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第二顆太陽升起了!

採訪、攝影/商訊文化採訪攝影團隊 協助/台電配電處、台電綜合研究所、行政院原子能委員會核能研究所、屏東縣政府綠能辦公室 審查/台電月刊編輯小組
台電在福山國小設置的首座防災型微電網,對福山部落來說就像是第二顆太陽。

大禮堂內,照明突然熄滅,風扇也不轉了。
然而,不到10秒,電力又恢復了。
此時,全場爆起了如雷掌聲。
大禮堂原先使用的台電電力,已在不知不覺中切換成微電網供電。
106年1月18日,烏來福山國小升起了~第二顆太陽!

孤島的日子 泡麵、罐頭吃到怕

「第二顆太陽」指的是設置在烏來福山國小的微電網系統,也是居住在福山部落泰雅族村民對此座微電網感恩的稱頌。福山國小微電網是由台電公司所建置,也是台電為提供緊急避難之維生用電需求所建的第一座防災型微電網。

福山國小微電網對於福山部落居民而言,意義非凡。這件事要追溯到民國104年8月的蘇迪勒風災(又稱88風災),由於颱風在短時間內帶來強降雨,大雨宣洩不及,野溪暴漲侵蝕、淘刷兩側坡腳,岩屑崩滑,爆發土石流向下沖刷,並在台9線往烏來方向10.2K處引發多處崩塌,道路、電纜遭到破壞而停電,烏來地區災情慘重,淪為與世隔絕的孤島。

颱風過後,災難才開始。因道路中斷,台電工程車沒辦法進入加速復電搶修作業,導致福山里居民開始了17天漫長且沒電的日子。福山國小教師楊金燕回憶,教室內燈不亮,老師、同學只好儘量挨在窗戶邊上課;電腦不能上網,所有行政公文沒辦法處理;手機沒電不能通訊,不能與親戚朋友聯繫,只好把車開到路斷處,徒步走過石堆,再央求下山的工程車協助搭載一程,到山下屈尺國小的臨時辦公室收發公文,並將自己及同仁們的手機充電,以備不時之用及和外部保持聯繫。

校長翁俊生說,沒有電,只能靠直升機送來食物補給,學校師生們吃了將近三個星期的便當、泡麵、乾糧、罐頭等,久了之後,大家一聽到吃飯就會怕。而楊老師歷經這次風災後,也整整瘦了3公斤。

國家首座防災型微電網啟動

朱董事長(左三)、新北市王議員(右三)、烏來區高區長(右二)、福山國小翁校長(右一)、黃副總經理(左二)、林專總(左一)共同啟動「烏來福山防災型微電網示範計畫」。

蘇迪勒颱風過後,台電隨即與烏來區公所、福山國小進行「烏來福山防災型微電網示範計畫」,以原本做為當地避難收容中心的福山國小與福山活動中心為基地,善用其山谷地形屏障的場域,進行防災型微電網的建置,希望藉由這個場域的系統驗證及技術改進,作為日後在國內其他易因受災電力中斷的偏僻村落,設置防災型微電網的先期試辦場域。

啟用典禮當天,由台電董事長朱文成、副總經理黃鴻麟、專業總工程師林德福、新北市議員王建章、烏來區區長高富貫,以及福山國小校長翁俊生共同按鈕啟動。為響應再生能源政策,台電也為本典禮活動認購300度綠電,以推廣綠電認購。

朱董事長致詞指出,微電網在平時不但可以幫學校節省電費,而且把電池充滿後,當發生與台電解聯的狀況時,電池內儲備的電力仍然可以供應當地基本生活所需。他強調,福山防災型微電網是台電的第一步,希望把這些運轉的數據作為未來設置其他微電網的參考,台電目前也針對澎湖的離島望安、七美等柴油發電成本較高的地區,同步推動「離島型微電網計畫」,結合再生能源打造節能減碳的「低碳島」外,也可降低離島的發電成本。

王建章議員歡喜地表示,以後即使是斷個2∼3個禮拜的電,部落也能暫時維持生活,而且晚上也不會再有恐懼感了;高富貫區長則是要求與會的賓客及福山國小師生一起為台電鼓掌,感謝台電為新北市最南端的福山裝上第一座微電網,讓居民以後即使遭遇到災害,也沒有後顧之憂;翁俊生校長則以「台電為臺灣的付出」表示讚嘆,並呼籲大家一起來支持這麼好的設備,把它廣泛設置在易致災害的偏鄉。

微電網小辭典

微電網是指利用再生能源「當地發電,當地使用」的小型發配電系統,其主要設備由分散式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、相關負載和監控、保護裝置等集合而成。

