彭博新能源最新統計資料顯示，2021年全球風力和太陽能的發電裝置容量占比已達23%，與2010年全球裝置占比只有5%的時候截然不同。當時全球產業的焦點是：如何讓再生能源的發電價格，具備可與傳統發電技術相提並論的競爭力，而現在風力發電和太陽能發電已經是全球多數地區最具價格競爭力的發電來源。
除此之外，越來越多的國家政府積極推動電力部門的能源轉型計畫，這也使得全球太陽能和風能的發電佔比不斷增加。而隨著太陽能、風能這些間歇性再生能源(variable renewable energy)的併網比例增加，許多地方的電力系統也遇到新的挑戰。
加州太陽能和風能的併網比例在十年間從1%增加至25%
這讓加州電力系統的調度壓力快速增加，終於在2020年8月爆發大規模停電事故
加州的政策目標是在2030年以前達到60%的再生能源發電比例，並希望在2045年前實現100%零碳發電。
根據加州能源委員會(California Energy Committee)的網站公開資料顯示，加州的太陽能和風能的發電裝置量，在2012年至2021年間增加了3.4倍，與整體發電裝置容量相比，太陽能和風能的占比從原來的不到1%，大幅增加到25%。這項變化證明，加州確實是逐年朝向零碳發電的目標邁進，但與此同時，加州電力系統的淨負載曲線(net load curve)也發生明顯變化。
資料來源：BNEF
淨負載曲線是：實際的負載用電減去不接受調度的間歇性再生能源(通常指風力或太陽能發電)發電量之後所得到的結果。上圖資訊顯示，加州淨負載曲線在2012至2020年間，隨著再生能源發電佔比增高，午間由再生能源(主要是太陽能)發出的電量也越來越多，因此午間需要越來越多傳統的燃煤、燃氣機組配合解聯停機或降載至最低運轉出力的比例。
但同樣是這些年，有越來越多的太陽能發電會隨著太陽西下逐時轉弱，因此傍晚時段，加州電力系統又需要這些原來被解聯停機或降載的傳統燃煤、燃氣機組，甚至加上抽蓄水力機起及時提高發電量，以滿足傍晚至夜間所需的負載用電。如此周而復始的調度運作，會導致傳統機組升降載操作過度頻繁、穩定性下降，機組可用率相對變得不可靠。
此外，從上圖也可看出這些年隨著不受調度的太陽能和風能併網比例增加，加州淨負載曲線的午間凹谷越來越低，且午間凹谷與夜間高峰的距離越來越長，這也顯示負責維持加州電力系統平衡的調度工作，在這些年面臨的考驗是越來越嚴峻，越來越具壓力。
當維持電力系統平衡的調度彈性，未能追上再生能源間歇性發電對電力系統供電造成的影響變化，且原來的供需調度計畫又遭逢突發意外，如：機組臨時故障、極端氣候造成預測用電和實際用電的差異過大…等，就會造成電力調度的壓力急遽升高，而當電力供給無法滿足負載需求時，停電事故就會發生。
然而，在極端氣候的威脅之下，造成電力系統調度壓力飆高的突發意外往往是紛沓而至、接踵而來。高壓之下一個環節失誤就可能造成大規模的地區停電，例如2020年8月的加州大停電和長達數週的分區限電措施，就估計至少影響當地81萬人的日常生活。
2020年的盛夏熱浪
為加州帶來連日的高溫悶熱，也造成加州前所未有的供電緊張和停電事故
2020年8月極端氣候帶來的罕見的高溫熱浪，當時在死亡谷國家公園（Death Valley National Park）測得的高溫紀錄是攝氏54.4度。園區的工作人員在接受BBC媒體採訪時說：「這是令人憎惡的炎熱，當你走到室外，感覺就像許多吹風機的熱氣都撲往你臉上。就像走進去烤箱，你感覺熱氣都圍繞在身邊。」異常的高溫影響了加州全境3千2百萬的居民，連日難以消散的炎炎熱氣驅使家戶延長空調使用時段，導致空調用電增加，並超過原先的用電需求預測。
高溫熱浪不只影響加州用電，也影響了加州供電，不但傳統燃氣的發電效率降低，熱浪引發的多起大規模野火也捲起遮天的塵煙，影響數日的太陽能發電，更不幸的是此時水力發電也因水位偏低而受限。按照過去經驗，加州電力調度中心此時應該向鄰近其他州買入電力以滿足系統預期的用電需要，但是熱浪影響範圍不止於加州，鄰近其他州的電力需求也隨著高溫同步拉升，使得加州電力調度中心能購入的電量相對減少。
