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Gordoncheng's Blog
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漫谈备用容量与备转容量 https://goo.gl/eqpfqf
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漫谈备用容量(Reserve Margin)与备转容量(Operating Reserve)
目录：
一、前言
二、备用与备转容量的由来
三、备用容量与备转容量的定义
3.1备用容量
3.2备转容量
四、各国备用容量与备转容量计算公式及标准
4.1 台湾
4.1.1 台电
4.1.1.1“备用容量率”定义如下：
4.1.1.2 备转容量（Operating Reserve）
4.1.1.3 台电历年备用容量
4.1.1.4 台电未来之备用容量
(a)民国99年10月预测2010~2021年备用容
量
(b)民国100年9月预测2010~2022年备用
容量
(c)民国101年9月预测2013~2023年备用
容量
(d)民国102年9月预测2012~2024年备用
容量
(e)民国103年2月预测2013~2025年备用
容量
(f)民国104年5月预测2014~2026年备用
容量
4.1.1.5 台电备用容量与备转容量之比较实例说明
4.1.2 全国(台澎金马)(台电与汽电共生自用电力部分总计)
4.1.2.1“备用容量率”定义如下：
4.1.2.2 全国未来(2010-2020年)备用容量
4.2 美国
4.2.1 北美电力可靠度公司(NERC:North America Electric
Reliabilty
Corporation)
4.2.2德州电力调度中心(ERCOT)
4.2.3西部电力协调理事会(WECC:Western Electricity
Coordinating Council)
4.3 欧洲
4.3.1 欧洲输电调度中心协会(ENTSO-e: European Network
of Transmission System
Operators for Electricity)
4.4 日本
4.4.1 备转容量之定义
4.4.2 瞬时备转容量必要量之考量
4.4.3 备转容量确保方法与实绩
4.4.4 备用容量之定义与表达方法
4.4.5 备用容量计算方法概要与目标因素
4.4.6 日本备用容量实绩与预测值
4.5 新加坡
4.6 韩国
五、结语
参考资料：
一、前言
2011年3月11日东日本大地震并引发大海啸，导致东京电力福岛第一核能电厂
发生反应炉炉心熔化，核燃料损毁，辐射外泄核灾最严重事件。东京电力也
因地震与海啸所引致福岛第一、第二核能电厂、火力电厂、水力电厂等发电
机组受损跳机停机，电源不足，实施计画性轮流停电。
福岛核一厂核灾事件，更引起全球恐惧，反核声浪高涨，纷纷要求关闭核能
电厂，台湾也不例外，尤其台电去(99)年备用容量高达23.4%，外界认为停用
台电核一、二、三厂总装置容量514.4万瓩(占全系统装置容量12.56%)，台湾
不致于限电。这些讨论引发我对备用容量与备转容量回顾的兴趣，将过去蒐
集或浏览过的资料整理跟电业同好分享交流。
二、备用与备转容量的由来
电力从西元1879年刚发明电灯有电可用就是享受的时代，逐渐进展到现代，
变成生活不可或缺的要素，电力供应的可靠益形重要，如何量度或展现电力
公司的电力系统供电之可靠度，也受到电业界、学术界、电业主管机构以及
广大用户的重视。
电业130余年来，尤其近50年来全球电业历经诸多严重影响供电可靠的大停电
事故，例如美国东北与加拿大安大略(1965)[fpc_65美东北大停电联邦电力委
员会调查报告]、美国纽约市(1977)、法国(1978)、北欧(1979)、美国加州
(1996年7、8月两次)、台湾(1999)、巴西(2002)、美加(2003)、瑞典丹麦
(2003)、意大利瑞士(2003)、英国伦敦(2003)、俄罗斯莫斯科(2005)、欧洲
八国(2006)、日本东京(2006)、美国德州(2011)、日本东京(2011)等大停电
事件，每次事故后电业或政府主管机关都会从设备、人员、制度、组织、法
规、标准等面相检讨改善强化电力供应可靠度。此外，学术界、研究顾问机
构及电力制造厂商也会积极参与电力可靠度研究。
因此，经过多年来的不断研究与实务经验演变，电力系统可靠度在世界各国
电业都有其量度标准，但综合起来，大概可将电力系统可靠度(Power
System Reliability)归成两大项目：
(A)系统安全度(System Security)：电力系统忍受系统设备事故不致让其他
设备跳脱或产生连锁事故之能力。也就是有能力控制不断电并避免发生无法
控制的大停电。[美国NERC于2001年将Security用Operating Reliability代
替，以免跟美国国土安全部(Homeland Security)同义混淆]。
(B)系统裕度(System Adequacy)：系指电力系统无论何时都有充足的发电及
输电能力，满足所有用户尖峰用电并供应电能需求。为达到此要求，通常要
经常准备额外的容量随时替代补充发电机组或输电设备故障丧失之容量。
为量度电力系统可靠度之系统裕度，电业一般做法，是利用可靠度指数
(Reliability index)来测量。可靠度指数分为两大类别：
(I) 决定性指数(Deterministic index)：
提供电力系统是否达到或未达成要求目标的推测状态。最著名的就是本节标
题“备用容量(Reserve Margin)”，它通常用在电源开发规划方面，等于系
统发电机组总装置容量减去尖峰负载所剩的发电容量，若将备用容量除以年
度最高(尖峰)负载，得到的百分比来表示，称为“备用容量率(Percent
Reserve Margin)”，若将备用容量除以装置容量所求得的百分比，则称为“
容量裕度率(Percent Capacity Margin)”。后者是近年来美国电业觉得用尖
峰负载为分母计算的备用容量率数值过大，改用装置容量当分母计算的容量
裕度率较小，不容易被民众觉得投资过多。至于调度运转用的“备转容量
(Operating Reserve)”也属于决定性指数的一种。
