在巨浪狂風黑水溝中部署的「離岸風電」,能為台灣帶來充滿希望的能源未來嗎?

2018/09/30 本文由 NEPII「第二期國家型能源科技計畫」委託,泛科學執行

https://pansci.asia/archives/148240

在不太遙遠的未來,臺灣海峽會有大量的離岸風機紛紛建起。巨幅的扇葉隨風旋轉,讓電力孤島的臺灣,未來得以提高能源自主率並且避免氣候變遷危害。

臺灣高聳的中央山脈,隔著臺灣海峽與中國福建的武夷山遙遙相望,這樣的地形環境形成了巨型的「狹管效應」,讓臺灣海峽成為世界排得上名的良好風場。美國國家可再生能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory,簡稱 NREL)評估臺灣海峽的離岸風力可高達七級。NREL 將風力分成七個等級,依據風力數據的風度和品質、地形的複雜性和資源的地理差異,等級三以上的地區便適合發展風力發電。

風力等級一覽表。圖/National Renewable Energy Laboratory

風力等級一覽表。圖/National Renewable Energy Laboratory

世界各地風力等級示意圖。圖/National Renewable Energy Laboratory

世界各地風力等級示意圖。圖/National Renewable Energy Laboratory

離岸風電在臺灣

著眼與臺灣發展再生能源發電的迫切需求,「風力發電4年推動計畫」原規劃 2025 年離岸風電 3GW 目標,行政院長賴清德於 2018 年 3 月 22 日正式宣布加碼提高至 5.5GW。

臺灣現階段的離岸風場開發,主要分為三個階段進行:首先為「示範風場」的開發建置,次階段為「潛力場址」,目標為 2020年完成 520 MW、2025年完成 5.5 GW 裝置容量設置。最後一個階段則是目前能源局仍在規劃細節的「區塊開發」。

三家離岸示範風場開發商台電、上緯、永傳均已於 2015 年 11 月完成離岸風場測風塔之建置,並開始進行長期之離岸風場量測記錄。2016 年,臺灣的離岸風電元年,上緯於 10 月 25 日與 27 日於苗栗近海先後完成兩架離岸風機 (Siemens 4MW+4MW) 之裝置,開啟臺灣離岸風電產業的第一頁。

要在茫茫大海之中建造超過百米的巨大風機,在進行基礎的探測、累積資料確定架設位置之後,目前的實作主要是在深度 50公尺以內的海床打樁,安裝水下結構,再安裝風機裝備,並且同步鋪設將電力併入陸上電網的海底電纜;前面種種均需仰賴相當昂貴的離岸風機的施工船隊進行,而架設完成後續還會有風機的運轉與維護的需求。而如若風場的選擇合適,在原有風機抵達使用年限後,可再拆換新型的風機系統,生生不息、永續利用該地風能。

離岸風電,臺灣嶄新的產業未來?

當我們談論到離岸風電的產業技術發展,多數人很自然會聯想到風力發電機零組件的建造,事實上,離岸風電的產業還包括了水下結構的建置、海事工程、以及風機的運轉與維護等,每個項目都有相當複雜的產業與技術存在。

目前台灣的風力發電主要設置於海岸,但未來將逐步增加興建離岸風機。圖為台中高美濕地一帶的風機。圖/juemi @Pixabay

目前台灣的風力發電主要設置於海岸,但未來將逐步增加興建離岸風機。圖為台中高美濕地一帶的風機。圖/juemi @Pixabay

即將大舉投入離岸風機建造的臺灣,是不是能一併發展國產化的離岸風電產業,進而創造出除了電力之外更多的經濟產能?目前現階段經濟部採取的策略,在於離岸風電發展的遴選機制中納入了「產業關聯效益」項目,以「事前承諾、事後具體執行」方式辦理,希望能帶動本土的供應鏈發展。

「歐洲風機的製造技術發展已經相當純熟,」國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系江茂雄系主任,身兼 NEPII 離岸風能及海洋能主軸中心召集人說:「因此要全部由臺灣製造相當困難,較現實的策略是發展重要的零組件或是在地設廠進行風機組裝。」

另一個需要克服的產業困境,是臺灣並無自己的海事工程船隊,因此無論是架設離岸風機、海纜施工或是未來的運轉跟維護,均需仰賴規模龐大的海事工程船隊,可能會有機具需遠距離調度、時間過長、成本過高、時程受制於人等疑慮;但自行籌組船隊需要相當龐大的資本額,未來需要設法解決。

另一方面,著眼於臺灣海峽的優良風場以及富有颱風與地震的環境,臺灣離岸風場開發為各國離岸風電公司趨之若鶩投入亞洲市場的試金石與練兵場。在這樣的環境中,臺灣還有哪些技術發展有機會迎頭趕上呢?

