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再生儲能跨越最後一哩
電網改壓就怕為德不卒

【作者: 陳念舜】   2020年04月09日 星期四

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即使當今政府窮盡手段推動再生能源,期盼加速在2025年實現占比達到20%目標,裝置量27GW以上。但距離走完最後一哩路仍力有未逮,有待將各地收集下來的太陽能、風力等DC直流電源都穩定轉換成為可反饋併入電網的AC交流電源,卻難免耗損;加上額外添置的儲能系統等設備治絲益棼的結果,都讓推動「非核家園」的內外部成本始終居高不下。


自2018年通過《電業法》以來,台電已將發電、輸配電、售電單位分拆,期盼與全球電業發展接軌,也鼓勵越來越多的商用、住宅或民營電廠安裝再生能源系統並饋入電網。到了2019年立法院通過的《再生能源發展條例》與子法之後,更擴大開放電力躉購與直轉供模式,可直接向再生能源廠商購電。


尤其要求「契約容量」達5MW以上的用電大戶,最晚應於2025年前安裝完成契約容量10%,約500kW的再生能源「自發自用」;或選擇安裝儲能設備、購買再生能源電力憑證(T-REC)、每年繳納代金等4種模式之一。若只選擇自建儲能設備者,還須確保電池可儲能2小時以上,且在10年內維持一定水準,以有助於工廠穩定供電。估計約有500家用電大戶受到影響,並帶動約600億元投資,創造1.05 GW的裝置容量。


從今(2020)年元旦開始,台電也宣佈配合啟動世紀改壓工程,簡化傳統配電的電壓層級,讓過去以供應中小型工廠等高壓用戶為主的11.4kV配電系統合併為22.8kV,而走入歷史。帶來的最大效益是有助於節能減碳。每當電壓倍增時,電流降低1/2、線損減少1/4,可望在近年來台電輸配電線損已低於4%之下再降0.4%,每年約節省近8.5億度電;當各地再生能源電廠反饋輸入電網時,可容忍電壓變動幅度更為彈性。



圖1 : 從今年元旦開始,台電也宣佈配合啟動世紀改壓工程,讓11.4kV配電系統合併為22.8kV,而逐步走入歷史。(source:163.28.10.78/)
圖1 : 從今年元旦開始,台電也宣佈配合啟動世紀改壓工程,讓11.4kV配電系統合併為22.8kV,而逐步走入歷史。(source:163.28.10.78/)

根據台電統計,現今台灣的高壓用戶約有2.5萬戶,其中70%仍使用11.4kV等級電壓;也就是說,今年起將有約1.75萬家中小型工廠須花費30~40萬元,添購具有「雙壓(11.4kV/22.8kV)」功能的變壓器;舊廠則可藉設備壽齡屆期時自然汰換,以減緩衝擊,加快汰換速度。期望目標在於25年內完成10,000條線路中有7,000條11.4kV線路升壓;且因為電壓單一化後,不必另外拉線互通,加快復電速度也是好處之一。


另由於電能時間調配涉及在不同購買、儲存、放電成本差異,與電能釋放所衍生利益的基礎上,在價格或系統邊際成本較低期間,創造更多可能具有經濟性優勢交易。例如以低廉價格購入電能存至儲能系統,在未來價格或成本較高時使用或販售之。甚至有機會搭配減少契約容量、削峰填谷和需量管理等,以及其他再生能源自發自用,作為備用電源或交易憑證。


有別於早年台灣儲能應用多半是在「表後(Behind the Meter:BTM)」的用戶(需求端),藉此來降低或避免超過契約容量,再利用尖、離峰時段電價差來套利。但在台灣這樣少了儲能系統補貼、低電價或尖離峰電價差小的地方,較難以靠單一應用情境,來實現現金獲利。



圖2 : 今年起台電已計畫開放輔助服務市場,讓儲能系統參與目前最有價值的調頻服務(AFC),協助穩定用電安全。(source:弘訊科技)
圖2 : 今年起台電已計畫開放輔助服務市場,讓儲能系統參與目前最有價值的調頻服務(AFC),協助穩定用電安全。(source:弘訊科技)