分析可靠度的决定性方法在电业界使用最早而且至今还广泛被采用，因为对
一般民众比较简单且容易了解。但是决定性指数不是可靠度的直接指标，无
法给予数量基础来比较不同系统的风险。
(II) 机率性指数(Probabilistic index)：
提供系统可靠度量化量测方法，它使用数学模型代表事件发生机率，最佳样
本就是大家熟悉的失载率(LOLP:Loss of Load Probability)，也就是一年有
几天发电容量不足，尖峰用电负载无法供应。例如美国系统可靠度标准LOLP
为每年0.1天。机率法计算把所有常数都考量在内，诸如电力系统及其各个元
件(发电机、输变电设备等)发生故障的机率、严重性、发生频度与时间长短
等常数。因此，机率性指数允许量化评估失载或无法供电的风险。但是在调
度运转人员工作时，每年失载0.1天，对他们并不很实际，传统的决定性指数
比较具体些，所以运转人员用的备转容量(Operating Reserve)还是用多少
MW或一大机组或尖峰负载多少%比较习惯。
机率性指数比决定性指数较晚发展，比较著重科学数据而不似决定性指数偏
重经验值，尤其现代电脑发达计算庞大复杂不是问题，所以机率性指数在电
源开发上使用比较多。此外，LOLP或LOLE也可转换为决定性指数备用容量率
，因此大部分电业都两者搭配使用。
三、备用容量与备转容量的定义
3.1备用容量
从上节可知“备用容量(Reserve Margin)”一般电业惯例是用来量度电力系
统可靠度的决定性指数，适用于电源开发规划之用，系用来应付负载预测误
差(因天气异常用电突升)、干旱枯水与发电机组故障减载跳机、检修及大修
，以及系统频率调整等。备用容量愈大，系统供电愈可靠，但投资愈大，经
济性较差，反之，则可靠度下降，甚至限电。
其简单计算公式为：
http://imgur.com/nHljGu0
但是上述公式中的“装置容量(Installed Capacity”及“尖峰负载(Peak
load)”定义内容与名词，各国都有其惯例，所以不尽相同，尤其电业自由化
后，跨区买卖电力代输，近年来再生能源的推动，更是复杂。兹举例说明如
下：
(I) 装置容量：
(A)使用装置容量，韩国等国使用。
(B)使用净尖峰供电能力(=装置容量 – 厂用电)，美国、台湾等国使用。
(C)无法持续发电的风力机组装置容量使用3%~100%比例计算各国不同
(D)水力机组装置容量受限水文枯丰，水库容量、无法持续供水，装置容量折
扣计 算，各国不尽相同。
(E)其他再生能源如太阳能等装置容量也有不同折扣计算。
(F) 受到输电线路限制之发电容量折减。
(II) 尖峰负载：
(A)使用发电端小时平均负载(包括电厂用电)，韩国等国使用。
(B)使用供电端小时平均负载(扣除厂用电)，美国，台湾等国使用。
(C)使用全年最高三天尖峰小时平均值负载(供电端)，日本使用。
此外，例如美国北美电力可靠度理事会(公司)[NERC:North America
Electric Reliability Council(Corporation)]有一段时间将“备用容量率
(Percent Reserve Margin)”，改用以装置容量为分母的“容量裕度率
(Percent Capacity Margin)”，2008年又改回“备用容量率(Percent
Reserve Margin)”。民国74年台电备用容量率高达55%，也曾研究仿照美国
用“容量裕度率(Percent Capacity Margin)”，因为有下列容量裕度率计算
及与备用容量率互换公式可知，容量裕度率约为备用容量率的80%，让外界不
会觉得电力公司投资过多(参考图1比较)。
http://imgur.com/nHljGu0
http://imgur.com/Pdhi7R2
图1 美国德州可靠度机构(TRE)、西部电力协调理事会(WECC)1998-2009年备
用容量与容量裕度实绩(资料来源：美国Energy Information
Administration)
所以要比较各国的备用容量，首先必须看清楚其相关项目的定义与计算公式
，如此才有意义。
3.2备转容量
备转容量顾名思义就是电力系统实际调度运转时，用来应付负载预测误差、
发电机组故障、系统频率调整等所需准备的供电能力。它的计算公式跟备用
容量相同：
http://imgur.com/4daC3a0
但是其中装置容量把故障、大修与检修、以及降载的发电机组容量扣除不包
括在内，因为实际运转时这些状况都是已知数据，还有发电机组出力随季节
气温、风力、水文等变化予以修订接近实际情况，至于尖峰负载一般都用一
小时平均负载，但也有公司采用瞬时尖峰负载。
四、各国备用容量与备转容量计算公式及标准
4.1 台湾
4.1.1 台电
4.1.1.1“备用容量率”定义如下：
http://imgur.com/vNS8Kza
4.1.1.2 备转容量（Operating Reserve）
http://imgur.com/VMkaUhZ
由前述定义，备用容量率系对年尖峰负载（一小时平均值）而言，即全系统
供电能力超出年尖峰负载的比例，全年只有一个数据；此项比例之大小代表
当年系统发电端的供电可靠程度。由于此项比例并未扣除机组检修等不可调
度之容量，故不可用以衡量系统每天实际的供电可靠度，只适用于电源开发
规划之用途及说明，并常用以和国外电业的供电可靠度指标做比较。台电备
用容量率标准值随系统装置容量增大，由从前25%(1985年以前)到1986年降至
20%，至2006年再降为16%，2012年9月17日经济部同意台电所陈报“台电及中
油公司经营改善小组第4次委员会议”之决议将备用容量标准值降至15%。
而备转容量率系以每日最高瞬间负载（非一小时平均值）表示，且其供电能
力是指当天实际可调度之发电容量，故备转容量率是用来表示衡量系统每天
供电可靠度的指标。台电公司每日均有一“备转容量率”，通常仅供台电公
司内部参考，并不对外公开。
4.1.1.3 台电历年备用容量
台湾电力公司电源开发变迁大概可分为七个期间，其中1953年以前为水力为
主火力为辅，之后到1965年为水力与火力并重期，然后进入火力核能为主的
时期(图2)。
http://imgur.com/vkOFqeD
图2 1945~2012台电系统电源开发变迁与发购电量及尖峰负载成长曲线