「針對臺灣海域之抗颱耐震機組,以及浮動式平台的研發,相當適合做為主力投入發展的技術。」江茂雄主任說,現行的適用於深度 50 米以下的固定式基礎的離岸風機國外產業已經相對成熟。浮動式平台不需打樁、組裝受天氣影響小,海事工程成本較低。目前這方面的技術各國仍陸續研發中,全球較具規模之實海域驗證計畫包括挪威的 Hywind示範計畫、葡萄牙的WindFloa計畫,以及日本的福島浮體式洋上風場計畫。如能與國外廠商合作,可做為臺灣發展浮動式平台的產業能量。

產業發展,人才哪來?

2025 年臺灣預計完成 5.5GW的離岸風機裝置容量,經濟部並估計可創造2萬人次的就業機會,帶動近兆元的國內外廠商投資額。但這些就業內容並非天下掉下來的餡餅,離岸風電產業的人才培育,也因此迫在眉睫。

離岸風機設置除了能源革新,更能帶動經濟發展,但相關專業人才的培育也迫在眉睫。 圖/經濟部開放資料

離岸風機設置除了能源革新,更能帶動經濟發展,但相關專業人才的培育也迫在眉睫。 圖/經濟部開放資料

在離岸風電產業大抵將所需的就業人力分為兩大類:「綠領」與「白領」。

「綠領」的工作內容類似我們認知的藍領工人,需要實地操作、調度機械,但還需具備使用英文的能力並且通過相關的證照。如位於台中港「海運發展學院園區」的安全訓練中心即預定 2019 年初對外營運,提供國際GWO認證的安全訓練課程。

「白領」的工作內容則為管理階層,包括工程師、管考、法務等面向,需要相對專業的訓練。目前臺灣大學率先啟動,與丹麥大學合作已於今年九月推出「離岸風電學分學程」,未來預計也將開設在職訓練課程,以及還需教育部同意才能增設的「離岸風電學位學程」。

離岸風電作為重點發展的再生能源項目,初期投入的成本較高,且新興技術充滿了高風險與變數,因此相當仰賴政策方向的引導與補助。如國產化的政策於去年10月正式納入遴選要求,才帶動了國內相關生產鏈的投入。而未來第三階段「區塊開發」應針對可能的風場作出更完整的環境評估與量測,包括海床條件探勘、風場探勘與生態評估等內容,從而降低離岸風電開發的風險與爭議,以此迎向真正永續發展、綠能生生不息的未來。

圖/fxxu @Pixabay

圖/fxxu @Pixabay

延伸閱讀

參考資料

七美智慧電網,讓明滅燈光下的淒美故事成為絕響

2018/09/21 本文由 NEPII「第二期國家型能源科技計畫」委託,泛科學執行

https://pansci.asia/archives/147596

  • 文/廖英凱

19 世紀 80 年代後期,供電系統與輸配電系統開始商業化興建,與隨之而來的關於直流電與交流電的「電流戰爭」,在往後的一個世紀中,供電系統快速地建設到了多數人的家中,從翻山越嶺的高壓電塔,隱藏於城市中的電氣地下化,到連結離島與離岸風電的海底電纜。輸配電設施的涵蓋程度,有時更超過了公路交通系統。對於當代社會來說,輸配電系統的連結,更是提升生活品質與經濟發展的基石。

隨著 21 世紀資訊與通訊技術(ICT)的興起,我們開始可以看到各 ICT 業者,推出了智慧插座,智慧家電等產品,讓你可以輕易利用行動裝置,控制或了解家中電器產品的狀態。然而,對比起作為基礎建設的輸配電系統,似乎就少了一些與時俱進的「智慧感」,例如家家戶戶樓下的傳統電表,是仰賴電流的電磁感應,使電表中的鋁盤產生渦電流,而得到轉動的力矩,再利用鋁盤的轉動帶動計數器而記錄能耗。

台電公司再定期派員抄寫電表,來通知用戶繳交電費。或例如大尺度的電網供電與發電廠調度,也因特性為集中式發電與階層式電源調度和輸配電,而相當仰賴歷史經驗的判斷,對整體系統上的各環節難以監測與即時調整。

