迎接低碳島電力新時代 強化電網系統 離島穩供再升級

680期

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在大陸板塊擠壓下,四面環海的臺灣周遭,也圍繞著大大小小的離島,因此發展出各自獨立的電力系統,為了穩定供電,台電致力於強化各離島的電網系統,並依當地條件開發綠能,然而再生能源的間歇特性對於離島穩供是一大挑戰。以綠能發電占比在部分時候已經超過整體20%的金門為例,如何從發、輸、配電等面向配套發展,並在朝向「低碳島」目標邁進的同時達到穩定供電,是目前離島電力系統發展的主要課題。

金門由大金門、小金門(烈嶼)、獅嶼、猛虎嶼等12個大小島嶼組成,電力發展史可追溯至民國39年由民間成立的「金門電燈公司」,其後於49年改組為「金門發電廠」,歸縣政府管轄,57年再度改組,並成立「福建金門電力股份有限公司」(以下簡稱金電),由蔣孝文先生出任首屆董事長兼總經理。此為金門電力發展的前期階段,這時期的電力供應採取「包燈制」,以家中燈盞的數量按月收費,換算下來平均一度電收費新臺幣7元,對當時的民眾來說,電力是能省則省的奢侈品。

戰地前線 坑道電廠工作環境惡劣

早期的金門電力建設簡陋,採分時供電,直到民國56年太武發電廠完工後,才得以全天候供電。當年大金門有太武、莒光、長江、夏興四座電廠,小金門有麒麟發電廠,共25部柴油機組,總裝置容量約35MW,塔山發電廠陳文寬廠長表示,由於金門戰略位置特殊,當時大部分電廠都蓋在隱密的坑道內,低窪潮濕,工作環境十分惡劣。

戒嚴時期的工作人員不僅要適應惡劣的工作環境,也因為金門每晚八點就實行宵禁,因此大夜班同仁要提早到電廠報到,小夜班同仁得等到隔天一早才能回家,在小金門服務的人員還得憑通行證搭乘軍方小艇往返,由於交通受限,值班人員需工作長達一個月才能換班回家,相當辛苦。

金門電力需求漸增 台電接手擴建機組

民國80年,政府委請台電代管金電,隔年適逢金門解除戰地任務,觀光人次大幅增加,電力需求也與日俱增,電力吃緊的時候必須採取分區輪流供電因應。到了民國84年,奉行政院核定進行塔山發電廠1至4號機興建工程。民國86年將金電併入台電,成立金門區營業處(以下簡稱金門區處),三年後,塔山1至4號機正式商轉,民國92至93年5至8號機陸續加入商轉後,太武、長江、莒光三座電廠隨之除役,但隨著小三通開放,用電量飆高,於是台電規劃增建機組,金門供電自此邁入全新紀元。

今日的金門屬於獨立供電系統,供電區域分為大金門與小金門,前者由塔山及夏興發電廠供電,後者由麒麟發電廠單獨供電,全轄區共39條饋線,4所變電站,電纜地下化比例達55.7%,服務範圍約149.1平方公里,用戶數達36,195戶。

離島獨立供電系統 面對嚴峻挑戰

距離臺灣本島210公里遠的金門,佇立於臺海兩岸之間,穩定供電所面臨的挑戰複雜又嚴峻。金門區處楊崇和處長表示,臺灣本島為大型電網,各發電廠藉由輸電線路彼此互連,當部分發電機組故障時可透過互連之輸電網路支援電力供應,避免大規模停電,然而大、小金門因電網規模小,且分別為獨立供電系統,機組故障時無法尋求外援,容易衍生出全島停電的事故,其中又以小金門面臨的挑戰最劇。

其次,金門電力系統承接早期金電公司的配置,電力系統架構及輸電線電壓等級與臺灣本島不同,屬於性質脆弱的「淺碟型」電網,為保護發電機組,前端饋線的保護設定較敏感,容易跳脫,常常造成用戶的困擾與抱怨。塔山發電廠顏木群經理補充,電力系統歧異導致許多潛在問題,包括直流電源共用、海水泵電源共用、斷路器未跳脫等,都會導致重大停電事故,是電力維護的一大難題,而針對營運弱點,塔山發電廠也都在持續檢討改善。

