從蒸汽火車到摩托車 — 孤島型電網轉型的挑戰與機遇

Reactive Technologies營運長 克里斯．基梅特

在全球能源轉型浪潮中，電網的穩定性與韌性成為實現再生能源目標的關鍵。 當大量的再生能源併入到電網，對於平衡穩定供電與調度的任務中，電網的「慣性（inertia）¹」遂成為關鍵點。

「傳統電網就像一輛蒸汽火車。每個發電機都配有大型渦輪機，重量大、穩定性強，所以蒸汽火車在運行時，很難改變方向，能夠保持一個穩定的狀態。」現為Reactive Technologies 營運長克里斯．基梅特（Chris Kimmett）用生動的比喻解釋道。「與此形成鮮明對比的是以風能和太陽能為主的電網。現在，我們不再燃燒燃料，沒有重型渦輪機的支持，這使得系統變得更輕盈，但也更容易受到干擾，就像騎摩托車一樣——靈活卻不穩定。這就要求控制室必須進行更多的平衡工作，需要更快速反應的電池系統來維持穩定。」

他進一步用陀螺來做比喻：「一個重型陀螺一旦開始旋轉，能夠長時間保持穩定，這就像核能和燃煤發電廠一樣，擁有大量慣性；而再生能源系統就像輕型陀螺，旋轉時容易產生搖擺，需要持續調整才能維持平衡。」

電網轉型的挑戰：孤島系統的特殊考量

「這一切都關乎穩定性。」克里斯指出。當前電網轉型的挑戰在於如何從傳統電網系統轉向更輕盈、更靈活的再生能源系統時，依然保持短期內的穩定平衡。 他以自行車作比喻說明：「你可以想像騎一輛重型自行車和輕型自行車的差別。重型自行車由於慣性大，較容易保持平衡；而輕型自行車則要求騎士不斷調整，才能避免失衡。這正是我們現在面對的局面。」這比喻充分解釋了電網慣性的本質：高度變動、高度靈活，並隨著再生能源比例提高，電網管理需要更精細的調控與更多的資源投入。

電網營運商的首要任務始終是確保供電不中斷，在臺灣，電網運營商，也就是台電被賦予的首要任務。然而，電網從傳統重型系統轉向輕型再生能源系統，電網運營商面臨到最直接的雙重挑戰。

「一方面，慣性減少使得系統對供需變化或局部失電更為敏感；另一方面，天氣變化帶來的供電波動，使得整個系統變得更加不穩定。」克里斯說明。

與葡萄牙、丹麥等連接大陸的國家相比，島嶼國家如英國（儘管部分連接直流網絡但無法共享慣性）及臺灣必須自行解決所有穩定性問題。這意味著臺灣在達到100%再生能源目標之前，必須投入更多資源和技術來應對自身的電網挑戰。

「我們（Reactive Technologies）成立已逾十年，團隊一直專注於開發突破性的電網技術。公司的發展大致可以分為三個階段：第一階段是技術研發，當時我們投入大量資源來探索全新的創新技術；第二階段是技術在英國市場的實地部署；而現在，我們正進入全球擴張階段，與包括臺灣在內的多個國家建立合作夥伴關係。」克里斯表示。

Reactive Technologies 的成功，很大程度上來自於團隊組成的獨特優勢。「我們的團隊由兩部分組成：英國團隊擁有深厚的電力產業知識，而芬蘭技術團隊多由前諾基亞（Nokia）²員工組成，專精於通訊技術、數位訊號處理、大數據和雲端運算。這種跨領域的結合使我們在電網慣性測量領域創造了全新的突破。」克里斯說道。

測量：組織新型電力系統的基礎

在談到 Reactive Technologies 的核心技術時，克里斯特別強調了測量的重要性：「測量是組織新型電力系統的基礎。沒有精確的測量，我們只能估算系統中的慣性，這對做出正確的管理決策非常不利。」

他進一步解釋，在重型定慣系統中，一般情況下安全性較高；但在輕型非定慣系統中，電網營運商必須投入大量新技術，比如同步電容器或新型電池系統來協助平衡。「我們始終強調：先測量，後管理。這個原則不僅適用於電網，也適用於所有永續發展領域——例如在管理碳排放或水資源消耗之前，必須先進行精確的測量。」

隨著經濟環境和絕大多數政策環境的根本性改變，再生能源的部署速度將會比以往更快。雖然英國的轉型看似迅速，但事實上這個過程已經持續了幾十年。「未來，隨著再生能源使用比例從 40% 增加到 50%、60% 甚至 70%，每增加一個百分點都會使維持電網穩定變得越發困難，因為我們正在從一個重型穩定的系統轉向一個非常輕型的系統。」

