台電月刊 - 打開電力新視野

儲能神助攻 即戰力與商機受青睞

715期

748
0
1

傳統電力系統轉型為高占比再生能源系統時,必須面臨發電量即時變動性及夜尖峰供電需求之挑戰。以鋰電池為主體的儲能系統,除了可於電網頻率突變的緊急時刻,扮演最佳救援投手外,同時可大量儲存電能,因此世界各國電業發展方向,皆將儲能系統視為因應的主要策略之一。

儲能被譽為下一個兆元產業,環視全臺,接下來數年內,從台電到民間,儲能設施將遍地開花,為什麼它能受到如此青睞?一起揭開儲能吸睛的祕密。

三大優勢 儲能成調度利器

在107年,台電已開始研究如何將儲能應用在電網中。台電代理董事長曾文生表示,以儲能系統調頻為國際主流,台電除自建外,也利用電力交易平台引導民間能量,邀請民間業者共同為能源轉型盡一份心力,將電網管理與電力資源從集中化逐步轉為分散化,為能源服務產業帶來全新契機。

負責全臺電力調度的調度處,大概是最早感受到再生能源對電網實際影響的單位。在過去,調度員可以憑經驗預測何時用電會增加、何時會緩慢下降,雖然負載時時刻刻都在變動,但變動並不十分劇烈。

然而,再生能源併網後,不僅用電負載在變動,連供給也時時刻刻在變動,調度員憑藉過往經驗累積的預測能力幾乎派不上用場,何時會有一片雲飄過太陽能板上方,導致電壓頻率突然下降?夏日午後烏雲密布下起雷陣雨,雖然有天氣預報,但幾點會開始下雨?當調度員從監控系統看見供電曲線突然驟降,立即下達指令給供電單位,燃氣機組還沒完全升載,烏雲可能已飄到別處去,如果電壓震盪太大,就會嚴重影響供電穩定度。

再生能源的變動非常迅速,尤其是太陽光電。當再生能源占比提高時,供電量易變動的特性會更加顯著。「108年的最高負載日那天,從下午3點到6點的3個小時內,太陽光電就減少了128萬度,109年是172萬度,而110年的7月27日,足足掉了280萬度。」曾任調度處處長的專業總工程師吳進忠,對於再生能源的劇烈變動非常有感。

靠傳統的機組及調度模式已跟不上這樣的變化,因此在107年,調度處開始向外取經,研究國際上再生能源占比高的國家,如何處理再生能源間歇性的劇烈變化,儲能因此被端上了檯面。吳專總表示,儲能有兩個顯著的優點,分別是可透過內建程式自動調頻,另一個是快速反應。而隨著太陽能發電占比增加,儲能系統對於協助電力平滑化、削峰填谷的能力也成為夜尖峰的解決方案。

強大即戰力 扮演最佳救援投手

儲能技術很早就被全世界電業所重視,但是因電池成本高昂,而電業需要的儲能量體大,因此以電池儲能僅止於理論,並未實際應用到電業之中。直到電池成本下降,以電池儲能的技術也相對成熟,才在近幾年成為電業中的新星。

電池儲能系統簡單的說,就是一顆又一顆的鋰電池串連起來,加上數個管理系統:能源管理系統(Energy Management System, EMS)、電池管理系統(Battery Management System, BMS)、消防系統(Fire Extinguishing System, FES)、功率調節系統(Power Conversion System, PCS)及溫控系統(Temperature Control System, TCS)等,即可組成一個儲能貨櫃。以目前常見的40呎貨櫃來說,貨櫃內約有3000顆左右的電池,可儲存約2-3MWh的電力。

代理董事長曾文生表示,現階段建置儲能最主要的原因,在於穩定電網及能量轉移。穩定電網方面,過去電力儲存技術不成熟,解決方案有限,電力只能即發即用,台電必須透過各種方法維持供電與負載的平衡,一旦出現負載突然升高,或意外事故導致短路,就可能造成頻率不穩,後續則可能引發一連串的效應,在儲能出現之後,小幅度的頻率波動將不再影響整體電網的穩定。

在能量轉移方面,則與再生能源發電有關。傳統電力系統轉型為高占比再生能源系統,將會面臨發電量即時變動性及夜尖峰供電量不足兩大挑戰。儲能具備有快速放電的能力,可在各種突發性事件導致電網頻率下降時,立即放電穩定頻率。而再生能源的間歇性特質,若有儲能做為輔助,可避免電壓頻率驟降,讓供電維持穩定。

台電副總經理蕭勝任表示,因應再生能源間歇性及變動性,「增加實功率調控能力,以協助穩定系統頻率,並滾動式檢討實際儲能需求。」目前台電以多元策略面對能源轉型帶來的變動,包括建置具快速升降載能力之複循環機組、改變水力抽蓄儲能運轉模式,以及電池儲能設備等手段來補足,配合再生能源併網量及技術發展,隨時檢討與修正。

