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克服再生能源不穩天性
儲能方案結合虛擬電廠
[作者 陳念舜]   2023年04月26日 星期三 瀏覽人次: [3437]

進入2023年以來,不僅距離各國邁向2050年淨零碳排目標更進一步,歐洲也因為度過中止俄羅斯天然氣管道之來的首次嚴冬,將加速能源轉型。台灣身處孤島型電網,則除了不斷衝高裝置容量之外,還應該透過多元儲能解決方案、利用電力輔助服務交易平台,以克服再生能源不穩定天性。


當今各國為了競逐2050淨零碳排目標,紛紛增加再生能源發電固然重要,卻常受制其不穩定的天性使然;加上全球純電動車(PHEV)熱潮蓬勃發展、資通訊聯網裝置用電增加,與城市熱島效應導致空調電力上升等用電需求丕變,低估了為維持電力穩定,必須改造升級電網的規模與昂貴成本。


根據最近一期《經濟學人》雜誌封面上便寫著「好好擁抱鐵塔,而不是樹木(Hug pylons, not trees)」,且在內文指出,國際社會不該只是專注於提升再生能源發電的容量,與之對應的電網配套更為重要!估計電力業者為了供應「足夠所需的再生能源量能」,以及與之匹配的「輸/配電和儲能系統」成本比例應為55:45,也就是代表從今直到本世紀中葉,每年投資在電網與儲能的資金應超過1.1兆美元。


然而,依國際能源署(International Energy Agency)統計,目前全球每年在電網上支出僅約2,600億美元,不僅遠遠低於需求,以及各國對於石油和天然氣的投資,至今全球仍有約62%電力來自於化石燃料,期盼取而代之的再生能源則因間歇發電特性和所在地點偏遠,勢必要斥資布建更為強韌、龐雜的連接電網與儲能系統,造成營運商內部成本水漲船高;外部還有地方民眾對其造成生態系破壞和電磁波顧慮,使之經常成為不受歡迎的「鄰避」設施,都是目前懸而未決的難題。


近期包括台灣的苗栗縣頭份市、屏東縣獅子鄉楓林村,以及高雄市鳳山區台南市柳營區、新營區等地都陸續出現儲能廠因為過度緊鄰民宅,恐有起火、爆炸或影響水土保持等疑慮,而受到民眾強烈反對。


基於再生能源的不穩定天性,台電則自2021年攜手民間企業打造調頻備轉輔助服務系統(AFC),以儲能作為穩定電網的重要幫手。隨著國發會2022年宣佈將跟進2050年淨零碳排目標並規劃的12項關鍵戰略裡,截至2030年政府將投入近9,000億元預算,包含用於再生能源和氫能2,107億元、電網及儲能2,078億元。


且因應台灣排碳主要來自電力系統,設置的再生能源電廠則多集中在中南部地區,一旦提高其占比且大量併網之後,南電北送問題依舊存在,電力甚至會更不穩定;加上經濟部已宣告2025年再生能源發電占比僅15.7%,未達20%目標,務必同時結合儲能以確保供電平衡及提升系統韌性,而將2025年儲能設備建置目標由590MW增至1000MW。



圖1 : 政府截至2030年將投入近9,000億元預算,包含用於再生能源和氫能2,107億元、電網及儲能2,078億元。(攝影:陳念舜)
圖1 : 政府截至2030年將投入近9,000億元預算,包含用於再生能源和氫能2,107億元、電網及儲能2,078億元。(攝影:陳念舜)

競逐儲能電池市場 台灣傳產掌握上下游一條龍優勢

目前國際上除了抽水蓄能以外的新型儲能技術正快速崛起,又以鋰電池為主流。因應電動車及儲能市場爆發性成長,2030年全世界電池總需求量高達3,300GWh。包括美商電動車大廠特斯拉(Tesla)已宣佈今年Q3將在上海修建一座專為生產超大型商用儲能電池Megapack的超級工廠。


