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供電緊繃 製造業15個吊桶打水!

圖3 : 工研院六甲院區微電網以太陽能做為綠電主力。(Source:工研院)
圖3 : 工研院六甲院區微電網以太陽能做為綠電主力。(Source:工研院)

[作者 季平]

513、517大停電是否成為未來台灣電力供應新常態仍在未定之天,但在能源轉型過度期間,對於水電高度敏感的製造業該如何應變?

2017年「815大停電」讓台灣陷入一片黑暗,2021年「513大停電」、「517大停電」則燒出台灣缺不缺電、備轉電量足夠與否、供電穩定與否的疑問,也掀起政府發展再生能源、提升燃氣發電率等國家能源政策有無檢討空間的激戰。513、517大停電是否成為未來台灣電力供應新常態仍在未定之天,但在能源轉型過度期間,對於水電高度敏感的製造業該如何應變?

圖1 : 513、517大停電會成為未來台灣電力供應新常態?(圖:季平)
圖1 : 513、517大停電會成為未來台灣電力供應新常態?(圖:季平)

經濟部2021年1月1日發佈《再生能源發展條例》,增列超大用電量企業須建置10%再生能源設備,即「用電大戶條款」,用電大戶與台電簽訂契約容量5,000KW為門檻,符合條件的用電戶須在五年內建置契約容量10%的再生能源設備,頓時,自建綠電、儲能設備、購買憑證或繳納代金成為熱門話題。

用電大戶的定義是:用電量超過800KW的廠商,約有5,400家,第一階段5,000KW廠商約有506家,這些用電大戶使用全台約35%的電力,「護國神山」台積電、塑化業的台化、水泥業的台泥、鋼鐵業的中鋼都是指標性企業。

不過,台灣屬於獨立電網,近年雖加速推動太陽光電與風電,二者的裝置容量超過600萬瓩,但電網僅能即時監測其中約250萬瓩的流向,換言之,無法精準預測再生能源的發電量。

台灣發展太陽能綠電需要克服四個問題

縱然製造業懷揣15個吊桶七上八下,但發展再生能源是全球趨勢,只不過台灣在發展太陽能光電的過程中仍有諸多問題須要克服。工研院綠能所電力及電網技術組組長梁佩芳指出,太陽能發電技術、儲能問題、交易機制、售價問題都好解決,但技術面上有四個主要困難需要克服:(1)鴨子曲線(Duck curve)、(2)間歇性問題、(3)電力系統慣量問題、(4)區域性瓶頸。

圖2 : 工研院綠能與環境研究所組長梁佩芳。(Source:工研院)
圖2 : 工研院綠能與環境研究所組長梁佩芳。(Source:工研院)

太陽能是一種間歇性能源(intermittent energy),中午時太陽光電充足,負載降低,形狀像是鴨肚子,日落後負載升高,像鴨脖子,如果將用電想像成一個饅頭,用電多時饅頭中間會凹下去(白天),太陽下山用電會爬升,「大型電廠開電後有一連串程序,而且要併上電網後才能運轉,可能要十幾二十分鐘才到底,如果饅頭凹很深,爬升速度要很快,每天都是如此。」梁佩芳說。不過,台灣現在鴨脖子還不明顯,隨著綠電佔比越高,鴨脖子會越明顯,過去隱而未顯的問題會一一浮現。

綠電電力的間歇性問題會造成電力調度困難。間歇性問題有兩種:突然的變化與周期性變化,二者都難以掌控,就算有儲能設備也有儲能侷限性,一個措手不及就可能產生預料之外的變化,「儲能設備、火電廠等輔助設備成本都很高,所以,電力預測能力很重要。」

電力系統慣量不夠會使系統遇到事故時頻率掉得太快,不好控制。一部發電機因事故停止運作時,頻率會慢慢往下掉,但再生能源不太有慣量,萬一有事故發生,頻率掉得非常快,「頻率掉得慢比較有時間用其他資源補救,如動用其他發電機支援,頻率如果掉到58赫茲,電網系統就會崩潰。」儲能系統反應非常快,對系統慣量來說有幫助,所以再生能源對儲能依賴很深。

前面三個原因容易造成電力系統配送或電力系統不穩定等問題,至於區域性瓶頸指的是綠電土地取得不易與成本問題。梁佩芳認為,技術問題多半可以解決,但國土資源整合問題是時間越長越難解決,目前綠電發展有七八成是土地取得整合困難,或者業者取得一塊地要併網,如果台電不同意,電網可能不能併網。

儲能設備vs.虛擬電廠 企業買不買單?