自今年起台電已計畫逐步開放輔助服務市場,讓儲能系統參與目前最有價值的調頻服務(AFC),除了相對於太陽能電廠,儲能設備占地面積相對較小、建置時間短,平時還可單獨作為廠內備用電源,以提升電力品質,和協助穩定用電安全。預估今(2020)年全球大型儲能系統安裝容量將達到3.2GWh,而2019-2024年複合成長率為22%。


盛齊用老牌電業基礎 新接引國際品牌資源

台灣電源供應器老字號品牌盛達電業,也因為看好台灣再生能源市場,決定自2017年成立子公司盛齊綠能,既善用傳統電業基礎,扮演囊括ESS儲能系統的專業太陽能系統解決方案供應商,自主開發了專業電廠監控系統Pixel View;並搭配AI人工智慧太陽能電廠分析、電廠維運服務,提供太陽能業界符合經濟效益的20年電廠保養方案。


同時代理國際知名品牌變流器SolarEdge、Sungrow,強調可藉此防制光電火災和提高設備資產妥善率,致力為台灣再生能源產業的投資者、EPC工程承包商、電廠維運商等,引進國際高品質設備與全方位客戶服務。


如今該公司推出的儲能系統,共有電池模組(Pack)、儲能變流器(PCS)、電池管理系統(BMS)、能源管理系統(EMS)及貨櫃型儲能站,強調可提供商業級50kWh~MWh電業等級的儲能機櫃,適用於各種工商業場域,甚至是輸配電所或發電廠。



圖3 : 盛齊綠能推出的儲能系統,強調可提供商業級50kWh~MWh電業等級的儲能機櫃,適用於各種工商業場域,甚至是輸配電所或發電廠。(source:盛齊綠能)
圖3 : 盛齊綠能推出的儲能系統,強調可提供商業級50kWh~MWh電業等級的儲能機櫃,適用於各種工商業場域,甚至是輸配電所或發電廠。(source:盛齊綠能)

盛齊綠能公司協理陳均宜認為,此儲能系統帶來的最大優勢,便在於可提供快速反應負載資源(Fast Response Resource;FRR)輔助服務,以及儲能自動頻率控制(Automatic Frequency Control;AFC)調頻服務。其中電池模組係採用浸沒式冷卻技術,且具備高絕緣強度,以及無腐蝕性、無毒性、低蒸發性的最佳電池隔離防火安全性方案,可讓儲能系統進行安全高效率充放電。


明緯回生節能有成 前瞻DC. house趨勢

明緯企業(MEAN WELL)則是全球少數以標準品電源供應器為主業的專業製造商,多年來專注投入工業電源領域發展,在全球電源供應器(DC輸出)製造商中名列前茅,生產超過萬種標準電源產品,年產量更高達7,000萬台。


為了因應目前任何電子產品與設備製造廠商在出廠前,100%都會透過硬體燒機的實際負載,來測試產品何時老化的穩定與可靠性,造成龐大用電量。該公司早在2014年便自主開發第一代能源回生系統(Energy Recycle burn-in System;ERS),並通過自家廠內驗證,將原先用於燒機測試而損耗的電力循環再生。估計因此約可回收單一製程近80%的交流(AC)用電量,再轉換為直流(DC)電源輸入供應器(Power Supply),輸出DC電源,扮演如同儲能裝置的角色;其他20%用電則仍由AC市電提供,節省昂貴電價成本。


明緯企業系統工程師蔣嘉訓表示,現在每當作業員輸入工單指令,該系統就能透過資訊串聯,自動載入待測試機種相對應的燒機程序參數設定,擷取燒機功率、機型等,並透過燈號可視化,即時顯示產品老化狀態。因此節省人力、時間,不必檢驗每排測試架上的所有機台,還會擔心無意間遺漏,就能及早發現並解決問題。


但他坦言,第一代ERS缺點在於完成整個燒機測試流程後,還要自行建置工單、記錄參數,難免發生操作失誤。第二代CMU2系統則可在燒機測試過程,便將工單資訊與明緯自主開發的MES/ERP、ERS/ERG和生產作業流程系統自動整合;再通過數據可視化與資訊雙向回饋到CMU2遠端監控,得知即時測試進度、評估耗時等生產線資訊。