兹将这台湾电力电源发展七阶段各年备用容量率整理如图3：
http://imgur.com/pY2lLRQ
图3 1948~2014台电备用容量曲线
从上图所示，1953年以前水主火从的年代，备用容量率有高达75.4%，因为水
力占比太大，在枯水期的冬季与春季遇到枯旱，每年都有限电，大部分都限
当时的台湾铝业、台肥公司等大用户，部分为馈线轮流停电。
到了水火并重的时期，备用容量几乎都是低于零，也就是年年限电，大部分
都是枯水限电，部分是当时单机容量过大的深澳发电厂、后期的林口电厂机
组跳机所致。因此，台电积极开发火力或核能电源，克服这零备用容量率的
运转困苦时期，并应付经济成长的需求。
但1974、1980年遭逢全球两次能源危机，所以备用容量率在1985年高达
55.1%，1981年经济部长赵耀东上任第二天就到台电巡视演讲指台电有三呆，
其中之一就是备用容量过高，呆机过多，一口气把当时进行的核四工程档下
，还有兴达、台中火力等延后，以致1985-1990年都没新机组(详参图1)。
万万没想到，1988年备用容量率就下降到21.7%，当年有两次限电，再过一年
1989年降到14%，限电8次，接着每况愈下1990年7.4%，1991到1996年都是在
5%左右，是台电近20年运转最艰辛的时期，每年都在限电，那时我正是台电
电力调度第一线主管，这段煎熬的经历永难忘怀，记忆犹新。我心里在想，
人人敬佩的赵耀东部长，隔行如隔山，电业有其特质，电厂不是一、两年就
可盖好，台电又是独立系统，当时他获得美名的决定，害得台湾电力供应之
后十几年的痛苦，至今还在吵核四，还有另一后遗症，后来为应付电力供应
困境开放民营电厂，分掉台电一块大饼，民营电厂购电费率可随燃料、汇率
调整，台电电价无法如此作为，只有亏全民的纳税钱，这些都是当时决策者
意想不到的后果。
4.1.1.4 台电未来之备用容量
(a)民国99年10月预测2010~2021年备用容量
根据民国99年10月台电公布之“9910电源开发方案’未来10年(2021年止)备
用容量资料整理如图4：
http://imgur.com/kg9TRcN
图4 2010~2021台电备用容量曲线(资料来源：台电9910电源开发方案)
上图所示备用容量，系非常乐观的预测，核四两部机分别在民国100、101年
底商转，林口、深澳、大林、通霄汰旧更新机组如期完工的预测，目前最早
碰到的核四商转，如果延期超过103年当年备用容量率可能掉至7%左右，回到
1990年代纪录，至于林口、深澳、大林等也不可能如此顺利，这些都值得大
家好好思考一番。此外，2014年至2021年备用容量率均未达到当时台电备用
容量标准值16%，特别是2015年的11.8%，将影响未来的供电，也是要请台电
公司说明。
(b)民国100年9月预测2010~2022年备用容量
根据台电民国100年9月公布之“10009电源开发方案’台电未来至2022年之备
用容量率如下图：
http://imgur.com/iRkGvpo
图4-1 2010~2022台电备用容量曲线(资料来源：台电10009电源开发方案)
台电“10009电源开发方案’将核四龙门#1、#2号机分别延后至2014、2016年
商转，2013~2022年备用容量率均未达到当时台电备用容量标准值16%，尤其
是2013至2015年的11.5、10.4、9.9%，将影响未来的供电，台电公司未提对
策临时增加紧急电源机组，可能是时间太短没办法补充，这也是要台电说明
清楚。
(c)民国101年9月预测2013~2023年备用容量
根据台电民国101年9月公布之“10109电源开发方案’台电未来至2023(112)
年之备用容量率与过去27年之备用容量率共绘一张曲线如下图，以资比较：
http://imgur.com/iRkGvpo
图4-2 1985~2023(74-112)年台电备用容量、净尖峰供电能力、尖峰负载、
最大机组、备用容量标准值比较曲线(资料来源：台电网站、台电101-09电
源开发方案)
http://imgur.com/wkH8YvC
表1 台电10109电源开发方案新增及除役发电机组明细表(资料来源：台电
101-09电源开发方案)
图4-2 系台电公司根据主计处分别于2012年4月30日、5月25日、7月31日及8
月17日多次下修101年经济成长率，8月17日下修101年经济成长率预估值为
1.66%后，重新检讨修订101年长期负载预测（10108案），并于次(9)月研订
10109长期电源开发方案。该方案预估101至103年之系统备用容量率可维持在
16％以上，104、105年下降为10.8%(103年5月核四#1商转、105年5月#2商转
)、14.5％，106年在施工中机组陆续完工后，备用容量率可达16.5%，之后各
年呈逐年下降之趋势，111年以后降至个位数。
但从表1所示，新增机组商转时程变量仍多，影响此方案之备用容量率，当然
另一重要因素，系统负载预测之成长率是否偏高或偏低也会导致备用容量率
变动(详参：本部落格“台电函电日本电力公司负载成长与长期预测之比较’
)。至于2022、2023年备用容量率分别为9.0及5.0%，低于台电备用容量标准
值甚多，为何没补充新机组，只提“持续加强各项负载管理措施之推动’，
可能要台电提出说明，让民众了解释疑！政府主管机关也要请台电说明(未来
变量大，所以不管低于标准值？)
此外，从图4-2比较曲线显示，不同年度相同百分比之备用容量率(%)，代表
的备用容量(MW)值并不等值。就以限电最多的第一、二名之民国83、80年度
为例，其备用容量率都是4.8%，但备用容量(MW)分别为900、740MW。再以民
国112年的5%备用容量率来比，其备用容量(MW)为2272MW(若同样用4.8%换算
也有2174MW)。究因系备用容量率计算公式之分母“尖峰负载’成长的关系。
所以系统负载成长增高，备用容量率标准值要下调，否则就会过度投资。
民国80、83年代，当时最大机组核二厂一、二号机985MW(净尖峰供电能力
971MW)跳机，系统电力不足分别约231、71MW。同理，到了10年后的民国112
年，夏季尖峰时期，跳脱当时最大的核四厂一、二号机1350MW(净尖峰供电能
力1269MW)，尚有1003MW备用容量，不致立即限电 (当然，前提就是台电机组
