微型電網

能源台灣-啟動轉型之路(上)

摘要
澎湖南方的東吉嶼,2013年政府補助建置光電板,但是光電不穩定,併聯會導致成柴油發電機跳機,根本無法使用。2016年,澎湖縣政府與核研所、中興電工合作,引進微電網系統,綠能才發揮功用。

能源轉型是全球關注的議題。台灣,一個欠缺能源的島嶼,卻有著豐富的陽光、風力、地熱、水力等再生能源,這些能不能點亮台灣的未來?

2025年,台灣即將告別核電,政府計畫將再生能源的占比,一口氣從現在的4.7%提升到20%。這張綠電支票要兌現,得克服好幾個難題。 

首先,太陽光電要從現在的1.1GW增加到20GW,相當於7.4座核四廠的裝置容量,需要的土地面積高達三萬公頃,比整個台北市還大。

第一個難題是:地從哪裡來?

政府目前盤點出優先設置地面型光電的土地,包括鹽業用地、嚴重地層下陷區域、已封存的掩埋場或受污染的土地、水庫埤塘等水域空間。在這幾種優先開發的土地中,鹽灘地因為屬於溼地範圍,生態豐富,爭議也最大。

設置光電的另一個爭議點在農地。2013年農委會放寬規定,雞舍、豬舍、溫網室等農業設施,都可以加裝光電設備,賣電風潮吹進農村,卻因為開始時規範不夠明確,有些光電棚架下只有雜草,或只擺了一些太空包,沒有實質的農業生產,引發農地流失危機。

近年來光電業者競相承租農地,農地地租跟著水漲船高。業者指出,有太陽能業者承租農地的價格,一甲地一年租金高達四、五十萬,是一般農地租金的八到十倍。

當種電的利潤遠大於種田的收入,農地農用的本質很難維持。最近假種田、真種電的狀況被社會重視,地方政府開始嚴格稽查,違反規定而被撤銷的案件累積達103件。不論是業者、農民甚至地方政府,都還在摸索農地與光電共生的可行性。

除了大面積光電,離岸風電也將進軍台灣海峽。根據調查,全世界最優良的五十個離岸風場中,超過九成位於台灣海峽,是台灣發展離岸風力的先天優勢。

2015年政府公告三十六處離岸風電潛力場址,申請籌設的業者必須在2017年底前完成環評。然而西部沿海是重要漁場,也是白海豚重要棲息環境,設置大型離岸風機最大的爭議,在於如何減輕對近海漁業與生態的傷害。環保署通過離岸風力政策環評,以「先遠後近」為原則,未來應該從離岸較遠的風場先做開發,以避免衝擊近海生態。

不論是大面積集中型的光電,或大型離岸風機,不可避免會對環境生態造成衝擊,長距離的電力輸送,更是耗費成本。

學者指出,台灣地狹人稠,土地資源有限,發展光電還是應該從每棟房子的屋頂做起。俯瞰都市地區的屋頂,80%都是違建,受限於法規,違建上方無法設置光電設施。此外,市區還有互相遮蔭的問題。要確保有陽光照耀,必須從都市計畫就預先做考量。

再生能源發展的第二個問題是:太陽能跟風力都是間歇性能源,沒風沒太陽的時候,該怎麼辦?

我們來到台電電力調度中心,這裡可說是全台灣電力系統的大腦,所有電廠都聽命指揮調度,但有一種電沒辦法調度,就是風和太陽。按照現有的電網,必須有大的火力機組隨時熱機待命,才能在陰天或太陽下山後,遞補不足電力,這顯然不是有效率的投資,因應間歇性綠電,傳統電網必須改變。

2016年中科院在小林村進行儲電計畫,他們挑選了十五戶,每戶裝了十度電的儲電系統,讓太陽光電可以存在社區自行使用。日光小林的儲電設備中有鉛酸、鋰鐵,還有電動車的汰役電池。從儲電設備上的顯示器可以清楚看到,每家發電量多少,電池裡有多少電,目前家戶用電大約七成都來自太陽能。住戶用不完的電經由電池送到活動中心,供應社區的公共用電。

在很多地方,再生能源的成本比傳統電力更便宜。以澎湖南方的東吉嶼為例,平時島上住戶加遊客大約兩百人,跟許多離島一樣,仰賴柴油機發電,燃料加上維護費用,每度電成本高達22元。

2013年政府補助建置光電板,但是光電不穩定,併聯會導致成柴油發電機跳機,根本無法使用。直到2016年,澎湖縣政府與核研所、中興電工合作,引進微電網系統,綠能才發揮功用。最高紀錄光電在電網中瞬間占比達92%,仍然穩定供電,這項技術也因此獲得APEC能源智慧社區倡議銀質獎的肯定。

東吉嶼經驗也適用台灣。台灣是孤島電網,再生能源要大幅發展,電網必須跟著改變,否則蓋了大量風機與光電設施卻送不出電,最後可能淪為蚊子電廠。

同樣是孤島系統,美國夏威夷州也正大力發展綠能。夏威夷公共事業委員會統計,2010年夏威夷州所用能源有9.5%來自再生能源,2015年大幅提升到23.4%。夏威夷州預計在2045年達到全州100%使用再生能源供電的目標,擺脫對石化能源的依賴,夏威夷要如何迎接挑戰?

