摘要
F6+AP2 緊急電整併 / 分割 / 最佳化
Keywords / Emergency power(E-P),emergency power backup,E-P coverage rate
未來面臨核電陸續除役，台電的供電架構逐步以綠能為主，供電穩定度會更加依賴天氣狀況。面對再生能源供應的間歇性與不確定性，台電限電措施顯然會更加頻繁。面對停電風險加劇，緊急電力備援及廠區間互相備援更尤其重要。如何將既有設施進行分割再整合，使其效用對單一廠區可以最佳化使用是本文章討論重點，本文將以F6及AP2廠區為例，說明兩廠區的緊急電分配關係及電力架構關聯性。目前緊急電的分配是透過AP2B廠區三路開關的選擇，將F6P2與AP2B的緊急電進行分配以達到最佳化使用。在未來，將以急電覆蓋率100%為目標，規劃從F6增設線路至AP2C，以擴大跨廠急電備援的線路容量，達成兩廠區急電相互備援，進而降低台電異常造成單一廠區停電的影響。
Facing the upcoming decommissioning of nuclear plants, the Taiwan power Company(TPC) is turning renewable energy into major power supply gradually and therefore the stability of power grid will be more rely on the weather condition. Since the intermittence and uncertainty of renewable energies, the power rationing will be more frequent. The more we encounter power rationing, the more important the emergency power(E-P) backup between fabs is. This article focuses on the optimization of E-P for each single fab by dividing and integrating existing generators and discusses the relations of power system and emergency power distribution between F6 and AP2. At present, the optimization of E-P distribution between F6P2 and AP2B is selected by a three-way switch at AP2B. To achieve the 100% E-P coverage rate between the two fabs in the future, we plan to construct the cables to expand the capacity of cables from F6 to AP2C so that the E-P of the two fabs can backup each other and minimize the impact on every single fab due to TPC power outage.
1.前言
緊急電備援及跨廠支援必要性
科學證實氣候變遷造成的影響已經相當緊急，氣候議題引發國際高度重視，各國陸續提出「2050淨零排放」的宣示與行動。以國發會公布的「2050淨零碳排路徑圖」為例，未來綠電將占總發電量的60~70％(如圖1所示)，這些綠電主要以光電、風電為主。所以未來的電力系統只會更加依賴天氣狀況，面對再生能源供應的間歇性與不確定性，台電限電措施則會更加頻繁。台電備載容量不足恐成為常態現象，只要台電隨一機組異常就可能造成全面性的影響，面對停電風險加劇，廠務端更是需要重新規劃緊急電備援及跨廠支援供電，將既有設施進行跨廠整合使其對單一廠區的效用可以「最佳化」。
圖1：國發會公布2050淨零排放規劃 [1]
2.文獻探討
2.1 急電成環案例探討
以F14B & F18B急電成環為例，探討實際備援案例方法。其中F14B &F18B 主要差異在於跨廠備援功能為手動或Master PLC自動選擇，基本備援邏輯差異不大。在F14 P5/6/7備援迴路成環的情況下，可手動去決定潮流斷點。以F14P5單廠停電的情況下，可以選擇潮流斷點於F14P7(預設潮流斷點)如圖2所示，以分散備援電流避免備援電流過大造成CB跳脫。F18B則有Master PLC自動調度支援廠區與調整潮流斷點。