夏季尖峰不要安排大修并加强维护减少故障) 。所以，这也是采用决定性指
数(Deterministic index)备用容量率的盲点，最好还要用LOLP加以核算。
最近看到能源局公布的“核能议题-问答集”的1-4题的图表(图4-2A)说明无
核四部商转之民国105年-115年备用容量率约2.6(民国113年)~6.9%(109年)，
低于7.4%(民国79年)“限电无可避免”，但估算其备用容量(MW)约为1140 (
民国113年)~2800(109年)MW。
http://imgur.com/xvm5cGC
图4-2A 民国100~115(2011~2026)年台湾备用容量(资料来源：摘自能源局
核能议题-问答题)
再细看有核四商转之民国104年-115年备用容量率为8.4(民国113年)至
15.1%(106年)之间，只有民国106年的15.1%有达到规划目标，民国113年最低
达8.4%，所以无核四商转时，更为恶化。此电源开发方案好像有点不周延，
11年后之备用容量低于规划值，并未加以修改，是否规划标准值要下修，不
然此方案应该不宜公布。
(d)民国102年9月预测2012~2024年备用容量
根据台电民国102年9月30日公布之“102-09电源开发方案’，台电未来至
2024(113)年间之备用容量率曲线如下图(图4-2-B)所示：
http://imgur.com/xmEoKHx
图4-2-B 2012~2024(101-113)年台电备用容量(率)、净尖峰供电能力、尖峰
负载、备用容量标准值曲线(资料来源：台电网站、台电102-09电源开发方案)
上图(图4-2-B)之备用容量，系台电102-09电源开发方案暂定核四#1、2机分
别104年7月、106年7月商转所得结果。至113年为止，备用容量率低于标准值
15%的年度共有8年，最后三年掉到个位数，最低为4.3%，如此低的备用容量
，台电层层主管如何审查通过，主管机关(经济部)也可过关，我真替运转单
位担心将来如何运转，到时候又急急忙忙开放IPP，重蹈被批评图利财团覆辙
？
(e)民国103年2月预测2013~2025年备用容量
根据台电民国103年2月公布之“103-02(无核四)电源开发方案’，台电未来
至2025(114)年间之备用容量率曲线如下图(图4-2-C)所示：
http://imgur.com/WHQftXZ
图4-2-C 2013~2025(102-114)年台电备用容量(率)、净尖峰供电能力、尖峰
负载、备用容量标准值曲线(资料来源：台电网站、台电103-02电源开发方案)
图4-2-C之备用容量，系台电103-02(无核四)电源开发方案，核一、二、三如
期除役之结果。到民国114年为止，11个年度备用容量率低于标准值15%，最
后八年掉到个位数，最低为-0.3%(限电)，如此低的备用容量，将来如何运转
，可能会变成外界解释恐吓人民没核四就限电？台电供电义务不是儿戏？至
少要提些对策供国人选择？
(f)民国104年5月预测2014~2026年备用容量
根据台电民国104年5月28日公布之“104-05电源开发方案’(无核能)，台电
未来至2026(115)年间之备用容量率曲线如下图(图4-2-D)所示：
http://imgur.com/cHiLgc5
图4-2-D 2014~2026(103-115)年台电备用容量(率)、净尖峰供电能力、尖峰负
载、备用容量标准值曲线(资料来源：台电网站、台电104-05电源开发方案)
至于核四及三座核电厂延役对整体电力供应影响如下图4-2-E所示：
http://imgur.com/t0pojBf
图4-2-E 核四及三座核电厂延役对2014~2026(103-115)年台电备用容量(率)
之影响(资料来源：台电网站、台电104-05电源开发方案)
4.1.1.5 台电备用容量与备转容量之比较实例说明
请参考本部落格另篇“透视台电系统今(2014)年九月上中旬备转容量偏低真
相’https://goo.gl/DFJGLF
4.1.2 全国(台澎金马)(台电与汽电共生自用电力部分总计)
4.1.2.1“备用容量率”定义如下：
http://imgur.com/fgbmLWx
全国备用容量率公式
4.1.2.2 全国未来(2010-2020年)备用容量
http://imgur.com/n6S03C9
图4-3 2010~2020年全国备用容量曲线(2010、2011年为实绩值)(资料来源：
能源局“100年长期负载预测与电源开
发规划摘要报告)
4.2 美国
4.2.1 北美电力可靠度公司(NERC:North America Electric Reliabilty
Corporation)：
(A)规划用备用容量(PRM: Planning Reserve Margin)：
http://imgur.com/efQaOlV
NERC规划委员会为了增进规画之连续性及增加透明度与处理粗细起见，将上
述公式中之电源容量、负载及交易分类定义如下：
(a)可供电源容量(Deliverable Resources)系既有可靠容量(Existing,
Certain)、 未来规划容量(Future, Planned)加上净可靠电力交易(Net
Firm Transactions)之和。展望电源(Prospective Resources)系可供电源容
量加上既有其他容量(Existing, Other)的总和。
(b)总系统尖峰负载(Total Internal Demand) Total Internal Demand
(MW)：等于系统内所有发电机组净出力，加上流入系统电力，减去流出系统
电力之尖峰负载。包含间接负载管理计画，诸如节约能源计画、改进电能使
用效率及所有不能的调度需量反应之负载。
(c)净系统尖峰负载(Net Internal Demand)等于总系统尖峰负载(Total
Internal Demand)减去用来降低负载的需量反应可控制、可调度容量(
DCLM, IL, CPP w/control, LaaR)之系统尖峰负载。
(d) 既有容量
甲、既有可靠容量(Existing, Certain) ：经确认可供电之电源容量，此类
电源100%容量可计入所有裕度(Margin)计算。
乙、既有其他容量(Existing, Other)： 可能或不可能供电之电源， 此类电
