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储能/节能也须兼顾
非核家园最后一哩路

【作者: 邱倢芯】2016年12月15日 星期四

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非核家园、发展再生能源,是当今台湾政府正努力推动,以及渴望转型的目标。不过在努力「创能」之余,其实储能与节能也是相当重要且须思考的一部分;目前欧洲的趋势已经走向鼓励民众安装储能设备,用以协助电厂解决再生能源所带来的电源稳定度问题。


发展绿能 储能系统地位不容小觑

在城市的能源系统中,创能与节能往往是最主要的一环,而「储能」的角色定调为调节作用,什么时候需要调节呢?那就是电力生产过多,抑或是电力不敷使用的时候。


工研院产业经济与趋势研究中心(IEK)能源研究组经理王孟杰表示,未来如果再生能源大幅的被大众采用,将会是处处都有发电厂与电力的运输,此时即需要搭配当地电力设施来加以调节,而搭配的设施就是储能系统。


图一 : 工研院IEK能源研究组经理王孟杰表示,再生能源大幅的被大众采用,将会是处处都有发电厂与电力的运输,此时即需要搭配储能系统加以调节。
图一 : 工研院IEK能源研究组经理王孟杰表示,再生能源大幅的被大众采用,将会是处处都有发电厂与电力的运输,此时即需要搭配储能系统加以调节。

由于过去的电网较为单纯,发电厂集中发电,而后经过输电与配电系统,接着就直接分配至每一个使用端中,就是简单的发、输、配三种分层管理。而再生能源应用崛起后,发电方式将分散化,需运用ICT(资通讯)技术处理复杂的电力系统。


王孟杰认为,在未来的电力系统中,每一个城市区块都皆有机会使用储能系统(如图二)。最小规模的系统就是家庭电力的自发自用,当一户家庭在屋顶上安装太阳能系统后,使用者会希望系统可以将白天生产的电力储存下来,以供夜晚时分使用。



图二 : 城市中储能系统的运用角色(资料来源:工研院IEK 2016/11)
图二 : 城市中储能系统的运用角色(资料来源:工研院IEK 2016/11)

不过王孟杰也坦言,家庭电力自发自用的应用模式目前仍算少数,因为现行采用的模式大部分都是趸购制度,也就是将太阳能板生产的电力,卖给电力公司,而并不经过自家所使用。不过上述的应用模式,已经逐渐在美国与日本有扩张的趋势。


图中的第二阶层,为社区内的电力调配。假设在某一个区域,每一户家庭都具备太阳能系统,或者是有些家庭拥有一部电动车,在如此的情境下,就可以利用发电、用电习惯,再加上储能的调配后,变成一个可自给自足的社区;且毕竟不是每一个家庭的屋顶都可拥有充沛的阳光,若是搭配上资通讯技术的调配,可以借此调控电力。


而图中的第三层,即是结合了大型发电厂房的应用。王孟杰表示,因为再生能源是一种变动性极大的能源,过去人们对于再生能源的批评,即是其无法取代基载电力;但若是将再生能源的不稳定性降低且基载化,即可加快国家绿能的发展。


王孟杰认为,要发展绿能目前最需要做的即是再生能源的变动性降低,且基载化,而储能系统就是一项重要的工具。其可让输出的电压更为稳定,在短时间内让整个电力输出不至于有太大的起伏。


举例来说,太阳能发电最让人担心的一点,就是在天黑之时会突然所有电力尽失,如此一来会造成火力发电厂的负担瞬间增加,因为需要在短时间内将电力加到最大,对于整体的电力系统而言不稳定性将提高。此时,储能系统即可发挥它的作用,其可在天黑时将白天储蓄的电力释放出来,而后火力发电厂再慢慢地将输出电力加大,减少电力系统整体负担,这就是储能系统在各个城市区块中所扮演的角色。


导入BEMS 智慧建筑可省下15%能耗

近年来,智慧城市与智慧建筑等需求不断上涨,进而让BEMS(建筑能源管理系统)的需求度飙增。根据市调机构Navigant Research的统计,BEMS发展至今,其市场规模于2015年时已达到24亿美元,且估计到了2021年将可达到62亿美元。


工研院产业经济与趋势研究中心分析师产业郑婉真说明,建筑能源管理系统市场的成长,在于零碳建筑、智慧建筑,以及智慧城市的需求带动。预估2015~2021年期间的CAGR(年复合成长率)将达到18.2%。


