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淺談「智慧電網」


文/蔡振明

 我們為何需要智慧電網？


德國發展再生能源初期，曾面臨每天停電近百次的窘境。這讓世人瞭解，當再生能源電力逐漸增多的狀況，傳統電網必須加入資訊、通信與自動化科技，整合發電、輸電、配電及用戶，使原來「單向」的傳統電網，轉變成「雙向」的智慧電網(如圖1)，以提升電力系統運轉效率及供電可靠度，並促進再生能源的利用率。智慧電網至少包含：(1)智慧電表，(2)資訊、通信與自動化系統，和(3)儲能系統等。茲略述如下。
 
圖1. 再生能源與智慧電網架構示意圖(圖片來源：2016.9.5經濟部能源局能源報導)

 智慧電表

換裝智慧電表本身不會節電。但透過手機查看用電資料，可以清楚知道設備的用電狀況，而進行節能管理。依據2017經濟部核定之《智慧電網總體規劃方案》，預計投入新臺幣1,399億元，其中智慧電表就編列958億元(占68.5%)，可見其重要性。但根據台電綜合研究所沈德振副所長表示：鑑於智慧電表單價高達8,000元，因此擬於2024年前，對每月平均用電在450度以上的300萬戶進行免費換裝，約需耗資240-300億，而節餘智慧電表預算約700億，擬使用於優化電網，增益電網的強韌性與平滑性。

 資訊、通信與自動化系統的內容

資訊、通信與自動化系統方面，依據經濟部《智慧電網總體規劃方案》，包括：(1)智慧發電與調度--將投入75億元(占5.3%)，執行先進發電技術及大型儲能系統研究，並導入抽蓄水力電廠變速運轉控制，進行可靠之調度通訊系統建置。(2)智慧輸電—將投入107億元(占7.6%)，進行繼電器（relay）系統數位化及特殊保護系統建置等，以提升系統輸電容量，利於大量再生能源併網。(3)智慧配電--將投入98億元(占7.0%)，進行配電系統自動化開關系統之建置，提高電力調度中心對電網末端資訊的掌握度。

 儲能系統的種類與功能

我國未來7年(2018-2025)，不穩定的再生能源占比將快速成長，而衝擊現有電網。儲能系統能夠形成電力調節庫。目前世界最常見的儲能設施為抽蓄水力，占90%以上。它是技術最成熟，價格較便宜的儲能方式，儲電成本每度約1元，政府已選址7處，擬新建抽蓄水力電廠(如圖2)。唯考慮它是否有能力調節再生能源「季節性」問題，例如冬季風力發電如何用於夏季？故目前尚未決定施工。

新興的儲能方式，有電池、電轉氣(P2G)、車輛到電網 (vehicle-to-grid，簡稱V2G)等。電池儲能成功的案例，包括澳洲的鋰離子電池(129MWh)，主要用於風電產生高峰期，把多餘的電力儲存。目前籌建中最大型的德國液流電池(700MWh)，擬建於鹽洞，主要也是儲存綠能剩電。但上述液流電池並無法徹底解決德國綠能過剩問題，所以德國已在全國完成或籌建20個P2G工廠，可以把剩電轉換為氫或甲烷，使儲能逐漸脫離時空的限制─以上設施使德國2017年綠能棄電降至1%，而中國高達16%。V2G則是把電動汽車當作儲能設施，期望它在離峰充電，在尖峰把電力回售給電網，形成「螞蟻雄兵救尖峰」的景況。


圖2. 政府已選址7處擬新建抽蓄水力電廠(圖片來源：台灣電力公司)



蔡振明
臺東縣廣原國小退休教師
能源與節能工作坊召集人