源可归在展望(Perspective)、调整潜在(Adjusted Potential)、及总潜在
(Total Potential)备用容量计算中。
丙、既有无法运转容量(Existing, but Inoperable )： 无法运转供电之电
源，不能计入所有裕度计算。
(e) 未来容量
甲、未来规划容量(Future, Planned) ：经确认可在未来期间供电之电源容
量，此类电源100%容量可计入除了既有可靠备用容量外之所有裕度(Margin)
计算。
乙、未来其他容量(Future, Other) ： 未来可能或不可能供电之电源， 此
类电源可依据可信度折扣后容量在调整潜在(Adjusted Potential)、及100%
容量在总潜在(Total Potential)备用容量计算中。
(f) 概念性容量(Conceptual) ：未来可能或不可能供电之电源，可用在未来
几年系统规画或满足本地要求， 此类电源可反映其不确定性折扣后容量在调
整潜在(Adjusted Potential)、及100%容量在总潜在(Total Potential)备用
容量计算中。
(B)未来备用容量估计
根据未来美国全国规划年度内之电源，预期可供电力的可靠性，各类备用容
量(%)预测估算公式(表2)及电源容量与负载估计、备用容量率曲线如图5、图
6所示：
http://imgur.com/F9AOGQH
表2 各类备用容量计算公式
http://imgur.com/TNkJzpm
图5 2010~2019夏季美国发电容量与负载估计(资料来源：NERC 2010
Long-Term Reliability Assessment)
http://imgur.com/DoBTYti
图6 2010~2019夏季美国备用容量率估计(资料来源：NERC 2010 Long-Term
Reliability Assessment)
http://imgur.com/EHMzP1e
图7 2010~2019夏季德州(TRE)发电容量与负载估计(资料来源：NERC 2010
Long-Term Reliability Assessment)
http://imgur.com/ayBHuyh
图8 2010~2019夏季德州(TRE)备用容量率估计(资料来源：NERC 2010
Long-Term Reliability Assessment)
图7及图8分别为德州可靠度机构(TRE:Texas Reliability Entity)电源容量
与负载估计、备用容量率曲线，德州电力调度中心(ERCOT)规划备用容量计算
将于下节4.2.2详细介绍。
4.2.2德州电力调度中心(ERCOT)
(A) 规划备用容量[Planning Reserve Margin (PRM)]计算公式
德州电力调度中心每年按下列公式计算未来至少10年各尖峰负载季节(夏季：
6、7、8、9月；冬季：12、1、2月)规划备用容量[Planning Reserve
Margin (PRM)]：
http://imgur.com/GrKrQ6B
上述变量定义如表3:
http://imgur.com/yEoWFtq
表3规划备用容量(PRM)计算公式变量定义
(B) 规划备用容量计算方法(PRM Calculation Methodology)
(a) 总可供电源容量(TOTCAP)估计
总可供电源容量估计根据下列公式决定：
http://imgur.com/8rn8HYi
http://imgur.com/NTiPj5N
德州可靠容量计算公式-中文
上述变量定义如表4:
http://imgur.com/7QrgQy5
表4总可供电源容量计算公式变量定义
(b) 尖峰负载估计
尖峰负载估计考量经济因素、气候情况、人口成长增减以及其他变量，利用
下列公式决定可靠尖峰预测值：
http://imgur.com/QVYjiVc
http://imgur.com/jOCkKuX
上述变量定义如下表5:
http://imgur.com/U9iGClk
表5可靠尖峰负载计算公式变量定义
(C) 2012年5月22日公布之2013-2022年备用容量
根据德州电力调度中心(ERCOT) 于2012年5月22日公布最新之“发电容量、负
载与备用容量报告’[ Capacity, Demand and Reserves (CDR) report ]，
有关未来10年备用容量预估如下图：
http://imgur.com/S7Z0Tuc
图8-1 2013~2022夏季德州
(ERCOT)备用容量率估计(资料来源：ERCOT网站)
上图显示德州在2014年备用容量率为9.8%，低于2010年ERCOT所订的13.75%标
准值，到2022年甚至降到-0.8%，显示德州未来电力供应吃紧，ERCOT正积极
寻求新电源并继续推动节约用电。
4.2.3西部电力协调理事会(WECC:Western Electricity Coordinating
Council)
(A)备转容量(Operating Reserve)
电力系统为可靠运转，需要全天候充裕可供应之发电容量，来维持系统频率
、避免发电机组或输变电设备故障引起停电。此发电容量系应付下列各项之
需：
u 系统负载变动之供电需求
u 由于发电机组或输变电设备故障时替代供电之发电容量
u 满足输出供电需求的义务
u 替代可停输入电源中断之电能供应
(a)最低备转容量(Minimum operating reserve)
最低备转容量包含下列各项：
(i) 调整备转容量(Regulating reserve)：为足够的热机备转容量
(spinning reserve)对自动发电控制(AGC:automatic generation control)
可立即反应并提供充足调整裕度满足NERC控制功能准则(Control
Performance Criteria)。加上
(ii) 偶发事故备转容量(Contingency reserve)：为热机与冷机
(nonspinning)备转容量，充分满足事故控制标准(Disturbance Control
Standard)要求。偶发事故备转容量必须至少大于：
甲、最严重单一事故所跳脱之发电机组容量(至少50%必须热机备转容量)，或
乙、供电水力机组的5%及火力机组的7%发电容量之和(至少50%必须热机备转