每台Megapack機組所採用寧德時代研發的鋰鐵電池,約可儲存超過3MWh電力,滿足3,600戶家庭1hr的用電需求。預計該工廠在2024年Q2投產之後,初期規劃年產1萬枚Megapack電池,可儲存與供能規模近40GWh,將有助於穩定電網、預防斷電,完善可持續性能源基礎設施。


電芯作為電池的關鍵核心,已是全球炙手可熱的必備物資,但台灣目前仍多數仰賴進口。台塑新智能公司今年也宣布將以節能、儲能、新能源及回收再利用等四領域並進,推動應用端整合與市場滲透。包括透過子公司「台塑尖端能源」投資超過160億元於彰濱工業區,建立全台最大5GWh磷酸鋰鐵電芯廠自動化生產,進而串起完整自製電池產業鏈,走向垂直整合的高效能經營模式。


讓台廠既不必耗時苦等進口電芯來生產電池模組,也期盼用來取代鉛酸電池,為電動車及儲能案場提供品質安全、來源穩定又環保節能的鋰鐵電芯;同時加速投入研究固態電池等新能源;結盟南韓電池回收技術及台灣汰役電池再利用等計畫,建構自給自足的低碳能源系統。若能藉此將一套居家儲能系統價格控制在10萬元以下、使用7~10年,可望促使家庭節電和舒緩全台用電高峰的用電量,確保台灣資訊、經濟、國安無虞。


在台灣以高耗能水泥起家的台泥集團,則順應全球低碳能源風潮,除了積極改善水泥本業能耗以外,更投入創能、輸能(三元鋰電池)、儲能共3大新能源價值鏈核心。包括2021年透過子公司台泥儲能,以1.32億歐元(約合當時新台幣44.7億元),收購歐洲Engie EPS儲能公司60.48%股權,並更名為NHOA之後,順利掌握先進的電池儲能系統、電動車快充裝置、智慧電網及氫能等多項專利技術,成為台泥發展儲能的利器。


例如當時台灣市場的單座儲能櫃電力約是1.5~2MW,而NHOA同級產品可達5.3~6MW,單位體積容量增加3倍、效能大幅提升,協助台泥在儲能領域佈局實力大增。2021年在台泥能源彰濱廠啟用台灣首座大型儲能系統設置容量為5MW,並提供自動頻率控制調頻備轉輔助服務(AFC),不僅協助台電提升電力穩定性,也有助於提升台灣能源轉型自製實力。



圖2 : 因應電動車及儲能市場爆發性成長,美商電動車大廠特斯拉(Tesla)今年Q3將在上海修建一座專為生產超大型商用儲能電池Megapack的超級工廠。(source:Tesla)
圖2 : 因應電動車及儲能市場爆發性成長,美商電動車大廠特斯拉(Tesla)今年Q3將在上海修建一座專為生產超大型商用儲能電池Megapack的超級工廠。(source:Tesla)

採多元儲能方案 納電力輔助服務交易平台

值得一提的是,未來台灣在推動淨零碳排的儲能項目時,除了應重視與再生能源、電網的搭配,儲能裝置愈多愈好。進而促使民間企業投入參與台電的「電力輔助服務市場交易平台」,提供電力系統調頻備轉服務,除了協助台電穩定供電之外,也能為企業創造更大、更長久且穩定的收益。


目前提供業界整合電池技術與儲能系統應用的熙特爾新能源公司自2017年成立以來,即強調不以單一系統應對所有案場,而是憑藉深度客製化的電池模組設計、電源管理技術與負責的營運態度,可針對不同企業客戶適時適地配置相對應的設備、量身設計與製造電池(力)系統,並規劃兼具效率、性能與安全的一站式能源解決方案。


囊括從案源開發、案場設計到工程統包的規劃、採購、建置和設備維運管理都能一手包辦服務的儲能系統,應用領域包含併網型儲能電廠(台電輔助服務),以滿足用電大戶及RE100企業的各式儲能需求,在有限時間內快速完成設計與部署、提供即時技術服務,確保能源方案可配合案場建置時程順利上線。



