「銀」頭趕上!澎湖東吉嶼微電網案勇奪APEC銀質獎

2017/06/21 |採訪撰文:謝惠子 點閱人次: 4695

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行政院原能會、澎湖縣政府與中興電工攜手打造東吉嶼微電網,勇奪APEC智慧電網銀質獎
圖片提供/中興電工機械股份有限公司

「澎湖東吉嶼微電網案」勇奪第3屆APEC能源智慧社區倡議「智慧電網類銀質獎」,為離島中的離島,帶出「創電」新方向。


離島不曾「百年孤寂」。

因為,坐在小編面前、燦笑如陽光般溫暖的中興電工集團張存德特別助理,正要訴說如何在澎湖東吉嶼島上「借天光」,點亮島上的每一里道路。


3大技術應用,讓微電網動起來

「綠能是政府力推的重點,而中興電工便思考著再生能源推展的瓶頸與問題,同時想方設法克服,終於在澎湖的東吉嶼微電網應用上得到印證、大放異彩!」張存德笑著說,在切入正題之前,得先從3個重要的應用技術講起,做為開場楔子。

首先是評估(Microgrid evaluation)。

利用模擬軟體,以小島或區域的特性進行評估,做出妥適的最佳配置,來產出最大的經濟效益。亦即按照自然環境與地理條件,推估要安裝太陽能多、還是風力多等等。「例如東吉嶼的各種需用補給都是仰賴專船運輸過去,所以選擇使用太陽能在交通運輸與設備維護上是相對容易的,兼顧成本與自然條件。」

第二是智慧量測(Smart μ-MEMS)。

要實現最佳化的資源配置,就必須知道該區域的用電狀況,並將用電、發電等所有數據統整起來,變成電力調配的參考依據,如柴油發電機、太陽能、儲能系統等各要供應多少電力,就是靠智慧量測與能源管理系統來統籌調度。

最後是儲能(Smart ES-solution)。

有智慧地調控儲能與管理能夠延長設備的使用壽命,達到微電網運轉的效益最佳化。

「公司將前述核心概念導入東吉嶼微電網中,且對於再生能源併入電網究竟會產生什麼衝擊,試圖去瞭解並突破它。」其實這也是業者開始跳脫「賣電」思維,轉而尋求更深入地解決問題的模式開端。


澎湖東吉嶼微電網系統架構圖
圖片提供/中興電工機械股份有限公司

從「小上海」到「國家海上公園」,東吉嶼需電孔急

東吉嶼位於台灣海峽澎湖群島之東與台灣本島之間,因為地理上的航海優越條件,在19世紀中葉即具重要經濟地位,繁榮景象被稱為「小上海」。時光流轉,東吉嶼和其他附近島嶼現在是第2座國家海上公園(澎湖南方四島國家公園,第9座國家公園),擁有豐富特殊的海陸域物種,光是八放珊瑚與水螅珊瑚就多達3科198種!

「因觀光日盛,島上居民加上遊客,平均每天有120人左右,導致用電量大增,再加上還有中央氣象局、燈塔、通訊基地台等建物,是相當重要的一個島嶼。」

行政院在層層考量後,於2013年撥款建置離島緊急救災型太陽光電系統(86.4kWp),也包含了750kWh的鉛酸電池儲能設備,希望能有效緩解用電壓力。由於實際運轉後的成效不符期待,加上居民不斷反應供電品質仍舊不佳,地方政府與中央部會極力尋思:該如何進行調整?

「可惜的是,當時的軟硬體技術還不夠到位,致使太陽光電系統無法與島上既有柴油發電機(4部共900kW)為主的小型電網做併聯,無法順利供電。」張存德透露,此時澎湖縣府得知核研所近幾年在微電網相關技術的研究已有相當成果,並以技術移轉方式與中興電工合作,開發多項微電網產品,故邀請核研所及中興電工共同協助解決東吉嶼的供電困境。最後促成了中興電工、澎湖縣府及核研所等產官研三方合作的機會,終於讓東吉嶼微電網運轉再現一絲曙光!


改善三部曲:能源管理+智慧調控=占比92.8%

「或許民眾會認為把太陽能發出來的電力,經過逆變器轉換成交流電再與柴油發電機做併聯,這有什麼困難的?其實不然。」張存德解釋,東吉嶼以「機械式」控制的柴油發電機做為基載,要讓「電子式」控制的逆變器去追蹤與併聯,則中興電工必須想辦法將機械式與電子式這兩套截然不同的系統同步整併在一起,這是改善工程第1期:將柴油發電機與太陽光電完成整併、以及同步供電的重大挑戰任務。

「結果我們做到了!當初公司幸運地得標時,即曾透過內部TAF國家級的發電實驗室,特別進行模擬這兩個不同技術的整合。其實在沒有通過實地測試之前,對於未知的風險也會感到忐忑不安。」張存德不諱言當時的戒慎以待。

