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微電網逐漸普及 技術生根有希望

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
澎湖東吉嶼為全臺第一座離島微電網系統。

「能源轉型」已是全球浪潮,時勢所趨,綠能將成為未來能源主流。

我國從中央到地方,從政府到民間,目前已陸續推動微電網實證場域的設置。除了朱文成董事長月前主持福山國小防災型微電網啟用儀式外,也宣示台電將在澎湖望安等離島地區推動微電網的建置工程。

龍潭微電網經驗 技轉國內業者

行政院原子能委員會核能研究所設置的龍潭微電網實證場域,不但是國內最先設置、較具規模的微電網測試與驗證系統,也是相關經驗與技術傳承的研發所在。核研所同時也透過技術移轉大同公司的方式,協助屏東縣政府於林邊光采濕地建置微電網示範園區;技術移轉中興電工公司,協助澎湖縣政府解決澎湖離島如東吉嶼等供電不穩問題;也技轉健格公司建置福山國小微電網,期盼藉由技術移轉,扶植國內其他相關系統廠商及產業如台達電、歐華科技等,擴大電網之應用。

核能研究所是國內最先設置微電網的單位。(圖為核研所龍潭試驗場)

龍潭微電網系統總共470kW容量,包含175kW風力發電、100kWp太陽光電、三台65kW的微渦輪機,加上200kW儲能設備、300kW的轉換器等,這些設備可以跟台電高壓饋線併接,從位於桃園市復興路的台電桃園區營業處下指令,經過20公里到核研所,對微電網進行卸載、降載、解聯、獨立運轉或併聯回去的調度作業。核研所同時針對微電網完成100小時連續獨立運轉測試,奠定未來長時間連續獨立運轉的技術能力。

你可能想不到,電動車的儲能電池將會是發展微電網系統的另一可能方向。裕隆汽車在推出新店裕隆城建案時,請益於核研所,並由核研所技術授權裕隆公司設計建置家庭微電網。

利用核研所提供的能源預測技術,可以對擁有電動車的家庭之負載用電、再生能源發電、電動車充電樁與車用電池電力調度進行監控。車主在平時可以針對電動車的充電時程,依據時間電價避開尖峰負載,規劃最佳化的充電時間,以減少充電費用。同時可與台電併聯進行平穩切換,當台電因故中斷時,可以啟動孤島運轉模式,利用電動車的儲能,讓停電時仍然有電可以用。

屏東光采濕地 屢獲國際大獎

光采濕地中太陽能板林立,打造全臺第一座社區型運作的微電網。

光采濕地中高腳屋上的太陽能板,提供了屋內所有電能。
民眾於光采濕地綠能園區享受輕騎鐵馬,悠然漫過小徑。

建置在屏東林邊鄉光采濕地的微電網,則是8年前莫拉克颱風肆虐當地後,屏東縣政府輔導當地居民在受害的養殖魚塭和農地上,支撐起片片的太陽能板,推動「養水種電」新綠能的政策,這項計畫後續還融合自然生態、教育、防洪與綠能,源源不絕地提供電力獨立供應光采濕地智慧能源示範區,成為當地著名的環境教育自然教室。

這項融合自然生態、綠能的養水種電計畫,開創出臺灣規模最大的商業型太陽能光電系統應用版圖。102年,屏東為臺灣唯一獲選為IBM智慧城市大挑戰的城市。並在IBM、行政院原子能委員會核能研究所、大同公司合作推動「光采濕地智慧微電網計畫」下,光采濕地微電網於焉誕生。

風力發電機在光采濕地發揮綠能產量,圖中下方為智慧微型電網能源調控中心。

占地6公頃的光采濕地微電網,建置有78kWp太陽光電、9.8kW風力發電機、159kW儲能系統、60kW生質柴油發電機,經由智慧能源調控系統,具有發電預測、需量反應與能源調控3大特性。一旦台電系統供電中斷且全區內完全無法產生任何電力時,儲能電池可以單獨啓動園區電力系統,並供電長達3天,讓微電網獨立運轉。