近期還積極導入BIM建築資訊模型(Building Information Modeling),透過不斷與各產業交流、聯盟,尋求自我突破。原訂自行開發軟硬體,卻發現等待獲得安全認證、建立知名度與尋找經費來源等前期實務均須投入大量時間與精力,造成新創企業極大挑戰,所以選擇攜手法商施耐德電機合作,依客戶需求快速打造最適合的軟硬體解決方案、經得起驗證的服務,展現出團隊快速創新的核心競爭力,進而協助企業降低營運成本、兼顧環境永續。


熙特爾新能源總經理陳伯勳表示:「藉由與全球化、生態系完整的產業龍頭施耐德電機合作,我們可以快速針對客戶需求打造最適合的軟硬體解決方案與經得起驗證的服務,展現出團隊快速創新的核心競爭力。進而協助企業降低營運成本、兼顧環境永續。」經過大量採用施耐德電機先進的物聯網科技與穩定的軟硬體生態系帶來的垂直整合效益,也能協助顧客打造客製化模組、減少軟硬體平台的適配時間,強化產品競爭力和提升服務品質。


例如採取一條龍模式整合軟硬體,部署施耐德電機的工業物聯網可程式邏輯/運動控制器 Modicon M262,以管理儲能系統裡的電池狀態同時監測消防與濕度;運用BLUE Open Studio(B.O.S.)SCADA監控系統,將各式數據圖形化方式呈現;並透過連網控制平台EcoStruxure Power Monitoring Expert,完整監控、分析台電供電狀況與廠區能源使用情形。熙特爾藉此建構出視覺化的案場狀態,較原始數據更加直觀容易理解,不僅降低工程人員的學習成本,也獲得顧客正面反饋。


基於儲能系統需即時監測電網狀況並做出響應,先進讀表/電表 PowerLogic ION9000可精確且快速的量測電力系統的頻率、電壓、電流等訊息,其效能更勝台電要求的0.01Hz及每秒10筆的讀值,使得熙特爾能源管理系統能主動提前掌握趨勢變化,受到台灣多數儲能案場採用。


且在挑選零組件與平台時,熙特爾也非常注重產品須符合國際與台灣的安規驗證及資安要求,施耐德電機各項產品不僅獲得世界級的完整安規認證,也在網路資訊安全維護上具備良好根基、得以確保儲能系統安全運行。


尤其儲能系統不僅須24小時運作、規劃維運10年以上,施耐德電機旗下產品也以高穩定性著稱,同時擁有豐富且完整的上下游產品,能協助企業輕鬆維護進而銜接未來的拓展計畫。目前規劃引進長時間、分散式儲能的大型不斷電系統(UPS),以支援保全、消防等環境監測需求;導入中壓室內真空斷路器(VCB)及空氣斷路器(ACB)等安全可靠的數位配電系統,並結合EcoStruxure 工業擴增實境顧問,協助工作人員運用行動裝置的擴增實境(AR)快速上手並操作儀器。未來熙特爾還將進一步擴大與施耐德電機合作,並著重在強化案場的電力備援、增加物聯網感測器與提升雲端監控能力。



圖3 : 熙特爾新能源總經理陳伯勳表示,藉由與施耐德電機合作,可以快速針對客戶需求打造最適合的軟硬體解決方案與經得起驗證的服務。(source:施耐德電機)
圖3 : 熙特爾新能源總經理陳伯勳表示,藉由與施耐德電機合作,可以快速針對客戶需求打造最適合的軟硬體解決方案與經得起驗證的服務。(source:施耐德電機)

