善用智慧微電網虛實相成 追求電力效率極大化

工研院綠能所電力及電網技術組組長 梁佩芳

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口述 工研院綠能所電力及電網技術組組長 梁佩芳整理 張名榕 圖 工業技術研究院

為了追求電力供需穩定的目標,台電與工業技術研究院都致力於電網技術發展,透過智慧微電網蒐集數據進行實驗,探討再生能源發電占比逐年增長的情況下,發電、輸配電及用電端該如何調整因應,才能達到最佳效率與效能。

近年來,為了追求環境永續,具有間歇性的風力及太陽能等再生能源發展迅速,卻也為電力調度帶來艱鉅挑戰,協助解決問題的「微電網技術」應運而生。微電網技術為智慧電網的一環,可以整合分散式的再生能源,依據天候與負載動態調整,讓電網運作更有效率。

虛實系統相輔相成 找出關鍵問題與對策

工研院臺南六甲院區設有一處微電網系統測試場域,綠能所電力及電網技術組梁佩芳組長表示,六甲有「虛」、「實」兩種系統,「實」指的是整合太陽光電、儲能系統、發電機及小型生質能源的供電體系,連結到工研院綜合研究大樓,發電及儲能都可以用來調控大樓的電力負載,抑低尖峰用電,未來系統強化之後,必要時也可以孤島運行。

「虛」則是指模擬系統,包括太陽光電、負載、儲能系統及線路阻抗的模擬器,就像把台電饋線系統搬進實驗室內,模擬不同的線路配置與資源組合的影響,例如測試太陽光電占比過高並且集中在饋線末端時,配電系統如何維持電壓穩定,藉此解決再生能源造成的調度問題。梁組長表示,虛、實系統原來是獨立設計,後來發現兩者的整合運作對於研究更有幫助。例如,在模擬系統上測試太陽光電對於饋線電力品質的影響,評估相應的儲能或發電機運轉策略;然後可以將真實的太陽光電導入虛擬系統,評估這些運轉策略的有效性;或者反過來,運用太陽光電模擬器的輸出,測試真實的儲能系統運轉情形。

發展微電網技術雙核心 強化產業能量

直流電池必須依靠雙向電力轉換器才能順利併入電網,所以微電網發展的兩項核心技術之一,就是儲能系統的電能轉換器(Power Conditioning System,PCS),六甲院區所採用的電能轉換器為單機100瓩,工研院已在協助國內業者發展單機500瓩,併聯為1MW的電能轉換器,同時思考如何提升可靠度及延長儲能系統壽命。

另一項核心技術為能源管理系統,在併網的系統中,儲能系統的運轉須考量如何搭配再生能源創造最大的經濟效益,並兼顧其使用壽命;而在孤島系統中則考慮如何穩定電力系統。離島的主要電源通常是柴油發電機,在導入風力、太陽能等間歇性再生能源時,若再生能源變動過大,可能引起發電機跳脫,連帶造成再生能源保護跳脫,進而演變為全島停電。良好的能源管理系統能夠妥善控制儲能,避免類似事故。

跨領域合作 增強電網效能

六甲院區的微電網系統中有一處小型生質能示範系統「乾式厭氧醱酵驗證平台」,原理是將生廚餘、農林廢棄物等生質廢棄物透過微生物厭氧醱酵,經過15至20天後,有機物分解產生沼氣,沼氣經脫硫處理後,即可利用沼氣發電機產生熱能與電能,將廢棄物轉成再生能源,減少污染同時開創商機。沼氣發電的優點是只要原料充足就能持續發電,穩定度高,未來可以幫助調配電力,讓電力環境更完善。

此外,日前中油在臺南前鋒路建立智慧綠能加油示範站,設置太陽光電系統,並以鋰電池及釩液流電池兩種儲能系統進行電力調節,成為具備多元電力供應的綠能加油站,一方面可因應未來電動車蓬勃發展,二方面也提供極佳的實務資料來源,逐步了解電動車輛的使用模式與再生能源的匹配方式,對於未來發展離島智慧電網與電動交通運輸,都有助益

運用離島示範場域 強化技術發展

金門環境條件特殊,電網特性與本島不同,故障率也比本島頻繁,目前也面臨再生能源占比提高的挑戰。台電發展金門智慧電表具有特別的意義,一方面積極強化電網,提升金門地區的供電可靠度;另一方面藉由金門場域的各項系統設置與整合經驗,可評估未來台灣電網的發展重點。在金門智慧電網中,基礎建設的更新固然必要,保護系統的設計與強化可能更加重要。

再者,梁組長認為「資料分析」也是重點,金門電網可能是建立故障預警技術與狀態檢修機制(Condition-Based Monitoring,CBM)的理想場域,透過蒐集平時的運轉資料,分析機組故障前有哪些異常狀況,建立異常態樣,一旦發現機組可能故障,就可以預先準備,把供電風險降到最低,讓離島也能擁有穩定、優質的電力環境。

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