光采濕地全區內所有動力來源均以再生能源為主,是全臺灣第一座於社區運作的智慧型微電網系統,提報行政院參加智慧城市創新應用獎競賽,榮獲地方政府組優選。此項計畫在兩年前參加「2015第二屆APEC能源智慧社區最佳案例評選競賽」活動,在22個會員國、超過400件競爭提案中,打敗日、韓等大型城市,脫穎而出獲得智慧電網類銀質獎。

行動式微電網 綠電占比高達71%

澎湖縣東吉嶼是個不到2平方公里的一個小離島,與西吉嶼、東嶼坪、西嶼坪並列為南方四島,是臺灣第九號國家公園,在澎湖縣政府、經濟部能源局、原能會核研所及中興電工的合作推動下,建置為國家第一座離島微電網系統。

張永瑞說,只有20幾個居民的東吉嶼,原本是以柴油為燃料發電,每度電成本高達15元以上,政府一年必須補助燃料費近千萬元,而且發電機還常常故障待修。為改善當地供電困難,並降低成本,於101年建置了一個86.4kWp太陽能發電站,預估年發電量可達110MWh,可減少66噸碳排放量,相當於4.42公頃的造林。

這套微電網的電力資訊,透過無線通訊傳到數百公里外的核研所控制平台,可以即時掌握相關訊息。核研所儀器組副組長張永瑞指出,國際上一些離島再生能源占比的案例約為20∼30%,而東吉嶼的再生能源滲透率,原本預估做到50%,但在不久之前其最高滲透率已經達到71%,是非常值得令人振奮的事。

除了發電的太陽能板外,未來東吉嶼微電網相關的儲能、能源管理及電力轉換器等相關設備都將被組裝在一個移動式的貨櫃之中,它的優點在於「減少系統的建置時間」、「設備擴充方便及更換容易」及「克服離島或山區系統建置不易的困難」。

張永瑞強調:「東吉嶼微電網是以太陽能為主、柴油為輔作協調控制,穩定離島供電,降低發電成本外,希望未來能達到綠電100%占比的目標。」

儲能設備進化 虛擬電廠發威

對於張永瑞的期許,台電綜研所研發室主任蒲冠志樂觀以待。他指出,再生能源滲透率未來可望逐年提高,除了因再生能源多為就地使用以減少損失,形成微電網構成的一個利基外,日後因為儲能技術的提升,如果發的電太多,就可以暫時把多餘的再生能源儲存起來,然後看哪個時間、地方有需要,就調度到缺電的地方,這是微電網的虛擬電廠(Virtual Power Plant)概念。

蒲冠志說,就現況而言,再生能源的供電參與率還不能太高,如果太高,就會影響供電穩定性。再生能源如果是即發即用,就不須考慮到它的系統穩定。反之,如果考量到系統的穩定,除了必須備有一套穩定的發電設備,還必須要有儲能設備及一部作為後援的柴油發電機來搭配。

「台電公司除了必須考量整個電網的安全,還必須考量到成本效益,但是以國家立場來看,為了乾淨能源,必須作出正確的抉擇。」他表示,例如德國就規劃出一套完整的再生能源政策,跑在世界各國之前,至於我國能源政策如果有配套措施,可考量是不是提供補助,以吸引民間來參與。

其次,除了經濟效益考量外,也因為涉及環保議題,加上個別國家的區域及人文環境等有所不同,使得各國對於未來能源發展的方向就會不太一樣。

微電網國產化 台電將盡力扶植

綜研所電力研究室主任范振理強調,台電之前已在綜合研究所樹林所區建置一個試驗場,目的是想讓國內相關產業,有一個微電網相關產品或設備驗證及測試的地方,達到扶植微電網產業國產化的目標。

「政府在臺南沙崙推動綠能科學城,打算在該區設置一座大型的微電網(Micro-grid)示範場域,希望區內產生的再生能源能夠自給自足,儘量不要用到台電的電,未來除可作為微電網業者的展示場所外,同時可進行綠色科學驗證,取得一些實績,並以此作為對國外輸出時的規格證明。對此,台電將全力配合提供,就節電、電網、建物能源管理系統(Building Energy Management System, BEMS)等相關技術,盡可能給予業者相關協助。」范振理話鋒一轉說:「不過,微電網未來是否能夠發展的前提,應該在於它是否能夠接受電力公司的調度。如果可以接受調度,對電力公司而言較易維持供需平衡,成功的機率也較大。」