此外,隨著太陽能與風力發電的佔比提升;再生能源裝置的分散性;與發電功率受天候影響而不穩定的特性,也成了未來輸配電系統營運特別需要考量的因素。因此,2010 年起,能源國家型科技計畫就開始推動「智慧電網與先進讀表主軸專案計畫」;2012 年,行政院也核定通過「智慧電網總體規劃方案」,選定了數個規模小、電力系統獨立且有再生能源發展潛力的離島,作為發展智慧電網的先發試驗場域。

七美雙心石滬

如今,七美不只有雙心石滬,陳朝順博士的研發團隊還在此完成了智慧電網示範系統。圖/wikimedia

2018 年初,義守大學電機系講座教授陳朝順博士所率領的研發團隊,在澎湖七美完成了智慧電網示範系統,利用能源管理系統、儲能系統與智慧變流器的搭配,實踐了穩定可靠,又可降低離島高昂柴油發電費用的智慧電網。

七美智慧電網:再生能源高佔比的前哨戰

七美是澎湖群島中最南端的大島,佔地近七平方公里,常住人口約為兩千人。由於七美與澎湖本島和臺灣本島之間,並沒有海底電纜相連輸電,長年以來,七美發電廠設置了總裝置容量為 4000 kW 的四座柴油發電機組,為七美島提供每年約八百萬度的發電量。然而,柴油發電成本每度電高達十七至十八元,對離島發電經營是沉重的負擔。

過去幾年,台電公司也在七美設置了 400 kW裝置容量的太陽光電,目前也已規劃設置風力發電。當再生能源的佔比逐漸提高時,天候與故障等變動,會嚴重影響到整體系統的負載能力,而可能發生如815停電時,因備轉容量 10% 的電廠故障,而導致全台大規模的停電。因此,在高佔比再生能源的情境下,讓供電穩定又能降低發電成本,就是智慧電網在此發展的首要任務。

七美智電架構圖

七美智慧電網架構圖。資料提供/陳朝順教授 圖/泛科學重制

七美智慧電網的架構,是在電力系統上,將既有的柴油發電機、太陽光電與儲能系統與規劃中的風力發電系統相連,各個電力設備上裝設由光纖網路相連的監測與控制設備,可由「智慧能源管理系統」自動調整與調度全島的發電與儲能設備的充放電。

雖然過去七美仰賴柴油發電,但隨著太陽光電的建置與未來風力發電的規劃,部分時段的再生能源發電占比,已可達到 50%以上。因此,智慧電網與儲能系統的搭配,輔以氣象預報、歷史用電等能源消耗資料,可以使儲能系統快速充放電的特性,與再生能源變動的發電特性相配合,最終使綠能併網量最大化。

智慧變流器

再生能源發電不可控的特性,也可能造成再生能源輸出至主電網時的電壓不穩定,從而影響電力品質。陳朝順教授的團隊,是在再生能源設備併入主電網前,設置「智慧變流器」,智慧變流器可以將太陽光電發出直流電轉換為一般使用的交流電,並能在維持發電功率的狀況下,調整再生能源發電的電壓,使併網後的總電壓維持穩定。智慧變流器也可透過遠端控制中心的指令調控,達到運轉監測與即時調度的功能。

目前,七美的太陽光電,已全面安裝國產的智慧變流器。標準檢驗局也公告「CNS 15382 太陽光電系統-電力傳輸網界面之特性要求」,旨在規定未來的太陽光電占比提升時,太陽光電設備都需安裝符合標準的智慧變流器,才得以併入主電網而不影響電力品質。而具有遠端監測控制功能的智慧變流器,更能提供電力公司做更即時與細緻的電力調度。

左:智慧變流器;右:智慧變流器電壓設定自主調控曲線

左:智慧變流器;右:智慧變流器電壓設定自主調控曲線。當智慧變流器偵測到再生能源輸出電壓過高時,可自動調整虛功補償,讓電壓下降並維持功率及併網後的總電壓。圖/陳朝順教授提供

功率也能「虛實」整合!?