容量)。对以发电为基础的备转容量，必须以其发电机组在10分钟内可提载之
未满载部分容量，才可被作为备转容量。
加上
(iii) 可停输入电力之额外备转容量(Additional reserve for
interruptible imports)：能在10分钟内有效达到可停输入电力量之备转容
量。加上
(iv) 满足输出电力义务之额外备转容量(Additional reserve for
on-demand obligations)：能在10分钟内有效达到其他公司需电义务电力量
之备转容量。
(b)冷机备转容量之可接受类型：
冷机备转容量必须符合下列事项：
(i) 必须在10分钟内中断之负载
(ii) 可停输出电力
(iii) 其他电力公司需求权
(iv) 调整、偶发事故备转容量超过要求部分的热机备转容量
(v) 离线发电机组被认可为冷机备转容量者
(c) 备转容量之确知：备转容量应连续计算以便随时可确之下10分钟可用之
量。
(d) 备转容量之恢复：备转容量在任何需要使用事件后应尽可能迅速复原。
复原时间不能超过60分钟。
(e) 分析系统孤岛潜在可能性：各电力公司或电力公司协调组群必须分析系
统分离之潜在可能性，并对此可能维持适当额外备转容量，如果无法作到，
则需利用其他手段维持发电与负载平衡。
(f) 备转容量分担：两个或更多电力公司备转容量需求，在书面协议下，可
以合并或分享，考虑成类似单一控制区，达成提供备转容量之要求，但是各
电力公司间的输电路径必须保留容量，随时可应要求输送提供备转容量。
(g) 备转容量之分配：备转容量之分配必须考量在紧急时有效使用、时间需
要之有效性、输电之限制、以及本地之需要性予以审慎判断。热机备转容量
必须分配在加大发电机组调速机动作(governor action)之有效性。
(h) 偶发事故之检讨：未决定备转容量需要量，偶发事故必须经常检讨并指
定最严重偶发事件。
4.3 欧洲
4.3.1 欧洲输电调度中心协会(ENTSO-e: European Network of
Transmission System Operators for Electricity)
欧洲输电调度中心协会(ENTSO-e)会员涵盖欧洲34国41家输电调度中心(TSO)
，详如下图9：
http://imgur.com/wKIeyhs
图9 欧洲输电调度中心协会(ENTSO-e)会员国(资料来源：
https://www.entsoe.eu/the-association/members/)
该协会配合电业自由化环境与再生能源(风力)蓬勃发展，提出新的供电可靠
度指标，兹摘要如下述：
(A) 剩余容量(RC: Remaining Capacity)
(i)可靠可用容量(Reliably Available Capacity) = 净发电容量(Net
Generating Capacity) –不可用容量(Unavailable Capacity)
(ii) 剩余容量 =可靠可用容量-负载
剩余容量系净发电容量的一部分，用来应付系统某个参考点(每年一月第三星
期三11时及19时、七月第三星期三11时)任何未能预测到的负载变动、发电机
组故障之需。
(B) 剩余裕度(RM: Remaining Margin)
剩余裕度 = 剩余容量 – 尖峰负载裕度(Margin Against Peak Load)
剩余容量与剩余裕度跟净发电量等相互关系如下图8所示：
http://imgur.com/0BdRVcL
图10 剩余容量与剩余裕度估计(资料来源：UCTE:SYSTEM ADEQUACY
METHODOLOGY)
上图中：
(甲)尖峰负载裕度(Margin Against Peak Load)：为扩及检讨从特定参考点
(如夏季七月第3个星期三11:00)至整个分析期间，因此考量此项尖峰负载裕
度。
尖峰负载裕度 = 尖峰负载(年度) – 负载(参考点)
(乙)系统服务备转容量(System Service Reserve)：
(C) 适当参考裕度(ARM:Adequacy Reference Margin)
适当参考裕度= 备份容量(Spare Capacity) + 尖峰负载裕度(Margin
Against Peak Load)
式中，备份容量(Spare Capacity)系在参考点时间必须可用之发电容量，以
确保大部分期间系统供电安全。备份容量为应付考量1%缺电风险，也就是保
证99% 不缺电。估计备份容量主要考量系统负载(特别是气候因素所引起的负
载突变)及可靠可用容量(特别反应火力机组故障、水力与风力情况) 随机剧
变。随机剧变量可依用机率方法或高斯定律模型及相关标准差来估计。根据
UCTE检讨结论，各国备份容量需视其系统负载变动与发电机组故障率而定，
一般备份容量为各国净发电量的5%或10%，一个区域(如UCTE)则采用5%。
(D) 2011-2025 ENTSO-e 系统裕度
欧洲输电调度中心协会(ENTSO-e)每年公布未来10-15年保守、最佳(乐观)之
系统裕度预测，供各国运转投资参考。兹举例如下：
http://imgur.com/qPvX1Ki
图11 ENTSO-e剩余容量与适当参考裕度估计(资料来源： ENTSO-E
Scenario Outlook & Adequacy Forecast 2011 – 2025)
http://imgur.com/drf1dNn
图12 英国夏季剩余容量与适当参考裕度估计(资料来源： ENTSO-E
Scenario Outlook & Adequacy Forecast 2011 – 2025)
http://imgur.com/f4R6coQ
图13 英国2011夏季剩余容量与剩余裕度估计(资料来源： ENTSO-E
Scenario Outlook & Adequacy Forecast 2011 – 2025)
由图11资料粗略换算成台电备用容量率方式，英国2011年备用容量高达
36.4GW，备用容量率为78%，还好英国已经电业自由化了，否则仍维持CEGB国
营事业，不被批评，才怪！
4.4 日本
有关日本各电力公司之备转容量、及备用容量之定义、计算方法、必要量、
保有方式、及实绩值与预测值，兹根据日本电力系统协议会(ESCJ:Electric
Power System Council of Japan)、日本经济产业省资源能源厅、电气事业
