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克服再生能源不稳天性
储能方案结合虚拟电厂
[作者 陳念舜]   2023年04月26日 星期三 浏览人次: [3545]

进入2023年以来,不仅距离各国迈向2050年净零碳排目标更进一步,欧洲也因为度过中止俄罗斯天然气管道之来的首次严冬,将加速能源转型。台湾身处孤岛型电网,则除了不断冲高装置容量之外,还应该透过多元储能解决方案、利用电力辅助服务交易平台,以克服再生能源不稳定天性。


当今各国为了竞逐2050净零碳排目标,纷纷增加再生能源发电固然重要,却常受制其不稳定的天性使然;加上全球纯电动车(PHEV)热潮蓬勃发展、资通讯联网装置用电增加,与城市热岛效应导致空调电力上升等用电需求丕变,低估了为维持电力稳定,必须改造升级电网的规模与昂贵成本。


根据最近一期《经济学人》杂志封面上便写着「好好拥抱铁塔,而不是树木(Hug pylons, not trees)」,且在内文指出,国际社会不该只是专注於提升再生能源发电的容量,与之对应的电网配套更为重要!估计电力业者为了供应「足够所需的再生能源量能」,以及与之匹配的「输/配电和储能系统」成本比例应为55:45,也就是代表从今直到本世纪中叶,每年投资在电网与储能的资金应超过1.1兆美元。


然而,依国际能源署(International Energy Agency)统计,目前全球每年在电网上支出仅约2,600亿美元,不仅远远低於需求,以及各国对於石油和天然气的投资,至今全球仍有约62%电力来自於化石燃料,期盼取而代之的再生能源则因间歇发电特性和所在地点偏远,势必要斥资布建更为强韧、庞杂的连接电网与储能系统,造成营运商内部成本水涨船高;外部还有地方民众对其造成生态系破坏和电磁波顾虑,使之经常成为不受欢迎的「邻避」设施,都是目前悬而未决的难题。


近期包括台湾的苗栗县头份市、屏东县狮子乡枫林村,以及高雄市凤山区台南市柳营区、新营区等地都陆续出现储能厂因为过度紧邻民宅,恐有起火、爆炸或影响水土保持等疑虑,而受到民众强烈反对。


基於再生能源的不稳定天性,台电则自2021年携手民间企业打造调频备转辅助服务系统(AFC),以储能作为稳定电网的重要帮手。随着国发会2022年宣布将跟进2050年净零碳排目标并规划的12项关键战略里,截至2030年政府将投入近9,000亿元预算,包含用於再生能源和氢能2,107亿元、电网及储能2,078亿元。


且因应台湾排碳主要来自电力系统,设置的再生能源电厂则多集中在中南部地区,一旦提高其占比且大量并网之後,南电北送问题依旧存在,电力甚至会更不稳定;加上经济部已宣告2025年再生能源发电占比仅15.7%,未达20%目标,务必同时结合储能以确保供电平衡及提升系统韧性,而将2025年储能设备建置目标由590MW增至1000MW。



图1 : 政府截至2030年将投入近9,000亿元预算,包含用於再生能源和氢能2,107亿元、电网及储能2,078亿元。(摄影:陈念舜)
图1 : 政府截至2030年将投入近9,000亿元预算,包含用於再生能源和氢能2,107亿元、电网及储能2,078亿元。(摄影:陈念舜)

竞逐储能电池市场 台湾传产掌握上下游一条龙优势

目前国际上除了抽水蓄能以外的新型储能技术正快速崛起,又以锂电池为主流。因应电动车及储能市场爆发性成长,2030年全世界电池总需求量高达3,300GWh。包括美商电动车大厂特斯拉(Tesla)已宣布今年Q3将在上海修建一座专为生产超大型商用储能电池Megapack的超级工厂。


每台Megapack机组所采用宁德时代研发的锂铁电池,约可储存超过3MWh电力,满足3,600户家庭1hr的用电需求。预计该工厂在2024年Q2投产之後,初期规划年产1万枚Megapack电池,可储存与供能规模近40GWh,将有助於稳定电网、预防断电,完善可持续性能源基础设施。


电芯作为电池的关键核心,已是全球炙手可热的必备物资,但台湾目前仍多数仰赖进囗。台塑新智能公司今年也宣布将以节能、储能、新能源及回收再利用等四领域并进,推动应用端整合与市场渗透。包括透过子公司「台塑尖端能源」投资超过160亿元於彰浜工业区,建立全台最大5GWh磷酸锂铁电芯厂自动化生产,进而串起完整自制电池产业链,走向垂直整合的高效能经营模式。


让台厂既不必耗时苦等进囗电芯来生产电池模组,也期盼用来取代铅酸电池,为电动车及储能案场提供品质安全、来源稳定又环保节能的锂铁电芯;同时加速投入研究固态电池等新能源;结盟南韩电池回收技术及台湾汰役电池再利用等计画,建构自给自足的低碳能源系统。若能藉此将一套居家储能系统价格控制在10万元以下、使用7~10年,可??促使家庭节电和舒缓全台用电高峰的用电量,确保台湾资讯、经济、国安无虞。


