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儲能/節能也須兼顧
非核家園最後一哩路
[作者 邱倢芯]   2016年12月15日 星期四 瀏覽人次: [3354]


非核家園、發展再生能源,是當今台灣政府正努力推動,以及渴望轉型的目標。不過在努力「創能」之餘,其實儲能與節能也是相當重要且須思考的一部分;目前歐洲的趨勢已經走向鼓勵民眾安裝儲能設備,用以協助電廠解決再生能源所帶來的電源穩定度問題。


發展綠能 儲能系統地位不容小覷

在城市的能源系統中,創能與節能往往是最主要的一環,而「儲能」的角色定調為調節作用,什麼時候需要調節呢?那就是電力生產過多,抑或是電力不敷使用的時候。


工研院產業經濟與趨勢研究中心(IEK)能源研究組經理王孟傑表示,未來如果再生能源大幅的被大眾採用,將會是處處都有發電廠與電力的運輸,此時即需要搭配當地電力設施來加以調節,而搭配的設施就是儲能系統。


圖一 :  工研院IEK能源研究組經理王孟傑表示,再生能源大幅的被大眾採用,將會是處處都有發電廠與電力的運輸,此時即需要搭配儲能系統加以調節。
圖一 : 工研院IEK能源研究組經理王孟傑表示,再生能源大幅的被大眾採用,將會是處處都有發電廠與電力的運輸,此時即需要搭配儲能系統加以調節。

由於過去的電網較為單純,發電廠集中發電,而後經過輸電與配電系統,接著就直接分配至每一個使用端中,就是簡單的發、輸、配三種分層管理。而再生能源應用崛起後,發電方式將分散化,需運用ICT(資通訊)技術處理複雜的電力系統。


王孟傑認為,在未來的電力系統中,每一個城市區塊都皆有機會使用儲能系統(如圖二)。最小規模的系統就是家庭電力的自發自用,當一戶家庭在屋頂上安裝太陽能系統後,使用者會希望系統可以將白天生產的電力儲存下來,以供夜晚時分使用。



圖二 : 城市中儲能系統的運用角色(資料來源:工研院IEK 2016/11)
圖二 : 城市中儲能系統的運用角色(資料來源:工研院IEK 2016/11)

不過王孟傑也坦言,家庭電力自發自用的應用模式目前仍算少數,因為現行採用的模式大部分都是躉購制度,也就是將太陽能板生產的電力,賣給電力公司,而並不經過自家所使用。不過上述的應用模式,已經逐漸在美國與日本有擴張的趨勢。


圖中的第二階層,為社區內的電力調配。假設在某一個區域,每一戶家庭都具備太陽能系統,或者是有些家庭擁有一部電動車,在如此的情境下,就可以利用發電、用電習慣,再加上儲能的調配後,變成一個可自給自足的社區;且畢竟不是每一個家庭的屋頂都可擁有充沛的陽光,若是搭配上資通訊技術的調配,可以藉此調控電力。


而圖中的第三層,即是結合了大型發電廠房的應用。王孟傑表示,因為再生能源是一種變動性極大的能源,過去人們對於再生能源的批評,即是其無法取代基載電力;但若是將再生能源的不穩定性降低且基載化,即可加快國家綠能的發展。


王孟傑認為,要發展綠能目前最需要做的即是再生能源的變動性降低,且基載化,而儲能系統就是一項重要的工具。其可讓輸出的電壓更為穩定,在短時間內讓整個電力輸出不至於有太大的起伏。


舉例來說,太陽能發電最讓人擔心的一點,就是在天黑之時會突然所有電力盡失,如此一來會造成火力發電廠的負擔瞬間增加,因為需要在短時間內將電力加到最大,對於整體的電力系統而言不穩定性將提高。此時,儲能系統即可發揮它的作用,其可在天黑時將白天儲蓄的電力釋放出來,而後火力發電廠再慢慢地將輸出電力加大,減少電力系統整體負擔,這就是儲能系統在各個城市區塊中所扮演的角色。


導入BEMS 智慧建築可省下15%能耗

近年來,智慧城市與智慧建築等需求不斷上漲,進而讓BEMS(建築能源管理系統)的需求度飆增。根據市調機構Navigant Research的統計,BEMS發展至今,其市場規模於2015年時已達到24億美元,且估計到了2021年將可達到62億美元。


工研院產業經濟與趨勢研究中心分析師產業鄭婉真說明,建築能源管理系統市場的成長,在於零碳建築、智慧建築,以及智慧城市的需求帶動。預估2015~2021年期間的CAGR(年複合成長率)將達到18.2%。


圖三 :  工研院IEK分析師產業鄭婉真說明,建築能源管理系統市場的成長,在於零碳建築、智慧建築,以及智慧城市的需求帶動。
圖三 : 工研院IEK分析師產業鄭婉真說明,建築能源管理系統市場的成長,在於零碳建築、智慧建築,以及智慧城市的需求帶動。

