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智「能」管理─德國發展虛擬電廠營運模式

2016/09/05 經濟部能源局 點閱人次: 493

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撰文/劉光哲
圖片提供/Phys.org、Siemens

能源是經濟發展的基礎之一,而提升再生能源發電占比為落實節能減碳的關鍵。德國政府因應日本福島核災對於核能的疑慮,宣布大力發展再生能源,以做為替代核能的重要能源。德國政府規劃於2020年時提升再生能源發電占比至三分之一,進一步於2050年時提升至80%。又為突破天候因素對再生能源發電間歇性出力上的限制,德國西門子與萊茵集團合作,發展出「虛擬電廠」概念,不但可改善再生能源供電穩定性,亦可提升能源使用效率。

統籌分散式發電新概念:「虛擬電廠」

由德國西門子公司與萊茵集團共同發展出的虛擬電廠,係為一種電業垂直整合營運模式。虛擬電廠本身並不具備發電機組,在能源市場高度自由化、資通訊以及發電技術進步的背景下,虛擬電廠可突破傳統大型電廠發電及單一化的輸配電模式,以「分散式」電源整合概念,應用資通訊系統將分散於不同區域的發電設備(包含風力發電及太陽光電等設備),透過不同層級電網相連,將其整合進行集中控管調度,達到穩定供電與提升能源效率、減輕備轉容量負擔等目的,解決政經及地理環境對傳統輸配電模式在發電設備建置上的限制。傳統輸配電電網(圖1左側)由單一電廠進行發電,經由少數一次變電所轉換電壓,以樹狀概念向下為用戶端進行供電,在單一電廠發電的限制下,傳統電網會因為輸配電網路增加而產生供電不穩定的風險。虛擬電廠概念(圖1右側)在發電來源即包含多個電廠,電廠間由多個一次變電所串連,形成1 個大型的供電網絡,以交叉網路概念,向下為用戶端進行供電。虛擬電廠透過供輸電管理系統,可根據用戶端使用數據提高供輸電效率,搭配電網中的燃料電池,可有效解決再生能源間歇性供電的問題,並提升再生能源發電占比。

以儲能技術提升再生能源發電占比

為克服太陽能與風能在發電出力上的不穩定性所造成的負載容量波動,需要開發大規模能源儲存的技術以及完整的輸配電網絡,「SIESTORAGE」模組化儲能系統為此應運而生。「SIESTORAGE」可落實德國再生能源發展目標,並增加再生能源於虛擬電廠中的發電占比,以提升再生能源供電穩定度。

該系統透過燃料電池,提供用戶每小時20百萬瓦的備載容量,系統可依據不同的用戶需求進行客製化調整,亦可廣泛應用於一般民眾住家、各產業廠房設備與建物,以及公共基礎設施上。以4電力模組設備為例(圖2),包含2個變頻器、1個控制器、1個電網連結器以及電池,最大功率可達472千伏安(KVA),額定發電容量介於180至900度之間;相較於4電力模組設備,12電力模組(圖3)因搭載12個變頻模塊,額定功率可達1,080瓩以上,可視使用狀況調節擴充;2X12電力模組方案(圖4)除了具備高額定功率與容量外,另結合建物空調暖氣、火災探設與滅火系統,善用燃料電池發電時所產生的熱能。

儲能技術其他應用

「虛擬電廠」不僅可以提升再生能源穩定度,若能善用虛擬電廠模式,如燃料電池供電排放熱蒸汽的原理,還能將熱能轉換為暖氣,供用戶建物使用;在用電離峰時段,將太陽能與風能發電量儲存於建築物的燃料電池中,還能改善再生能源發電效率!虛擬電廠的設計,為儲能技術與再生能源的發展,提供更多的想像空間。


關鍵字:再生能源,儲能,智慧電網,虛擬電廠

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