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供电紧绷 制造业15个吊桶打水!
台湾绿电行不行?
[作者 季平]   2021年05月31日 星期一 浏览人次: [2874]

513、517大停电是否成为未来台湾电力供应新常态仍在未定之天,但在能源转型过度期间,对於水电高度敏感的制造业该如何应变?


2017年「815大停电」让台湾陷入一片黑暗,2021年「513大停电」、「517大停电」则烧出台湾缺不缺电、备转电量足够与否、供电稳定与否的疑问,也掀起政府发展再生能源、提升燃气发电率等国家能源政策有无检讨空间的激战。513、517大停电是否成为未来台湾电力供应新常态仍在未定之天,但在能源转型过度期间,对於水电高度敏感的制造业该如何应变?



图1 : 513、517大停电会成为未来台湾电力供应新常态?(图:季平)
图1 : 513、517大停电会成为未来台湾电力供应新常态?(图:季平)

经济部2021年1月1日发布《再生能源发展条例》,增列超大用电量企业须建置10%再生能源设备,即「用电大户条款」,用电大户与台电签订契约容量5,000KW为门槛,符合条件的用电户须在五年内建置契约容量10%的再生能源设备,顿时,自建绿电、储能设备、购买凭证或缴纳代金成为热门话题。


用电大户的定义是:用电量超过800KW的厂商,约有5,400家,第一阶段5,000KW厂商约有506家,这些用电大户使用全台约35%的电力,「护国神山」台积电、塑化业的台化、水泥业的台泥、钢铁业的中钢都是指标性企业。


不过,台湾属於独立电网,近年虽加速推动太阳光电与风电,二者的装置容量超过600万??,但电网仅能即时监测其中约250万??的流向,换言之,无法精准预测再生能源的发电量。


台湾发展太阳能绿电需要克服四个问题

纵然制造业怀揣15个吊桶七上八下,但发展再生能源是全球趋势,只不过台湾在发展太阳能光电的过程中仍有诸多问题须要克服。工研院绿能所电力及电网技术组组长梁佩芳指出,太阳能发电技术、储能问题、交易机制、售价问题都好解决,但技术面上有四个主要困难需要克服:(1)鸭子曲线(Duck curve)、(2)间歇性问题、(3)电力系统惯量问题、(4)区域性瓶颈。


图2 : 工研院绿能与环境研究所组长梁佩芳。(Source:工研院)
图2 : 工研院绿能与环境研究所组长梁佩芳。(Source:工研院)

太阳能是一种间歇性能源(intermittent energy),中午时太阳光电充足,负载降低,形状像是鸭肚子,日落後负载升高,像鸭脖子,如果将用电想像成一个馒头,用电多时馒头中间会凹下去(白天),太阳下山用电会爬升,「大型电厂开电後有一连串程序,而且要并上电网後才能运转,可能要十几二十分钟才到底,如果馒头凹很深,爬升速度要很快,每天都是如此。」梁佩芳说。不过,台湾现在鸭脖子还不明显,随着绿电占比越高,鸭脖子会越明显,过去隐而未显的问题会一一浮现。


绿电电力的间歇性问题会造成电力调度困难。间歇性问题有两种:突然的变化与周期性变化,二者都难以掌控,就算有储能设备也有储能局限性,一个措手不及就可能产生预料之外的变化,「储能设备、火电厂等辅助设备成本都很高,所以,电力预测能力很重要。」


电力系统惯量不够会使系统遇到事故时频率掉得太快,不好控制。一部发电机因事故停止运作时,频率会慢慢往下掉,但再生能源不太有惯量,万一有事故发生,频率掉得非常快,「频率掉得慢比较有时间用其他资源补救,如动用其他发电机支援,频率如果掉到58赫兹,电网系统就会崩溃。」储能系统反应非常快,对系统惯量来说有帮助,所以再生能源对储能依赖很深。


前面三个原因容易造成电力系统配送或电力系统不稳定等问题,至於区域性瓶颈指的是绿电土地取得不易与成本问题。梁佩芳认为,技术问题多半可以解决,但国土资源整合问题是时间越长越难解决,目前绿电发展有七八成是土地取得整合困难,或者业者取得一块地要并网,如果台电不同意,电网可能不能并网。


储能设备vs.虚拟电厂 企业买不买单?

对於制造业或用电大户来说,迫於政策或国际供应链的要求,再生能源有不得不执行的压力,做到100%绿电最简单的方式就是「买」绿电,或者可以租场地盖绿电,「如果企业愿意尽基本义务,可以买、可以装绿电,但不会影响电力调度;更积极的做法是政府允许业者装储能或盖太阳能光电。」梁佩芳建议,业者可以做「孤岛」,也就是虚拟电厂,以自给自足的方式稳定运行孤岛,如工研院台南六甲院区的微电网系统测试场域就相当於一个电厂概念,兼具创能、储能与电能管理功能。



图3 : 工研院六甲院区微电网以太阳能做为绿电主力。(Source:工研院)
图3 : 工研院六甲院区微电网以太阳能做为绿电主力。(Source:工研院)

再生能源受限於自然条件,不稳定性与间歇性容易影响供电品质,利用微电网调控技术能有效提升绿能运用。微电网及大型储能系统可整合分散式再生能源,在大电网发生事故时,可使断电损失高的重要产业及维生设施延续供电一段时间,减少无预警断电损失,有助供电系统的运转及复原,还可以强化电网韧性。


