虛功是什麼?為什麼台電需要再生能源和儲能提供虛功補償?

虛功是什麼?為什麼台電需要再生能源和儲能提供虛功補償?


       多年前綠學院的產業小聚曾經討論過電網設計中的實功與虛功,那時大家有聽沒有懂,多年後我們有了電力交易平台、業界協作的第一套輸電級儲能案場管理方法學,經驗值已大幅提升,現在讓我們再挑戰一次,不用電學公式也能看得懂什麼是虛功,開始!

虛功是什麼?

  在交流電系統中,線圈在轉的時候每120度有相位互相差120°的交流電,也就是我們常聽到的三相,三個方向的電。這個瞬時電壓與電流的波形存在的角度(相位)差異,隨著負載特性不同(註一),反應在功率表現上就區分為:

  1. 實功率:或稱有效功率,簡稱實功(P)。實功影響頻率(f),頻率像是人的脈搏
  2. 虛功率:或稱無效功率,簡稱虛功(Q)。虛功影響電壓(V),電壓像是人的血壓

  虛功率照字面意思即無實際做功,也就是說沒有實際的能量消耗。因此在計算電費時,只會算實功,不會去計算虛功,用戶不需要負擔虛功電能費,所以你我都不太熟悉什麼是虛功。尤其在家庭用電方面,因用電量低且家電設備消耗的虛功率微乎其微,就不看虛功率的部分。

虛功對電網產生的影響

  其實電力的傳輸過程中涵蓋實功率與虛功率,當電網中很多負載集合起來,就可能拉大瞬時電壓與電流的波形相位差,造成電網及負載消耗的虛功率亦越大,若能減少線路上的虛功率流量,就可以有效減少傳輸電流,減少輸電損失。業界用語「實功救頻率,虛功救電壓」就是描述虛實功對電網產生的影響。因此在工廠用電方面,計費電表除考慮瓩/時(kWh)之外,亦針對虛功率的時間乘積:千乏時(kVarh)有所要求,要求千乏時不得過低,也就是要求功率因數(power factor)不得過低。

為什麼台電需要再生能源和儲能提供虛功補償?

  工廠的感應馬達是電感器,電感器與電容器皆是虛功率的負載代表,馬達就是電感性負載,會消耗虛功,影響到電網整體的虛功率,這就是為什麼電力公司要跟你收取功率因數調整費的原因。因此許多工廠會自行安裝電容器,自行提供自己需要的虛功率,以改善功率因數,節省電費。

  在電力傳輸過程雖然需要盡量減少虛功率潮流,但電力系統仍需要足夠的虛功率支持才能維持電壓穩定。電網上的參與者這麼多,大家都要對電壓穩定貢獻一己之力。風力發電跟上面說的工廠很像,都是馬達在轉,被要求提供虛功補償很合理;太陽光電則屬於電容性負載,會消耗電網的虛功率,因此電力公司會要求再生能源要具備電壓調控及提供虛功補償。同理,當儲能放電的時候,實際上也等於扮演發電機的功能,也會影響電網的電壓,因此當儲能案場越來越多,電力公司也將開始要求儲能系統要有電壓調控及提供虛功補償。

  看完這篇文章相信可以幫助你脫離一知半解,不再靠著吸收碎片化的知識或資訊,片面解讀虛功補償。邀請你註冊登入成為綠學院用戶,綠色產業最前沿的趨勢、商機、人脈、資金一鍵抵達,也歡迎參加產業小聚,認識更多A咖!  

(註一)所謂負載特性不同指的是該設備是屬於哪種被動元件,電阻性負載、電容性負載及電感性負載,例如太陽能就屬於電容性負載,會消耗電網的虛功率

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