自終端應用向上追溯 看好充電服務延伸儲能商機

如今除了電池之外,就連充電樁和電動車其實也可以是另一種形式的儲能裝置,只要透過適當整合調度,並關注更多元系統及設備的安全規範,便有機會形成智慧電網或虛擬電廠。工研院協理暨車輛電能補充聯盟主席胡竹生表示:「因應全球運具電動化趨勢,國際汽車廠也積極發展電動車產業,針對電能與電網之間,雙向充電的國際規範導入,將有助於台灣後續建立電動充電樁場域的電力調節及與綠電環境等配合,可建立另一個移動式儲能大系統。」


例如裕隆集團旗下的裕融企業宣示今年將由甫成立子公司「新鑫電力」擔綱,全力衝刺新能源事業,加速擴充再生能源售電市場。估計今年僅光電儲能及配電等設備投資金額就超過50億元,即將啟動首座dReg儲能案場與售電事業,並計劃下半年投入台電電力交易平台,將打造從發電、儲能到售電事業一條龍業務整合的價值鏈。


和泰集團則透過旗下新成立「和潤電能」公司,截至去年為止累積簽約容量已突破100MW,今年二月再成立「和潤電力」,同樣是看好可售電給台電和其他企業商機,預估3年內電能事業將有爆發性成長;同時新成立「充壩技術服務公司」,多元布局創能、充能、儲能事業,將衝刺今年度達200MW新目標。



圖4 : 和泰集團透過旗下新成立「和潤電能」公司,看好可售電給台電和其他企業商機,預估3年內電能事業將有爆發性成長。(攝影:陳念舜)
圖4 : 和泰集團透過旗下新成立「和潤電能」公司,看好可售電給台電和其他企業商機,預估3年內電能事業將有爆發性成長。(攝影:陳念舜)

此外,創新能源服務及虛擬電廠(Virtual Power Plant, VPP)供應商義電智慧能源(Enel X)隸屬世界前三大電力公司Enel 集團旗下,是全球最大電網業者、民營再生能源與售電業者,掌握全球共有超過8.5GW的需量反應服務聚合量。


目前Gogoro Network約占義電虛擬電廠超過20%以上的需量反應,並參與台電電力交易平台的電力輔助服務,支援電網平衡與穩定運作。並計劃於今年中擴充整合台灣逾1,000個Gogoro Network電池交換站點、2,500座機台,發表全球首個整合虛擬電廠與電池交換能源網路的成功商轉範例,將充電站與電池作為電力系統備援的願景。



圖5 : Enel X虛擬電廠聚合Gogoro Network電池交換站的電能負載,參與台電電力交易平台的輔助服務。(source:Enel X)
圖5 : Enel X虛擬電廠聚合Gogoro Network電池交換站的電能負載,參與台電電力交易平台的輔助服務。(source:Enel X)

Enel X將根據台灣的電網實際需求,在發電量因故不穩時能藉由虛擬電廠,提供台電電網的需量反應。當電網失衡時的用電負載增加,Gogoro Network電池交換站將隨時接受虛擬電網調度,安全降載、暫停充電來維持供電平衡;或在必要時,將電池中儲存的電力反饋至電網,且不影響車主的換電使用,達到更即時、有效的能源平衡管理。倘若電網恢復平衡之後,Enel X虛擬電廠也會向Gogoro Network發送指令,使其電池交換站恢復一般用電。


台電總經理王耀庭表示:「透過在台灣能源市場上最大的虛擬電廠Enel X聚合Gogoro Networ電池交換站的電能負載,已由先前的前導測試計畫擴大到實現商業化落地,並拓展至逾 1,000個 Gogoro Network電池交換站點,將是業界參與台電電力輔助服務交易平台,管理最多分散式電力資源,提高電力使用效率的重要里程碑。」


我們期許更多企業透過像Enel X的電力聚合商加入,而成為電力產銷者,協助推動城市穩定電網平衡與運作,為企業與分散式資源積極投入台灣電力市場樹立新典範,台電也會提供獎勵金,推估未來電力共享經濟商機將上看新台幣百億元規模。」\


**刊頭圖(source:pexels.com)


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