對於製造業或用電大戶來說,迫於政策或國際供應鏈的要求,再生能源有不得不執行的壓力,做到100%綠電最簡單的方式就是「買」綠電,或者可以租場地蓋綠電,「如果企業願意盡基本義務,可以買、可以裝綠電,但不會影響電力調度;更積極的做法是政府允許業者裝儲能或蓋太陽能光電。」梁佩芳建議,業者可以做「孤島」,也就是虛擬電廠,以自給自足的方式穩定運行孤島,如工研院台南六甲院區的微電網系統測試場域就相當於一個電廠概念,兼具創能、儲能與電能管理功能。

再生能源受限於自然條件,不穩定性與間歇性容易影響供電品質,利用微電網調控技術能有效提升綠能運用。微電網及大型儲能系統可整合分散式再生能源,在大電網發生事故時,可使斷電損失高的重要產業及維生設施延續供電一段時間,減少無預警斷電損失,有助供電系統的運轉及復原,還可以強化電網韌性。

不過,微電網有地域性,UPS(不斷電系統)可以確保短時間電源穩定,但不能維持長時間電源穩定,梁佩芳認為,「虛擬電廠」會是用電大戶(如台積電)比較好的解決方案,業者如果要做孤島運轉,儲能設備操作方式跟聯網時不同,比方PCS(儲能電力轉換系統)要設計成雙模式,要能瞬間轉到支撐電壓的模式,跟傳統電網的儲能PCS不同,運轉方式也不同,換句話說,工業電網基本上是能量源,不用管電壓,系統是穩定的,但孤島運轉時除了系統要處理電壓,還要撐得住電壓。

他坦言,多數用電大戶會因為成本考量而選擇蓋太陽光電,而不是蓋儲能系統,蓋「孤島系統」的誘因也不大,仍有成本及技術問題須克服,「但是「孤島系統」可以成為產業獲利know-how,未來有機會將相關技術、設備、管理軟體輸出獲利。」

隨著再生能源滲透率越來越高,前面提到的四個問題會越來越嚴重。不過,台灣的技術都在逐步改善中,比方輸配電基礎設施、輸配電系統擴充,以及配電站、軟體、線路、變電站等擴充,台電還建置了分散式能源管理系統DREAMS(配電級再生能源管理系統)。

工業儲能系統供應商看台灣綠電發展

台灣的工業儲能系統供應商以台達電為首。台達電自2008年起提供市電併聯式太陽能系統解決方案,可應用於住宅、商業大樓及大型電廠,成功打造2009高雄世運主場館屋頂的建築一體化太陽能系統(BIPV),是台灣第一個由內政部建築研究所頒發「黃金級綠建築」認證的體育館;2019年,台達電為台灣中油首座「智慧綠能加油站」提供輸出電功率達250kW,電能儲存容量達500kWh的模組化貨櫃型儲能系統解決方案;台達電也為金門塔山電廠夏興分廠建置目前台電容量最大的2MW1MWh的儲能系統務。

圖4 : (上)台達電為金門塔山電廠夏興分廠建置目前台電容量最大的2MW1MWh的儲能系統;(下) 彰濱光電場建置的儲能系統。(Source:台達電)
圖4 : (上)台達電為金門塔山電廠夏興分廠建置目前台電容量最大的2MW1MWh的儲能系統;(下) 彰濱光電場建置的儲能系統。(Source:台達電)

台達電能源系統解決方案事業處處長戴大欣表示,在RE100、EV100、EP100等國際組織帶動下,全球企業紛紛投入再生能源、綠色交通,致力提升能源使用效率。能源轉型的過程中,當電網運用的再生能源佔比增加,供電量將受天候影響而變得難以掌握。若想提升電網穩定度與再生能源利用率,便需要發展智慧電網,並搭配建置儲能系統,藉此調節、調度電力,讓不可控因素變得可控,也讓棄風棄光有機會成為儲風儲光。

圖5 : 台達電能源系統解決方案事業處處長戴大欣。(Source:台達電)
圖5 : 台達電能源系統解決方案事業處處長戴大欣。(Source:台達電)

對企業用戶來說,儲能系統擁有削峰填谷、優化契約容量、備用電源等多重效用,「斜槓」儲能系統正好可以補足智慧電網與再生能源的關鍵需求。儲能系統能減少再生能源併網造成的衝擊,幫助穩定電網,調節尖離峰負載,維持電力供需平衡。企業端若要達成《再生能源發展條例》訂定的10%契約容量義務量,儲能系統可以發揮重要作用。

戴大欣進一步指出,台灣目前已著手進行的包含改善輸配電系統、裝設儲能設施、導入需量反應方案與預測技術等,不過,儲能系統是新興技術,導入速度較為保守,對於民間投資設置的獎勵方案也有所欠缺,只有用電大戶條款具強制性要求設置,但應用方式限制自發自用,讓斜槓功能無法充份發揮,也難以對台灣現有的電網提供援助。

部分偏遠地區、離島與緊急用電的需求漸增,傳統電網已無法滿足需求,更突顯智慧電網與微電網建設的重要性。傳統電網與智慧電網的差異在於,前者為單向電力傳輸系統,從發電、輸電、配電到用電過程會產生大量的能源耗損,而且無法進行數位化管理;後者則利用通訊、電力電子與先進材料等技術,達成電網的自動化與資訊化,能增加電力網路的承載容量,還能應用於管理電力設備與變壓器負載,有效防治竊電行為。

**刊頭圖:台達電於彰化師範大學建置的校園微電網儲能系統。(Source:台達電)

【欲閱讀更豐富的內容,請參閱智動化SmartAuto雜誌 2021 年第 70 期6 月號】

2021.6月(第70期)用電大戶免緊張-智慧儲能系統Power up!
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