联合会((FEPC: The Federation of Electric Power Companies of
Japan)、各电力公司、及相关研究机构之资料，摘要说明如后。
4.4.1 备转容量之定义
所谓备转容量，系为确保系统发生发电机组跳机事故、水文枯旱、以及系统
负载突增时之电力供应，而预先保留高出系统负载的供电能力，此必要之供
电能力随每日系统负载与供电能力变化而有所不同。
日常调度方面之备转容量，应付日复一日系统负载之变化，按照每日实际电
力供应与需求状况之保有形式，可分类为：冷机备转容量、热机备转容量、
及瞬时备转容量。各类备转容量定义如表6所示。大型机组跳脱时系统频率变
化、及各类备转容量启用状况与时间经过之关系，如图14所示。
http://imgur.com/fWqzLpv
表6 日本备转容量之定义(资料来源:ESCJ规则解说)
http://imgur.com/nI3gt7t
图14 大型发电机组跳机系统频率下降、备转容量应变动作情形 (资料来源
:ESCJ规则解说)
当大型发电机组跳脱时，瞬时备转容量立即反应，减轻系统频率下降。接着
瞬时备转容量以外的热机备转容量机组升载提高出力，让系统频率恢复至标
准值。然后，启动冷机备转容量机组启动取而代之，让热机备转容量回到事
故前原有保有量。
4.4.2 瞬时备转容量必要量之考量
发电机组跳脱后，系统瞬间发生供需不平衡，自动频率控制(LFC或AGC)无法
立即反应，致使另需即时反应调整能力。此即时反应的供电能力就是瞬时备
转容量之必要量，该量视系统频率维持安定考量、应变系统及电源结构等条
件而异。相对于电力系统规模日益扩大、系统发电装置容量之增大，电源集
中化等因素，系统频率控制环境变化也与时俱进，有其必要定期审视系统瞬
时备转容量必要量。
到目前为止，历年瞬时备转容量必要量检讨之变迁如下表：
http://imgur.com/qtxnhAO
表7 历年瞬时备转容量必要量检讨(资料来源:20120420报告书-备
用容量图解)
计算备转容量必要量之先决条件，为跳脱机组容量随时代变化而增大、及系
统频率下降程度之容许限度，表7显示历年瞬时备转容量必要量大概都在3%左
右，没有多大变动。
4.4.3 备转容量确保方法与实绩
日本各电力公司电力调度所使用的备转容量目标值与保有方法如表8所示：
http://imgur.com/jiMV27J
表8 备转容量目标值与保有方法(资料来源:ESCJ规则解说)
1999(平成11)年10月、12月平常日及全国系统最高负载纪录日(1999年8月4日
)，当日最高负载期间，各类备转容量确保量实绩调查结果如下表9所示：
http://imgur.com/kHJzlDM
表9 1999年日本全国备转容量实绩调查表(资料来源:ESCJ规则解说)
4.4.4 备用容量之定义与表达方法
每日短期系统电力调度方面，理所当然看到各类备转容量，考量长期系统负
载之成长变动，有其必要规画备用之供电能力，也就是确保系统备用容量。
有关备用容量之定义现状、及综合电业采用之算定方法与确保考量，本文引
用自2002年11月日本电力调查委员会出版的“日本电力调查报告书中有关电
力系统负载预测、及电力供需计画计算方式解说”作为参考。
为了未来系统发生电力设备非计画性停机(故障)、枯水、或负载突增等不可
预知事件时，不致引起用户停电，而能继续安定供电，有必要在系统预测负
载之上维持一定数量供电能力，此供电能力称之为“备用容量”。
另一方面，鉴于电源建设，无论电厂厂址的选择整备、及建厂工程都必须历
经繁杂的手续与漫长的时程，所以长期适当的电源开发计画有其必要。备用
容量保有量过少，停电机会就增加；反之，备用容量过多，发生停电机率减
少，但设备投资又会过大。
因此，备用容量适当保有量，必须从供电可靠度相关方面检讨。日本电力调
查委员会在1956(昭和32)年对备用容量进行具体的检讨，确立适当备用容量
保有量之机率计算方法。之后，中央电力协议会将系统互联容量纳入备用容
量检讨，此计算手法，在进行备用容量检讨时，更具体的考量到电网互联容
量因素。
(A) 备用容量之表达方法如下：
系统尖峰负载：最高三天之平均尖峰负载
供电能力： 第五水文年水力出力、及扣除机组计画性检修(大修)等容量后之
无事故时之供电能力。
备用容量=供电能力 -系统尖峰负载
http://imgur.com/ws4b0I6
公式中的尖峰负载(最大需要电力)系供电端(非发电端毛出力之和)最高3天负
载平均值(日文:最大电力)，净尖峰供电能力(供给力)也是供电端(非发电端
毛出力)之值。详细参阅日本电气事业联合会网站资料。
根据今(2012、平成24)年4月日本电力系统协议会(ESCJ)举办之“供给信頼度
评価报告书勉强会’，由日本电力中央研究所(CRIEPI)系统技术研究所简报
“海外での供给信頼度に関する评価について ’资料提供日本备用容量计算
详细图解如下图；
http://imgur.com/dQoSdb7
图15 日本备用容量计算图解 (资料来源:20120420供给信赖度
评价报告书勉强会-とりまとめ报告书)
(B) 可靠度准则：九大电力公司备用容量必要量8~10%，冲绳电力备用容量等
于最大机组容量。
备用容量必要量与考量因素如下表：
http://imgur.com/r5KQVO8
表10日本备用容量必要量与考量因素(资料来源:ESCJ供给信赖度评价报
告书勉强会资料)
4.4.5 备用容量计算方法概要与目标因素
正如备用容量之目标因素，为大家所熟知的发电机组故障、水文枯旱、负载
骤增等因素，这些因素中除了景气繁荣用电持续超过预测值之外，偶发的事
项、发生时间、及规模大小，都是无法预测的。所以透过机率手法确定出现
频度，并检讨确定备用容量与供电可靠度之关系，才可求得适当备用容量保
有量。
也就是说，确定备用容量应付突发事件的因素为：(1)发电机组故障、(2)水
文变动、(3)短期系统负载突然变动，这些因素都是机率计算的项目。
此外，在计算备用容量必须考量到具体的系统互联因素时，各系统互联融通
容量、故障、水文变动、负载预测误差等变动要因、以及区域间各电力公司
用电尖峰不同时间差等等，都必须纳入考量。另外，近年来冷、暖气负载随
气温异常而增大，还有电源结构变动、互联系统容量扩充强化、发电厂厂址
