30個關鍵性系統革新、11道解決方案，讓100%再生能源成真
如何達成100%再生能源？IRENA辨認出30種創新思維和11道解方，從賦能技術、商業模式、市場設計、系統調度等各種面向，全面地增進能源系統的彈性。
隨著再生能源的成本日益下降，100%再生能源的可行性也日益被看重。國際再生能源協會IRENA在去年公布Innovation landscape for a renewable-powered future這份全面盤點100%再生能源所需系統革新的報告之後，已經陸陸續續把其中相關的系統革新和解決方案細部整理出來。今天我們就來簡介這些革新與方案。
系統性變革：能源轉型所需的宏觀視野
100%再生能源所需要的是從能源系統各個面向著手、全方位的創新思維。因此，30個關鍵性革新，涵蓋賦能技術、商業模式、市場設計、系統調度等不同層面的轉型。
- 賦能技術：有助於系統彈性能力的新興科技；比如各種電池、傳統電廠的彈性能力改善、新的電網
- 商業模式：應對系統彈性能力需求增加，在市場上產生的新營利方法；比如聚合商、P2P交易等等
- 市場設計：鼓勵參與者增進系統彈性的市場制度；比如更即時的電力市場、弭平再生能源地域分布差異的區域型市場、分散式資源整合進電力市場等制度
- 系統調度：即電力系統操作上，能使更多再生能源併網的變革；比如輸配電業者的縱向溝通、提升變動型再生能源預報的精確性、抽蓄水力的創新調度方式、虛擬電線、動態電網容量評估等
底下我們說明IRENA根據前述各個創新思維所列出的11道關鍵解方。
十一道能讓100%再生能源成真的解方
一、增進變動型再生能源預報能力
風能和光能的電力輸出具有變動性和不確定性。假如對再生能源的預報足夠準確，使風光的不確定性大幅降低，則調度業者在發電機組或備轉容量的排程上，就能容納更多的綠能，減少風光的出力削減率。
二、適應變動性的彈性發電廠
部分傳統電廠，比如水力和燃氣機組如果進行調度思維的改變，也可以增進調度彈性。這有賴於市場設計上的變革－批售電力市場的交易時間尺度必須變得更短、交易完成時間更接近即時；而容量市場則必須給出彈性能力的規範，以鼓勵參與者投資在調度彈性上。
三、跨域電網和區域市場
透過和其他地區的整合（電網、市場等），能夠消彌變動型再生能源的空間異質性。在區域市場內，不同的輸電網調度業者必須相互協調，透過共享備轉容量、排程協調等方式，進一步降低市場整體的系統成本。
四、透過超級電網遠距離連結綠能資源
高壓直流輸電線在長距離傳輸上，能量損失遠小於一般交流電線，因此十分適合將綠能豐沛的偏遠地區和用電需求較高的地區連結。
五、利用儲能或新的電網調度方式降低輸配電網強化的投資
電網級儲能能夠在綠能發電豐沛時，儲存過量的綠能，以在其他時間再行使用；電轉氫、電轉熱則是將電能轉換成其他能源載體的形式。這些賦能技術皆可以「虛擬電線」的概念視之：對過量電能利用非電網方式移轉到其他需求更高的時空間裡，以緩解輸配電網阻塞的問題。
在系統調度層次，採用動態電網容量評估的輸配電業者，會根據輸配電網的即時物理狀態，決定各電線的安全運輸上線。這會讓電網在一些有利的天候條件下，能容納比傳統評估方法更高的綠能。
六、整合分散式資源以提供電網服務
屋頂型太陽能、居家型儲能、電動車等等分散式資源，過去因為過於零散，無法提供電網高度價值的服務。未來，透過聚合商或降低市場的交易門檻，這些分散式資源也能提供備轉容量、備用容量、和其他重要的輔助服務。要達成這樣的情況，配電業者也有可能需要建立市場，並且對分散式資源做技術認證，確保市場參與者皆有能力提供市場所需的輔助服務；而聚合商則需要整合各家戶的能源管理服務，以虛擬電廠的身分參與輸電層級的市場。
七、需量管理
智慧電錶、通訊設備與控制技術的革新，讓個別家戶的智慧管理變得可行，使得需求面的彈性能力提升，家戶也更能接受即時價格訊號而調整用電模式。能源服務業則是能促成這種彈性能力的重要商業模式。
八、綠能微電網提供大電網彈性能力
綠電微電網可以提供網內成員進行P2P的電力交易，在物理上達成小範圍內的資源配置最佳化。另外，目前有併入大電網的綠能微電網，設計上大多將大電網視為穩定微系統的資源；然而隨著分散式再生能源的相關控制技術成熟，綠能微電網不僅能在大電網出現可靠度或穩定度問題時獨立運作，更可以反過來在提供大電網所需的彈性能力。其結果便是同時提升小範圍內和電網整體的災防韌性。
九、透過分散式資源最佳化配電網的運作
配電網調度業者在能源轉型過程中，需要加強對於其轄區分散式資源的管理。管理方式包括：和彈性資源持有者簽訂彈性調度合約，在必要時允許配電業者控制該資源；不同時段提供不同的綠能收購價格，以提供分散式資源持有者做彈性調度的誘因等等。
十、電網級電池
電網級電池除了能削峰填谷，反映殘載變動所需的彈性需求之外，其迅速精確的控制與反應能力，使得電池成為未來輔助服務的優良選項。透過電網級電池，能夠有效緩解輸電網的阻塞問題。
十一、Power-to-X解方
電轉熱、電轉氫等技術，除了能提供季節性儲能選項以外，也是部門耦合的重要媒介－透過它們，低碳化的進程得以從電力部門擴散到運輸、工業等自行減碳難度較高的部門。
結論：達成100%再生能源的解方已經存在 只待吾人發展
在IRENA最近甫公布的2019年再生能源成本報告中，指出到了2021年，部分風能和光能計畫的均化成本，將能和既存燃煤電廠競爭。顯然地，發展綠能是大勢所趨，即使今年全球性疫情造成的百業蕭條，也無法阻擋此一趨勢。
為了加速這樣的轉型、塑造更有利於綠能整合進能源系統的環境，我們應該根據不同地域的先天條件，發展前述30種創新思維和11道解決方案。在台灣，區域市場或超級電網可能不是我們能採取的方案，但我們有其他優勢（例如：綠能資源較平均分布在各季節，減少季節性儲能的需求），也還有更多可行解方能開始規劃與發展。