智慧變流器能調控電壓的原理,在於能調整「虛功率(a.k.a. 無效功率、電抗功率)」

在直流電的世界中,電的功率來自於電壓與電流的相乘,提供越多的電壓或電流,自然會有更大的作功效率,也就是我們在中學課本時會學到的:

P=I×V

這也是電器、延長線、電源供應器上關於用電功率的註記,以及電力公司在電錶的紀錄上,實際考量到的功率,稱之為實功率。

波形

但是在交流電的世界中,交流電的電壓與電流是一個不斷的交替的波,在波形的上半部(正半週期),是電源傳送至負載(會耗電的元件、電器)的功率,而波形的下半部(負半週期),則是負載傳回電源之功率。

當交流電的電路中只有電阻時,電壓與電流的相位會完全相同,相乘所得到的功率,其相位也與電壓電流相同。然而在真實世界的電力系統中,並不會只有電阻,還會有電容與電感,特別像是民生與工業大量使用的馬達與壓縮機,也都是電感性的負載。而交流電在電容與電感元件中,會呈現剛好相反的特性。

純電阻交流電路波形

在純電容的交流電路之中,由於電容的電壓需要電流的累積才會出現,因此電壓滯後電流 90 度相位角,反之在純電感的交流電路中,電感的電壓則因為是電流的導數,而反而會超前電流 90 度相位角。

在一個理想的電路之中,理想的電流和電感並沒有真正消耗掉能量,而是分別在不同的時間點充放電。導致發電廠所發出來的電,並不能夠完全地被電器產品中的電阻給消耗掉,而是被電路中的電容與電感做了無謂的充放電,這個無謂的損耗,也就是所謂的虛功率。

虛功

為了要減少並沒有辦法真的給電器使用的虛功率,在電器與電力系統的設計上,都會刻意地利用電容和電感的搭配,使電壓與電流的相位差減少,讓整體電器相對於電網來說,近似一個純電阻的元件,就能提升用電的效率且維持電網中的波形恆定。

但對於再生能源高佔比的情境時,以太陽能為例,太陽能所發出的直流電,可交經由變流器(a.k.a. 逆變器、反流器)轉化為交流電再併入主電網,一旦發生天候或用電狀況改變而導致系統過載時,會導致整體系統的電壓升高,而危害到系統上的所有電器。

因此,智慧變流器在此的用處,是透過通信網路與能源管理系統連結,當系統電壓提高時,增加電壓與電流的相位差,使太陽能發電系統的虛功率提升,因而降低輸出的電壓,以維持主電網電壓的穩定。

從七美島到台灣島

七美高佔比再生能源的智慧電網,是實踐我國積極提升再生能源裝置容量的能源政策的寶貴經驗,陳朝順教授認為,雖然如德國等國家,正朝向實踐100%再生能源發電的目標邁進,但達成主因仍受惠於歐陸跨國電網所提供的穩定基礎。臺灣再生能源高佔比的獨立電力結構規劃,在全世界仍屬相當罕見,因此,高佔比再生能源的七美經驗,成了我國電力發展的重要試驗。

好啦,其實在臺灣是很幸運的,平均只要花上16分鐘左右的時間等待復電。圖/torange

好啦,其實在臺灣是很幸運的,平均只要花上16分鐘左右的時間等待復電。圖/torange

此外,臺灣的供電品質雖普遍較世界各國為佳,以系統平均停電時間(SAIDI)來看,臺灣全年平均每一戶大約是 16 分鐘,相比起來德國約 40 分鐘,中國大陸約 60 分鐘。但若以一些規模較小的城市型國家來對比,如盧森堡則約 10 分鐘,新加坡更僅有 0.15 分鐘。代表我國的供電品質,仍可藉由基礎電力建設的更新而有進步的空間,特別是對於科技園區、大都會等關鍵地區,若可盡可能減少電力不穩定的時間與頻率,必然能有助於民生品質與產業發展。

又伴隨資通訊技術與物聯網的發展,與通信網路相結合的電力系統,可以幫助使用者與電力業者,更準確地了解各電力設備的品質與調度電力供需。例如目前都會區普遍採用了電力地下化,但當故障發生時,地下化反成為故障定位與狀況了解的阻礙,因而仰賴搶修工程師在故障區域內的逐一檢測修復。

但結合資通訊技術後,工程師可以在電力系統各環節裝設感測器,了解龐大電力系統各零組件的電壓、電流與溫度等參數,以精準迅速察覺故障發生的位置與原因。

電動車的充電預計亦將會是電力供需的一大負荷。圖/wikimedia

電動車的充電預計亦將會是電力供需的一大負荷。圖/wikimedia

又以電動車為例,部分廠牌電動汽車的充電電流設定為 40安培 至 80 安培,但一般家用電錶的最大總電流常為 25 安培以下,足見當電動車逐漸普及時,電動車的充電將又會是電力供需的一大負荷。因此,若能讓電力公司調配電動車的充電時機至用電離峰時段,就能減少用電尖峰的負荷。