图三 : 工研院IEK分析师产业郑婉真说明,建筑能源管理系统市场的成长,在于零碳建筑、智慧建筑,以及智慧城市的需求带动。
图三 : 工研院IEK分析师产业郑婉真说明,建筑能源管理系统市场的成长,在于零碳建筑、智慧建筑,以及智慧城市的需求带动。

全球环境变迁开始时,人们开始省思节能的重要性,且无论是生产能源,或是储能时都需要能源整合的机制,而BEMS即是一个良好的选择。郑婉真表示,建筑物耗能占全世界终端耗能的三分之一以上,而建筑物若是使用BEMS系统,将可节省15%的能耗,所以当建筑能源管理系统被广泛应用时,将会有很大的节能空间。


据了解,建筑能源管理系统应用了IT技术,将所有商业建筑所的耗能设备全数可转为能源可视化,不论是电力、照明、空调等所耗用的资讯。且将资讯收集、分析、管理后,进而做连动控制与最佳化控制。


在BEMS的产品中,以管理系统的软体与服务最为重要,此二者的产品占比相加之后超过八成以上;从区域市场来看,欧洲与北美的市场占比较高,两者相加占了市场占比的六成。


虽然北美与欧洲是目前BEMS的主要市场,但是郑婉真也看好未来亚洲市场的发展潜力。郑婉真认为,到了2020年,日本希望建筑能源管理系统的普及率达到50%以上;且亚洲市场中逐渐开始出现许多新兴建筑,BEMS的采用率将会大大提升;2015年时,印度总理莫迪也提出了智慧城市的发展目标,计画在全印度建设一百座智慧城市,所以亚洲市场未来具有极大的发展潜力。


据悉,建筑能源管理系统的前身为BAS(建筑自动化控制系统),BAS转化为BEMS的过程中,最大的变化在于通讯标准化。共同资讯标准的制定,驱使原本是封闭且独立式的BAS系统,藉由网路转为开放式架构;在开放式架构下,使得BEMS拥有基本的IT资讯,利用资讯的取得与分析,让企业可清楚的了解建筑能耗。


2010年时,全世界能源价格上扬;且日本遭遇了311地震,迫使该国改变了其能源政策,进而影响了全球的节能意识。藉由IT资讯与节能观念的结合,让能源系统更具智慧化,「系统中的智慧,指的就是控制。」郑婉真如此说道。


郑婉真也认为,资通讯成本的下降,以及IoT(物联网)与Big Data(大数据)等趋势脉动,将驱使BEMS达到另一波发展高峰。未来的智慧建筑与智慧城市,将由点拓展至线的模式,而不再是单一栋建筑来审视;进而达到机器之间可互联/互动,机器方能自主的控制与最佳化。


实现非核家园 伊顿:创能之余也须储能

伊顿亚太区电能质量业务部工程卓越管理中心经理简明德表示,风力发电机在受风时才会发电,而天黑之时太阳能板也无法继续产生电能,如此一来对于电厂在调节电力时会造成很大的负担;所以欧洲政府开始思考力用储能系统,来协助电厂解决整体电源稳定度的问题。



图四 : 伊顿工程卓越管理中心经理简明德表示,欧洲政府开始思考利用电力储能系统,来协助电厂解决整体电源稳定度的问题。
图四 : 伊顿工程卓越管理中心经理简明德表示,欧洲政府开始思考利用电力储能系统,来协助电厂解决整体电源稳定度的问题。

简明德进一步表示,在台湾方面,因为政府考虑中止核能发电厂的运转,进而让电力备载容量开始走入个位数,目前政府提出的替代方案是利用太阳能与风力发电等再生能源,来取代传统发电方式。


高用电地区几乎集中在都会区中,真正拥有自家屋顶的住户并不多,而若是要将太阳能板安装在乡下地区,「光是输配电的相关设施也是一大工程。」简明德认为,惟有储能系统才能够有效的解决备载容量不足的问题。


简明德说明,以往德国政府鼓励家家户户安装太阳能面板以生产电力,而现在转向鼓励民众安装储能系统,因为该国政府发现,当电厂备载容量过低时,电力公司可下指令,要求民众将自家生产的电力送至电厂中,所以当每一户人家都备有储能系统时,电力不足的问题可很容易解决,另一方面也可让电力公司的输配电基础设施可以省下更多成本。


