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Gordoncheng's Blog
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漫談備用容量與備轉容量 https://goo.gl/eqpfqf
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***文章極長，並有大量圖片，手機瀏覽者請注意!!***
漫談備用容量(Reserve Margin)與備轉容量(Operating Reserve)
目錄：
一、前言
二、備用與備轉容量的由來
三、備用容量與備轉容量的定義
3.1備用容量
3.2備轉容量
四、各國備用容量與備轉容量計算公式及標準
4.1 台灣
4.1.1 台電
4.1.1.1「備用容量率」定義如下：
4.1.1.2 備轉容量（Operating Reserve）
4.1.1.3 台電歷年備用容量
4.1.1.4 台電未來之備用容量
(a)民國99年10月預測2010~2021年備用容
量
(b)民國100年9月預測2010~2022年備用
容量
(c)民國101年9月預測2013~2023年備用
容量
(d)民國102年9月預測2012~2024年備用
容量
(e)民國103年2月預測2013~2025年備用
容量
(f)民國104年5月預測2014~2026年備用
容量
4.1.1.5 台電備用容量與備轉容量之比較實例說明
4.1.2 全國(台澎金馬)(台電與汽電共生自用電力部分總計)
4.1.2.1「備用容量率」定義如下：
4.1.2.2 全國未來(2010-2020年)備用容量
4.2 美國
4.2.1 北美電力可靠度公司(NERC:North America Electric
Reliabilty
Corporation)
4.2.2德州電力調度中心(ERCOT)
4.2.3西部電力協調理事會(WECC:Western Electricity
Coordinating Council)
4.3 歐洲
4.3.1 歐洲輸電調度中心協會(ENTSO-e: European Network
of Transmission System
Operators for Electricity)
4.4 日本
4.4.1 備轉容量之定義
4.4.2 瞬時備轉容量必要量之考量
4.4.3 備轉容量確保方法與實績
4.4.4 備用容量之定義與表達方法
4.4.5 備用容量計算方法概要與目標因素
4.4.6 日本備用容量實績與預測值
4.5 新加坡
4.6 韓國
五、結語
參考資料：
一、前言
2011年3月11日東日本大地震並引發大海嘯，導致東京電力福島第一核能電廠
發生反應爐爐心熔化，核燃料損毀，輻射外洩核災最嚴重事件。東京電力也
因地震與海嘯所引致福島第一、第二核能電廠、火力電廠、水力電廠等發電
機組受損跳機停機，電源不足，實施計畫性輪流停電。
福島核一廠核災事件，更引起全球恐懼，反核聲浪高漲，紛紛要求關閉核能
電廠，台灣也不例外，尤其台電去(99)年備用容量高達23.4%，外界認為停用
台電核一、二、三廠總裝置容量514.4萬瓩(佔全系統裝置容量12.56%)，台灣
不致於限電。這些討論引發我對備用容量與備轉容量回顧的興趣，將過去蒐
集或瀏覽過的資料整理跟電業同好分享交流。
二、備用與備轉容量的由來
電力從西元1879年剛發明電燈有電可用就是享受的時代，逐漸進展到現代，
變成生活不可或缺的要素，電力供應的可靠益形重要，如何量度或展現電力
公司的電力系統供電之可靠度，也受到電業界、學術界、電業主管機構以及
廣大用戶的重視。
電業130餘年來，尤其近50年來全球電業歷經諸多嚴重影響供電可靠的大停電
事故，例如美國東北與加拿大安大略(1965)[fpc_65美東北大停電聯邦電力委
員會調查報告]、美國紐約市(1977)、法國(1978)、北歐(1979)、美國加州
(1996年7、8月兩次)、台灣(1999)、巴西(2002)、美加(2003)、瑞典丹麥
(2003)、義大利瑞士(2003)、英國倫敦(2003)、俄羅斯莫斯科(2005)、歐洲
八國(2006)、日本東京(2006)、美國德州(2011)、日本東京(2011)等大停電
事件，每次事故後電業或政府主管機關都會從設備、人員、制度、組織、法
規、標準等面相檢討改善強化電力供應可靠度。此外，學術界、研究顧問機
構及電力製造廠商也會積極參與電力可靠度研究。
因此，經過多年來的不斷研究與實務經驗演變，電力系統可靠度在世界各國
電業都有其量度標準，但綜合起來，大概可將電力系統可靠度(Power
System Reliability)歸成兩大項目：
(A)系統安全度(System Security)：電力系統忍受系統設備事故不致讓其他
設備跳脫或產生連鎖事故之能力。也就是有能力控制不斷電並避免發生無法
控制的大停電。[美國NERC於2001年將Security用Operating Reliability代
替，以免跟美國國土安全部(Homeland Security)同義混淆]。
(B)系統裕度(System Adequacy)：係指電力系統無論何時都有充足的發電及
輸電能力，滿足所有用戶尖峰用電並供應電能需求。為達到此要求，通常要
經常準備額外的容量隨時替代補充發電機組或輸電設備故障喪失之容量。
為量度電力系統可靠度之系統裕度，電業一般做法，是利用可靠度指數
(Reliability index)來測量。可靠度指數分為兩大類別：
(I) 決定性指數(Deterministic index)：
提供電力系統是否達到或未達成要求目標的推測狀態。最著名的就是本節標
題「備用容量(Reserve Margin)」，它通常用在電源開發規劃方面，等於系
統發電機組總裝置容量減去尖峰負載所剩的發電容量，若將備用容量除以年
度最高(尖峰)負載，得到的百分比來表示，稱為「備用容量率(Percent
Reserve Margin)」，若將備用容量除以裝置容量所求得的百分比，則稱為「
容量裕度率(Percent Capacity Margin)」。後者是近年來美國電業覺得用尖
峰負載為分母計算的備用容量率數值過大，改用裝置容量當分母計算的容量
裕度率較小，不容易被民眾覺得投資過多。至於調度運轉用的「備轉容量
(Operating Reserve)」也屬於決定性指數的一種。
分析可靠度的決定性方法在電業界使用最早而且至今還廣泛被採用，因為對