藏電於民 電力交易日趨熱絡

去年513、517、1212及今年的303等幾次較大的突發狀況中,電力交易平台及備轉機制完全發揮了功能,也讓能源局及台電看見儲能所擁有的潛力。因此在今年4月初,能源局上修了儲能的建置容量,從原本預計於114年底前建置590MW,上調至1000MW。

此外,於再生能源案場方面,能源局於6月28日公告「儲能系統結合太陽光電發電設備競標及容量分配作業要點」,鼓勵太陽光電場設置儲能系統,以提高電力系統韌性,採躉購費率機制保障業者合理利潤,並以競標方式決定儲能系統輸出電能的躉購費率。依此作業要點,預期搭配再生能源而建置的儲能約有500MW。粗估至114年底,應可有1500MW的儲能建置完成。

在能源局的儲能系統建置規劃中,台電自建為160MW,其餘由民間自行投資。有興趣投資儲能裝置者,只要向台電遞件申請,審核通過即可。根據5月下旬的統計資料,經台電審核通過的案件已有134件,總容量高達2300MW,而審核中的案件總容量1400 MW,合計已遠高於能源局所定的1000MW。

民間投資的熱絡或可歸功於110年底開始運作的台電電力交易平台。電力交易平台採「日前(Day-Ahead)輔助服務市場」制,於前一日公告隔日的備轉電力需求量,讓各廠商自由競價,最後以邊際價格做交易。110年11月電力交易平台正式營運時,參與競價的交易量不到40MW,僅僅半年,即成長至170MW,增加超過4倍。

在電力交易平台的交易目前可分為三種:調頻備轉、即時備轉及補充備轉,而儲能系統業者參與的交易,目前大多是調頻備轉。「儲能系統可以做到自動頻率控制(Automatic Frequency Control, AFC),由內建的系統主動偵測前一秒的電網頻率,若頻率突然下降,幾毫秒內就會快速反應、自動放電。」電力調度處交易發展組課長徐唯耀表示,以AFC系統為主的儲能可以做到一天24小時不停運作,利用率非常高,也是突發事件發生時,可即時供電、穩定電網的神隊友。

AFC已經是儲能的基本功能,但AFC的缺點在於無法接受台電的控制與調度,它只能偵測前一秒的頻率,卻無法預測未來可能的變動。因此在今年4月,台電推出了增強型控制邏輯(Enhancement dynamic Regulation, E-dReg),讓儲能具備雙重邏輯,既有AFC自動調頻的功能,同時也可以接受台電的調度。儲能只要透過程式設定,可以保留部分容量,在特定時段大規模充、放電,發揮削峰填谷的功能。例如一個10MW的儲能系統,其中5MW以AFC的邏輯運作,另外5MW則接受台電的指令,可於夜尖峰來臨時放電,而在離峰的凌晨或再生能源充足時充電。

在三種輔助服務中,以AFC為主的調頻輔助服務,目前容量相對低,「因為儲能才剛出現,還需要一些時間建置。」交易監測專員黃晏奇博士表示,去年11月正式營運時,參與交易的AFC裝置容量為15 MW,到今年6月僅增加23.3MW,然而建置中的儲能已有2200MW,預計今年底會有180MW併網。

參與即時備轉及補充備轉的廠商,包含了醫院、工業用戶等,他們大多原本就備有發電機等設備,或者是參與需量反應。調頻備轉的反應最快,即時備轉參與者則需在10分鐘左右回應台電的電力調度需求,並持續1小時;補充備轉參與者需於30分鐘內回應需求,並需維持放電至少2小時。欲加入電力交易平台,需先通過台電的審查,成為合格廠商後才能參與競價,然而即使審查通過進入交易平台,卻未能回應台電的調度需求,亦可能被罰款。

儲能潛力雄厚 帶動產業發展

由於電力交易平台運作順暢,具備儲能專業能力的廠商紛紛撒下資源搶進,甚至國外廠商及基金都表達投資意願。全球積極布建儲能的特斯拉,在電力交易平台剛成立時就已成為合格廠商;全球排名第三大儲能設備商美國普威能源(Powin Energy),也與臺廠合作,連袂打入儲能市場。「他們看到臺灣儲能市場的潛力,但台電推動電力交易平台,最重要的核心目標之一,是帶動臺灣相關產業的發展。」吳專總表示,透過電力交易平台的機制,除了讓儲能及重電產業鏈得以發展,甚至金融及壽險業都相當有興趣,為國內經濟發展注入動力。

在儲能系統裡,最重要的莫過於電池芯。過去儲能發展不明朗,國內電芯產業經濟規模不夠大,連帶科技大廠的投資意願不高。其次是整套系統的心臟-功率調節系統(PCS),國內還在布局起步。因此在台電今年即將併網的兩個大型案場裡,電芯及PCS元件仍仰賴國外進口。如今幾家大企業都將投資建電池廠,PCS也有發展,「硬體設備之外,最重要的是系統整合能力。」吳專總表示,一開始進入電力交易平台的5家AFC廠商中,除了特斯拉,其他4家國內廠商都需要整合不同系統才能順利運作。

