台電月刊 - 打開電力新視野

再生能源與儲能並力 電能大挪移

715期

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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,後續待併網測試完成後,即於7月辦理啟用典禮。南鹽光不僅是台電、也是全臺最大的太陽光電結合儲能的案場,具有指標性意義,可做為未來建置光電與儲能的示範場域。

經濟部也於今年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」,期望透過再生能源電能躉購費率機制保障業者合理利潤,再經由競標方式決定輸出電能躉購費率,以加強光電業者建置儲能系統的動力,透過「光儲合一」創新做法讓儲能產業更加健全發展。

儲能打前鋒 增強電力系統韌性

儲能依據其設置點,可概分為發電端及電網端,雖然目的都是為了穩定電網,但思維及作用卻很不一樣。

台電再生能源處規劃的南鹽光儲能系統屬於發電端,設置目的是以再生能源電能及電網之間的緩衝為主要考量,除了維持電網安全外,也能降低電力調度的困難,此外還兼具能量移轉的優點。電網端的儲能雖然也以電網安全為考量,但主要係應付電網的突發狀況,避免系統頻率過低觸發低頻電驛動作,嚴重時可能導致分區停電。

由於儲能系統快速反應的特性,相當適合扮演第一線救火隊,在達成15分鐘內的支撐頻率後,後續將有傳統機組及抽蓄機組接力,透過新、舊科技的合作,強化電網頻率的可靠度。

每一個儲能貨櫃都要做多次充、放電測試,最後才做併網測試,南鹽光現場的台電人員及廠商正在努力拚進度,預計最快於7月辦理啟用典禮。

每一個儲能貨櫃都要做多次充、放電測試,最後才做併網測試,南鹽光現場的台電人員及廠商正在努力拚進度,預計最快於7月辦理啟用典禮。

高峰蓄積 低谷釋能 助綠能供電平滑化

走入南鹽光,看見一片占地超過200坪、如海般湛藍的太陽能光板,周圍沒有遮蔽物,視野相當廣闊。這裡原是片曬鹽田,陽光炙烈而少雨,因此相當適合設置太陽光電場。

這裡顯著的特色,是包含太陽光電板及儲能所有組件,全部都建在約150公分高的基座上,因為南鹽光這片地還有另一個功能,是做為滯洪池,每當汛期來臨,這裡就是一片泥濘、甚至水深及腰,有一段時期,施工人員是下半身泡在水中工作的。現場雖然備有抽水機,但大多是利用退潮時,以重力流的方式排水。

南鹽光裝置總容量為150MW,依據10%的儲能設置原則,原本儲能系統發包時,招標需求訂為15MW,廠商多建置了5MW,因此總儲能量為20MW。

「一小時20MW全部放電,大約可供4萬家庭用戶一小時左右的用電。」負責現場監造的再生能源處太陽光電廠光電三組經理蘇育辰,換算後具體說明南鹽光儲能容量。若有機組無預警跳機,儲能系統可第一時間放電填補電力缺口,一小時的時間也足以讓全臺的天然氣機組啟動、回復供電。再假設跳機可能使10萬家庭用戶受影響,現在有了儲能,受影響用戶將減為6萬戶,可以預期在未來數年內,全臺儲能陸續建置完成,將可大幅減少各種突發事件引起的電壓震盪。

不過再生能源案場裡的儲能系統,最重要的功能還是在使無法穩定出力的再生能源電力平滑化。「儲能可以有不同的功能與運作模式,但台電建置的所有儲能系統,最主要的目的都是為了電網的安全。」再生能源處處長蔡英聖表示,再生處建置儲能,是針對光、風等再生能源電力做調節,與其他單位所做的儲能相較,雖然最終目的同樣是為了電網安全,但著眼點有些不同。

在6月正午無雲的晴空下,太陽能光電發電量達到高峰,「若沒有儲能調節,未來有可能不得不棄光。」蘇經理解釋,目前台電的基載發電主要利用燃煤機組及核能的電力,燃煤機組啟動時間長達數小時,而核能甚至需要數日,因此,這兩種適合做為基載電力來源。燃氣機組則可在一小時內啟動,當光、風電力多時,電力調度中心就可能下達燃氣機組降載、甚至卸載指令。因此當再生能源電力達到一定的量能,而又缺乏可儲存電力的設施,此時為了供電的平穩,就可能優先考量放棄部分再生能源電力。

儲能調節電力的方式就像是水庫的功能,當上游大量降雨,水庫可容納沖下來的水,避免下游發生災害。待雨勢平緩後,選擇適當時機釋水,便可安全度過汛期;而在缺水時,蓄積的水還可以灌溉下游農田。現在建置儲能,就是因應未來再生能源成長的趨勢。據台電綜合研究所的研究及測試,儲能確實是調節再生能源電力的好幫手,因此,「後續會再盤點再生能源案場,若有適當空間及併網容量,就會繼續設置儲能系統。」再生能源處策略發展組組長賴冠良說。