一般民眾比較簡單且容易了解。但是決定性指數不是可靠度的直接指標，無
法給予數量基礎來比較不同系統的風險。
(II) 機率性指數(Probabilistic index)：
提供系統可靠度量化量測方法，它使用數學模型代表事件發生機率，最佳樣
本就是大家熟悉的失載率(LOLP:Loss of Load Probability)，也就是一年有
幾天發電容量不足，尖峰用電負載無法供應。例如美國系統可靠度標準LOLP
為每年0.1天。機率法計算把所有常數都考量在內，諸如電力系統及其各個元
件(發電機、輸變電設備等)發生故障的機率、嚴重性、發生頻度與時間長短
等常數。因此，機率性指數允許量化評估失載或無法供電的風險。但是在調
度運轉人員工作時，每年失載0.1天，對他們並不很實際，傳統的決定性指數
比較具體些，所以運轉人員用的備轉容量(Operating Reserve)還是用多少
MW或一大機組或尖峰負載多少%比較習慣。
機率性指數比決定性指數較晚發展，比較著重科學數據而不似決定性指數偏
重經驗值，尤其現代電腦發達計算龐大複雜不是問題，所以機率性指數在電
源開發上使用比較多。此外，LOLP或LOLE也可轉換為決定性指數備用容量率
，因此大部分電業都兩者搭配使用。
三、備用容量與備轉容量的定義
3.1備用容量
從上節可知「備用容量(Reserve Margin)」一般電業慣例是用來量度電力系
統可靠度的決定性指數，適用於電源開發規劃之用，係用來應付負載預測誤
差(因天氣異常用電突升)、乾旱枯水與發電機組故障減載跳機、檢修及大修
，以及系統頻率調整等。備用容量愈大，系統供電愈可靠，但投資愈大，經
濟性較差，反之，則可靠度下降，甚至限電。
其簡單計算公式為：
http://imgur.com/nHljGu0
但是上述公式中的「裝置容量(Installed Capacity」及「尖峰負載(Peak
load)」定義內容與名詞，各國都有其慣例，所以不盡相同，尤其電業自由化
後，跨區買賣電力代輸，近年來再生能源的推動，更是複雜。茲舉例說明如
下：
(I) 裝置容量：
(A)使用裝置容量，南韓等國使用。
(B)使用淨尖峰供電能力(=裝置容量 – 廠用電)，美國、台灣等國使用。
(C)無法持續發電的風力機組裝置容量使用3%~100%比例計算各國不同
(D)水力機組裝置容量受限水文枯豐，水庫容量、無法持續供水，裝置容量折
扣計 算，各國不盡相同。
(E)其他再生能源如太陽能等裝置容量也有不同折扣計算。
(F) 受到輸電線路限制之發電容量折減。
(II) 尖峰負載：
(A)使用發電端小時平均負載(包括電廠用電)，南韓等國使用。
(B)使用供電端小時平均負載(扣除廠用電)，美國，台灣等國使用。
(C)使用全年最高三天尖峰小時平均值負載(供電端)，日本使用。
此外，例如美國北美電力可靠度理事會(公司)[NERC:North America
Electric Reliability Council(Corporation)]有一段時間將「備用容量率
(Percent Reserve Margin)」，改用以裝置容量為分母的「容量裕度率
(Percent Capacity Margin)」，2008年又改回「備用容量率(Percent
Reserve Margin)」。民國74年台電備用容量率高達55%，也曾研究仿照美國
用「容量裕度率(Percent Capacity Margin)」，因為有下列容量裕度率計算
及與備用容量率互換公式可知，容量裕度率約為備用容量率的80%，讓外界不
會覺得電力公司投資過多(參考圖1比較)。
http://imgur.com/nHljGu0
http://imgur.com/Pdhi7R2
圖1 美國德州可靠度機構(TRE)、西部電力協調理事會(WECC)1998-2009年備
用容量與容量裕度實績(資料來源：美國Energy Information
Administration)
所以要比較各國的備用容量，首先必須看清楚其相關項目的定義與計算公式
，如此才有意義。
3.2備轉容量
備轉容量顧名思義就是電力系統實際調度運轉時，用來應付負載預測誤差、
發電機組故障、系統頻率調整等所需準備的供電能力。它的計算公式跟備用
容量相同：
http://imgur.com/4daC3a0
但是其中裝置容量把故障、大修與檢修、以及降載的發電機組容量扣除不包
括在內，因為實際運轉時這些狀況都是已知數據，還有發電機組出力隨季節
氣溫、風力、水文等變化予以修訂接近實際情況，至於尖峰負載一般都用一
小時平均負載，但也有公司採用瞬時尖峰負載。
四、各國備用容量與備轉容量計算公式及標準
4.1 台灣
4.1.1 台電
4.1.1.1「備用容量率」定義如下：
http://imgur.com/vNS8Kza
4.1.1.2 備轉容量（Operating Reserve）
http://imgur.com/VMkaUhZ
由前述定義，備用容量率係對年尖峰負載（一小時平均值）而言，即全系統
供電能力超出年尖峰負載的比例，全年只有一個數據；此項比例之大小代表
當年系統發電端的供電可靠程度。由於此項比例並未扣除機組檢修等不可調
度之容量，故不可用以衡量系統每天實際的供電可靠度，只適用於電源開發
規劃之用途及說明，並常用以和國外電業的供電可靠度指標做比較。台電備
用容量率標準值隨系統裝置容量增大，由從前25%(1985年以前)到1986年降至
20%，至2006年再降為16%，2012年9月17日經濟部同意台電所陳報「台電及中
油公司經營改善小組第4次委員會議」之決議將備用容量標準值降至15%。
而備轉容量率係以每日最高瞬間負載（非一小時平均值）表示，且其供電能
力是指當天實際可調度之發電容量，故備轉容量率是用來表示衡量系統每天
供電可靠度的指標。台電公司每日均有一「備轉容量率」，通常僅供台電公
司內部參考，並不對外公開。
4.1.1.3 台電歷年備用容量
台灣電力公司電源開發變遷大概可分為七個期間，其中1953年以前為水力為
主火力為輔，之後到1965年為水力與火力並重期，然後進入火力核能為主的
時期(圖2)。
http://imgur.com/vkOFqeD
圖2 1945~2012台電系統電源開發變遷與發購電量及尖峰負載成長曲線
茲將這台灣電力電源發展七階段各年備用容量率整理如圖3：
http://imgur.com/pY2lLRQ
圖3 1948~2014台電備用容量曲線
從上圖所示，1953年以前水主火從的年代，備用容量率有高達75.4%，因為水
