電量，使之起伏不定。來源：Flexibility options in electricity systems，ECOFYS。
德國將興建更多電網，確保更多北德的風電量能被輸送到南部。來源：The integration of wind energy when paving the way for renewables in Germany，Agora。
再以丹麥為例，風電量小時，丹麥的汽電共生廠可以大量供電與熱予消費者；風電量過大時，汽電共生廠與電鍋爐則將電轉為熱能來供暖氣、熱水，或是儲熱備用。
風電量（淡藍）小時，汽電共生廠可以大量供電和熱（紫和深藍）予消費者；風電量過大時，汽電共生廠與電鍋爐則將電轉為熱能。來源：The power of transformation，IEA。
轉型之利
主管英國輸電系統的國家電網公司（National Grid）執行長也認同Agora智庫的預估，宣稱大型基載電廠的觀念已經過時了*。根據國際能源總署的研究，就算缺乏跨國電網，轉型為一個硬體健全、法規完善、彈性滿點的電力系統，其成本只比不含再生能源的舊系統增加11美元／千度，也比缺乏彈性的電力系統便宜，可見技術與法規相輔相成的電力系統可有效降低系統成本，讓社會以溫和的代價達到轉型目標。
在再生能源佔45%的獨立系統裡，彈性優良的電力系統成本最低為97美元／千度，比0%再生能源系統（0% VRE，以煤電、天然氣、核電為主）增加11美元／千度，也比含有再生能源但缺乏彈性的電力系統（Legacy）便宜。在IEA的研究模型中，此獨立系統沒有跨國電網。來源：The power of transformation，IEA。
長期來看，一個轉型成功的新式彈性電力系統，不但能因應供需電量的變化，甚至不需社會付出任何額外的系統成本！這是未來的再生能源價格滑落與碳價上漲之故。據國際能源總署推測，這種新穎的彈性系統甚至還可能比毫無再生能源、僅有化石燃料與核電的守舊系統更廉價。
為求建立彈性的新式電力系統，不只需要硬體升級與擴建，還要立下足以立即因應電量變化的制度規範。硬體升級首要之務便是設置足夠的電網與智慧電錶，而如何創造出適合新硬體的法規與有彈性的市場，則需要政府規劃相關法條，如：綠電優先入網等。理想的轉型能讓系統內各軟硬體通力合作，彈性地調控發、輸、配、售電端的變化，唯有如此才能盡量降低新系統的額外成本。希望台灣也能邁向國際能源總署預期的前景，藉由成功的電力系統轉型創造非核家園。
註解
- 尖載。機組需滿足可長時間連續運轉且發電成本低之特性，如核能及燃煤火力等。來源：電力小辭典
- 基載。尖載機組必需具起、停快速之能力，可適時增加出力，滿足 尖峰用電需求，如抽蓄水力、水庫式水力及氣渦輪機等。來源：電力小辭典
- 整合：全球能源市場的過渡與變革，Underwriters Laboratories。
- Steve Holliday, CEO National Grid: “The idea of large power stations for baseload is outdated”，Karel Beckman，2015/09/11
【相關文章】
【參考資料】
- The integration of wind energy when paving the way for renewables in Germany，Agora
- Integrating Variable Renewable Energy into the Grid，USAID
- Renewables Grid Integration and Variability，IEA
- Flexibility in 21st Century Power Systems，NREL
- Flexibility options in electricity systems，ECOFYS
- The power of transformation，IEA