夏威夷孤立於太平洋,遠離美國本土,絕大部分能源得仰賴進口,其中石油占整體能源需求的90%,汽油價格全美國最高,電價也曾飆到美國平均的三倍,高成本能源是夏威夷居民沉重的負擔。

高電價代表夏威夷有更高的經濟效益來發展再生能源。但是夏威夷群島土地有限,特別是總人口的三分之二,有將近一百萬人就住在歐胡島,地小人稠,發展分散式小型發電系統,逐漸成為再生能源的主力。

為了鼓勵民眾加入綠電行列,美國聯邦政府和夏威夷州政府都提供了30%的稅金減免,夏威夷公用事業委員會還通過十分優惠的綠電收購辦法(NEM),讓擁有或租用再生能源發電設備的用電戶,將所生產的綠電,直接折抵當月用電量或回售過剩電力,電力公司等於以市場零售的高價,向用電戶買電。

目前歐胡島有三分之一住戶擁有屋頂式太陽能發電系統,2015年夏威夷州的再生能源發電中,一般家庭屋頂上的太陽能光電板,已經成為供電最多的綠電來源,占比高達31%。

但是當越來越多的分散式太陽能光電被整合進入電力系統,如何平衡再生能源和電力使用,對無法連上美國本土的大電網、島嶼間也沒有電力輸配系統可以相互支援的夏威夷來說,是一項嚴酷的挑戰,他們又將怎麼克服?

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光電, 離岸風電, 綠電, 太陽能, 再生能源, 微型電網

澎湖南方的東吉嶼,2013年政府補助建置光電板,但是光電不穩定,併聯會導致成柴油發電機跳機,根本無法使用。2016年,澎湖縣政府與核研所、中興電工合作,引進微電網系統,綠能才發揮功用。

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尖峰上的選擇

尖峰上的選擇

摘要
今年夏季,氣溫連續突破38度,尖峰用電量也超過3600萬仟瓦,刷新歷史紀錄。根據台電的資料,台灣用電量最高的前十天,今年就包辦了九天。為解決尖峰用電吃緊情況,六月初,政府一度計畫重啟核一廠一號機,引起廣泛討論。為滿足尖峰用電的那一瞬間,不至於發生跳電、限電,我們的選擇,除了啟動舊機組、不斷興建電廠,政府與民間有沒有其他選擇?

陽光炙熱,躲進百貨公司或賣場,是許多人的避暑方式。百貨公司等商業大樓是用電大戶,夏季尖峰用電時刻,空調全開更是耗能。台北101在降低尖峰用電上,有自己的辦法。利用儲冰跟融冰的控制,台北101一年節省用電達510萬度,相當於24%的用電量。101大樓透過智慧化的能源管理,空調與照明節能,十年來雖然租戶使用面積上升,整體用電量卻下降,每平方公尺用電更是逐年減少。

因為傑出的節能成效,台北101在今年拿到美國LEED綠建築白金級認證,這背後歸功於一套智慧化的能源管理模式-先幫大樓做全面體檢,評估每個位置、每個時段的用電需求,再規劃最適合的節能策略。

能源管理是一門新興行業,這些能源服務公司簡稱ESCO,專門幫用戶做節能服務。位於桃園的這家能源服務公司,原本是自家電子工廠的能源部門,有十多年節能方面的經驗,三年前成立公司將經驗轉化成商品,以智慧化的能源管理系統,服務其他客戶,範圍涵蓋商辦大樓、工廠、連鎖超商等等。能源管理公司透過電腦即時監測,在尖峰用電時段,對客戶的耗能設備下達指令。這家公司目前有八十多個客戶,四百多個場所,節能成效平均從15%到40%。能源管理公司另一個吸引客戶的地方是不用出錢投資設備,由ESCO公司負擔所有建置費用。

智慧化能源管理最基本的設施,是智慧電表。台灣目前只有高壓用戶裝設智慧電表,低壓用戶大部分都還是傳統電表,兩個月才抄表一次,無法顯示即時用電資訊,更看不出尖峰或離峰的差別。台電發言人蕭金益表示,智慧電表至今無法普及的原因,是大部分電表放在地下室,通訊技術問題仍無法解決,預計到明年底,技術才能開發出來。 

時間電價是抑制尖峰用電的另一種方式,在智慧電表技術問題沒有完全克服前,用戶其實還是可以選擇時間電價,用的是沒有通訊功能的電子式電表。但目前時間電價只分成兩段或三段,而且每月用電量要達到800度以上,選擇時間電價才會划算。政府想要抑制尖峰用電,時間電價的設計就必須更合理。