第一次的停電事故發生在2020年8月14日。當天下午2點57分，一座燃氣發電機組發生故障停止運行，造成電力系統短少了475MW的供給出力，雖然事故發生後，加州電力調度中心就趕緊啟動備用的電源機組，並協調鄰州增加傍晚至午夜的對加州輸電，但由於預期後續幾個小時仍會出現電力短缺且無法維持備轉容量規範的情況，加州電力調度中心在下午3點25分宣布僅入二級緊急狀態。
下午5點，加州電力調度中心為了維持電力系統的供需平衡，通知調用800MW的需量反應，試圖緩解電力系統的供電瓶頸問題，下午6點所有需量反應都已完成調度，但緊急狀態未獲改善，6點半太陽下山，太陽發電也跟著降低，此時確認電力系統的確無法滿足全部的用電需求和備轉容量規範，加州電力緊急狀態躍升三級，為了維持電力系統平衡，調度中心切斷500MW的用電負荷，眼見系統平衡的問題未解，10分鐘後，調度中心再次切斷500MW用電負荷 (用電負荷被切斷，就表示部分地區發生停電事故)。
隨著用電負荷降低，電力系統重新找回平衡。晚間7點40分，加州電力調度中心宣布恢復所有負載的供電，電力緊急狀態下調，並在午夜11點59分宣告警告失效。
8月15日，前一天故障的燃氣機組還無法恢復供電，下午2點至3點太陽能發電又遭逢當日風暴影響，減少1.9GW以上的供電出力，但是電力系統的用電負荷卻持續上升，備轉容量再次不足。下午3點，為了維持電力系統平衡，加州電力調度中心向交易市場即時調用約891MW的需量反應，但是傍晚5點風力發電減少1.2GW的出力，區域控制偏差(Area control error, ACE)甚至一度超過1.4GW。
傍晚6點13分，在區域控制偏差恢復期間，調度員對供電電廠之一的Panoche Energy Center發出錯誤指令，導致一座燃氣機組調降供電出力，系統頓時短少248MW，錯誤發生3分鐘後，加州電力調度中心宣布再次進入二級緊急狀態。10分鐘後，跳升三級，同時切斷500MW用電負荷，亦即停電事故再次發生。
6點48分，風能發電逐漸提升出力表現，且用電負荷減緩，加州電力調度中心宣布恢復停電區域供電，電力緊急狀態退至二級，並在午間23點59分失效。但為了維持電力系統平衡，加州分區輪流限電的措施卻在後續數日接連展開，對當地企業和居民的日常用電影響直至8月19日才全數終止。
隔年1月，加州電力調度中心公布2020年8月停電事故的原因分析報告，內容指出造成連續兩日停電和接連數日分區輪流限電的主要原因是電力系統供需不平衡，以及備轉容量無法滿足規範要求。而造成加州20202年8月14日和15日大規模停電的肇因，則可歸結以下3點：
- 極端氣候為美國西部各州帶來連日罕見的高溫，造成加州和鄰近周邊地區的用電量增加，不但超出既有的電源和調度規劃，也使得區域間的電力協調互濟能力下降。
- 為了達到能源轉型目標，加州太陽能和風能的發電佔比持續增加，但加州電力系統卻未跟上能源轉型步伐，以至於傍晚時分缺乏足夠的電源出力供電，影響電力系統平衡，高溫熱浪期間，電力平衡的調度問題更是棘手。
- 電力調度員在日前市場規劃的電力需求與實際用電需求存在明顯落差，導致即時供電調度必須在更高壓急迫的環境下執行。
2022年9月 熱浪高溫再次襲捲加州全境
飆高的負載用電讓加州電網再次宣布進入緊急狀態，眾人紛紛盤算最壞情況
但這次加州做好了準備
2022年8月30日，就在大家以為加州盛夏的用電高峰即將走入尾聲，加州電力調度中心(CASIO)突然就即將到來的熱浪，發出未來一週用電需求可能會創下新高紀錄的警告。實際上，加州的用電需求確實隨著溫度計水銀標示位置飆升，創下比2020年的46.7GW還高的新紀錄：52GW。
這段期間，當地新聞連續數日發布加州電網進入緊急狀態。為了避免最糟糕的大範圍停電狀況，加州當局也立即宣布可能會視情況分區輪流停電，這是繼2020加州大停電以來最嚴峻的能源危機。
但這次雖然加州全體的用電緊張狀態長達近10日，最後卻在沒有任何停電發生的情況下，渡過了危機。究竟，加州在短短兩年間做對了那些準備，成功避免停電事故再次上演呢?