全球環境變遷開始時,人們開始省思節能的重要性,且無論是生產能源,或是儲能時都需要能源整合的機制,而BEMS即是一個良好的選擇。鄭婉真表示,建築物耗能占全世界終端耗能的三分之一以上,而建築物若是使用BEMS系統,將可節省15%的能耗,所以當建築能源管理系統被廣泛應用時,將會有很大的節能空間。


據了解,建築能源管理系統應用了IT技術,將所有商業建築所的耗能設備全數可轉為能源可視化,不論是電力、照明、空調等所耗用的資訊。且將資訊收集、分析、管理後,進而做連動控制與最佳化控制。


在BEMS的產品中,以管理系統的軟體與服務最為重要,此二者的產品占比相加之後超過八成以上;從區域市場來看,歐洲與北美的市場占比較高,兩者相加占了市場占比的六成。


雖然北美與歐洲是目前BEMS的主要市場,但是鄭婉真也看好未來亞洲市場的發展潛力。鄭婉真認為,到了2020年,日本希望建築能源管理系統的普及率達到50%以上;且亞洲市場中逐漸開始出現許多新興建築,BEMS的採用率將會大大提升;2015年時,印度總理莫迪也提出了智慧城市的發展目標,計畫在全印度建設一百座智慧城市,所以亞洲市場未來具有極大的發展潛力。


據悉,建築能源管理系統的前身為BAS(建築自動化控制系統),BAS轉化為BEMS的過程中,最大的變化在於通訊標準化。共同資訊標準的制定,驅使原本是封閉且獨立式的BAS系統,藉由網路轉為開放式架構;在開放式架構下,使得BEMS擁有基本的IT資訊,利用資訊的取得與分析,讓企業可清楚的了解建築能耗。


2010年時,全世界能源價格上揚;且日本遭遇了311地震,迫使該國改變了其能源政策,進而影響了全球的節能意識。藉由IT資訊與節能觀念的結合,讓能源系統更具智慧化,「系統中的智慧,指的就是控制。」鄭婉真如此說道。


鄭婉真也認為,資通訊成本的下降,以及IoT(物聯網)與Big Data(大數據)等趨勢脈動,將驅使BEMS達到另一波發展高峰。未來的智慧建築與智慧城市,將由點拓展至線的模式,而不再是單一棟建築來審視;進而達到機器之間可互聯/互動,機器方能自主的控制與最佳化。


實現非核家園 伊頓:創能之餘也須儲能

伊頓亞太區電能質量業務部工程卓越管理中心經理簡明德表示,風力發電機在受風時才會發電,而天黑之時太陽能板也無法繼續產生電能,如此一來對於電廠在調節電力時會造成很大的負擔;所以歐洲政府開始思考力用儲能系統,來協助電廠解決整體電源穩定度的問題。



圖四 :  伊頓工程卓越管理中心經理簡明德表示,歐洲政府開始思考利用電力儲能系統,來協助電廠解決整體電源穩定度的問題。
圖四 : 伊頓工程卓越管理中心經理簡明德表示,歐洲政府開始思考利用電力儲能系統,來協助電廠解決整體電源穩定度的問題。

簡明德進一步表示,在台灣方面,因為政府考慮中止核能發電廠的運轉,進而讓電力備載容量開始走入個位數,目前政府提出的替代方案是利用太陽能與風力發電等再生能源,來取代傳統發電方式。


高用電地區幾乎集中在都會區中,真正擁有自家屋頂的住戶並不多,而若是要將太陽能板安裝在鄉下地區,「光是輸配電的相關設施也是一大工程。」簡明德認為,惟有儲能系統才能夠有效的解決備載容量不足的問題。


簡明德說明,以往德國政府鼓勵家家戶戶安裝太陽能面板以生產電力,而現在轉向鼓勵民眾安裝儲能系統,因為該國政府發現,當電廠備載容量過低時,電力公司可下指令,要求民眾將自家生產的電力送至電廠中,所以當每一戶人家都備有儲能系統時,電力不足的問題可很容易解決,另一方面也可讓電力公司的輸配電基礎設施可以省下更多成本。


或許你會認為,興建電廠也可以解決相關問題,但是興建電廠通常需要五至十年的光陰;而若是要求家家戶戶安裝儲能系統,可立即解決小區域的電力需求。


除了不斷電,還要能省電

伊頓台北研發中心關鍵電力解決方案事業部三相產品開發經理蘇崇毅表示,UPS(不斷電系統)雖已是相當成熟的應用,但是為了因應當前的能源使用趨勢,該公司也積極研發讓儲能系統除了提供不斷電的功能之外,還可以協助客戶省電,並規劃、管理能源的使用。



