根據政府規劃,藉由建置太陽光電、離岸風力等,將讓台灣的再生能源發電量占比由目前的4.6%,成長到2025年的20%,其中增加最快速的是太陽光電。再生能源發展勢在必行,但其間歇和不可控制性,仍是影響再生能源發展的重要因素。當大量再生能源發電發生劇烈變動,將影響區域電力系統供電品質與電網運轉穩定性,區域電網的管理及微電網技術應運而生。

其中微電網技術屬於智慧電網的一環,透過微電網整合分散式的再生能源,依據用戶的負載進行協調運轉,能夠使電網的整體運作更有效率。打個比方,以微電網進行區域性的電力調度,就像是運用替代道路,如果依據車流狀況妥善調度,可以舒緩主幹道的塞車,使整體交通更為順暢。微電網本身也可以是一個獨立自主的小型電力供應網絡,讓電力自給自足,適合應用於小型離島的再生能源整合。過去離島仰賴柴油發電,應用微電網技術,提升再生能源應用,供電系統就能更加環保。然而,系統整合並不僅是讓再生能源併入電網,再生能源供給過多時,逆送電力可能導致柴油發電機跳脫,而柴油機跳脫時,如果儲能系統或其它控制機制,無法立即維持系統內的電力供需平衡,將會促使系統電壓或頻率不穩定,進而造成再生能源跳脫,最後供電完全中斷,因此,微電網的控制系統非常重要。

工研院在台南六甲院區建置旗艦級微電網系統測試場域,並以此為基地,吸引產業界共同合作。在測試場域內,總計設有410 kWp太陽光電發電系統、5個工研院自行研發的貨櫃儲能設施,每只貨櫃儲能裝置容量為100kW/200kWh、並配有1座能源管理控制中心,關鍵技術在於如何智慧調控能源配置。透過智慧調控,工研院的微電網系統測試場域,年發電量約52萬度電,占六甲院區年用電量約20%,相當於100戶四口之家一年的用電量,若以一度電3元計算,一年為六甲院區省下155萬元。測試場域的儲能系統運轉模式,包含併網型及離網型運轉等兩種操作模式。當市電系統正常運作時,儲能系統內的能源管理控制器,以併網模式運轉,控制器將監控各發電源的發電狀態,並依照能源管理系統指令進行操作。當市電系統發生異常跳脫後,能源管理控制器將轉換為離網操作模式,並且優先供電給緊急用電設備,而能源管理控制器則負責維持整體用電的穩定性。

微電網系統測試場域操作的基本模式包含尖峰負載轉移、穩定再生能源輸出和再生能源出力移轉等操作模式。上班日院區用電較多,於日照充足時段,太陽能輸出能夠減少對台電的電力需求,搭配預測及預先排程等技術應用,可有效降低尖峰時段用電。此外,透過微電網能源管理技術,亦可實現平滑/穩定再生能源輸出功率等功能,以提升再生能源發電穩定性。假日無人上班時,院區的耗電量低於太陽光電的裝置容量,為了避免逆送電力至台電,透過微電網能源管理控制,將多餘的電力儲存至儲能系統中,在適當的時間再釋放出來有效應用,以減少棄光的情形。

工研院的微電網系統測試場域不但吸引帛琉總統遠道前來觀摩,也爭取了億鴻、大同、中油等廠商的技術合作,共同解決未來必須面對的再生能源整合問題。目前,為了協助推動中油公司「智慧綠能加油站」發展目標,工研院與中油、億鴻正攜手進行多項技術研發與示範驗證,包含多元能源整合(太陽光電與燃料電池)、多元儲能系統應用(釩液流儲能系統與鋰電池系統),以及能源管理系統等三大核心技術。若欲實現產能、儲能、用能間的能源智慧調控,能源管理系統是主要關鍵技術之一。

近日完成的台南前鋒路智慧綠能示範站中,能源管理系統包含抑低負載需量與時段性能源自給自足等兩種運轉情境。透過能源管理系統智慧化管理,運用預測及預先排程,搭配綠電與調節分散式電源設施,在最高負載用電時段,釋放儲能電池的電力,以減少台電系統供電的需求。(本文作者為工研院綠能與環境研究所電力及電網技術組組長梁佩芳)

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