總括而論,智慧電網具有提高再生能源併網量、提升供電品質與更細緻資產管理的功能,是未來高佔比再生能源電力結構下必不可缺的關鍵技術。發展智慧電網所需的電力電子與資通訊科技,亦是我國科學發展與科技產業的強項。然而智慧電網因涉及電力基礎建設的大規模更新,龐大經費的支出仍仰賴足夠誘因的商業模式為解。

若能鼓勵科技、工業園區等業者投入資源佈建局部性的智慧電網;並將能源國家型科技計畫和學界長期以來投入的理論轉化為實務運用。智慧電網的普及,將是我國實踐高佔比再生能源電力結構的關鍵基石。

參考資料

【活動訊息】NEP-II節能研發成果 國際肯定

 工商時報  文/葉圳轍

https://www.chinatimes.com/newspapers/20180918000360-260210

為期五年的第二期能源國家型科技計畫(National Energy Program-Phase II, NEP-II)產出國際級節能研發成果,將於10月5日至8日配合「2018臺南國際生技綠能展」,以專區形式做總期程期末成果展,國人將可一睹最先進的綠能、節能新技術,配合成果發表及商機媒合,將引領臺灣能源朝向更「安全、效率、潔淨」方向邁進。

據了解,NEP-II依研發領域分為節能、替代能源、智慧電網、離岸風力及海洋能源、地熱與天然氣水合物、減碳淨煤六大主軸中心。其中,節能主軸中心著重以產業化角度擘劃我國節約能源科技之發展,從民國103年計畫啟動,5年來已促成節約用電678萬度以上,減少二氧化碳(CO2)排放量311萬噸(相當於8,000座大安森林公園一年CO2吸附量);成功促進業界廠商投資金額達新臺幣400億元以上,並輔導5家新創公司成立,顯見研發成果深獲業界肯定。

NEP-II計畫辦公室表示,以住商節能來說,NEP-II建立了國內DC變頻吊扇完整零組件與磁浮離心機兩大產業供應鏈;此外,研發團隊聯合國內企業所組織的「LED照明藍海艦隊」,已成功取得約旦LED路燈萬盞標案,並獲得歐洲燈具通路商合作契機。

在工業節能方面,國人自行開發之凹版轉印技術應用於印刷電路板製程,可有效降低產程耗能;整合式工業燃燒技術應用在蓄熱燃燒系統,不僅提高生產效率,其應用廢熱發電更超過億元之產值;

運輸節能方面,利用影像處理技術與節能駕駛輔助系統主動指引車輛油門控制,提升燃油使用效率,最高可省能超過20%。相關技術不僅協助國內企業開發停車輔助系統,更已進軍新興國家市場。

NEP-II整合大學雲端設備,使現有雲端資源充分利用,並利用智慧節能電腦機房以維持機房最佳溫溼度,降低空調耗能,達到節能省電效益。

NEP-II計畫辦公室強調,綠能科技為我國產業政策核心之一;NEP-II深耕產學合作,期望研發與技術相輔相成,引領臺灣能源朝向「安全、效率、潔淨」之方向前進。NEP-II總期程期末成果展,將於10月5日至8日假臺南南紡世貿展覽中心舉行的「2018臺南國際生技綠能展」盛大展出,屆時將展現該團隊研發成果,各界可前往尋寶、尋求合作商機。

太陽能板架好了,然後呢?來一同認識太陽光電併網與調度面臨的課題

2018/09/07 本文由 NEPII「第二期國家型能源科技計畫」委託,泛科學執行

https://pansci.asia/archives/147237

太陽是地球生命最主要的能量來源。屋頂鋪設好太陽能面板,搭設好線路,電力就能夠隨手可得……真是如此嗎?我們距離這樣的生活還有多遙遠呢?

1922 年,愛因斯坦獲得諾貝爾獎,這次獎項並非頒給眾所矚目的相對論,而是頒給了光電效應。光電效應描述了光線照射物體表面時會使其發射出電子的物理現象,而太陽能電池 (Solar cell)就是應用半導體,在接受光照後其射出的電子會在不均勻的材料間形成電流,藉由串連這樣的模組、獲得電壓來發電。第一片太陽能電池在 1952 年正式誕生,而時至今日,這項技術佔全球能源的發電量比例仍不到 2%。

為什麼需要這麼多裝置容量?