在台湾以高耗能水泥起家的台泥集团,则顺应全球低碳能源风潮,除了积极改善水泥本业能耗以外,更投入创能、输能(三元锂电池)、储能共3大新能源价值链核心。包括2021年透过子公司台泥储能,以1.32亿欧元(约合当时新台币44.7亿元),收购欧洲Engie EPS储能公司60.48%股权,并更名为NHOA之後,顺利掌握先进的电池储能系统、电动车快充装置、智慧电网及氢能等多项专利技术,成为台泥发展储能的利器。


例如当时台湾市场的单座储能柜电力约是1.5~2MW,而NHOA同级产品可达5.3~6MW,单位体积容量增加3倍、效能大幅提升,协助台泥在储能领域布局实力大增。2021年在台泥能源彰浜厂启用台湾首座大型储能系统设置容量为5MW,并提供自动频率控制调频备转辅助服务(AFC),不仅协助台电提升电力稳定性,也有助於提升台湾能源转型自制实力。



图2 : 因应电动车及储能市场爆发性成长,美商电动车大厂特斯拉(Tesla)今年Q3将在上海修建一座专为生产超大型商用储能电池Megapack的超级工厂。(source:Tesla)
图2 : 因应电动车及储能市场爆发性成长,美商电动车大厂特斯拉(Tesla)今年Q3将在上海修建一座专为生产超大型商用储能电池Megapack的超级工厂。(source:Tesla)

采多元储能方案 纳电力辅助服务交易平台

值得一提的是,未来台湾在推动净零碳排的储能项目时,除了应重视与再生能源、电网的搭配,储能装置愈多愈好。进而促使民间企业投入叁与台电的「电力辅助服务市场交易平台」,提供电力系统调频备转服务,除了协助台电稳定供电之外,也能为企业创造更大、更长久且稳定的收益。


目前提供业界整合电池技术与储能系统应用的熙特尔新能源公司自2017年成立以来,即强调不以单一系统应对所有案场,而是凭藉深度客制化的电池模组设计、电源管理技术与负责的营运态度,可针对不同企业客户适时适地配置相对应的设备、量身设计与制造电池(力)系统,并规划兼具效率、性能与安全的一站式能源解决方案。


囊括从案源开发、案场设计到工程统包的规划、采购、建置和设备维运管理都能一手包办服务的储能系统,应用领域包含并网型储能电厂(台电辅助服务),以满足用电大户及RE100企业的各式储能需求,在有限时间内快速完成设计与部署、提供即时技术服务,确保能源方案可配合案场建置时程顺利上线。



近期还积极导入BIM建筑资讯模型(Building Information Modeling),透过不断与各产业交流、联盟,寻求自我突破。原订自行开发软硬体,却发现等待获得安全认证、建立知名度与寻找经费来源等前期实务均须投入大量时间与精力,造成新创企业极大挑战,所以选择携手法商施耐德电机合作,依客户需求快速打造最适合的软硬体解决方案、经得起验证的服务,展现出团队快速创新的核心竞争力,进而协助企业降低营运成本、兼顾环境永续。


熙特尔新能源总经理陈伯勋表示:「藉由与全球化、生态系完整的产业龙头施耐德电机合作,我们可以快速针对客户需求打造最适合的软硬体解决方案与经得起验证的服务,展现出团队快速创新的核心竞争力。进而协助企业降低营运成本、兼顾环境永续。」经过大量采用施耐德电机先进的物联网科技与稳定的软硬体生态系带来的垂直整合效益,也能协助顾客打造客制化模组、减少软硬体平台的适配时间,强化产品竞争力和提升服务品质。


例如采取一条龙模式整合软硬体,部署施耐德电机的工业物联网可程式逻辑/运动控制器 Modicon M262,以管理储能系统里的电池状态同时监测消防与湿度;运用BLUE Open Studio(B.O.S.)SCADA监控系统,将各式数据图形化方式呈现;并透过连网控制平台EcoStruxure Power Monitoring Expert,完整监控、分析台电供电状况与厂区能源使用情形。熙特尔藉此建构出视觉化的案场状态,较原始数据更加直观容易理解,不仅降低工程人员的学习成本,也获得顾客正面反??。


基於储能系统需即时监测电网状况并做出响应,先进读表/电表 PowerLogic ION9000可精确且快速的量测电力系统的频率、电压、电流等讯息,其效能更胜台电要求的0.01Hz及每秒10笔的读值,使得熙特尔能源管理系统能主动提前掌握趋势变化,受到台湾多数储能案场采用。


且在挑选零组件与平台时,熙特尔也非常注重产品须符合国际与台湾的安规验证及资安要求,施耐德电机各项产品不仅获得世界级的完整安规认证,也在网路资讯安全维护上具备良好根基、得以确保储能系统安全运行。