大規模的儲能佈建 增強加州電力系統調度彈性 更高的再生能源比例併網也不怕
彭博新能源檢視加州2020和2022這兩年的能源危機發現，2022年除了有更多的需量反應和民間自主減少用電，幫助加州電力系統減緩負荷之外，最關鍵的差異在於，與2020加州大停電那年相比，2022年加州電力系統可用來調度的電池儲能規模，從原來的低於0.5GW快速增加至近3.8GW。
這些大規模佈署的電池儲能，平常是在一日之內逐步充電，再於傍晚用電尖峰時刻快速放出，這個措施的展開，正是回應了2021年加州電力調度中心在事故原因分析報告所提的：因應太陽能、風能等間歇性再生能源發電佔比增加，傍晚的電力系統需要有足夠的電源出力供電，以滿足平時以及熱浪期間該時段所需的電力平衡。
在2022年9月這波突如其來的熱浪期間，加州儲能電池的放電量，甚至一度達到總發電佔比的7%，這項關鍵差異讓加州電網的韌性明顯較2020年加州大停電那時候提升了許多。而要不是因為這兩年間，電池供應鏈受阻，導致加州儲能建置較預期進度落後，加州原來會有更多的儲能系統可以在2022年9月熱浪到來之前完成併網，讓加州電力調度中心有更多餘裕處理這次的用電挑戰。
台達儲能系統 幫助再生能源在離島維持電力系統平衡
助力實現能源轉型 低碳發電目標
台灣和加州一樣有能源轉型的目標，雖然台灣的建置速度不比加州快速，目前台灣的再生能源發電比例也未達加州的現行水準，但台灣孤島型的電網更容易受風能、太陽能等再生能源間歇性發電的特性影響。
截至2022年10月底，台達已累積超過數十個儲能系統的建置經驗，在台灣境內亦建置並驗收完成10套百萬瓦(MW)級儲能系統。其中，位於彰濱太陽光電場建置之1.5MW/1.5MWh儲能系統，便是藉由台達自主研發製造的功率調節系統（Power Conditioning System, PCS）、電池系統，以及能源管理系統與控制系統，達到彰濱案場所需的太陽能發電調節成效。
台達彰濱儲能系統除了可以將太陽能劇烈變化的發電功率平滑化再輸出至電網之外，還可以發揮能量轉移作用，像上述的加州案例一樣，將午間過剩的太陽能發電存起來，並於傍晚太陽能發電降低的時候放出，這項能力可以大幅提高彰濱太陽光電場的發電效率和發電效益。
此外，台達在2022年6月交付給台灣電力公司啟用運行的蘭嶼儲能系統，也是為了解決蘭嶼近年夏季因為觀光業快速發展而造成的尖峰用電量增加問題，由於傳統的柴油發電不但成本昂貴且高汙染，不符合國際當前的淨零減排趨勢，因此選擇採用台達儲能系統強化蘭嶼電力系統的穩定性，化解離島的供電瓶頸困境。
不僅如此，相較於需要多方設備耗時拼湊組建的儲能系統，台達儲能解決方案的功率調節系統(Power Conditioning System, PCS)、電池管理系統(BMS)，以及能源管理系統(EMS)與控制系統皆是由台達自主研發製造，故可大幅降低系統整合難度、縮短測試時間。從彰濱光電場數家儲能廠商的施工及驗收紀錄來看，台達也確實是首座通過工研院驗收、正式併網啟用的業者。
併網上線之後，台達儲能系統也可持續將案場的再生能源發電量、儲能系統運作狀況，傳送回雲端的控制中心，案主隨時都能登入檢視投資案場的設備狀態和效益表現。一旦儲能系統出現異常訊號，台達工程師也會先一步遠端即時診斷並提供簡易處置；根據診斷結果，台達在地團隊會主動安排專業人員，到現場執行檢修工作並盡速回報結果，不但可免去跨時區的服務等候時間，也可避免現場人員和控制中心的外語專業溝通障礙，既可減少業主的操煩掛心，更是台灣能源轉型最穩定可靠的助攻夥伴。
參考資料：
- Renewable and energy storage outlook
- Zet Zero tracker
- Electric Generation Capacity and Energy in California
- CASIO Final Root Cause Analysis – Mid-August 2020 Extreme Heat Wave
- California’s Hot Summers Need a Battery Fix
- 再生能源發電預測 解讀風與光
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