經濟部能源署-再生能源資訊網

因應全球暖化趨勢及減少溫室氣體排放，政府推動潔淨能源為能源轉型發展方向，再生能源被列為能源轉型重點項目。為擴大再生能源推廣，經濟部訂定2025年再生能源發電占比20％政策目標。隨著再生能源併網滲透率提升，其易受天候與季節所產生的間歇性發電問題越趨明顯，電力系統將面對頻率快速變動之衝擊。透過併網型儲能系統快速充放電能力，可協助電網快速反應電力系統短暫的頻率變動，藉此提供供電穩定性與可靠度。本文說明電力輔助服務中的調頻備轉(Regulation Reserve)輔助服務，透過儲能示範場域驗證儲能系統執行儲能自動頻率控制功能(Automatic Frequency Control, AFC)，包含動態調頻備轉容量(Dynamic Regulation Reserve, dReg)與靜態調頻備轉容量(Static Regulation Reserve, sReg)兩種模式，並評估儲能系統於調頻備轉輔助服務執行之成效。

一、調頻備轉輔助服務介紹

近年來，政府推動潔淨能源為能源轉型發展方向，國家能源政策目標預計於2025年再生能源裝置容量達29GW。然而，隨著再生能源裝置容量提高，其間歇性發電特性及不易預測性是再生能源併網與電力調度較大挑戰，對於電網穩定性的影響也越加明顯。為因應高占比再生能源發電對於電網供電不穩定之影響，電網端裝置儲能系統為目前世界各國主要的解決方案之一，透過儲能系統可穩定與平滑系統功率之變動、降低功率預測偏差、解決局部電壓與頻率不穩定控制問題與提高用電可靠性。儲能系統具有快速充放電的能力，亦可提供做為各類不同的輔助服務，儲能自動頻率控制(AFC)調頻服務即為其中一項技術，透過主動調整儲能系統充放電動作以調節電力系統頻率，可幫助維持電力系統因負載波動造成之頻率飄移，藉此維持電力系統平衡與提高電網穩定。

英國國家電力公司 (National Grid Electricity System Operator, NGESO)於2016年開始試行頻率輔助服務，輔助服務之制度下有三種調頻服務，分別為必備型頻率反應(Mandatory Frequency Response, MFR)、固定型頻率反應(Firm Frequency Response, FFR)以及增強型頻率反應 (Enhanced Frequency Response, EFR)。其中，固定型頻率反應FFR分為動態頻率反應與靜態頻率反應，動態頻率反應在系統頻率偏移超過±0.015 Hz時，參與資源須隨系統頻率變化而輸出相對應之功率，而靜態頻率反應在系統頻率偏移達觸發頻率時，參與資源須以100%約定之功率輸出，並持續指定之時間，如圖1所示。兩種作動模式亦為後面章節說明調頻備轉輔助服務之重要參考技術規格。

本文將依序介紹調頻備轉輔助服務規格，說明實測儲能場域之架構及儲能場域能力測試驗證，以及利用儲能系統參與調頻備轉輔助服務實測案例，進行電力輔助服務交易試行平台推動期間前測評析。調頻備轉輔助服務包含dReg與sReg兩種技術規格，操作說明參考台電輔助服務及備用容量交易試行平台推動辦法(109年5月12日公告版本)。dReg調頻備轉容量區分dReg 0.25、dReg 0.5兩種技術規格，系統應具備主動偵測電力系統頻率，且依既定60Hz頻率為基準值之運轉曲線，以每秒鐘追隨系統頻率變化方式執行調頻反應，技術規格如圖 2與表 1所示。

sReg為一靜態單邊向上反應之調頻服務，當系統頻率降至指定頻率時，儲能系統應於數秒鐘內開始輸出，並於10秒內達100%約定容量，以協助系統頻率快速回復至正常範圍內，避免系統頻率持續下降，技術規格如圖3與表2所示。

二、永安儲能示範場域架構

本文使用儲能示範場域位於台電永安鹽灘地太陽光發電廠內，此場址中太陽光電系統裝置容量為4.6MW。儲能場域建置容量為1MW/1MWh，併接於台電興達E/S變電所的LZ35饋線，電壓等級為11.4kV。

永安儲能示範場域進行儲能系統自動頻率控制輔助服務驗證，系統架構圖如圖4所示。既有EMS內建頻率調節曲線與調頻備轉輔助服務不相同，故透過Bypass EMS實現調頻功能傳送控制指令至電網控制器。

三、調頻測試實測結果

調頻備轉輔助服務測試期間自2020年6月至2021年5月，測試紀錄彙整如表3與表4所示，測試紀錄顯示dReg0.5總共測試1,019小時，測試期間平均執行率(Service Performance Measure,SPM)為94%，dReg0.25總共測試595小時，測試期間平均SPM為92%。可能造成SPM低於95%的原因在於儲能系統初期建置時非以執行自動頻率控制調頻輔助服務而設計，因此儲能系統響應速度約在1秒上下(規範要求1秒內)；此外，若儲能系統功率輸出沒有考慮儲能系統輔助用電的情況下也會造成SPM降低。sReg總共測試53小時，測試期間平均SPM為97%，測試期間頻率最低值達59.62Hz。

dReg0.5測試結果可參考圖5，測試資料參考時間為2020年8月13日擷取30分鐘之數據，測試波形顯示儲能系統輸出功率隨著電網頻率變動而調整，頻率大部分落在59.86Hz至60.14Hz之間，對應實功率輸出或輸入48%，計算此測試期間SPM為97.5%。

2020年12月14日上午發生系統頻率在10秒內降至59.35Hz，適逢永安儲能系統正在進行dReg0.5模式測試，儲能系統頻率響應圖如圖6所示。當電網頻率低於59.5Hz，儲能系統於4秒內即達到100%放電輸出，當頻率回升至59.5Hz~59.75Hz，儲能系統依100%~48%等比例放電輸出。

dReg0.25測試結果可參考圖 7，測試資料參考時間為2021年3月16日擷取30分鐘之數據，測試波形顯示儲能系統輸出功率隨著電網頻率變動而調整，頻率大部分落在59.86Hz至60.14Hz之間，對應實功率輸出或輸入52%，計算測試期間平均SPM為95.17%。

sReg測試結果可參考圖 8，測試資料參考時間為2021年5月20日擷取20分鐘之數據，測試波形顯示當電網頻率低於59.88Hz時，儲能系統則以100%實功率進行輸出，依此條件下測試時間20分鐘內總共觸發4次，直到頻率高於59.98Hz，才會停止100%實功率輸出模式，計算測試期間平均SPM為98%。

四、結論

本文說明儲能系統參與調頻輔助服務之測試，透過儲能示範場域驗證儲能系統執行調頻服務之效果，包含dReg0.25、dReg0.5、sReg長時間測試試驗，測試結果可做為後續調頻備轉服務技術推動可能遇到的問題之參考。

儲能示範場域在系統頻率低於指定之觸發頻率時，確實能於短時間內以100%約定之功率輸出。台灣已積極布建儲能系統加入電網，將有效提高系統供電可靠度。

隨著電力交易平台的啟用，儲能系統可發揮的舞台越來越廣。未來將持續驗證有關儲能參與電網調度及輔助服務之功能與應用情境，經由儲能示範場域測試所累積之經驗與測試結果，提升國內技術能量，並驗證輔助服務之技術與經濟之可行性。