圖五 :  伊頓三相產品開發經理蘇崇毅認為,該公司的UPS不再只是不斷電系統,而是朝向更加省電、更能夠管理能源,並擁有處理電源品質能力的系統方向邁進。
圖五 : 伊頓三相產品開發經理蘇崇毅認為,該公司的UPS不再只是不斷電系統,而是朝向更加省電、更能夠管理能源,並擁有處理電源品質能力的系統方向邁進。

蘇崇毅說明,該公司新世代的UPS系統搭載了EAA(Energy Advantage Architecture,能源優勢架構),所以該公司的產品不在只是以往大家所認知的不斷電系統,而是在一套能源管理架構下,所規劃出的ESS(Energy Saver System)節能系統。


蘇崇毅進一步表示,該公司也針對傳統客戶設計出VMMS(Variable Module Management System,可變電力模組節能技術),其利用模組化設計,可有效提升UPS整體的效率。


蘇崇毅強調,該公司的UPS不再只是不斷電系統,而是朝向更加省電、更能夠管理能源,並擁有處理電源品質能力的系統方向邁進。


目前市面上的儲能系統方案相當多元,不只是家中或是工廠中需要此類系統,甚至是發電廠也需要儲能系統。舉例來說,台灣過去即有抽水蓄能電站,其原理在於夜間用電量較少,利用離峰電力將水抽往高處,待到白天用電量大時再將水放出以產生電力。


簡明德說明,該公司的儲能系統,希望從家中應用出發,而後延伸至企業建築,然後小區域,以及電廠的大型應用,提供一整套的電源解決方案。


除了提供完善的儲能系統解決方案之外,環境保護也是伊頓所重視的部分。簡明德表示,該公司也與日本一家汽車製造公司合作,二次利用該汽車製造公司的電動汽車所除役的鋰電池,搭載至伊頓的儲能系統中使用。


簡明德解釋,相較於傳統UPS所採用的鉛酸電池,鋰電池的儲能能力更佳。由於鋰電池的壽命較持久,但是依照電動車的健康程度,若是電池的容量下降到70%,大部分的駕駛都認為應該需要更換了;但是汰換下的鋰電池估計至少仍有五至十年的壽命可使用。這些鋰電池被駕駛除役之後,會產生大量的浪費情況。為實現環保理念,該公司將接手這些鋰電池回收再利用,結合至儲能系統中。


節能新利器 工研院打造智慧節能新平台

除了創能與儲能,「如何節能」也是產業關鍵的競爭力。為此,工業技術研究院特別研發出一套針對台灣連鎖企業應用環境量身打造的住商節能智慧管理系統,整合了一系列節能模組與平台,其具有可複製的特性,預計可讓連鎖服務業者一年省下5~20%的電力。


工研院綠能與環境研究所副組長張鈺炯表示,工研院推出的節能平台,可協助業者減少實際用電,且其具有可複製性,特別適用於連鎖企業;舉例來說,華南銀行原本一開始只有在四家分行採用此一平台,而後拓展至十五家,最後全台一百八十九家分行皆以採用此一節能平台,估計一年預計可以節省一至兩百萬度的用電量,產生效益的速度相當迅速。


張鈺炯補充,集團型的企業使用情況、設備皆相當雷同,以便利商店為例,同一個集團的便利商店設備使用情況類似,只有店鋪的大小不同。當設備資訊、人流、氣候環境這些條件都相同之時,將平台導入店鋪中,可以很快的知道這一家店鋪一年下來的節電效果。


若是業者對於平台精準度有所疑慮,可與以往的電費單相互比對即可了解。採用新式平台後,企業可以清楚知道哪些設備需要優先改善,且可得到立即的節能效果。張鈺炯認為,平台使用方式簡單易於使用,對於企業來說複製性高,可迅速地拓展至每一家分店應用。


張鈺炯強調,此一智慧節能新平台是台灣特有的創新作法,較適用於台灣企業的營運模式。以便利商店為例,同一品牌的便利商店在中國、美國、日本與台灣的營運模式皆會有所不同,這是特別針對台灣企業所開發出的節能平台。


再者,以往台灣許多企業皆採購國外的設備,然而國外的工具只有國外的資料庫可供參考,工研院研發出的智慧節能平台中建置了台灣廠商生產的設備資料庫,即可供業主便利地選擇欲採買的廠家;且透過平台資料庫,企業可以清楚地了解各項設備的ROI(投資回報率)情形。張鈺炯表示,台灣廠商可使用自製的系統,且是特別適用於台灣環境的平台。


能源的創新,除了要能夠穩定的創能之外,也要注意到儲能與節能的重要性。各國政府,尤其是台灣新政府更要提高相關的關注,而非專注於再生能源的如何創造,否則非核家園永遠都會差「最後一哩路」。


**刊頭圖片(Source:cclcp.cn)


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