顏經理表示,發電機組老舊也是問題之一,夏興發電廠最早的兩部柴油機組從民國71年商轉至今已經超過30年,其餘機組也已運轉超過20年,即使都有定時維修,性能、效率仍然大不如前。另外,塔山5至8號機組原廠已停產,機組一旦故障,維修人員也會為了尋找適合的替換備品傷透腦筋,增高運維成本。

此外,具間歇性的綠能併網也對金門穩供帶來考驗,根據金門區處107年度統計,金門再生能源裝置容量已達全體發電裝置容量的12%以上,一年中有50個小時發電占比超過整體的20%,冬季時東北季風盛行加上太陽日照強,離峰時期的風能和光能供電占比甚至可達30%以上,大幅增加電力調度的挑戰。尤其金門七成以上為民生用電,用電高峰落在下午五點之後,形成比臺灣本島更明顯的「鴨子曲線」,如何妥善應用儲能系統「削峰填谷」,改善金門電力系統弱點,讓火力發電與再生能源相輔相成,將是未來金門電力發展關鍵。

強化配電線路防災韌性計畫

為改善金門電力環境,台電多管齊下,先從汰換現有設備開始。金門大部分區域採用架空線路,加上樹木繁盛,易受風災影響造成桿線設備損壞及停電,金門區處因而自民國106年起辦理「強化配電線路防災韌性計畫」,藉由桿線下地作業,減輕風災帶來的影響與財損,預計在今年完成金沙鎮沙青路、官澳聚落、西園路、西園聚落、吳坑聚落的電桿地下化作業。

另外大金門剩餘少部分3.3kV線路改壓作業也持續進行中,並配合縣政府污水接管及道路拓寬等公共工程,進行電力管線預埋作業,以利後續辦理桿線下地工作,減少外力影響。小金門的部分則配合金門大橋興建,預計由莒光變電站及夏興發電廠各引一條11.4kV饋線供應小金門用電需求,並將小金門3.3kV饋線改壓下地,提升當地用電品質。

除此之外,金門區處的電力監控系統是所謂的「簡易系統」,對於饋線以下之四路開關的操作與故障查修,仍須仰賴人員親至現場執行,隨著第一、二期配電饋線自動化工程陸續完工,預估於民國109年將全面進入配電饋線自動化時代,並導入先進配電管理系統(Advanced Distribution Management System,ADMS)、配電級再生能源管理系統(Distribution Renewable Energy Advanced Management System,DREAMS),這些對饋線調度員都是全新的挑戰,而為了讓他們儘快熟悉系統以及開關操作,金門區處也規劃各項模擬情境演練,以便未來能迅速排除各項線路跳脫事故,達到穩定供電的首要目標。

SPS保護機組 緊急狀況不斷電

在發、輸電端部分,塔山發電廠也引入綜合研究所開發的「特殊保護系統」(Special Protection System,SPS),安裝於發電廠與變電所端,當塔山發電廠出現連續跳機,SPS會依跳脫發電量的不同,而有不同的卸載量,維持區域發電,盡可能地減少停電範圍。

塔山發電廠調度中心陳立人值班主任表示,SPS是針對線上機組的發電狀況與負載比例快速運算,一旦發生跳脫,在短短0.2秒內就能完成計算發電缺口、切開饋線、降低負載,達到供需平衡,猶如替金門的電網增加防護罩,變得更加強韌可靠。

新機組即將商轉 照亮金門未來

為確保金門未來十年供電無虞,塔山發電廠也增設由德國製造的兩部新機組,李正俊經理表示,9、10號機突破傳統機組之侷限,發電效率可達46%,低負載運轉範圍也更寬廣,可以在負載量20至25%的情況下,連續運轉500小時,對以家庭民生用電為大宗且再生能源占比高的金門地區來說,負載低時只要維持低載運轉,不需中途停機啟動,也能因此降低故障率,提高供電穩定性。

加上這兩部機組在備用模式(Stand-by Mode)情況下,一分鐘內就可以完成啟動與併聯,效率極高,即使是冷機狀態,也能在六分鐘內加載到30%連續運轉,可應變各種事故下的快速併聯,非常符合金門離島電網的電力需求。

因地制宜 離島供電模式現況

台電因地制宜,配合政府政策推動金門成為綠能低碳島,利用各項智慧科技、自動化設備,達到火力、綠能均衡的離島供電型態,除此之外,包括蘭嶼、綠島、澎湖、琉球、馬祖等離島,除了以傳統的火力電廠穩定供電,也將依據當地狀況發展不同供電模式。

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