力佔比太大，在枯水期的冬季與春季遇到枯旱，每年都有限電，大部分都限
當時的台灣鋁業、台肥公司等大用戶，部分為饋線輪流停電。
到了水火並重的時期，備用容量幾乎都是低於零，也就是年年限電，大部分
都是枯水限電，部分是當時單機容量過大的深澳發電廠、後期的林口電廠機
組跳機所致。因此，台電積極開發火力或核能電源，克服這零備用容量率的
運轉困苦時期，並應付經濟成長的需求。
但1974、1980年遭逢全球兩次能源危機，所以備用容量率在1985年高達
55.1%，1981年經濟部長趙耀東上任第二天就到台電巡視演講指台電有三呆，
其中之一就是備用容量過高，呆機過多，一口氣把當時進行的核四工程檔下
，還有興達、台中火力等延後，以致1985-1990年都沒新機組(詳參圖1)。
萬萬沒想到，1988年備用容量率就下降到21.7%，當年有兩次限電，再過一年
1989年降到14%，限電8次，接著每況愈下1990年7.4%，1991到1996年都是在
5%左右，是台電近20年運轉最艱辛的時期，每年都在限電，那時我正是台電
電力調度第一線主管，這段煎熬的經歷永難忘懷，記憶猶新。我心裡在想，
人人敬佩的趙耀東部長，隔行如隔山，電業有其特質，電廠不是一、兩年就
可蓋好，台電又是獨立系統，當時他獲得美名的決定，害得台灣電力供應之
後十幾年的痛苦，至今還在吵核四，還有另一後遺症，後來為應付電力供應
困境開放民營電廠，分掉台電一塊大餅，民營電廠購電費率可隨燃料、匯率
調整，台電電價無法如此作為，只有虧全民的納稅錢，這些都是當時決策者
意想不到的後果。
4.1.1.4 台電未來之備用容量
(a)民國99年10月預測2010~2021年備用容量
根據民國99年10月台電公佈之「9910電源開發方案』未來10年(2021年止)備
用容量資料整理如圖4：
http://imgur.com/kg9TRcN
圖4 2010~2021台電備用容量曲線(資料來源：台電9910電源開發方案)
上圖所示備用容量，係非常樂觀的預測，核四兩部機分別在民國100、101年
底商轉，林口、深澳、大林、通霄汰舊更新機組如期完工的預測，目前最早
碰到的核四商轉，如果延期超過103年當年備用容量率可能掉至7%左右，回到
1990年代紀錄，至於林口、深澳、大林等也不可能如此順利，這些都值得大
家好好思考一番。此外，2014年至2021年備用容量率均未達到當時台電備用
容量標準值16%，特別是2015年的11.8%，將影響未來的供電，也是要請台電
公司說明。
(b)民國100年9月預測2010~2022年備用容量
根據台電民國100年9月公布之「10009電源開發方案』台電未來至2022年之備
用容量率如下圖：
http://imgur.com/iRkGvpo
圖4-1 2010~2022台電備用容量曲線(資料來源：台電10009電源開發方案)
台電「10009電源開發方案』將核四龍門#1、#2號機分別延後至2014、2016年
商轉，2013~2022年備用容量率均未達到當時台電備用容量標準值16%，尤其
是2013至2015年的11.5、10.4、9.9%，將影響未來的供電，台電公司未提對
策臨時增加緊急電源機組，可能是時間太短沒辦法補充，這也是要台電說明
清楚。
(c)民國101年9月預測2013~2023年備用容量
根據台電民國101年9月公布之「10109電源開發方案』台電未來至2023(112)
年之備用容量率與過去27年之備用容量率共繪一張曲線如下圖，以資比較：
http://imgur.com/iRkGvpo
圖4-2 1985~2023(74-112)年台電備用容量、淨尖峰供電能力、尖峰負載、
最大機組、備用容量標準值比較曲線(資料來源：台電網站、台電101-09電
源開發方案)
http://imgur.com/wkH8YvC
表1 台電10109電源開發方案新增及除役發電機組明細表(資料來源：台電
101-09電源開發方案)
圖4-2 係台電公司根據主計處分別於2012年4月30日、5月25日、7月31日及8
月17日多次下修101年經濟成長率，8月17日下修101年經濟成長率預估值為
1.66%後，重新檢討修訂101年長期負載預測（10108案），並於次(9)月研訂
10109長期電源開發方案。該方案預估101至103年之系統備用容量率可維持在
16％以上，104、105年下降為10.8%(103年5月核四#1商轉、105年5月#2商轉
)、14.5％，106年在施工中機組陸續完工後，備用容量率可達16.5%，之後各
年呈逐年下降之趨勢，111年以後降至個位數。
但從表1所示，新增機組商轉時程變數仍多，影響此方案之備用容量率，當然
另一重要因素，系統負載預測之成長率是否偏高或偏低也會導致備用容量率
變動(詳參：本部落格「台電函電日本電力公司負載成長與長期預測之比較』
)。至於2022、2023年備用容量率分別為9.0及5.0%，低於台電備用容量標準
值甚多，為何沒補充新機組，只提「持續加強各項負載管理措施之推動』，
可能要台電提出說明，讓民眾了解釋疑！政府主管機關也要請台電說明(未來
變數大，所以不管低於標準值？)
此外，從圖4-2比較曲線顯示，不同年度相同百分比之備用容量率(%)，代表
的備用容量(MW)值並不等值。就以限電最多的第一、二名之民國83、80年度
為例，其備用容量率都是4.8%，但備用容量(MW)分別為900、740MW。再以民
國112年的5%備用容量率來比，其備用容量(MW)為2272MW(若同樣用4.8%換算
也有2174MW)。究因係備用容量率計算公式之分母「尖峰負載』成長的關係。
所以系統負載成長增高，備用容量率標準值要下調，否則就會過度投資。
民國80、83年代，當時最大機組核二廠一、二號機985MW(淨尖峰供電能力
971MW)跳機，系統電力不足分別約231、71MW。同理，到了10年後的民國112
年，夏季尖峰時期，跳脫當時最大的核四廠一、二號機1350MW(淨尖峰供電能
力1269MW)，尚有1003MW備用容量，不致立即限電 (當然，前提就是台電機組
夏季尖峰不要安排大修並加強維護減少故障) 。所以，這也是採用決定性指
數(Deterministic index)備用容量率的盲點，最好還要用LOLP加以核算。
最近看到能源局公布的「核能議題-問答集」的1-4題的圖表(圖4-2A)說明無
核四部商轉之民國105年-115年備用容量率約2.6(民國113年)~6.9%(109年)，
低於7.4%(民國79年)「限電無可避免」，但估算其備用容量(MW)約為1140 (