不过,微电网有地域性,UPS(不断电系统)可以确保短时间电源稳定,但不能维持长时间电源稳定,梁佩芳认为,「虚拟电厂」会是用电大户(如台积电)比较好的解决方案,业者如果要做孤岛运转,储能设备操作方式跟联网时不同,比方PCS(储能电力转换系统)要设计成双模式,要能瞬间转到支撑电压的模式,跟传统电网的储能PCS不同,运转方式也不同,换句话说,工业电网基本上是能量源,不用管电压,系统是稳定的,但孤岛运转时除了系统要处理电压,还要撑得住电压。


他坦言,多数用电大户会因为成本考量而选择盖太阳光电,而不是盖储能系统,盖「孤岛系统」的诱因也不大,仍有成本及技术问题须克服,「但是「孤岛系统」可以成为产业获利know-how,未来有机会将相关技术、设备、管理软体输出获利。」


随着再生能源渗透率越来越高,前面提到的四个问题会越来越严重。不过,台湾的技术都在逐步改善中,比方输配电基础设施、输配电系统扩充,以及配电站、软体、线路、变电站等扩充,台电还建置了分散式能源管理系统DREAMS(配电级再生能源管理系统)。


工业储能系统供应商看台湾绿电发展

台湾的工业储能系统供应商以台达电为首。台达电自2008年起提供市电并联式太阳能系统解决方案,可应用於住宅、商业大楼及大型电厂,成功打造2009高雄世运主场馆屋顶的建筑一体化太阳能系统(BIPV),是台湾第一个由内政部建筑研究所颁发「黄金级绿建筑」认证的体育馆;2019年,台达电为台湾中油首座「智慧绿能加油站」提供输出电功率达250kW,电能储存容量达500kWh的模组化货柜型储能系统解决方案;台达电也为金门塔山电厂夏兴分厂建置目前台电容量最大的2MW1MWh的储能系统务。



图4 : (上)台达电为金门塔山电厂夏兴分厂建置目前台电容量最大的2MW1MWh的储能系统;(下) 彰浜光电场建置的储能系统。(Source:台达电)
图4 : (上)台达电为金门塔山电厂夏兴分厂建置目前台电容量最大的2MW1MWh的储能系统;(下) 彰浜光电场建置的储能系统。(Source:台达电)

台达电能源系统解决方案事业处处长戴大欣表示,在RE100、EV100、EP100等国际组织带动下,全球企业纷纷投入再生能源、绿色交通,致力提升能源使用效率。能源转型的过程中,当电网运用的再生能源占比增加,供电量将受天候影响而变得难以掌握。若想提升电网稳定度与再生能源利用率,便需要发展智慧电网,并搭配建置储能系统,藉此调节、调度电力,让不可控因素变得可控,也让弃风弃光有机会成为储风储光。


图5 : 台达电能源系统解决方案事业处处长戴大欣。(Source:台达电)
图5 : 台达电能源系统解决方案事业处处长戴大欣。(Source:台达电)

对企业用户来说,储能系统拥有削峰填谷、优化契约容量、备用电源等多重效用,「斜杠」储能系统正好可以补足智慧电网与再生能源的关键需求。储能系统能减少再生能源并网造成的冲击,帮助稳定电网,调节尖离峰负载,维持电力供需平衡。企业端若要达成《再生能源发展条例》订定的10%契约容量义务量,储能系统可以发挥重要作用。


戴大欣进一步指出,台湾目前已着手进行的包含改善输配电系统、装设储能设施、导入需量反应方案与预测技术等,不过,储能系统是新兴技术,导入速度较为保守,对於民间投资设置的奖励方案也有所欠缺,只有用电大户条款具强制性要求设置,但应用方式限制自发自用,让斜杠功能无法充份发挥,也难以对台湾现有的电网提供援助。


部分偏远地区、离岛与紧急用电的需求渐增,传统电网已无法满足需求,更突显智慧电网与微电网建设的重要性。传统电网与智慧电网的差异在於,前者为单向电力传输系统,从发电、输电、配电到用电过程会产生大量的能源耗损,而且无法进行数位化管理;後者则利用通讯、电力电子与先进材料等技术,达成电网的自动化与资讯化,能增加电力网路的承载容量,还能应用於管理电力设备与变压器负载,有效防治窃电行为。


储能系统+政策扶植奖励助攻绿能

「台湾长期以集中式电网形式供电,台电过去的供电品质也一向良好,所以社会并不认为有缺电危机,工业用微电网的发展也并不热络,一般多以厂区屋顶架设太阳能系统趸售为主。」戴大欣说,为提高绿电使用效率,减少对大电网的依赖,建议未来可搭配储能系统储存过剩电力,在用电尖峰时为厂区供电,提供再生能源的利用率,同时优化厂区整体的电力调度。


能源转型与再生能源的建置是必须的,也是正确的方向,513及517大停电过後,除了全盘检讨台湾能源政策、能源转型进程及盘点未来电力稳定供应的能力外,戴大欣提醒,在大量布建再生能源的同时,必须有足够的储能系统配套设置以减缓电网的波动,维持稳定的电力品质,两者不可偏废。此外,他还建议建立对应的政策扶植与奖励机制,让台湾有环保洁净且稳定的绿电可使用。


**刊头图:台达电於彰化师范大学建置的校园微电网储能系统。(Source:台达电)


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