為了應付夏季用電吃緊,台電去年推出需量反應措施。參與用戶在尖峰時刻必須降低用電5%到10%,讓所有用戶免於停電風險,可以得到電費扣減。台北101是第一個參與需量反應的契約用戶。 

能源管理公司掌握客戶用電資訊,可以調控用電設備,當台電要實施需量反應、降低尖峰用電,能源管理公司就扮演重要角色。需量反應的另一種類型叫「需量競價」,參與節電的用戶在前一天先報價,假如第二天用電吃緊,台電會評估用戶的報價,要求用戶降低用電量,等於是把電買回來。台電表示,今年以需量競價抑低的電量,超過50萬仟瓦,對降低尖峰用電幫助很大。

政府計畫在2025年達成非核家園,以目前台灣的電力需求來看,春、秋、冬季都不超過3000萬仟瓦,夏季卻高達3600萬仟瓦。核一、二陸續除役對秋冬影響不大,但夏季尖峰用電將面臨缺口。台灣大學機械系教授黃秉鈞研究太陽能三十年,自創一套「非核家園三部曲」,以節電加上太陽能自用,解決尖峰用電需求。 

台灣尖峰用電中有六成來自住商用電,冷氣是尖峰用電主要來源。假如住商用電中的空調照明能節電50%,全國用電就減少13%,相當於兩座核電廠。黃秉鈞指出,電力公司興建1仟瓦的發電設備,大約要五到六萬,把蓋電廠的錢拿來投資節電,補助節能空調,綽綽有餘。

黃秉鈞非核家園的第二部,是太陽光發電自用,不賣給台電。目前台灣的太陽光電只占裝置容量2%,政府計畫2025年太陽光電裝置容量達20GW,是現在的25倍。黃秉鈞指出,由於太陽光電發電量可能在短時間內劇烈變化,若全數賣到電網,等於給電網埋了不定時炸彈,假如要發展下去,必須發電自用。因為太陽光發電效率最好的時間,正好是用電量最大的時候,把多餘電力貯存下來,還可以滿足非尖峰用電的需求,解決廢核之後的電力缺口。他在台大新能源中心裝設6KW的自用型太陽光電系統,穩定供應系辦80%的電力,其餘再由市電補足。

太陽光發電自用必須搭配蓄電池,但蓄電池並不便宜,台大新能源中心在景美一戶住家的樓頂裝設「熱電共生」系統,用不完的電力可以驅動電熱水器,用熱水的方式貯存。太陽光電夏天主要供應空調,冬天則供應熱水,做季節性平衡。

太陽能、風力發電因為不穩定,過去被認為不能當作基載電力,其實結合蓄電、調控等設施,串聯成微型電網,還是可以成為基載電源。世界各國都積極研發微電網技術,屏東光采濕地則是台灣本島第一個微電網示範場所。

光采濕地設置有78KW的太陽能板,10KW的風機、一部生質柴油發電機,還有氫燃料電池製造機,最重要的是微電網儲能控制技術。整合了十三家不同領域的廠商,做為綠能發展的練兵場。

目前在小金門跟澎湖,都有智慧電網的設置,但是成本仍然偏高,以儲能設備為例,平均一度電容量要一萬元。台大新能源中心另外研發一套由下而上金字塔型的微電網,也同樣在光采濕地進行測試。

金字塔微電網的概念,是以兩戶做為最小單位,兩戶間的電力可以互相供給,由控制系統調度彼此需求。台大新能源中心的金字塔微電網仍在測試階段,未來計畫往上串連成四戶、八戶、十戶,形成互助的用電網絡。

目前台灣的光電系統,大部分是直接賣電給台電賺錢,卻不利於電力調度與電網穩定,要真正解決電力缺口,自用型的光電系統是必須走的一條路。民間有團體正推動公民自主發電,另外也有原住民部落宣示,要朝100%的綠能部落邁進。

學科
能源, 生活
縣市
  • 台北市
  • 屏東縣
  • 林邊鄉
關鍵字
尖峰用電, 智慧用電, 限電, 節能, 能源管理, 智慧電表, 時間電價, 太陽光電, 廢核, 微型電網

今年夏季,氣溫連續突破38度,尖峰用電量也超過3600萬仟瓦,刷新歷史紀錄。根據台電的資料,台灣用電量最高的前十天,今年就包辦了九天。為解決尖峰用電吃緊情況,六月初,政府一度計畫重啟核一廠一號機,引起廣泛討論。為滿足尖峰用電的那一瞬間,不至於發生跳電、限電,我們的選擇,除了啟動舊機組、不斷興建電廠,政府與民間有沒有其他選擇?

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工作人員

採訪/撰稿 張岱屏
攝影 陳忠峰 陳慶鍾,剪輯 陳忠峰

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