民國113年)~2800(109年)MW。
http://imgur.com/xvm5cGC
圖4-2A 民國100~115(2011~2026)年台灣備用容量(資料來源：摘自能源局
核能議題-問答題)
再細看有核四商轉之民國104年-115年備用容量率為8.4(民國113年)至
15.1%(106年)之間，只有民國106年的15.1%有達到規劃目標，民國113年最低
達8.4%，所以無核四商轉時，更為惡化。此電源開發方案好像有點不周延，
11年後之備用容量低於規劃值，並未加以修改，是否規劃標準值要下修，不
然此方案應該不宜公布。
(d)民國102年9月預測2012~2024年備用容量
根據台電民國102年9月30日公布之「102-09電源開發方案』，台電未來至
2024(113)年間之備用容量率曲線如下圖(圖4-2-B)所示：
http://imgur.com/xmEoKHx
圖4-2-B 2012~2024(101-113)年台電備用容量(率)、淨尖峰供電能力、尖峰
負載、備用容量標準值曲線(資料來源：台電網站、台電102-09電源開發方案)
上圖(圖4-2-B)之備用容量，係台電102-09電源開發方案暫定核四#1、2機分
別104年7月、106年7月商轉所得結果。至113年為止，備用容量率低於標準值
15%的年度共有8年，最後三年掉到個位數，最低為4.3%，如此低的備用容量
，台電層層主管如何審查通過，主管機關(經濟部)也可過關，我真替運轉單
位擔心將來如何運轉，到時候又急急忙忙開放IPP，重蹈被批評圖利財團覆轍
？
(e)民國103年2月預測2013~2025年備用容量
根據台電民國103年2月公布之「103-02(無核四)電源開發方案』，台電未來
至2025(114)年間之備用容量率曲線如下圖(圖4-2-C)所示：
http://imgur.com/WHQftXZ
圖4-2-C 2013~2025(102-114)年台電備用容量(率)、淨尖峰供電能力、尖峰
負載、備用容量標準值曲線(資料來源：台電網站、台電103-02電源開發方案)
圖4-2-C之備用容量，係台電103-02(無核四)電源開發方案，核一、二、三如
期除役之結果。到民國114年為止，11個年度備用容量率低於標準值15%，最
後八年掉到個位數，最低為-0.3%(限電)，如此低的備用容量，將來如何運轉
，可能會變成外界解釋恐嚇人民沒核四就限電？台電供電義務不是兒戲？至
少要提些對策供國人選擇？
(f)民國104年5月預測2014~2026年備用容量
根據台電民國104年5月28日公布之「104-05電源開發方案』(無核能)，台電
未來至2026(115)年間之備用容量率曲線如下圖(圖4-2-D)所示：
http://imgur.com/cHiLgc5
圖4-2-D 2014~2026(103-115)年台電備用容量(率)、淨尖峰供電能力、尖峰負
載、備用容量標準值曲線(資料來源：台電網站、台電104-05電源開發方案)
至於核四及三座核電廠延役對整體電力供應影響如下圖4-2-E所示：
http://imgur.com/t0pojBf
圖4-2-E 核四及三座核電廠延役對2014~2026(103-115)年台電備用容量(率)
之影響(資料來源：台電網站、台電104-05電源開發方案)
4.1.1.5 台電備用容量與備轉容量之比較實例說明
請參考本部落格另篇「透視台電系統今(2014)年九月上中旬備轉容量偏低真
相』https://goo.gl/DFJGLF
4.1.2 全國(台澎金馬)(台電與汽電共生自用電力部分總計)
4.1.2.1「備用容量率」定義如下：
http://imgur.com/fgbmLWx
全國備用容量率公式
4.1.2.2 全國未來(2010-2020年)備用容量
http://imgur.com/n6S03C9
圖4-3 2010~2020年全國備用容量曲線(2010、2011年為實績值)(資料來源：
能源局「100年長期負載預測與電源開
發規劃摘要報告)
4.2 美國
4.2.1 北美電力可靠度公司(NERC:North America Electric Reliabilty
Corporation)：
(A)規劃用備用容量(PRM: Planning Reserve Margin)：
http://imgur.com/efQaOlV
NERC規劃委員會為了增進規畫之連續性及增加透明度與處理粗細起見，將上
述公式中之電源容量、負載及交易分類定義如下：
(a)可供電源容量(Deliverable Resources)係既有可靠容量(Existing,
Certain)、 未來規劃容量(Future, Planned)加上淨可靠電力交易(Net
Firm Transactions)之和。展望電源(Prospective Resources)係可供電源容
量加上既有其他容量(Existing, Other)的總和。
(b)總系統尖峰負載(Total Internal Demand) Total Internal Demand
(MW)：等於系統內所有發電機組淨出力，加上流入系統電力，減去流出系統
電力之尖峰負載。包含間接負載管理計畫，諸如節約能源計畫、改進電能使
用效率及所有不能的調度需量反應之負載。
(c)淨系統尖峰負載(Net Internal Demand)等於總系統尖峰負載(Total
Internal Demand)減去用來降低負載的需量反應可控制、可調度容量(
DCLM, IL, CPP w/control, LaaR)之系統尖峰負載。
(d) 既有容量
甲、既有可靠容量(Existing, Certain) ：經確認可供電之電源容量，此類
電源100%容量可計入所有裕度(Margin)計算。
乙、既有其他容量(Existing, Other)： 可能或不可能供電之電源， 此類電
源可歸在展望(Perspective)、調整潛在(Adjusted Potential)、及總潛在
(Total Potential)備用容量計算中。
丙、既有無法運轉容量(Existing, but Inoperable )： 無法運轉供電之電
源，不能計入所有裕度計算。
(e) 未來容量
甲、未來規劃容量(Future, Planned) ：經確認可在未來期間供電之電源容
量，此類電源100%容量可計入除了既有可靠備用容量外之所有裕度(Margin)
計算。
乙、未來其他容量(Future, Other) ： 未來可能或不可能供電之電源， 此
