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「微光方舟」,啟動「風光氫」能源整合備援

2017/06/20 |撰文:李茗家 點閱人次: 4291

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「微光方舟」由財團法人中華顧問工程司與美菲德股份有限公司共同合作,實地實驗「風光氫」能源互補及整合應用情形
圖片來源/美菲德股份有限公司

讓「風」力、太陽「光」做為主要電力來源,餘電可用來製氫儲氫,再讓「氫」能與燃料電池做為備用發電;這一刻,一個能源永續模式正在萌芽!


最近幾年,各國電視節目常推出真人實境秀,吸引著大批觀眾好奇的目光,不知道你是否還記得,之前新聞曾報導過的烏龍事件:實境秀的23名參賽者前進蘇格蘭高地一處偏遠海灣,挑戰一整年與世隔絕的生活,沒想到後來節目早早停播,參賽者卻被蒙在鼓裡,直到一年後才發現原來整個世界不一樣了。

如果想要挑戰自給自足的生活,其實台灣也有類似的場景,在苗栗縣後龍鎮龍港工業區的一處閒置空地,既無自來水接管,亦無市電可供使用,但你不會與世隔絕,在此,你依然可以過著尋常一般的生活。

這片空地上,讓你能夠遮風避雨的雖然是貨櫃屋,但屋內設施舉凡液晶電視、電腦、電冰箱、冷氣機等,應有盡有,甚至還可以用咖啡機泡杯咖啡,好好享受下午茶時光。

一片荒地中的貨櫃屋,可以過著如此現代化的生活,不禁令人好奇:水跟電是從何而來?這裡是「微光方舟」的實驗基地,是由財團法人中華顧問工程司與美菲德股份有限公司共同合作,實地實驗「風、光、氫」能源互補及整合應用的場所。


屋頂設置太陽能板及雨水蒐集設施,風力發電機聳立在旁,製氫機及儲氫槽放置在室內,形成自給自足的能源供應體系
圖片來源/美菲德股份有限公司

美菲德公司林振生副總經理指出,製氫及氫氣發電模組,整合風、光、氫、水等環保要素,將成為未來能源發展新模式
圖片來源/李茗家攝

「微光方舟」系統整合的新實驗

這套系統主要以風力、太陽能發電系統做為電力來源,平時發電供一般使用,多餘的電力則用以製造氫氣並儲存起來,待無風無太陽時,便由氫燃料電池(備載發電用途)負責電力來源。主要設備包含風力發電機2架、太陽能板40片、電池組、製氫機、儲氫鋼瓶及氫能源發電機等,另外尚有雨水蒐集/過濾設備(用來做為製氫原料及提供生活用水)及其他遠端監控等系統。

我們實際檢視設備的負載功率,發現:家電設備包含液晶螢幕、電腦(含螢幕)、照明燈、電冰箱、抽/排風機、網路、變頻冷氣機、熱水瓶、咖啡機等項目,總耗電量約15.61kWh;而製氫設備包含過濾製純水器及水電解製氫機,共5.25 kWh。

在發電設備方面,分別為風力發電機6kW、太陽能板10 kW、氫燃料電池3kW,若是在白天狀況良好時,每日平均發電約45度(風力加上太陽光電);晚上則僅剩小型風機,每日平均發電約15度。因此,當電力不足時,就可以利用氫能接續發電,其中儲氫槽充滿時,發電量可達36度之多。

美菲德公司林振生副總經理表示,此示範場所係以四口之家為設想對象,在每日平均用電約20度的情況下,這套系統能提供無虞且穩定的電力,而且水資源方面也沒有問題。不過,若實際有住人的話,仍須視使用情況而調整。畢竟,再生能源就跟農耕生活一樣,要看老天爺的臉色,林振生也談到,「這項試驗計畫是希望能夠達到2年不斷電的目標,截至目前為止,後龍示範場已經維持1年多的時間。」


後龍示範場依負載功率規劃發電設備
圖片來源/美菲德股份有限公司

燃料電池成本仍是推廣的一大罩門

也因為能源的產出受限於陽光、風速的可用性,從而影響發電的效率,而與太陽能及風能相比較,氫燃料電池可以維持穩定的電力供應量,在使用過程中不會排碳,是國內推動再生能源發展項目的要項之一。

「當初想要投入再生能源研發領域時,曾考慮過太陽能和風能,不過相較之下,燃料電池科技已經發展多年,技術相當成熟,因此才決定著手於燃料電池領域。」林振生表示,美菲德公司自2000年開始研發燃料電池,逐漸發展出不同發電供率的產品;於2011年發現氫氣取得不易的問題,發展自製氫系統;隔年(2012),參與歐盟氫能示範應用計畫,並於2015年正式啟動:目標是將堆高機原用的鉛酸電池以燃料電池取代,應用在機場、廠房、物流中心等,降低碳排放的問題。