由於完成技術的併接整合已是2015年,初時建置的鉛酸電池的儲電功能也已失效,所以隨之展開的第2期工程,當務之急就是把儲能設備更新,並將原有的國外逆變器產品全數換成國產的太陽能智慧型逆變器,方便進行整合調控,藉此擴大太陽能供電占比。

「在2期中,公司換裝了60kWh的鉛酸電池,試試水溫與效果,同時導入『電能量管理系統(PMS)』,並建置無線遠端遙控功能,所以能夠根據遠端蒐集回來的發電資訊做解析。」

這期的改善工程於2016年11月完成,測試結果令人振奮。

原來,在第1期的時候只有1台小容量的逆變器可以併到電網裡,後來全部換成太陽能智慧型逆變器再加上60kWh的儲能系統後,太陽能瞬間占比從原本的2%飆升至72.7%(2017年2月13日單日紀錄),為參與團隊注入一劑強心針。

因此核研所與中興電工趁勝追擊,於第3期導入先進微電網能源管理系統(iFlex-EMS),能夠智慧化的調控儲能系統進行最佳化經濟調度,並擴增儲能電池容量至180kWh,同時進行穩壓補償及改善三相不平衡問題,提升供電穩定度與電力品質。

「這項工程於2017年1月完成,可喜的是,太陽能占比在3月27日當天,瞬間占比最高來到92.8%,更讓再生能源每日的供電平均占比一口氣攀升至30%!這意味著什麼?」談到這裡,張存德幾乎是手舞足蹈了,「代表著綠能的占比越大,柴油發電機就不必再耗費那麼多的油量,已經可以適度卸載了。」


東吉嶼微電網太陽能最高瞬間占比達92.8%(圖為電力系統即時畫面)
圖片提供/中興電工機械股份有限公司

此番可喜之處,或許讀者們很難想像。離島用電因為燃油運輸成本高,光是東吉嶼、桶盤嶼、東嶼坪、西嶼坪和花嶼這5個小島,每年供電及營運費用就高達3,500萬元,十分驚人。據台灣經濟研究院的研究推估,東吉嶼/虎井的發電成本落在每度22~25元間,七美和望安約13~17元不等,綠島為18~21元,金門則是9~12元,顯見越偏僻的離島發電成本相對昂貴許多。

東吉嶼是孤島,而孤島型的微電網所追求的目標是最大綠能占比與降低發電成本,因為沒有與本島電網相連的顧慮,便無須芥蒂「再生能源占比過高將衝擊電網供電穩定性」的問題。所以改善後的微電網能夠全力提升太陽能占比,每日發電量達300~350度,每年約可減少3.3萬公升的燃油消耗,以及降低二氧化碳排放約58噸,每度發電成本更由原來的22~25元降至13.74元左右。

中興電工估算大約7至8年就能回收建置成本,澎湖縣府則是計劃在桶盤嶼展開下一個微電網。


孤島型微電網所追求的目標為:再生能源最大占比與降低發電成本(圖為東吉嶼微電網實景)
圖片提供/中興電工機械股份有限公司

三位一體帶路,發揮因地制宜功能

在此,張存德也以高雄小林村的建置經驗,來分享微電網「因地制宜」的在地化與分散式概念。

在88風災中慘遭土石埋沒的那瑪夏鄉小林村,重建的新部落靠著「混合型儲能微電網」應用,開啟了「向陽」之路,也找到往下扎根的「源」動力。

「由中科院主導的這套『混合型儲能微電網』系統有跟電網連接,形成『網中網』的特殊虛擬電廠型式。每戶屋頂上裝置有3kW的太陽能板,同時附帶10kWh的儲電,透過微電網智慧管理來達到自發自用自儲功能。由於南部太陽大,電池很容易就充飽了,此時多餘的電力會進到集中型的大儲能系統去,轉供給社區活動中心及路燈使用,除了充分發揮太陽能效益,確保有第二電力來源,也跳脫完全依賴中央電網的宿命。」


混合型儲能微電網成為高雄小林村第2顆太陽
圖片提供/中興電工機械股份有限公司

對此,張存德進一步解說,再生能源在匯入中央電網時,因為再生能源發電的間歇性所致,占比過高將影響整個饋線的供電穩定,「試想一下,一個小矮人(指再生能源)去推大巨人(大電網)並無影響,可是當一群小矮人齊力推擁時,大巨人也會被撼動,所以再生能源與大電網間的智慧調度非常重要,而此時微電網就可以扮演多重角色,協助調配。」

也就是說,微電網是能夠發揮不同形式與功能的,不論是做為虛擬電廠成為區域電網中的網中網,可接受電力系統緊急需量調度;或是成為太陽能電廠中的「調節器(Regulator)」,實現局部的功率平衡與能量優化;還是自成一格的小型獨立供電系統,實現電力自發自儲自用、自給自足的分散式能源。

更重要的是,微電網是再生能源穩健運作的心臟與神經系統,加上帶有「儲電」的功能,未來將扮演舉足輕重的角色。


從澎湖發的「光」,在世界脫穎而出!