類電源可依據可信度折扣後容量在調整潛在(Adjusted Potential)、及100%
容量在總潛在(Total Potential)備用容量計算中。
(f) 概念性容量(Conceptual) ：未來可能或不可能供電之電源，可用在未來
幾年系統規畫或滿足本地要求， 此類電源可反映其不確定性折扣後容量在調
整潛在(Adjusted Potential)、及100%容量在總潛在(Total Potential)備用
容量計算中。
(B)未來備用容量估計
根據未來美國全國規劃年度內之電源，預期可供電力的可靠性，各類備用容
量(%)預測估算公式(表2)及電源容量與負載估計、備用容量率曲線如圖5、圖
6所示：
http://imgur.com/F9AOGQH
表2 各類備用容量計算公式
http://imgur.com/TNkJzpm
圖5 2010~2019夏季美國發電容量與負載估計(資料來源：NERC 2010
Long-Term Reliability Assessment)
http://imgur.com/DoBTYti
圖6 2010~2019夏季美國備用容量率估計(資料來源：NERC 2010 Long-Term
Reliability Assessment)
http://imgur.com/EHMzP1e
圖7 2010~2019夏季德州(TRE)發電容量與負載估計(資料來源：NERC 2010
Long-Term Reliability Assessment)
http://imgur.com/ayBHuyh
圖8 2010~2019夏季德州(TRE)備用容量率估計(資料來源：NERC 2010
Long-Term Reliability Assessment)
圖7及圖8分別為德州可靠度機構(TRE:Texas Reliability Entity)電源容量
與負載估計、備用容量率曲線，德州電力調度中心(ERCOT)規劃備用容量計算
將於下節4.2.2詳細介紹。
4.2.2德州電力調度中心(ERCOT)
(A) 規劃備用容量[Planning Reserve Margin (PRM)]計算公式
德州電力調度中心每年按下列公式計算未來至少10年各尖峰負載季節(夏季：
6、7、8、9月；冬季：12、1、2月)規劃備用容量[Planning Reserve
Margin (PRM)]：
http://imgur.com/GrKrQ6B
上述變數定義如表3:
http://imgur.com/yEoWFtq
表3規劃備用容量(PRM)計算公式變數定義
(B) 規劃備用容量計算方法(PRM Calculation Methodology)
(a) 總可供電源容量(TOTCAP)估計
總可供電源容量估計根據下列公式決定：
http://imgur.com/8rn8HYi
http://imgur.com/NTiPj5N
德州可靠容量計算公式-中文
上述變數定義如表4:
http://imgur.com/7QrgQy5
表4總可供電源容量計算公式變數定義
(b) 尖峰負載估計
尖峰負載估計考量經濟因素、氣候情況、人口成長增減以及其他變數，利用
下列公式決定可靠尖峰預測值：
http://imgur.com/QVYjiVc
http://imgur.com/jOCkKuX
上述變數定義如下表5:
http://imgur.com/U9iGClk
表5可靠尖峰負載計算公式變數定義
(C) 2012年5月22日公佈之2013-2022年備用容量
根據德州電力調度中心(ERCOT) 於2012年5月22日公布最新之「發電容量、負
載與備用容量報告』[ Capacity, Demand and Reserves (CDR) report ]，
有關未來10年備用容量預估如下圖：
http://imgur.com/S7Z0Tuc
圖8-1 2013~2022夏季德州
(ERCOT)備用容量率估計(資料來源：ERCOT網站)
上圖顯示德州在2014年備用容量率為9.8%，低於2010年ERCOT所訂的13.75%標
準值，到2022年甚至降到-0.8%，顯示德州未來電力供應吃緊，ERCOT正積極
尋求新電源並繼續推動節約用電。
4.2.3西部電力協調理事會(WECC:Western Electricity Coordinating
Council)
(A)備轉容量(Operating Reserve)
電力系統為可靠運轉，需要全天候充裕可供應之發電容量，來維持系統頻率
、避免發電機組或輸變電設備故障引起停電。此發電容量係應付下列各項之
需：
u 系統負載變動之供電需求
u 由於發電機組或輸變電設備故障時替代供電之發電容量
u 滿足輸出供電需求的義務
u 替代可停輸入電源中斷之電能供應
(a)最低備轉容量(Minimum operating reserve)
最低備轉容量包含下列各項：
(i) 調整備轉容量(Regulating reserve)：為足夠的熱機備轉容量
(spinning reserve)對自動發電控制(AGC:automatic generation control)
可立即反應並提供充足調整裕度滿足NERC控制功能準則(Control
Performance Criteria)。加上
(ii) 偶發事故備轉容量(Contingency reserve)：為熱機與冷機
(nonspinning)備轉容量，充分滿足事故控制標準(Disturbance Control
Standard)要求。偶發事故備轉容量必須至少大於：
甲、最嚴重單一事故所跳脫之發電機組容量(至少50%必須熱機備轉容量)，或
乙、供電水力機組的5%及火力機組的7%發電容量之和(至少50%必須熱機備轉
容量)。對以發電為基礎的備轉容量，必須以其發電機組在10分鐘內可提載之
未滿載部分容量，才可被作為備轉容量。
加上
(iii) 可停輸入電力之額外備轉容量(Additional reserve for
interruptible imports)：能在10分鐘內有效達到可停輸入電力量之備轉容
量。加上
(iv) 滿足輸出電力義務之額外備轉容量(Additional reserve for
on-demand obligations)：能在10分鐘內有效達到其他公司需電義務電力量
之備轉容量。
(b)冷機備轉容量之可接受類型：
冷機備轉容量必須符合下列事項：
(i) 必須在10分鐘內中斷之負載
(ii) 可停輸出電力
(iii) 其他電力公司需求權
(iv) 調整、偶發事故備轉容量超過要求部分的熱機備轉容量