台灣目前的政策規劃,2025 年再生能源發電占比 20%,其中,太陽光電更規劃要達成 20 GW(Gigawatt/十億瓦)的裝置容量。為了讓大家對這個目標數字有個概念,我們需要拿出其他數字來稍稍比較一下: 2017年,全世界的太陽光電裝置容量將近 400 GW,而根據經濟部能源局的資料,截至 2018 年 6 月全台灣的發電機組的總裝置容量為 52.79 GW,再生能源的裝置容量占僅達 5.75 GW(10.89%,資料來源:能源統計月報),其中太陽光電的裝置容量僅達 2.24 GW(資料來源:能源統計月報)。也就是這短短的七八年間,太陽光電的裝置容量要成長近 9 倍。

可能已經有夥伴眼尖注意到了,即使再生能源在 2025 年的佔比要提高到 20%,但在這裡太陽光電預計要達到的裝置容量比例似乎有點高?是的,這裡要考慮到太陽光電與風力發電和其他有我們目前較為慣用的發電方式有點不同,屬於「間歇性能源」,太陽不會隨時都在照耀,而風也並不是時時刻刻都颳起。「裝置容量」主要意指機組在最大輸出時的發電量,靠天吃飯的再生能源並不像火力發電或核能發電,可以進行升載調度。間歇性能源討論到其發電量佔比時,更必須要將其「容量因數」納入仔細的檢視。

  • 容量因數的計算公式:(年總淨發電量)/(額定容量 × 8760)

2017 年台電統計全台的太陽光電容量因數為 13.34 %,相較而言火力為 75.21%,而風力則為 27.98%。裝置容量反映的是這個機組在可以達到的最大輸出發電量,要加上容量因數才能真正代表此類發電技術在發電量能夠提供的貢獻。

正是由於現行太陽光電的技術以及太陽能本身的侷限(像是遇到天黑和下雨就不行惹),現行的容量因數偏低,因此太陽光電要產出與火力發電相同年發電量,其裝置容量必需是火力發電的 5.6 倍。

「屋頂型」與「地面型」的裝設規劃

現行的政策規劃在七年內要讓太陽光電的裝置容量成長 9 倍,為了達成這個困難的目標,經濟部推出「太陽光電 2 年推動計畫」,短期目標為 2 年內完成 1.52 GW的太陽光電,為 2025 年的設置目標量鋪路。台灣地狹人稠,太陽能光電在台灣主要架設的位置可以分成兩大類:「屋頂型」與「地面型」。

「屋頂型」架設於公有屋頂、工廠屋頂、農業設施或者其他屋頂;這類的設備數量多、裝置容量小而分散。而「地面型」則主要選擇鹽業用地、嚴重地層下陷地區、水域空間、不易耕種農地及淹埋場等地方架設,共通特色是其位置分散偏遠、交通不便人跡稀少。

桃園大圳光電埤塘。 圖/桃園市政府環保局網站

桃園大圳光電埤塘。 圖/桃園市政府環保局網站

簡單來說,太陽光電在台灣是現階段的裝置特色多半是小而分散,或者是非常偏僻。這樣的裝置架設,在未來已經可以預見會有併網與調度的難題需要克服。

可預見的併網與調度難題

首先是將太陽光電加入電力系統的「併網」可能會遭遇到問題。電力系統主要由發電系統、輸變電系統、配電線系統所組成。如果將大型的發電系統比喻為(不只一顆的)心臟,輸配電系統比喻為血管,那現行的電力系統基本上調控的方式就是收集血管中的資訊,再來調控調度心臟的輸出;而太陽能光電併網,就像是在微血管或者是小動脈上加裝小型的心臟。一開始電力系統的規劃並沒有這樣的設計,因此現階段的太陽光電的推廣,就需要克服電網末端的輸配線路是否能負荷的問題。

除了併網問題之外,其次則是調度以及資訊整合的難題。小容量大數量的太陽能光電併網加入發電的行列,發電資訊與調度指令整合,隨著數量增加難度越來越高。過去由於太陽光電佔發電量比極低,其變動不易影響供電品質,而在可見的未來佔比逐漸升高的情況下,電力系統該如何調控、調度這些來自於末端的電力?又該如何得知並不穩定的太陽光電即時的電力資訊?這些小型發電裝置該如何配合調度?或者該如何能將即時的資料回傳至調度中心?