微電網必須具備智慧型的管理能力及遠端遙控功能,能夠自動調整發電與負載之間的供需,同時透過電能儲存的方式,改善再生能源間歇性供電缺點,進行自主運轉或併聯運轉,同時對各種電能進行有效管理分配,達到最佳的使用效率。

自主運轉14天 不再擔心斷電

台電的微電網設備讓福山國小的師生可以在颱風來臨的期間,也不會有缺電之苦。

福山國小的微電網主要系統包括太陽能板、儲能系統、電池管理系統(Battery Management System, BMS)、自動切換開關(Automatic Transfer Switches, ATS)、電力轉換器(Power Conversion System, PCS)、電感器盤、隔離變壓器、柴油發電機及火災預警系統等。

台電配電處電機工程師羅讚賢表示,福山國小微電網運轉分為二種模式,一是併網模式,在平日台電正常供電時,再生能源與台電併聯運轉,在太陽能發電足夠時,輸出供給當地負載使用,當太陽光電發電大於負載時,同時也將對儲能系統進行儲電;如果日照量不足,能源管理系統(Energy Management System, EMS)監測儲能系統的電力充足,將利用儲能系統輸出電力提高綠能使用率。

第二種模式為自主運轉模式,亦稱為孤島模式,即當台電供電中斷的時候,微電網就會利用太陽能與儲能系統(視用電量,可能對儲能充電,也可能由儲能供電)供給負載使用;在日照不足時或太陽下山後,此時的電力就要靠儲能系統來供應了,至於儲能系統容量不足時,EMS就會啟動柴油發電來供電,並同時對儲能系統充電。另外,在這個模式下,遇到系統設備如儲能系統、電力轉換器等異常,此時柴油發電機的電力就不經過整流器、儲能系統、電力轉換器等轉換程序,由ATS切換後直接併聯供電到用電端。

左╱儲能電池。右╱自動切換開關。

台電綜合研究所資深研究專員許炎豐表示,由於福山國小及福山活動中心是福山部落當地的避難收容處所,因此台電選擇在這相鄰的兩個地點試辦微電網,除了在兩棟建物屋頂設置裝置容量29瓩的太陽光電發電系統(平均1天日照約可發電75度)、可遙控啟動的60瓩柴油發電機,並搭配一個300公升的儲油槽,預期在風災發生而導致台電停電時,可以孤島運轉約二個星期。

他指出,能源管理系統可以依網內電力使用狀況及需求,進行自動調配切換,是微電網非常重要的核心技術。

層層設施保護 確保電網安全

羅讚賢表示:「福山國小的儲能系統容量達50度電,自主運轉模式下,當儲能容量降到設定的最低限值時,就會啟動柴油發電機,對儲能系統充電」,當儲能系統充飽電之後,發電機就會停止運轉。依測試期間的經驗,發電機運轉1.5小時,就能把儲能系統充飽,可供應負載約5小時(視負載大小儲能供電時間隨之變化)。一般在夜間用電量少的情形下,評估靠儲能系統即可滿足用電,減少夜間運轉噪音,讓避難中心的居民保有寧靜的一晚。

另外,還有一個ATS系統,也就是所謂的自動切換開關,當系統判斷台電沒電時,開關就會由台電供電的回路自動切換為微電網供電。而在供電之前還是有幾個程序必須先完成,首先要等PCS建立基準電壓後,再把各分路負載依重要性依序一個、一個加進來,EMS還須監測即時負載量、三相平衡等情形,在判斷電力供應容量不足、可能過載時,將自動切離次要分路負載,避免發生跳機,不過仍能維持避難收容處所重要設備之正常供電。

羅讚賢也說明,為避免山區頻繁的雷擊而導致設備損壞,系統內利用隔離變壓器保護,也設有一套電池管理系統,監控儲能系統各顆電池的容量和電壓狀態,如果發覺電池效能比較差,就進行汰換,以避免影響到整個儲能系統的運轉效能;同時在設備安裝處所還裝上溫度監控系統、火災預警系統等,充分掌握微電網相關設備的工作環境,進而達到維護微電網運轉效能的目的。

專業總工程師林德福說明,福山國小的防災型微電網,其屋頂型太陽光電設備一年可以發電27MW,而且可利用能源管理系統的遠端遙控技術,來管理、啟動發電機、電池儲能設備,希望藉由太陽光電結合儲能設備的系統,平時可與一般台電輸配電網相連接,維持穩定電力,充分供應區域內用電需求,同時透過自身發電設備,甚至可對外輸出電力,供電給其他需要用電的用戶,讓福山揮別颱風孤島,走向綠能部落。

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