(v) 離線發電機組被認可為冷機備轉容量者
(c) 備轉容量之確知：備轉容量應連續計算以便隨時可確之下10分鐘可用之
量。
(d) 備轉容量之恢復：備轉容量在任何需要使用事件後應盡可能迅速復原。
復原時間不能超過60分鐘。
(e) 分析系統孤島潛在可能性：各電力公司或電力公司協調組群必須分析系
統分離之潛在可能性，並對此可能維持適當額外備轉容量，如果無法作到，
則需利用其他手段維持發電與負載平衡。
(f) 備轉容量分擔：兩個或更多電力公司備轉容量需求，在書面協議下，可
以合併或分享，考慮成類似單一控制區，達成提供備轉容量之要求，但是各
電力公司間的輸電路徑必須保留容量，隨時可應要求輸送提供備轉容量。
(g) 備轉容量之分配：備轉容量之分配必須考量在緊急時有效使用、時間需
要之有效性、輸電之限制、以及本地之需要性予以審慎判斷。熱機備轉容量
必須分配在加大發電機組調速機動作(governor action)之有效性。
(h) 偶發事故之檢討：未決定備轉容量需要量，偶發事故必須經常檢討並指
定最嚴重偶發事件。
4.3 歐洲
4.3.1 歐洲輸電調度中心協會(ENTSO-e: European Network of
Transmission System Operators for Electricity)
歐洲輸電調度中心協會(ENTSO-e)會員涵蓋歐洲34國41家輸電調度中心(TSO)
，詳如下圖9：
http://imgur.com/wKIeyhs
圖9 歐洲輸電調度中心協會(ENTSO-e)會員國(資料來源：
https://www.entsoe.eu/the-association/members/)
該協會配合電業自由化環境與再生能源(風力)蓬勃發展，提出新的供電可靠
度指標，茲摘要如下述：
(A) 剩餘容量(RC: Remaining Capacity)
(i)可靠可用容量(Reliably Available Capacity) = 淨發電容量(Net
Generating Capacity) –不可用容量(Unavailable Capacity)
(ii) 剩餘容量 =可靠可用容量-負載
剩餘容量係淨發電容量的一部分，用來應付系統某個參考點(每年一月第三星
期三11時及19時、七月第三星期三11時)任何未能預測到的負載變動、發電機
組故障之需。
(B) 剩餘裕度(RM: Remaining Margin)
剩餘裕度 = 剩餘容量 – 尖峰負載裕度(Margin Against Peak Load)
剩餘容量與剩餘裕度跟淨發電量等相互關係如下圖8所示：
http://imgur.com/0BdRVcL
圖10 剩餘容量與剩餘裕度估計(資料來源：UCTE:SYSTEM ADEQUACY
METHODOLOGY)
上圖中：
(甲)尖峰負載裕度(Margin Against Peak Load)：為擴及檢討從特定參考點
(如夏季七月第3個星期三11:00)至整個分析期間，因此考量此項尖峰負載裕
度。
尖峰負載裕度 = 尖峰負載(年度) – 負載(參考點)
(乙)系統服務備轉容量(System Service Reserve)：
(C) 適當參考裕度(ARM:Adequacy Reference Margin)
適當參考裕度= 備份容量(Spare Capacity) + 尖峰負載裕度(Margin
Against Peak Load)
式中，備份容量(Spare Capacity)係在參考點時間必須可用之發電容量，以
確保大部分期間系統供電安全。備份容量為應付考量1%缺電風險，也就是保
證99% 不缺電。估計備份容量主要考量系統負載(特別是氣候因素所引起的負
載突變)及可靠可用容量(特別反應火力機組故障、水力與風力情況) 隨機劇
變。隨機劇變量可依用機率方法或高斯定律模型及相關標準差來估計。根據
UCTE檢討結論，各國備份容量需視其系統負載變動與發電機組故障率而定，
一般備份容量為各國淨發電量的5%或10%，一個區域(如UCTE)則採用5%。
(D) 2011-2025 ENTSO-e 系統裕度
歐洲輸電調度中心協會(ENTSO-e)每年公布未來10-15年保守、最佳(樂觀)之
系統裕度預測，供各國運轉投資參考。茲舉例如下：
http://imgur.com/qPvX1Ki
圖11 ENTSO-e剩餘容量與適當參考裕度估計(資料來源： ENTSO-E
Scenario Outlook & Adequacy Forecast 2011 – 2025)
http://imgur.com/drf1dNn
圖12 英國夏季剩餘容量與適當參考裕度估計(資料來源： ENTSO-E
Scenario Outlook & Adequacy Forecast 2011 – 2025)
http://imgur.com/f4R6coQ
圖13 英國2011夏季剩餘容量與剩餘裕度估計(資料來源： ENTSO-E
Scenario Outlook & Adequacy Forecast 2011 – 2025)
由圖11資料粗略換算成台電備用容量率方式，英國2011年備用容量高達
36.4GW，備用容量率為78%，還好英國已經電業自由化了，否則仍維持CEGB國
營事業，不被批評，才怪！
4.4 日本
有關日本各電力公司之備轉容量、及備用容量之定義、計算方法、必要量、
保有方式、及實績值與預測值，茲根據日本電力系統協議會(ESCJ:Electric
Power System Council of Japan)、日本經濟產業省資源能源廳、電氣事業
聯合會((FEPC: The Federation of Electric Power Companies of
Japan)、各電力公司、及相關研究機構之資料，摘要說明如后。
4.4.1 備轉容量之定義
所謂備轉容量，係為確保系統發生發電機組跳機事故、水文枯旱、以及系統
負載突增時之電力供應，而預先保留高出系統負載的供電能力，此必要之供
電能力隨每日系統負載與供電能力變化而有所不同。
日常調度方面之備轉容量，應付日復一日系統負載之變化，按照每日實際電
力供應與需求狀況之保有形式，可分類為：冷機備轉容量、熱機備轉容量、
及瞬時備轉容量。各類備轉容量定義如表6所示。大型機組跳脫時系統頻率變
化、及各類備轉容量啟用狀況與時間經過之關係，如圖14所示。
http://imgur.com/fWqzLpv
表6 日本備轉容量之定義(資料來源:ESCJ規則解說)
http://imgur.com/nI3gt7t