也就是說，電網運營商需要知道電網需要多少電池、這些電池應該放在哪裡，以及在不同情況下如何精確反應。「正確的測量使我們能夠進行更好的預測和情境分析，預防可能發生的停電或電力中斷，這對整個能源安全至關重要。」他強調，過去能源安全主要關注天然氣供應，但現在，隨著再生能源逐步成為主流，也是基於這些來自於自然的能源完全在自身的掌控之中，不受國際市場波動影響，正逐漸成為最安全、最環保、最經濟的選擇。

電網運營不僅僅是發電與供電的問題，更關乎整個電網系統在不同時間尺度下的平衡，必須兼顧長短期穩定性也必須具備全面系統思維，意旨在除了發電容量，電網的配電與管理同樣重要。必須確保所有生產的電力能夠有效傳遞到終端用戶。從測量、預測到情境分析，每一環節都環環相扣，缺一不可。

「舉例來說，每個同步調節器大約花費 3,000 萬美元。電網顧問今天可能會說你目前的電網只需要三個，幾個月後又可能變成需要八個。這是一個巨大的投資跳躍。如果沒有足夠的信息支持，這些決策可能既對也可能錯。這正是我們為什麼要先投資於知識獲取，通過精確測量來做出正確決策的原因。」克里斯強調。

「我們與台電的對話已經持續了五年多，台電在這個領域採取了積極態度，提前部署測量系統，從而在發展離岸風電之前，就已經開始理解電網行為，這對未來進一步提升系統穩定性非常關鍵。」克里斯表示。

電網轉型是一場全方位的系統性變革。唯有在準確測量電網現狀、深入理解系統行為後，才能制定出正確的管理與投資策略。臺灣作為能源轉型的前瞻者，憑藉與 Reactive Technologies 等更多夥伴的合作，提前佈署技術與管理措施，為未來建立更安全、穩定且高效的電網鋪就堅實基礎。

電網轉型是一場全方位的系統性變革。唯有在準確測量電網現狀、深入理解系統行為後，才能制定出正確的管理與投資策略。臺灣作為能源轉型的前瞻者，憑藉與 Reactive Technologies 等更多夥伴的合作，提前佈署技術與管理措施，為未來建立更安全、穩定且高效的電網鋪就堅實基礎。圖左為 Reactive Technologies 亞太區業務執行董事 David Sterling。

英國創新實踐與未來合作展望

在與英國國家電網的合作中，克里斯分享了一項突破性的成果：「我們在英國建立了世界上最大的持續運行超級電容系統。這個系統每天向電網發送 22,000 次能量脈衝，並收集數百萬次頻率測量數據。通過這些數據，我們能夠精確地告訴電網營運者現在的系統到底有多少能量。這讓他們可以在不同的時間尺度上更好地平衡電網。」

展望未來，克里斯表示對與台電的合作充滿信心：「台電在這個領域的積極態度和前瞻投資，將為臺灣的能源轉型提供堅實保障。」

Reference:
¹ 電網慣性指的是電力系統中，由於發電機（特別是傳統燃煤、燃氣或核電廠中的同步發電機）擁有巨大的轉動部件，所儲存的轉動能量所帶來的「慣性效應」。這種慣性可以在電網遭遇突發擾動（如負載變化、發電機失效或短路等情況）時，暫時抵抗系統頻率的急劇波動，從而為電網提供穩定性。
簡單來說：
高慣性系統：傳統發電機因其重型渦輪機的旋轉，能夠儲存大量能量，就像一輛沉重的蒸汽火車，在受到外力擾動時不容易改變運行狀態。
低慣性系統：隨著風能、太陽能等再生能源的大量佔比，這些發電系統通常沒有或只有很少的旋轉部件，整個系統就像一輛輕型摩托車，更容易受到外界影響，頻率波動也更大。
因此，隨著電網轉型到更多使用再生能源，精確測量和管理電網慣性變得越來越重要，這有助於電網控制室及時調整並採取必要的措施（例如快速反應的電池系統或同步電容器）來保持系統穩定。

²Nokia（諾基亞）是一家總部位於芬蘭的跨國公司，創立於 1865 年。最初，諾基亞從事造紙和橡膠產品的生產，後來逐步轉型進入電子和通信領域。到了 20 世紀末，諾基亞成為全球領先的行動通訊設備製造商，其生產的手機在全球市場佔據了重要地位。過去，Nokia 以功能機和早期智慧型手機佔據領導地位，但隨著蘋果推出 iPhone 及 Android 平台的興起，消費者對多功能、觸控屏幕及應用程式生態的需求迅速增長，而 Nokia 在操作系統轉型和創新上舉步維艱。

2014 年，Nokia 將其手機業務出售給 Microsoft，標誌著 Nokia 在手機製造領域的結束。然而，值得注意的是，Nokia 並未因此停業或退出市場，而是轉型為一家專注於網絡基礎設施和通信技術的公司，持續在全球通信產業中發揮重要作用。