NEPII 計畫中的「用戶側再生能源與用電管理及需量聚合服務平台」正在試著要解決這樣的問題。

「用戶側再生能源與用電管理及需量聚合服務平台」

現行台灣的太陽光電可以預見將面臨各端的用戶數量極為龐大的情況:2017 年的統計,太陽光電已併聯的案數約為 1.5萬座,但現行系統中能即時監測到數量不到百分之一。而在 2025 年之前要大幅提升光電佔比的情況下,分散式再生能源系統的資訊整合與調度應該要如何完善,將是維繫電網穩定的重要關鍵之一。

「這個服務平台有點像太陽能光電設備與台電之間的 LINE 系統,台電可以調度末端的太陽光電,而末端也可以即時反饋發電資訊」計畫的成員,資策會系統所能源策略總監陳文瑞說。

「用戶側再生能源與用電管理及需量聚合服務平台」整合用戶端、製造端與台電之間的資訊,提高整體發電效率以及擴大未來發展空間。

他們希望藉由共通資訊模型技術 (Common Information Model),建立整合不同廠牌的互通格式,克服現行各家自訂規格、資訊無法互相傳輸的問題;並且採用最簡易的資訊協定,藉此降低廠商導入互通格式技術門檻。甚至更進一步,可以協助太陽光電用戶端整合其發電資料,在系統中加入人工智慧,協助預防性偵測出可能需要維修或者進行維護的光電模組。

在面臨大規模能源轉型的時刻,台灣選擇了大幅提高再生能源比例的道路。應運而來的是,為了完成這樣的轉型,整體的電力系統與資訊整合都必須需經歷一番傷筋動骨、改換體質的技術挑戰。

註:此處僅計算已完成併網的部分。

參考資料:

【活動訊息】NEP-II能源技術媒合及商談會 10/6登場

 工商時報 文/葉圳轍

https://www.chinatimes.com/newspapers/20180911000356-260210

https://tw.news.yahoo.com/nep-ii能源技術媒合及商談會-10-6登場-215009805–finance.html

第二期能源國家型科技計畫(NEP-II)將於10月5日至8日,配合在台南南紡世貿展覽中心舉行的「2018臺南國際生技綠能展」,辦理總期程期末成果展,展期第二天(10月6日),在同一地點將舉辦「能源技術媒合及商談會」,與國人分享技術研發團隊之最新可商業化的綠能尖端技術,即日起接受預約報名。

NEP-II是由科技部、經濟部、原能會、交通部等機關支持,跨部會合作組成的能源研發及產業化推動計畫,目標為強化我國能源科技產業之國際競爭力,提高能源自主性。NEP-II自103年度執行至今,在創能、儲能、節能、系統整合等領域,成功開發多項可與國際廠商並駕齊驅的技術與產品,進而扶植綠能新創事業發展,協助台灣邁向能源轉型願景。

該技術研發團隊在該「能源技術媒合及商談會」中,將完整介紹各項具高商業價值的研發成果,並於展區進行實品解說,以藉此促成產學研合作商機。媒合及商談會報名網址:https://goo.gl/VUihA1

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【活動訊息】能源安全生力軍NEP-II 參加10月5日臺南生技綠能展

 工商時報 文/葉圳轍

https://www.chinatimes.com/newspapers/20180905000467-260204

https://tw.news.yahoo.com/能源安全生力軍nep-ii-參加10月5日臺南生技綠能展-215013347–finance.html

第二期能源國家型科技計畫(National Energy Program-Phase II, NEP-II)自民國103年起開始執行,今年底將驗收總成果;該計畫將於10月5-8日,配合在臺南南紡世貿展覽中心舉行的「2018臺南國際生技綠能展」,舉辦總期程期末成果展,創新儲能技術研發成果是展出重點之一。

NEP-II計畫辦公室表示,因應我國2025年再生能源發電占比達20%目標,及汽機車逐步電動化趨勢,儲能在我國能源轉型過程中,扮演建構分散式電力系統、提升供電穩定及強化國家能源安全的關鍵角色。

NEP-II計畫辦公室進一步指出,我國為自產能源較缺乏的島嶼型國家,因此現正大力提升再生能源自主發電能力。將儲能系統裝設於再生能源發電端,可解決太陽能及風能間歇性發電造成的電力缺口;安裝於電網端,則可為電力削峰填谷、平滑系統功率調控,強化電網使用彈性及用電可靠性,以穩定供電;應用於小區域、工商業用戶、電動車的儲能電池,更是災時電力備援利器。