圖14 大型發電機組跳機系統頻率下降、備轉容量應變動作情形 (資料來源
:ESCJ規則解說)
當大型發電機組跳脫時，瞬時備轉容量立即反應，減輕系統頻率下降。接著
瞬時備轉容量以外的熱機備轉容量機組升載提高出力，讓系統頻率恢復至標
準值。然後，啟動冷機備轉容量機組啟動取而代之，讓熱機備轉容量回到事
故前原有保有量。
4.4.2 瞬時備轉容量必要量之考量
發電機組跳脫後，系統瞬間發生供需不平衡，自動頻率控制(LFC或AGC)無法
立即反應，致使另需即時反應調整能力。此即時反應的供電能力就是瞬時備
轉容量之必要量，該量視系統頻率維持安定考量、應變系統及電源結構等條
件而異。相對於電力系統規模日益擴大、系統發電裝置容量之增大，電源集
中化等因素，系統頻率控制環境變化也與時俱進，有其必要定期審視系統瞬
時備轉容量必要量。
到目前為止，歷年瞬時備轉容量必要量檢討之變遷如下表：
http://imgur.com/qtxnhAO
表7 歷年瞬時備轉容量必要量檢討(資料來源:20120420報告書-備
用容量圖解)
計算備轉容量必要量之先決條件，為跳脫機組容量隨時代變化而增大、及系
統頻率下降程度之容許限度，表7顯示歷年瞬時備轉容量必要量大概都在3%左
右，沒有多大變動。
4.4.3 備轉容量確保方法與實績
日本各電力公司電力調度所使用的備轉容量目標值與保有方法如表8所示：
http://imgur.com/jiMV27J
表8 備轉容量目標值與保有方法(資料來源:ESCJ規則解說)
1999(平成11)年10月、12月平常日及全國系統最高負載紀錄日(1999年8月4日
)，當日最高負載期間，各類備轉容量確保量實績調查結果如下表9所示：
http://imgur.com/kHJzlDM
表9 1999年日本全國備轉容量實績調查表(資料來源:ESCJ規則解說)
4.4.4 備用容量之定義與表達方法
每日短期系統電力調度方面，理所當然看到各類備轉容量，考量長期系統負
載之成長變動，有其必要規畫備用之供電能力，也就是確保系統備用容量。
有關備用容量之定義現狀、及綜合電業採用之算定方法與確保考量，本文引
用自2002年11月日本電力調查委員會出版的「日本電力調查報告書中有關電
力系統負載預測、及電力供需計畫計算方式解說」作為參考。
為了未來系統發生電力設備非計畫性停機(故障)、枯水、或負載突增等不可
預知事件時，不致引起用戶停電，而能繼續安定供電，有必要在系統預測負
載之上維持一定數量供電能力，此供電能力稱之為「備用容量」。
另一方面，鑑於電源建設，無論電廠廠址的選擇整備、及建廠工程都必須歷
經繁雜的手續與漫長的時程，所以長期適當的電源開發計畫有其必要。備用
容量保有量過少，停電機會就增加；反之，備用容量過多，發生停電機率減
少，但設備投資又會過大。
因此，備用容量適當保有量，必須從供電可靠度相關方面檢討。日本電力調
查委員會在1956(昭和32)年對備用容量進行具體的檢討，確立適當備用容量
保有量之機率計算方法。之後，中央電力協議會將系統互聯容量納入備用容
量檢討，此計算手法，在進行備用容量檢討時，更具體的考量到電網互聯容
量因素。
(A) 備用容量之表達方法如下：
系統尖峰負載：最高三天之平均尖峰負載
供電能力： 第五水文年水力出力、及扣除機組計畫性檢修(大修)等容量後之
無事故時之供電能力。
備用容量=供電能力 -系統尖峰負載
http://imgur.com/ws4b0I6
公式中的尖峰負載(最大需要電力)係供電端(非發電端毛出力之和)最高3天負
載平均值(日文:最大電力)，淨尖峰供電能力(供給力)也是供電端(非發電端
毛出力)之值。詳細參閱日本電氣事業聯合會網站資料。
根據今(2012、平成24)年4月日本電力系統協議會(ESCJ)舉辦之「供給信頼度
評価報告書勉強会』，由日本電力中央研究所(CRIEPI)系統技術研究所簡報
「海外での供給信頼度に関する評価について 』資料提供日本備用容量計算
詳細圖解如下圖；
http://imgur.com/dQoSdb7
圖15 日本備用容量計算圖解 (資料來源:20120420供給信賴度
評價報告書勉強會-とりまとめ報告書)
(B) 可靠度準則：九大電力公司備用容量必要量8~10%，沖繩電力備用容量等
於最大機組容量。
備用容量必要量與考量因素如下表：
http://imgur.com/r5KQVO8
表10日本備用容量必要量與考量因素(資料來源:ESCJ供給信賴度評價報
告書勉強會資料)
4.4.5 備用容量計算方法概要與目標因素
正如備用容量之目標因素，為大家所熟知的發電機組故障、水文枯旱、負載
驟增等因素，這些因素中除了景氣繁榮用電持續超過預測值之外，偶發的事
項、發生時間、及規模大小，都是無法預測的。所以透過機率手法確定出現
頻度，並檢討確定備用容量與供電可靠度之關係，才可求得適當備用容量保
有量。
也就是說，確定備用容量應付突發事件的因素為：(1)發電機組故障、(2)水
文變動、(3)短期系統負載突然變動，這些因素都是機率計算的項目。
此外，在計算備用容量必須考量到具體的系統互聯因素時，各系統互聯融通
容量、故障、水文變動、負載預測誤差等變動要因、以及區域間各電力公司
用電尖峰不同時間差等等，都必須納入考量。另外，近年來冷、暖氣負載隨
氣溫異常而增大，還有電源結構變動、互聯系統容量擴充強化、發電廠廠址
選定前置時間拉長等種種因素，出現在供需兩方面，所以必須注重今後變化
趨勢之發展。
4.4.6 日本備用容量實績與預測值
根據日本經濟產業省每年公布之「年度電力供給計畫』，提供未來10年備用
容量，及日本10家電力公司所組成的「電気事業連合会(FEPC: The
Federation of Electric Power Companies of Japan』統計委員会公佈「
実績供給予備率』，摘要有關備用容量資料如後：
(A) 2001-2010( 平成13-22年)備用容量實績：
日本電氣事業聯合會公布之備用容量(実績供給予備率)有夏季(夏期)與冬季
(冬期)兩類，夏季尖峰幾乎都發生在8月，所以夏期尖峰負載(最大電力)都取
8月份最高3天用電之平均電力作為計算備用容量(也用在負載因數Load
Factor計算)之用，但有時年尖峰負載會發生在7月份，尤其跟台灣接近的沖
繩電力年尖峰負載都落在7月份。
大家對日本電業發布的尖峰負載要特別小心，跟別國(家)電力公司比較年度
尖峰負載時，採用年度發電端(毛出力Gross Output)最高一天的尖峰負載(日
文為最大電力)值。