尤其储能系统不仅须24小时运作、规划维运10年以上,施耐德电机旗下产品也以高稳定性着称,同时拥有丰富且完整的上下游产品,能协助企业轻松维护进而衔接未来的拓展计画。目前规划引进长时间、分散式储能的大型不断电系统(UPS),以支援保全、消防等环境监测需求;导入中压室内真空断路器(VCB)及空气断路器(ACB)等安全可靠的数位配电系统,并结合EcoStruxure 工业扩增实境顾问,协助工作人员运用行动装置的扩增实境(AR)快速上手并操作仪器。未来熙特尔还将进一步扩大与施耐德电机合作,并着重在强化案场的电力备援、增加物联网感测器与提升云端监控能力。



图3 : 熙特尔新能源总经理陈伯勋表示,藉由与施耐德电机合作,可以快速针对客户需求打造最适合的软硬体解决方案与经得起验证的服务。(source:施耐德电机)
图3 : 熙特尔新能源总经理陈伯勋表示,藉由与施耐德电机合作,可以快速针对客户需求打造最适合的软硬体解决方案与经得起验证的服务。(source:施耐德电机)

自终端应用向上追溯 看好充电服务延伸储能商机

如今除了电池之外,就连充电桩和电动车其实也可以是另一种形式的储能装置,只要透过适当整合调度,并关注更多元系统及设备的安全规范,便有机会形成智慧电网或虚拟电厂。工研院协理暨车辆电能补充联盟主席胡竹生表示:「因应全球运具电动化趋势,国际汽车厂也积极发展电动车产业,针对电能与电网之间,双向充电的国际规范导入,将有助於台湾後续建立电动充电桩场域的电力调节及与绿电环境等配合,可建立另一个移动式储能大系统。」


例如裕隆集团旗下的裕融企业宣示今年将由甫成立子公司「新鑫电力」担纲,全力冲刺新能源事业,加速扩充再生能源售电市场。估计今年仅光电储能及配电等设备投资金额就超过50亿元,即将启动首座dReg储能案场与售电事业,并计划下半年投入台电电力交易平台,将打造从发电、储能到售电事业一条龙业务整合的价值链。


和泰集团则透过旗下新成立「和润电能」公司,截至去年为止累积签约容量已突破100MW,今年二月再成立「和润电力」,同样是看好可售电给台电和其他企业商机,预估3年内电能事业将有爆发性成长;同时新成立「充坝技术服务公司」,多元布局创能、充能、储能事业,将冲刺今年度达200MW新目标。



图4 : 和泰集团透过旗下新成立「和润电能」公司,看好可售电给台电和其他企业商机,预估3年内电能事业将有爆发性成长。(摄影:陈念舜)
图4 : 和泰集团透过旗下新成立「和润电能」公司,看好可售电给台电和其他企业商机,预估3年内电能事业将有爆发性成长。(摄影:陈念舜)

此外,创新能源服务及虚拟电厂(Virtual Power Plant, VPP)供应商义电智慧能源(Enel X)隶属世界前三大电力公司Enel 集团旗下,是全球最大电网业者、民营再生能源与售电业者,掌握全球共有超过8.5GW的需量反应服务聚合量。


目前Gogoro Network约占义电虚拟电厂超过20%以上的需量反应,并叁与台电电力交易平台的电力辅助服务,支援电网平衡与稳定运作。并计划於今年中扩充整合台湾逾1,000个Gogoro Network电池交换站点、2,500座机台,发表全球首个整合虚拟电厂与电池交换能源网路的成功商转范例,将充电站与电池作为电力系统备援的愿景。



图5 : Enel X虚拟电厂聚合Gogoro Network电池交换站的电能负载,叁与台电电力交易平台的辅助服务。(source:Enel X)
图5 : Enel X虚拟电厂聚合Gogoro Network电池交换站的电能负载,叁与台电电力交易平台的辅助服务。(source:Enel X)

Enel X将根据台湾的电网实际需求,在发电量因故不稳时能藉由虚拟电厂,提供台电电网的需量反应。当电网失衡时的用电负载增加,Gogoro Network电池交换站将随时接受虚拟电网调度,安全降载、暂停充电来维持供电平衡;或在必要时,将电池中储存的电力反??至电网,且不影响车主的换电使用,达到更即时、有效的能源平衡管理。倘若电网恢复平衡之後,Enel X虚拟电厂也会向Gogoro Network发送指令,使其电池交换站恢复一般用电。


台电总经理王耀庭表示:「透过在台湾能源市场上最大的虚拟电厂Enel X聚合Gogoro Networ电池交换站的电能负载,已由先前的前导测试计画扩大到实现商业化落地,并拓展至逾 1,000个 Gogoro Network电池交换站点,将是业界叁与台电电力辅助服务交易平台,管理最多分散式电力资源,提高电力使用效率的重要里程碑。」


我们期许更多企业透过像Enel X的电力聚合商加入,而成为电力产销者,协助推动城市稳定电网平衡与运作,为企业与分散式资源积极投入台湾电力市场树立新典范,台电也会提供奖励金,推估未来电力共享经济商机将上看新台币百亿元规模。」\


**刊头图(source:pexels.com)


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