NEP-II致力於儲能電池的研發,如為鋰電池研發壽命更長的正負極材料,以降低單次使用成本,並積極發展具備更安全、高電壓及高能量密度特性之下世代鋰電池技術;同時開發汰役電池之篩選、重組及管理技術,以因應未來大量鋰電池之廢棄處理。氫能及燃料電池方面,NEP-II團隊已具備kW級之模組及系統能力,更積極推動燃料電池作為電信基地台備用電力,為偏鄉或高災害潛勢區提供穩定可靠之緊急聯外通訊網路及電力。

其他儲能技術,如液流電池、鋁離子電池等,NEP-II皆已掌握核心技術並啟動小規模示範驗證,未來將可應用於微型電網及輕型機車。

NEP-II計畫辦公室強調,儲能為我國綠能科技發展主軸之一,配合2030年公車全面電動化、2035年禁售燃油機車、2040年禁售燃油汽車及非核家園等政策目標,NEP-II持續研發適合應用於電網、區域、工業用戶及離島等不同層次的儲能電池,計畫總期程期末成果展將展出團隊歷年研發成果,期與各方先進深入交流,加速儲能系統的布建與應用,一起為臺灣充飽電。

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【活動訊息】臺法二氧化碳捕獲封存與再利用技術(CCSU)雙邊研討會

NEP-II計畫團隊與法國研究團隊共同舉辦「臺法二氧化碳捕獲封存與再利用技術(CCSU)雙邊研討會」訊息如下:

日期:107年9月19日  時間:9:00-16:30

地點:國立清華大學動力機械工程學系108會議室

議程及報名網址:https://sites.google.com/site/2018ccsu/home/500

聯絡人:尤小姐

電話:( 03 ) 5326100*10 / 0939-515900

【活動訊息】以科技創新促成能源轉型 第二期能源國家型科技計畫10月在台南舉辦期末成果展

2018/08/21 | 記者葉圳轍 |台北報導

以科技創新促成能源轉型;為期5年的第二期能源國家型科技計畫(National Energy Program-Phase II,簡稱NEP-II),以「安全、效率、潔淨」為願景,結合跨部會及產學研能量,致力推動能源科技創新與產業化。

NEP-II自民國103年起開始執行,今年(107)底將驗收總成果;該計畫將於10月5日至8日,配合在臺南南紡世貿展覽中心舉行的「2018臺南國際生技綠能能展」,辦理期末成果展,展出該計畫團隊歷年研發成果,並開放與各界深入交流,期一同為臺灣能源轉型再開新頁。

NEP-II執行辦公室表示,NEP-II依研發領域分為節能、替代能源、智慧電網、離岸風力及海洋能源、地熱與天然氣水合物、減碳淨煤等六大主軸中心。歷年研發成果分別從強化能源自主、維持供電穩定、提升能源效率,以及整合跨領域技術、平衡能源供需等面向,回應創能、儲能、節能、系統整合等政策目標。

以創能為例,我國具備絕佳的地形與地理位置,在發展太陽能、離岸風電、地熱能、生質能等技術上,擁有得天獨厚的條件。

NEP-II執行辦公室指出,我國能源轉型政策以太陽光電與離岸風電為主力,NEP-II開發先進製程以提升太陽能電池效率,將可有效減少太陽光電設置所需面積,加速達成發電目標;在離岸風電方面,研發可因應颱風、洋流與地震等特殊極端環境的風機支撐結構設計驗證技術,以及風機控制、監控及電能轉換技術和預兆式離岸風機營運維修系統,將可帶動離岸風機相關產業本土化。

地熱能的開發上,NEP-II配合政府策略,短中期加速推動淺層地熱,長期逐步發展深層地熱。淺層地熱已建置如宜蘭清水地熱公園發電機組試驗平臺、北投泉源47號公園酸性地熱發電試驗系統等;深層地熱則著重於宜蘭平原之探勘調查及熱源驗證。

生質能方面,NEP-II與地方政府及農牧業合作建置生質沼氣示範系統。商轉後將可有效利用廚餘和畜牧廢棄物進行發電,以減少資源浪費並降低環境污染。

NEP-II執行辦公室強調,綠能科技為我國產業政策核心之一;NEP-II計畫深耕產學合作,務求學研界的研發可以扣合產業需求,因此,10月5日至8日在臺南南紡世貿展覽中心舉辦的該計畫「期末成果展」,將有5年來團隊的研發成果展出,期與各方先進深入交流,一同為臺灣能源轉型開創新局。

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