下圖(圖16)為2001-2010年日本10大電力公司及全日本之夏季備用容量率實績
，從7、8月份中取較低備用容量率繪製而成。
http://imgur.com/tkUx3a4
圖16日本2009-2010備用容量曲線(資料來源： 日本電気事業連合会統計委員
会-電気事業60年の統計)
(B) 未來備用容量：
根據日本電氣事業法第29條第1項規定，各電力公司每年提出未來10年「電力
供給計畫』，茲依據日本經濟產業省資源能源廳所公布最新之「平成22年度
電力供給計畫概要』中之備用容量率(送電端)，繪製2009-2019(平成21-31)
年日本全國及10大電力公司備用容量率曲線如下圖17、18供大家參考。
http://imgur.com/nTrRyKl
圖17日本2009-2019備用容量曲線(資料來源： 日本經濟產業省平成22年度電
力供給計畫概要)
http://imgur.com/MlKLMvo
圖18日本十大電力公司2009-2019備用容量曲線(資料來源： 日本經濟產業
省平成22年度電力供給計畫概要)
由上圖18顯示，日本十大電力公司中，獨立的沖繩、北海道電力(一條高壓直
流輸電線與本州連接)備用容量都偏大。
4.5 新加坡
(A) 備用容量
新加坡能源市場管理局(EMA: Energy Market Authority)的電力系統運轉處
(PSOD:Power System Operation Division)定義有關系統規畫用之備用容量
(Reserve Margin)為新加坡總裝置容量超過年尖峰負載之發電容量，即：
http://imgur.com/AFpL8V7
為維護電力系統安全，新加坡規定最低備用容量目前為30%，係根據年失載率
(LOLP)每年3天計算而來。備用容量係用來應付發電機組定期大修與故障之用
。
去 (2010) 年新加坡電力系統最高負載為6494MW(5月)，當時裝置容量
9772.5MW，估算備用容量率高達50.5%。
(B)備轉容量
(i) 熱機備轉容量(SR: Spinning Reserve)：
熱機備轉容量係用來迅速補充發電機組突然故障跳脫之發電量，讓系統
頻率
儘速恢復50Hz ，必須足以應付當時最大機組故障。
(ii) 調整備轉容量(RR: Regulation Reserve)：
調整備轉容量係用來達成發電與負載之瞬間與連續平衡，以維持系統頻
率
50Hz ±0.2Hz 之間變動。調整備轉容量之需求係每年依過去使用紀錄
按不同
調度期間訂定各個期間需求。
(C) 備轉容量要求
根據電力市場規則規定：
備轉容量總量 = 初級備轉容量(Primary Reserve) + 次級備轉容量
(Secondary Reserve)
其中初級備轉容量係須在8秒鐘內反應，為當時系統最大發電機組。次級
備轉
容量要求在30秒內反應，為最大機組跳脫後，系統頻率低下可能跳脫
的發電
機組量。
4.6 韓國
(A) 備用容量
根據韓國電力交易所第五長期電源供應基本計畫 (KPX「The 5th Basic
Plan of Long Term Electricity Supply & Demand 2010-2024」)，韓電供
電可靠度標準為缺電機率每年不得大於0.5天，其所對應的備用容量率標準為
15%～17%。計算公式如下：
http://imgur.com/PbiTt3g
韓電備用容量過去實績與未來目標值如下(圖19所示：
http://imgur.com/H0SMcI4
圖19 1980~2024韓電備用容量曲線(資料來源：KPX The 5th Basic Plan
for Long-term Electricity Supply and Demand (2010 ~ 2024))
五、結語
備用容量(率)與備轉容量(率)可顯示出一個電力系統電源充裕與否，電力供
應之可靠程度，各國計算公式、定義不盡相同，尤其近年電業自由化後，更
趨複雜，要比較各國備用容量率，必須釐清定義與公式，才不會誤導。例如
，日本備用容量(供給預備力)計算公式中之供電能力，係扣除檢修(大修與故
障)及減載等容量之供電能力(參考圖15)類似台電備轉容量計算方式一般，跟
台電包括檢修容量的算法，就會差一大截，讓人誤解。
此外，各國電力系統發電(水力、風力、火力、核能)或輸電(互聯、孤島、狹
長)結構與規模不同、用電負載特性、機組或輸變電系統故障率、燃料來源、
產業結構、國民所得、經濟發展，生活水準、地理氣候等等都會影響備用容
量訂定標準。
備用容量過多或過少，都會遭受批評，如何訂定最適當的備用容量率，的確
不是很容易的，因為變數太多，如何拿捏，就需要智慧，個人淺見，參考國
外電業自由化先進國家，資訊公開化，說清楚講明白，記取歷史教訓，取得
眾人共識，讓全民來決定自己的需要標的，免除紛擾。
參考資料及來源：
http://www.nerc.com/page.php?cid=4|331
http://www.wecc.biz/Planning/ResourceAdequacy/Pages/default.aspx
http://www.texasre.org/compliance/ercot/Pages/Default.aspx
https://www.entsoe.eu/
http://www.enecho.meti.go.jp/
http://www.kpx.or.kr/english/
http://www.ema.gov.sg/ema_cms/page/1/id:18/
http://www.emcsg.com/
http://www.taipower.com.tw/
http://www.seattle.gov/light/neighborhoods/nh4_outs.htm
http://www.eia.gov/electricity/data.cfm#demand
http://www.enecho.meti.go.jp/policy/electricpower-supply.htm
http://www.escj.or.jp/making_rule/guideline/data/rule_explanation1
11220.pdf
http://www.escj.or.jp/news/2012/20120420.pdf
[待續]
【轉錄連結】
https://goo.gl/eqpfqf
【轉錄心得】
最近在吵電力問題，先把備用容量和備轉容量率弄清楚吧。
這blog作者是台電調度處長退休，講的內容專業但也不會太艱深，應該是
很好的入門資料來源。