若在備援F14P5過程中救援廠F14P7也停電，則F14P7需自行切離救援開關展開自救。F18B的模式則是已停電救援廠跨廠救援開關維持 45 秒後切離，由SCADA 自動調整被救援廠N-Load卸載時間。
圖2：F14 P5單廠停電備援方式
2.2 F6與AP2廠務utility關聯性
F6P2冰水由AP2供應；F6P2緊急電與AP2是透過三路開關手動選擇；F6E2電力由AP2供應，其餘utility供應如圖3。
圖3：F6與AP2廠務utility關聯性
2.3 F6與AP2發電機現況
目前F6緊急發電機共13台供應F6P1迴路；AP2緊急電系統目前拆分兩區，一區為AP2B發電機組，共4台發電機，與F6P2透過三路開關手動選擇使用(如圖4所示)；另一區為AP2C發電機組，目前共3台發電機。
截至2022/6，AP2與F6負載與發電機容量如表1。
圖4：AP2B發電機 Power SCADA 畫面
| Phase | AP2 | F6 |
|---|---|---|
| Loading(MW) | 20 | 60 |
| 85% GEN Capacity(MW) | 11.9 | 19.2 |
3.跨廠急電備援方法
兩廠之間要能夠互相支援去獲得最大備援供給量，需考量設備的載流設計是否足夠，如銅排、開關與線路容量能否承載及完整系統規劃。目前兩廠間的電力備援方式是F6P2透過AP2B急電盤的三路開關，手動選擇發電機供電途徑去達成緊急電相互備援如圖4所示。
3.1 F6側並聯點選擇
F6選擇的並聯位置如圖5所示。選擇22.8kV 發電機BUS作為銜接並聯點，將可從此位置匯集所有發電機後再進行並聯供電，日後將擴充並聯VCB盤體接至此銅排上。確認銜接點後，下一步開始評估既設的發電機BUS銅排及開關大小能否承受整併後的負載，從竣工圖上得知此BUS銅牌規格為1250A，容量42MW。
圖5：F6並聯位置
3.2 AP2側並聯點選擇
AP2選擇的並聯位置如圖6所示，AP2C發電機BUS有spare VCB，將可從此位置匯集所有發電機後再進行並聯供電。
兩廠所選定之並聯點如圖7藍圈所示。
圖6：AP2側並聯點
圖7：兩廠選定並聯點
3.3 開關容量&BUS容量&線路容量規劃
3.3.1 AP2與F6開關容量計算
| 開關 | 開關額定 | 容量計算 |
|---|---|---|
| F6 → AP2C ( 待擴充 ) | 1200 | 22.8 (kV) * 1.2 (kA) * 1.732 = 47 (MW) |
| AP2C → F6 (C30H-200-EH-B) | 1200 | 22.8 (kV) * 1.2 (kA) * 1.732 = 47 (MW) |
3.3.2 AP2與F6 BUS容量計算
| BUS 位置 | 銅排規格 | 容量計算 |
|---|---|---|
| F6 | 1250 | 22.8 (kV) * 1.25 (kA) * 1.732 * 0.85 = 42 (MW) |
| AP2C | 1200 | 22.8 (kV) * 1.2 (kA) * 1.732 * 0.85 = 39 (MW) |
3.3.3 AP2與F6 線路容量計算(待擴充)
| 開關 | 電纜規格 ( 線徑 * 每相條數 *3 相 ) | 容量計算 |
|---|---|---|
| F6 → AP2C | 500mm^2 * 2 * 3 | 22.8 (kV) * 0.967 (kA) * 2 * 1.732 * 0.7= 53 (MW) |
| AP2C → F6 (C30H-200-EH-B) | 500mm^2 * 2 * 3 | 22.8 (kV) * 0.967 (kA) * 2 * 1.732 * 0.7= 53 (MW) |
考量上述三種容量限制，F6 BUS容量扣掉自身發電量19.2MW尚可接收22.8MW，再經考量線路與開關容量限制，最高42MW急電備援(受限銅排容量)。AP2C BUS容量39MW，扣掉目前自身發電量5.1MW，目前最多可接受總共約39MW-5.1MW= 33.9MW急電備援。
3.4 線路規劃
從F6急電Bus側擴充並聯盤，再新設線路從F6 CUP經過AP2B RF至AP2C CUP 3F的急電銜接點，如圖8所示，預估線路長度接近1300M。
圖8：線路規劃
3.5 F6與AP2急電系統切割單一化