今年(2017)5月4日,行政院原能會、澎湖縣府及中興電工共同召開了「配合新南向政策,從澎湖出發―東吉嶼再生能源微電網系統商轉」記者會,宣布東吉嶼成為國內首例成功打造微電網與正式商轉的離島,並恭賀中興電工憑藉此案角逐第3屆APEC能源智慧社區倡議(ESCI)智慧電網最佳案例競賽,在21個會員體、共197案中脫穎而出,獲得銀質獎肯定。

張存德有感而發:「為什麼政府要費心打造像東吉嶼或林邊光采濕地這樣的微電網?就是希望利用充沛的太陽能或風力資源,全力做到創電,終極目標是要發電自用及確保供電無虞,而不是從『賣電』的思維出發,這點也需要全民一起翻轉思考,明瞭微電網研發與建置的初衷。」

中興電工從重電龍頭大廠,一路走向積極布局微電網及燃料電池等新能源事業,對於政府力推的綠能政策當然有所期待。「微電網因為新政策推出開始有了起飛的動力,公司以東吉嶼經驗做為複製行銷到海外的基石,未來市場開拓必定有東南亞,因為東南亞有很多偏鄉與離島,用電環境不算好,只要政府能擬定好配套措施,例如以綠色融資或取得更低利息貸款等來拉抬廠商競爭力,並以國家對國家的高度進行海外拓展布局,讓企業間的交易契約有所保障,如此一來,廠商都會十分樂意主動前往。」

「東吉嶼微電網案的成功只是一個開端,據悉國內已有不少廠商投入微電網創電事業,只是被披露的不多,尚未得到廣泛關注。」中興電工選擇「從澎湖出發」,努力造夢、驗證與實踐,為地球村許下處處有電的大願心,更企盼透過創能與節能產品的研發,讓社會走向零污染,讓全民有機會為節能減碳盡一份心力。


採訪後記

天色漸漸光 咱就大聲來唱著歌

一直到希望的光線 照著島嶼每一個人

滅火器樂團的「島嶼天光」唱出當時勇敢追夢的島民心聲,小編想借此來傳達微電網落地扎根、化身守護者的底蘊。

屏東縣林邊鄉的「光采濕地智慧微型電網示範區」,是我國參與第2屆APEC ESCI智慧電網最佳案例獲得銀質獎之作品。這個計畫是在原有「養水種電」的基礎上,整合濕地與太陽能、風力、氫能、生質能等綠能及儲能設備,構築出可以自給自足、孤島運轉72小時的微電網系統。

當年88風災時,林邊海防潰堤,小編的親戚就住在這裡,整個大水淹沒了村莊近3層樓高,斷水、斷電好幾天!當政府與慈濟的救援終於趕到時,身為資深慈濟人的小阿姨忍不住痛哭失聲:「沒想到有一天我要被救!」透露出偏鄉的無奈。

所以,聆聽著張存德講述微電網如何為東吉嶼創電時,非常有感!這是傷痛與眼淚換來的進步,在此祈願每一步的研發與政令推出,都更為貼近民心民情,並寄望:微電網在所需之處往土地裡扎根並站穩,然後向上花開、穩定供電,照亮每一張笑顏。


APEC能源智慧社區倡議知識分享平台

由國家發展委員會與美國合作建置的「能源智慧社區倡議知識分享平台(The Knowledge Sharing Platform project of Energy Smart Communities Initiative, ESCI-KSP)」,提供APEC會員體公、私部門將能源智慧相關政策研究、會議資訊及優良案例登錄於網站,做為各國知識與資訊交換之平台。

其中由美、日共同提出的「APEC能源智慧社區倡議」行動網絡架構涵括智慧運輸、智慧建築、智慧電網、智慧就業與消費、以及跨領域的低碳示範城鎮計畫,截至目前已有21個會員體超過600項能源智慧計畫案例。我國參與第3屆競賽獲獎的案例,除了東吉嶼微電網案之外,尚有台南市政府以「陽光電城―大台南迎向陽光」案例獲得低碳示範城鎮金質獎,值得喝采。

ESCI-KSP平台網站:http://esci-ksp.org

資料提供/台灣經濟研究院


關鍵字:微電網,東吉嶼,太陽能智慧型逆變器,APEC能源智慧社區倡議(ESCI)

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