待最終輸出報表之後,還可為客戶建立產品燒機與老化測試的生產履歷追蹤;甚至上傳雲端,管理燒機參數、報表等大數據累積後分析,讓業者能確切得知產品良率及造成失效、老化的原因為何,進而透過預測診斷來提高生產品質。


此外,因為明緯有別於其他台灣電源設備大廠併購或代理國外品牌策略,而始終專注於電源相關領域,使之有能力隨時滿足客戶不同的需求。如CMU2在台灣只用於研發後少量產品的分析、驗證,但在移植到該公司大陸廠後,則能更普及於工廠整層自動化產線24小時運行,將資料匯整後輸出報表;未來應用也會越來越廣,納入節能/綠能連網監控解決方案。


蔣嘉訓進一步指出,其實現今電源供應器的外型都大同小異,但該公司在模組彈性化設計前提下,更強調韌體更新、自主開發的重要性,而能藉此監控、調配如植物工廠的燈光、溫度或風扇轉速快慢。CMU2也因為具備多埠接口,更方便支援CAN bus等工業通訊介面連網等擴充功能,以記錄管理電源變動歷程;或透過網路監看LED燈耗電量及亮度、照明度,於異常發生前示警、寄發e-mail,進而找出關聯性,形成AI演算法來預診保養。



圖4 : 明緯企業第二代CMU2系統可在燒機測試過程,將工單資訊與MES/ERP、ERS/ERG和生產作業流程系統自動整合。(攝影/陳念舜)
圖4 : 明緯企業第二代CMU2系統可在燒機測試過程,將工單資訊與MES/ERP、ERS/ERG和生產作業流程系統自動整合。(攝影/陳念舜)

目前較看好的是在建築自動化(Building Automation)市場,如智能工廠、數位家庭等應用,可利用搭配明緯的KNX系列產品形成解決方案,來監控電源等周邊自動化產品,再逐步擴及工控、安防、5G等應用領域,確保電源穩定。


明緯企業產品企劃部協理蔡明志指出,接下來,該公司還會推出能源量測(Power Meter)裝置,即使客戶並非全廠皆導入明緯系列產品,也能藉此通過RJ-485等連線,監控各式各樣設備的能源消耗可視化,再回饋較小規模場域的耗電量數據到CMU,省下電力回生再利用;或可用於管理建築門禁安全,或消防設施的受信總機電源,以維持通訊無阻。兩年後也將導入蘇州智慧園區新廠,結合眾多客戶的顯示器、燈具等產品,搭配自家DC電源供應器進行。


總結

值得一提的是,即使現今台電正如火如荼推動電網世紀改壓工程,但大多數人應該都很難在有生之年,看到目前所有的電器設備都改裝成為220V插座,同時間或可思考這兩年來在歐洲被重新提起的「DC. house」話題,更省線損、音效管理,以改善電力品質,可能是未來電源發展的趨勢。


與其像台電曠日廢時推動AC改壓工程,同樣要經過調整電弦波相位,才能併入電網,還不如在家戶內以DC電源取代經降壓、長途運輸配電後大量損失的AC電源,可像ON/OFF開關一樣輕易控制、啟/停設備,減少發生人員導電致死意外。同時解決了傳統AC.110V比起220V電源驅動相同功率設備的耗電流量倍增,影響電纜線粗細不等,容易導致電線走火;外部AC電源甚至可提高到220kV以上,更為省電。



圖5 : 在台電推動世紀改壓工程同時,或可另類思考這兩年來被重新提起的「DC. House」話題,可能是未來電源發展趨勢。(source:i.ytimg.com/)
圖5 : 在台電推動世紀改壓工程同時,或可另類思考這兩年來被重新提起的「DC. House」話題,可能是未來電源發展趨勢。(source:i.ytimg.com/)

蔡明志認為,未來即使有必要儲能備用,以防工廠斷電,還不如直接輸出或回生AC→DC電源,更為節省耗能、管理成本。但DC. house有待克服的難題,仍是從高壓DC→低壓/高壓DC電源過程中,須找出可耐高壓DC元件和併聯技術,明緯現也正與國際電池大廠積極探討,期待開發出更寬容範圍的變壓器,以確保能整合所有充電設備,並自動辨別不同電池的種類和特性。


**刊頭圖(source:盛齊綠能)


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