「即使微電網做得越好越多,還是會因綠電是間歇性、不穩定能源的關係,造成電力公司必須承擔起綠能全面停止發電後的穩定供電責任,必須建置更多平時用不著的備載容量的機組,來支撐用電戶的暫時性需求。換句話說,如果綠電占比是50%,而備載容量也要達到那麼高的話,對於任何電力公司而言,都會是一個很大的負擔。」蒲冠志補上一句:「除非政策有配合或補貼!」

蒲冠志進一步說明:「綠電一中斷發電時,電力公司要能夠承擔負載,但是如果微電網不能提供運轉資訊,電力公司就無法知道綠電電力什麼時候中斷,什麼時候會用到台電,什麼時候電力公司該發電,該補多少電給微電網的用戶?除非是一個獨立型微電網,不與台電併網」。

關鍵技術在儲能 全釩是移動水庫

全釩液流電池具機動性、安全性及環保特質,堪稱「移動式水庫」。

不論微電網或傳統電網,儲能設備都是很重要的一環。

核研所副研究員謝錦隆表示,比爾‧蓋茲前(104)年10月在他的部落格中,曾倡導綠能的三個方向,一是希望把太陽能塗料塗在建築物上,就可以發電;其次則是用太陽能去轉換成氫能;最後則提到液流電池,可見液流電池是比較符合未來儲能設備的概念。

「全釩氧化還原液流儲電系統的優點在於,它的儲能幾乎可以用到光、充到飽,同時它跟水庫相比,每發一度電所需的儲能容量只要水庫的四十分之一,雖然很笨重,可是相對像明潭抽蓄水力的儲電來說,還是比較有機動性。」謝錦隆把全釩液流儲能設備定義為「移動式水庫」。

其次,是全釩電池的安全性很高,即使是把正極與負極兩桶電解液混在一起,也不會爆炸。也可在完全放電的情況下,長時間保存而沒有不良影響。如果沒有可用的電源進行充電,只要更換電解液就可以達到再充電的目的。它的特質是安全性高、環保、容易擴充及使用壽命長達20∼30年。

而它跟鋰電池最大的差異在於,如果用在手機時,當鋰電池還剩下30%的儲電量,很可能一通電話沒打完,就馬上沒電了,但液流電池的電壓則是緩慢往下降,且可以從電壓上看到還有多少電。換句話說,缺電時,液流電池的電壓也不會突然掉下來。

此外,液流電池成本約為鋰電池的三分之一,有機會可以再降,因為臺灣煉油廠每天大約產生一萬三千公噸到二萬公噸的廢觸媒,從廢觸媒中可以提煉出釩,其成本不但會再降低十分之一到五分之一,而且還是廢物回收再利用,具備環保意義。

普設電力糧倉 邁向綠色未來

「當初福山國小翁校長只想向台電要一部發電機,但是台電卻給了他們一座微電網。」台電配電處副研究員陳淑惠表示,最主要的意義,除了因應未來提高再生能源供電占比後,具備綠能意義的微電網勢將逐漸普及,而相較風電、太陽光電間歇性的缺點,就必須增加大量儲能設備的建置,作為「電力糧倉」,才能達成穩定供電的要求。

配電處課長李劍冬說,傳統電力因多屬遠端發電廠的大型發電機供電,沒有微電網小型發電機運轉時產生噪音的問題,因此,在考量微電網供電對環境影響降至最低的需求下,未來儲能設備容量的擴充及儲能密度的提升,以及小型發電機降低噪音與快速啟動的能力,都是在搭配微電網進化需求的同時,有待進一步研發及加強的地方。

雖然微電網看似屬較為進步、文明的未來供電系統,但配電處處長王耀庭提醒,由於微電網是小型電網,在孤島運轉過程中,並不能像傳統電網很穩定的供電,如果天候一有變化或大型用電系統(例如中央空調)啟動,都將造成供電、用電不平衡,雖然如此,但為了環保、為了節能減碳,微電網供電還是將來必走的一條路。

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