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新能源转型进行式 协力创造产业多赢局面
智慧储控 绿能发电
[作者 陳復霞]   2021年09月08日 星期三 浏览人次: [1834]

为了在未来数十年里,再生能源发电趋势能够持续增长,以及完成2050年再生能源发电占比目标,全球各国陆续提出减碳计画,纷纷寻求电力产业新能源及新应用模式,以期逐渐提高能源自主及洁净能源比例,力求在2050年前停止全部燃煤发电站的运行。


从太阳能、风能到储能,现今能源转型着重再生能源发电的态势趋於明显,如何整合资源满足新一代绿能与智慧电网的需求,并且逐步达成减碳净零目标,提前布局绿色供应链,衔接国际永续发展时程,已成为业者必须面对正视的重要课题。


供电随需应变 分散式能源与储能系统强化效率

目前面对再生能源需求日益增加和建立新基础设施的各种挑战,由於传输电网的需求均相当复杂,随着电力供应来源及模式改变,微电网系统渐受瞩目,此为分散式能源与储能系统的技术,亦即以小型分散式发电、输电及配电设备,透过系统可预测、调整及管理平衡稳定发电量、负载量及储能状况,提升区域再生能源使用和维持最隹化的电力调度、系统供电稳定与安全。


小型微电网可从电动车、智慧家电、家庭能源管理、家用储能等组合而成,进而结合大楼能源管理系统、紧急发电系统、大型再生能源、大型储能系统及地区配电系统,逐渐扩大组成智慧城市微电网。



图一 : 当小型微电网逐渐整合扩大成为区域性架构,之後可串联形成智慧城市微电网。(source:Winmate)
图一 : 当小型微电网逐渐整合扩大成为区域性架构,之後可串联形成智慧城市微电网。(source:Winmate)

现今电网面临严峻挑战,为整合调度再生能源,需要更符合经济效益且更灵活的整体解决方案。但是,建构新线路费用成本昂贵,有些未必能够符合快速发展电力系统应用的特殊挑战。若依照不同需求设置完整解决方案,透过能源管理系统监控或以编程自动回应各种电网状况,就能够在最隹化时机为供电储能提供低耗能高效率的运作。


再生能源发电的隐??与挑战

在再生能源发展上,创新材料、先进技术及在地制造皆扮演关键角色。不过,值得注意的是让供电须保持稳定顺畅是用电安全的前提,一旦电力储备对於气候依赖度增加,随着气候变迁,将使得负载/发电预测愈加困难,若是预测产生的误差过大,对於系统供电稳定与安全、电力调度产生重大冲击,将导致产生严重的後果。


由於再生能源本身的不连续(间歇性)、不容易预测实值,都会对电力系统供需平衡与电网运转造成不良的影响,也成为再生能源并网与电力调度的重要挑战,其原因在於若产生误差可能会导致系统频率不稳定、区域电网电压变动过大;严重时甚至可能导致输电线路壅塞、区域电网电压不稳定,造成电力中断。例如当再生能源发电量瞬间骤减,可能会导致系统频率骤降,触发低频电驿动作卸载,影响供电可靠度。


传统发电机组瞬间升降载及再生能源不可控的特性,都有可能造成电网较大的频率波动,对於供电的稳定性带来莫大考验。近年来再生能源的比例快速攀升,加上电网的负载变异大,建置可以在平时调节频率顺利供电,而一旦面临紧急状态时又能快速反应的储能系统非常重要。


随着大量分散式电力来源并网的比例日渐增加,透过物联网技术将再生能源逐步落实运用在生活,而在再生能源解决方案中,因应通讯、控制、管理是监测调控的三大需求,太阳能变流器、通讯闸道器与管理系统是重要元素。举例而言,未来通过试验规范认证的太阳能监控闸道器,可以与再生能源管理系统及监控设备介接,直接接受电厂调控,以及搭配智慧太阳能变流器监控电力数据,可以提升电网强韧程度以维持电网稳定与高效运作,有效降低在并网程序中,不可控且波动大的太阳能电力对电网产生的冲击。并以物联网技术打造高效管理、安全稳定的太阳能电站,确保供电品质。



图二 : 大规模系统电源的能量转移趋於分散式和电气化。(source:东京电力)
图二 : 大规模系统电源的能量转移趋於分散式和电气化。(source:东京电力)

此外,由於电厂建置占地面积广阔,为确保电厂持续稳定发电且能够迅速排除异常信号,通常电厂会装设再生能源监控系统,藉由系统远端监控及AI智慧分析等功能,即时判断电厂发出的讯号正确或异常,以利监控後台能够在突发情况下,尽快指派合适的维运人力到现场处理善後。


结语

再生能源是重要的国家能源政策之一,政府规划於2025年提升再生能源发电比例至20%的新能源政策目标,其中约80%比例为太阳光电。以经济部能源局「109年太阳光电6.5GW达标计画」为例,以产业园区、畜农渔电共生及中央与地方共同推动为三大主轴,扩大建立示范案例与专案。2021年初,台湾用电大户条款启用、碳费机制也拟纳入《温管法》,显示再生能源产业的重要性,台湾目前也朝向成为「亚太绿能中心」的道路迈进。经济发展与环境行动应该如何兼容并蓄,形成循环经济产业生态圈,台湾半导体、微电子业者能否在国际供应链中占有一席之地,再生能源的采用俨然成为影响成败的重要环节。



图三 : 支持再生能源3.0的四大基础(source:东京电力)
图三 : 支持再生能源3.0的四大基础(source:东京电力)

目前为了能够供应更多低碳、乾净及可利用的替代能源,带来更为洁净的用电环境,改善整体环境,智慧能源俨然已成为台湾发展再生能源政策的重要支柱,而太阳光电、海上风电及智慧储能是台湾三大智慧能源发展核心。


储能系统具备调节与调度电力的特性,可辅助绿电永续,并优化未来智慧电网整体的能源管理,也不像运用大自然的太阳光电或风电须考量在调度方面的不确定性。在不同的应用场域完成储能系统的建置,包括工厂、微电网、太阳能发电厂、电动车充电站、商办大楼等,将能陆续发挥其电网效率优化与能源调度作用,为能源转型添力道。能源转型是永续发展的未来发展必经之路,未来预计能源与运输产业上也将会因采用绿能而形成巨大的市场。随着再生能源比例提升、则可见得强化电网韧性与能源使用效率的重要性,不亚於电力的供应是否充足,未来大众关切思考的要点,将不仅是电量够不够使用而已,而是如何配置出最隹化效率。



图四 : 储能系统具备调节与调度电力的特性,可辅助绿电永续,并优化未来智慧电网整体的能源管理。(source:researchgate.net)
图四 : 储能系统具备调节与调度电力的特性,可辅助绿电永续,并优化未来智慧电网整体的能源管理。(source:researchgate.net)

未来新一代电网发展将在运行方式、整体设施及智能化技术、并网系统技术力求精进,将趋於自我感知状态及分析、自动化控制、并网更广,利用微电网系统能够提供高效、稳定供电,迈向输电能力更高、输配电损耗更低、整合能源效率更高,承受扰动及冲击的程度更高,运行更安全等方向进展。


现今市场趋势处於能源转型进行式,未来势必会形成完整能源产业生态系,建议上下游厂商不妨藉由电子零组件、资讯系统及平台等资源整合,以满足新一代绿能与智慧电网的需求,并且提前布局绿色供应链,以利衔接国际永续发展时程,共创多赢局面。


**刊头图(source:VTara Tech)


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