选定前置时间拉长等种种因素，出现在供需两方面，所以必须注重今后变化
趋势之发展。
4.4.6 日本备用容量实绩与预测值
根据日本经济产业省每年公布之“年度电力供给计画’，提供未来10年备用
容量，及日本10家电力公司所组成的“电気事业连合会(FEPC: The
Federation of Electric Power Companies of Japan’统计委员会公布“
実绩供给予备率’，摘要有关备用容量资料如后：
(A) 2001-2010( 平成13-22年)备用容量实绩：
日本电气事业联合会公布之备用容量(実绩供给予备率)有夏季(夏期)与冬季
(冬期)两类，夏季尖峰几乎都发生在8月，所以夏期尖峰负载(最大电力)都取
8月份最高3天用电之平均电力作为计算备用容量(也用在负载因子Load
Factor计算)之用，但有时年尖峰负载会发生在7月份，尤其跟台湾接近的冲
绳电力年尖峰负载都落在7月份。
大家对日本电业发布的尖峰负载要特别小心，跟别国(家)电力公司比较年度
尖峰负载时，采用年度发电端(毛出力Gross Output)最高一天的尖峰负载(日
文为最大电力)值。
下图(图16)为2001-2010年日本10大电力公司及全日本之夏季备用容量率实绩
，从7、8月份中取较低备用容量率绘制而成。
http://imgur.com/tkUx3a4
图16日本2009-2010备用容量曲线(资料来源： 日本电気事业连合会统计委员
会-电気事业60年の统计)
(B) 未来备用容量：
根据日本电气事业法第29条第1项规定，各电力公司每年提出未来10年“电力
供给计画’，兹依据日本经济产业省资源能源厅所公布最新之“平成22年度
电力供给计画概要’中之备用容量率(送电端)，绘制2009-2019(平成21-31)
年日本全国及10大电力公司备用容量率曲线如下图17、18供大家参考。
http://imgur.com/nTrRyKl
图17日本2009-2019备用容量曲线(资料来源： 日本经济产业省平成22年度电
力供给计画概要)
http://imgur.com/MlKLMvo
图18日本十大电力公司2009-2019备用容量曲线(资料来源： 日本经济产业
省平成22年度电力供给计画概要)
由上图18显示，日本十大电力公司中，独立的冲绳、北海道电力(一条高压直
流输电线与本州连接)备用容量都偏大。
4.5 新加坡
(A) 备用容量
新加坡能源市场管理局(EMA: Energy Market Authority)的电力系统运转处
(PSOD:Power System Operation Division)定义有关系统规画用之备用容量
(Reserve Margin)为新加坡总装置容量超过年尖峰负载之发电容量，即：
http://imgur.com/AFpL8V7
为维护电力系统安全，新加坡规定最低备用容量目前为30%，系根据年失载率
(LOLP)每年3天计算而来。备用容量系用来应付发电机组定期大修与故障之用
。
去 (2010) 年新加坡电力系统最高负载为6494MW(5月)，当时装置容量
9772.5MW，估算备用容量率高达50.5%。
(B)备转容量
(i) 热机备转容量(SR: Spinning Reserve)：
热机备转容量系用来迅速补充发电机组突然故障跳脱之发电量，让系统
频率
尽速恢复50Hz ，必须足以应付当时最大机组故障。
(ii) 调整备转容量(RR: Regulation Reserve)：
调整备转容量系用来达成发电与负载之瞬间与连续平衡，以维持系统频
率
50Hz ±0.2Hz 之间变动。调整备转容量之需求系每年依过去使用纪录
按不同
调度期间订定各个期间需求。
(C) 备转容量要求
根据电力市场规则规定：
备转容量总量 = 初级备转容量(Primary Reserve) + 次级备转容量
(Secondary Reserve)
其中初级备转容量系须在8秒钟内反应，为当时系统最大发电机组。次级
备转
容量要求在30秒内反应，为最大机组跳脱后，系统频率低下可能跳脱
的发电
机组量。
4.6 韩国
(A) 备用容量
根据韩国电力交易所第五长期电源供应基本计画 (KPX“The 5th Basic
Plan of Long Term Electricity Supply & Demand 2010-2024”)，韩电供
电可靠度标准为缺电机率每年不得大于0.5天，其所对应的备用容量率标准为
15%～17%。计算公式如下：
http://imgur.com/PbiTt3g
韩电备用容量过去实绩与未来目标值如下(图19所示：
http://imgur.com/H0SMcI4
图19 1980~2024韩电备用容量曲线(资料来源：KPX The 5th Basic Plan
for Long-term Electricity Supply and Demand (2010 ~ 2024))
五、结语
备用容量(率)与备转容量(率)可显示出一个电力系统电源充裕与否，电力供
应之可靠程度，各国计算公式、定义不尽相同，尤其近年电业自由化后，更
趋复杂，要比较各国备用容量率，必须厘清定义与公式，才不会误导。例如
，日本备用容量(供给预备力)计算公式中之供电能力，系扣除检修(大修与故
障)及减载等容量之供电能力(参考图15)类似台电备转容量计算方式一般，跟
台电包括检修容量的算法，就会差一大截，让人误解。
此外，各国电力系统发电(水力、风力、火力、核能)或输电(互联、孤岛、狭
长)结构与规模不同、用电负载特性、机组或输变电系统故障率、燃料来源、
产业结构、国民所得、经济发展，生活水准、地理气候等等都会影响备用容
量订定标准。
备用容量过多或过少，都会遭受批评，如何订定最适当的备用容量率，的确
不是很容易的，因为变量太多，如何拿捏，就需要智慧，个人浅见，参考国
外电业自由化先进国家，资讯公开化，说清楚讲明白，记取历史教训，取得
众人共识，让全民来决定自己的需要标的，免除纷扰。
参考资料及来源：
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
[待续]
【转录连结】
https://goo.gl/eqpfqf
【转录心得】
最近在吵电力问题，先把备用容量和备转容量率弄清楚吧。
这blog作者是台电调度处长退休，讲的内容专业但也不会太艰深，应该是
很好的入门资料来源。