美菲德公司以燃料電池取代鉛酸電池的堆高機,期望解決碳排放的問題
圖片來源/李茗家攝

溫室氣體減量已是國際共識,對於潔淨能源及提升能源效率的需求日益提高,氫能雖然是二次能源,但因使用後的產物主要是水,具有無污染的優點,再加上氫氣可自再生能源轉製,整個過程除了可以保障能源安全外,亦可兼顧經濟發展與環境保護。因此,許多國家也將氫能技術列入重點發展對象。

像是日本豐田汽車(Toyota)將研發資源集中在燃料電池車,但讓氫燃料電池汽車普及化還有很多需要克服的地方,「民眾對於氫燃料電池的認識還不夠普及,仍停留在傳統印象;而且除了成本相對較高之外,加氫站數量與氫氣生產方式也是影響因素之一。」林振生提到,如果要讓加氫與加油一樣方便的話,還有一段路要走。

這套「風光氫」整合系統,看似非常完美的先進環保技術,卻存在一個關鍵要點,那就是設備價格。「在同規格的情況下,相較於其他傳統電池,成本高出將近5至8倍之多。」林振生表示,這是目前普及化所需克服的地方;不過,若以長遠的角度來看,在設備使用年限內,燃料電池後續的營運成本會遠低於傳統電池。


解決離島或偏遠地區的電力需求

我們常說「防患未然」、「居安思危」,尤其是每當天災發生時,因應災害的應變能力及回復力,已成為影響經濟發展與社會安全的重要因素。

今年(2017)4月26日第1號颱風「梅花」於菲律賓東方海面生成,所幸對台灣影響不大,但仍不可忘記過去颱風所帶來的狂風、暴雨,造成各地大小不一災情的場景,甚至導致通訊傳播或電力供應基礎設施嚴重損壞,通信服務及電力來源因此中斷。

對此,經濟部能源局與國家通訊傳播委員會(NCC)共同合作推動燃料電池做為高抗災通信平台電力備用設施,將此列為補助項目之一,以提高行動通信基地台防救災能力,為偏鄉或高災害潛勢區提供穩定可靠的緊急聯外通訊網路及救災必需電力,使災害防救工作更有效率及完備。

另外,台電公司今年於烏來福山國小啟動全台首座防災型微電網,包含太陽光電、柴油發電、鋰電池儲能系統等設備,如遇電力中斷,將啟動自主模式,預估電力自主供應可長達14天。

「微光方舟」計畫原意亦是用來因應離島或偏遠地區的電力需求,除解決離島發電成本較高的問題,期望藉此替代傳統柴油發電方式;假使發生緊急狀況,短時間內又能夠因應災害保持穩定的供水、供電,為離島或偏遠地區提供綠能的水電備援。


利用風力、太陽能發電系統做為基載發電,剩餘電力提供製氫並儲存起來,氫燃料電池則成為備載發電用途
圖片來源/美菲德股份有限公司

解析最佳化模式

根據氣象觀測資料顯示,後龍示範場夏季日照強,太陽發電效率較佳;冬季受東北季風影響,風力強勁,風力發電效率亦佳。綜合來看,太陽能加上風力能達到互補發電的效果。「未來持續蒐集系統運作巨量資料,進行各項數據分析,求取系統最佳化配置。」林振生談到,透過風力機、太陽能板及氫燃料電池各項發電效率分析結果,並整合氣候監測數據資料,計算出整體效率分析結果,取得最佳化模式,「這樣一來,不僅可以因應當地需求設置合適的能源供應模式,還可以達到成本最佳化,避免過度開發,浪費資源。」

值得注意的是,後龍示範場連氫燃料電池汽車的停車位置都已想好,「就在2個貨櫃屋中間,靠近左邊非生活區的旁邊,太陽能板底下的區塊。」林振生表示,只要增加設置氫燃料充填設施,就可以每次開車回家後直接補充,不僅方便又省時,「屆時來參觀的人員從高鐵站坐上氫燃料電池車開始,到後龍示範場使用各項設施,直至回到高鐵站,這段期間,所使用的能源都是取自於再生能源,沒有任何碳排放。」

由於氫能在大自然含量豐富並可不斷循環,只要克服生產、儲存、輸送及應用技術障礙,便能發展出多元的能源供應體系。這項由中華工程顧問司出資進行的試驗計畫即將屆滿,在經過「微光方舟」計畫運轉下,我們看到了再生能源與氫能燃料電池的發電效益及潛力,或許這個會是未來可行的商業模式之一。


關鍵字:氫能,燃料電池,微光方舟

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