如圖9，F6台電環路成員為: 南科E/S→康寧→F14P12→F6→南科E/S；AP2台電環路成員為: 南科E/S→AP2C→F14P6→F14P5→F18P4→南科E/S。AP2B電力系統錯綜複雜，F6與AP2市電各由台電不同環路供電，雖同為南科E/S東BUS供電，但不同環路間因負載差異等因素，仍有一定的相位差存在。AP2B與F6P2共用急電系統，透過三路開關分別供應急電至AP2B或F6P2。
圖9：台電環路:F6 & AP2
目前AP急電需求容量及現有發電機數量如表2，AP2B需求3台、F6P2需求1台，AP2C需求1台(2台餘裕for未來擴充需求)。2023年若AP2C擴充1台發電機如圖10，即可滿足2B+2C急電需求(3+1台)，AP2B既有4台發電機即可全數供給F6P2，實現急電系統切割單一化。2025年終期完成AP2C擴充至8台發電機與完成F6→AP2C急電成環。
| AP2發電機現況 | 發電機數量 | 總容量 | 安全容量(85%) | E電需求 | 發電機需求數量 | TotlE電需求 | 餘裕 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AP2B | 4 | 8000 | 6800 | 5150 | 3 | 6800 | 0 |
| F6P2 | 1650 | 1 | |||||
| AP2C stage-1 | 3 | 6000 | 5100 | 1820 | 1 | 1820 | 3280 |
| AP2C stage-2 | 實際擴充台數依需求決定,8台為可裝設上限 | ||||||
圖10：AP發電機擴充計畫
4.發電機整併結果
4.1 急電覆蓋率預估
F6急電系統規劃與AP2互相備援，提升急電供應的容量，降低台電異常造成單一廠區停電的影響。整體工程拆分3階段執行
Stage-1 : 2023規劃F6 PLC翻新、GEN BUS盤體擴充、AP2C擴充發電機*1 。
Stage-2 : 2024規劃F6→AP2C線路拉設、AP2C擴充發電機*4。
Stage-3 : 2025規劃F6→AP2C急電跨廠備援及功能測試。
完成後F6 & AP2各廠區可達成E電覆蓋率如表3、表4:
| Phase | AP2B | AP2C | F6P1 | F6P2 |
|---|---|---|---|---|
| Loading (MW) | 14 | 31 | 43 | 17 |
| GEN Capacity (MW) | 8 | 16 | 22.5 | 8 |
| GEN 可外援 (MW) (85% full load) | 6.8 | 13.6 | 19.2 | 6.8 |
| 原 E 電覆蓋率 | 48% | 65% | 44% | 40% |
| 改善後 E 電覆蓋率 ( 考慮銅排容量 ) | 63% (6.8+2) | 99% (11.6+19.2) | 71% (19.2+11.6) | 51% (6.8+2) |
| Phase | AP2 | F6 |
|---|---|---|
| 原 E 電覆蓋率 | 45% | 43% |
| 改善後 E 電覆蓋率 ( 考慮銅排容量 ) | 88% | 66% |
4.2 F6&AP2急電系統最佳化
跨廠備援:
F6備援AP2 : 如圖11，由F6P1 13台發電機直供AP2C，F6P2於AP2B之4台發電機供給AP2B。
AP備援F6 : 如圖12，由AP2終期架構，AP2C發電機8台直供F6，AP2B發電機4台供應F6P2。
圖11：F6支援AP2
圖12：AP2支援F6
5.結論
F6與AP2電力系統錯綜複雜，將系統架構簡化，有助於平時運轉穩定，及緊急應變時的應變速度，規劃分三部分，依序完成電力系統最佳化。第一步市電切割單一化: 於2021年AP2C成廠區後，將AP2B市電由F6轉由AP2C供應完成。
第二步急電切割單一化: AP2C方面擴充1台發電機容量，將AP2B急電負載完全接載後，即可將AP2B與F6P2急電切割，原AP2B 4台發電機劃歸給F6P2。
第三步跨廠備援功能完備: 完成F6與AP2急電跨廠備援及功能測試。並將F6 急電覆蓋率由43%提升至66%，AP2 急電覆蓋率由45%提升至88%。
參考文獻
- 國發會，臺灣2050淨零排放路徑及策略總說明 簡報，https://www.ndc.gov.tw/Content_List.aspx?n=DEE68AAD8B38BD76，2022。
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