鋰電池活性大 台電做足內外安全設施

南鹽光電站內的儲能貨櫃共8個,每個可儲存2.5MWh電力,使用鋰三元電池,每個貨櫃內有一個氮氣瓶,貨櫃外有消防水口,整排貨櫃的最外側則有一個消防用水箱。由於鋰電池活性高,防災機制不可少,「每個貨櫃裡都有偵煙及感熱系統,若偵測到煙粒子或發生熱失控,第一步是啟動氮氣瓶,利用氮氣初步隔絕氧氣及氫氣,避免化學反應擴大。」工程師賴佑侖解釋,若氮氣用完,仍然有火災或高溫警報,這時就要啟動斷然處置,由現場派駐的人員手動開啟消防用水,將水灌入儲能貨櫃中。一旦走到灌水這一步,發生災害的儲能貨櫃也就報廢了,「儲能設備成本高昂,所以啟動灌水這一步設定為以人為控制,避免誤動作發生。」蘇經理說。

手機的鋰電池會因為使用時間而老化,也會有使用次數的限制,儲能的鋰電池也一樣。「現階段儲能貨櫃保固15年,且15年後,電池還能保有80%的蓄電力。」蘇經理表示,貨櫃中的電池管理系統BMS就是用以監控電池芯的健康度、效能,同時可偵測電壓、電流及儲電量。15年後,或許儲能已進展到另一個階段,就算電池屆時仍保有80%的功能,也可能整批汰換掉。

整個儲能系統裡,最核心的部分就是儲能控制器,何時該提供輔助服務、提供平滑化的數據分析、何時充電等,都是透過儲能控制系統進行控管,而這些管控系統都與電池一起安裝在同一個貨櫃裡。

拚綠能拚淨零 以最佳解一路向前

再生處預計今年還會執行彰濱光電站的儲能系統建置,「彰濱光電站裝置容量為100MW,將建置5MW的儲能,今年招標,於112年底運轉。」再生處設計組組長林永川表示,除了彰濱光電站,今年還有彰工風力發電站,將建置2MW的儲能,是台電第一個風力結合儲能的示範案場,以了解風力搭配儲能的穩定度。

系統規劃處副處長黃子成表示,台電電力調度處曾委託美國電力研究院(Electric Power Research Institute, EPRI)做研究,依其建議,因應未來大量間歇性再生能源併網,需額外預備再生能源裝置約10%的備轉容量(後續依系統結構滾動調整),因為這項研究結果,未來台電新建變電所(含光電或風電案場)都會預留設置儲能系統空間,而民間設置的光電或風電案場,也可依循經濟部公告的「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」進行建置規劃。

做儲能,第一個需要解決的問題是設置在哪裡?「最初做儲能時,就遇到土地利用問題,因為儲能是一種新的東西,在現有的土地利用分類裡,根本找不到儲能裝置的可用空間,只有再生能源的案場及變電所內可以做。」蔡處長說明做儲能規劃的始末。儲能相關設備可以視為電力附屬設施,因此較大型的儲能系統目前都是設置在再生能源案場及變電所內的空地。

找到了可以設置的地點,其次就是盤點空間是否足夠。目前有電力相關學者認為可運用的土地明顯不足,根據國發會規劃的「臺灣2050淨零排放路徑及策略」,再生能源發電占比需達總發電量的60%-70%,若2050年用電量為5,500億度,再生能源占比60%,就是3,300億度,以南鹽光這樣大的案場,一年發電量不過2億度,因此,部分學者認為2050的再生能源建置目標不可能達成,現有空間建置再生案場都不夠,又怎麼會有建置儲能的空間?但蔡處長卻並不擔心。

「60%-70%這個數字是建構在2050淨零的前提下,現在去盤點、推算出來的。但到2050年時,技術可能完全不同。」蔡處長表示,最早的陸域風機是由再生處建置在澎湖,而當時一支風機裝置容量也不過600kW。現在最新的陸域風機,一支裝置容量可達3MW,占地面積相同,裝置容量卻足足多了5倍。早期離岸風機一支5.2MW,現在已進步到一支9.5MW,增加了183%。而在太陽能光電方面,南鹽光用的是一片375W的光電模組,最近建置中的七股二期,已經改用一片395W的模組,「雖然2050淨零的大目標現在看起來好像不太可能,但技術是一個重要因素,過程也隨時會調整。」

隨著技術進展,不過短短數年的時間,再生能源利用率已有大幅成長,未來如何發展,目前還無法想像。「以我們現在這個時間點、及現有的技術去看28年後的目標,土地不足可能是個關鍵問題,但28年後的技術發展如何,沒有人能預知,現在論述土地不足的問題或許過度憂慮了。」蔡處長說,離2050年還有28年,只能先規劃達成的淨零路徑但方法還不夠清晰,台電就現有的技術找最好的解方,以達成短、中期目標為優先,等到2050年時,土地面積不足的問題可能早已不存在。

活用工具靈活搭配 達成穩供目標

「供電穩定度不是靠單一設備的加持就能萬無一失,而是由層層疊疊的要素加總起來,才能趨近理想。」台電副總經理蕭勝任舉儲能為例,雖然它的反應速度快,可以解決再生能源間歇性與劇烈變動特質,但不代表儲能系統可以取代傳統機組及抽蓄機組,儲能系統是在前述機組進場前,暫時撐住頻率的重要關鍵,但整體來說,兩者的搭配才能達到最終供電穩定的目的。

因此,台電除了積極建置儲能系統,亦同步進行相關電網強韌的工作,例如更換耐熱導線增加輸電容量、進行老舊變電所的汰舊換新等,這才是達到供電穩定的手段。

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