從去年到今年的幾次突發事件,可以看見國內廠商在系統整合方面的能力,各大集團投入電池芯生產製造,再加上臺廠優異的資訊通訊科技技術,未來如有機會組成國家隊垂直整合,在儲能商機正要發展之際,把握機會開彊拓土,將不可限量。

穩供優先 統籌規劃全臺儲能系統

台電基於電網穩定的需求,在儲能具備建置的可能性時,便已開始覓地,根據不同的需求,於台電自有的再生能源案場及變電所中,建置數個儲能系統,並獲能源局前瞻基礎建設計畫的挹注,預定自110到114年,分期撥付投資14.42億經費,而台電則自籌73.68億,總計88.1億。目前台電已規劃7個案場,今年下半年將有2個案場建置完成,總容量為40MW。

規劃建置儲能案場,必須先檢視電網是否還有容量及饋線可併網,配電等級由配電處審查,輸電等級則由系統規劃處審查,並做系統衝擊分析。「可以將電網想像成一條高速公路,當高速公路上的車流量大時,就需要管制分批放行,有時甚至需要禁止車輛進入,若特定區域電網容量已飽和,就必須另外找還有容量的地點才能做儲能。」系統規劃處副處長馬偉富表示,「尤其是再生能源案場更需要搭配儲能設備來做調節」。

由於再生能源發電不穩定,為了確保再生能源發電占比提高後,不會影響到電力系統正常運作,世界各先進國均制訂了併網法規(Grid Codes),要求再生能源電力供應者必須保證併入電網的頻率及電壓等電力品質是穩定的,這時儲能就可以在再生能源電源及台電電網之間扮演緩衝的角色。

再生能源發電量起伏不定,若不加以控管即併入電網,會影響電網穩定度,例如電壓不穩定將使對電壓敏感的用戶蒙受損失。此外,有限的電網容量也因必須容納不穩定的再生能源發電量,而無法再吸納更多電源提供者,從整體的發展角度來看,並非長遠之計。因此,再生能源案場搭配儲能,會是未來的發展方向,「相關法規有待政府及業者共同研商訂定,才能達到雙贏。」馬副處長說。

儲能應用多元 台電積極布建

儲能有很多的可能性,如前述的削峰填谷、壅塞管理、區域型微電網等,因此,台電積極投入建置,預計於114年底完成160MW容量(包含5個案場),來協助穩定再生能源。

再生能源處已規劃於台南鹽田光電站、彰濱光電站、彰工風電站,以及綠島等4個案場內設置儲能,容量合計約28MW。輸供電事業部的儲能則建置於路園、龍潭、冬山三個變電所內,容量約140MW,其中路園為配電級,龍潭及冬山則是輸電級。此外,配電處亦投入儲能建置,主要設置於離島及小型微電網。

目前已規劃建置的儲能,大多運用於維持電網的頻率穩定性,以及調節再生能源的劇烈變動,除此之外,台電著眼於全臺供需平衡,未來還可能規劃在電網壅塞處建置儲能。「如果有一條線路需要停電點檢或更新,另一條線可能就會超載的情境下,這時儲能就有很大的發揮空間。」馬副處長表示,壅塞管理可以用在很多地方,例如當線路容量不足需擴建時,可能需要兩、三年,若遇到抗爭甚至需要更久的時間,這時設置一個儲能系統提供容量的調節就可以暫時解決問題;在局部發展較快,而電網建置不及的地方,也可以利用儲能暫時舒緩供電壓力。甚至在容易發生天災後停電的偏遠地方,小型移動式儲能可以短暫供電,維持照明及對外聯繫等緊急需求。

隨著再生能源大幅提升,開放電力市場也是勢在必行,台電代理董事長曾文生於出席亞太社會創新高峰會「公私協力邁向有感且有效的淨零目標」線上論壇時表示,至2040年,台電本身發電占比可能就會低於市場一半,民間參與能源部門轉型,是臺灣達成2050年淨零排放目標一大助力。

相關文章

綠電時代 儲能撐起一片天

全球淨零排放趨勢下,臺灣致力於能源轉型,積極開發再生能源。然而,再生能源之間歇性及不易預測特性,將對......

再生能源與儲能並力 電能大挪移

111年6月中,由台電再生能源處建置的台南鹽田太陽光電(簡稱:南鹽光)儲能案場,密集做充、放電測試,......

儲能應用多元 提升電網韌性穩定供電

在台電的儲能規劃中,需於114年完成裝置總容量至少160MW的儲能系統,其中有140MW屬於輸供電事......

2022擘劃零碳電力未來藍圖

邁向淨零排放已是全球各國全力推進的重要政策方向之一。台電自108年發布「台電環境白皮書」,其中即已明......

「電.零碳未來」的想像與實踐

4月26日下午,台電總管理處一樓大廳揚著優雅的弦樂四重奏,各界嘉賓、記者與台電長官陸續抵達一年一度的......

淨零排放新技術 混燒氫氨有效降低碳排量

今(111)年環境月最重大、且令人振奮的消息,便是台電與西門子能源公司簽署「混氫技術合作備忘錄(MO......