或许你会认为,兴建电厂也可以解决相关问题,但是兴建电厂通常需要五至十年的光阴;而若是要求家家户户安装储能系统,可立即解决小区域的电力需求。


除了不断电,还要能省电

伊顿台北研发中心关键电力解决方案事业部三相产品开发经理苏崇毅表示,UPS(不断电系统)虽已是相当成熟的应用,但是为了因应当前的能源使用趋势,该公司也积极研发让储能系统除了提供不断电的功能之外,还可以协助客户省电,并规划、管理能源的使用。



图五 : 伊顿三相产品开发经理苏崇毅认为,该公司的UPS不再只是不断电系统,而是朝向更加省电、更能够管理能源,并拥有处理电源品质能力的系统方向迈进。
图五 : 伊顿三相产品开发经理苏崇毅认为,该公司的UPS不再只是不断电系统,而是朝向更加省电、更能够管理能源,并拥有处理电源品质能力的系统方向迈进。

苏崇毅说明,该公司新世代的UPS系统搭载了EAA(Energy Advantage Architecture,能源优势架构),所以该公司的产品不在只是以往大家所认知的不断电系统,而是在一套能源管理架构下,所规划出的ESS(Energy Saver System)节能系统。


苏崇毅进一步表示,该公司也针对传统客户设计出VMMS(Variable Module Management System,可变电力模组节能技术),其利用模组化设计,可有效提升UPS整体的效率。


苏崇毅强调,该公司的UPS不再只是不断电系统,而是朝向更加省电、更能够管理能源,并拥有处理电源品质能力的系统方向迈进。


目前市面上的储能系统方案相当多元,不只是家中或是工厂中需要此类系统,甚至是发电厂也需要储能系统。举例来说,台湾过去即有抽水蓄能电站,其原理在于夜间用电量较少,利用离峰电力将水抽往高处,待到白天用电量大时再将水放出以产生电力。


简明德说明,该公司的储能系统,希望从家中应用出发,而后延伸至企业建筑,然后小区域,以及电厂的大型应用,提供一整套的电源解决方案。


除了提供完善的储能系统解决方案之外,环境保护也是伊顿所重视的部分。简明德表示,该公司也与日本一家汽车制造公司合作,二次利用该汽车制造公司的电动汽车所除役的锂电池,搭载至伊顿的储能系统中使用。


简明德解释,相较于传统UPS所采用的铅酸电池,锂电池的储能能力更佳。由于锂电池的寿命较持久,但是依照电动车的健康程度,若是电池的容量下降到70%,大部分的驾驶都认为应该需要更换了;但是汰换下的锂电池估计至少仍有五至十年的寿命可使用。这些锂电池被驾驶除役之后,会产生大量的浪费情况。为实现环保理念,该公司将接手这些锂电池回收再利用,结合至储能系统中。


节能新利器 工研院打造智慧节能新平台

除了创能与储能,「如何节能」也是产业关键的竞争力。为此,工业技术研究院特别研发出一套针对台湾连锁企业应用环境量身打造的住商节能智慧管理系统,整合了一系列节能模组与平台,其具有可复制的特性,预计可让连锁服务业者一年省下5~20%的电力。


工研院绿能与环境研究所副组长张钰炯表示,工研院推出的节能平台,可协助业者减少实际用电,且其具有可复制性,特别适用于连锁企业;举例来说,华南银行原本一开始只有在四家分行采用此一平台,而后拓展至十五家,最后全台一百八十九家分行皆以采用此一节能平台,估计一年预计可以节省一至两百万度的用电量,产生效益的速度相当迅速。


张钰炯补充,集团型的企业使用情况、设备皆相当雷同,以便利商店为例,同一个集团的便利商店设备使用情况类似,只有店铺的大小不同。当设备资讯、人流、气候环境这些条件都相同之时,将平台导入店铺中,可以很快的知道这一家店铺一年下来的节电效果。


若是业者对于平台精准度有所疑虑,可与以往的电费单相互比对即可了解。采用新式平台后,企业可以清楚知道哪些设备需要优先改善,且可得到立即的节能效果。张钰炯认为,平台使用方式简单易于使用,对于企业来说复制性高,可迅速地拓展至每一家分店应用。


张钰炯强调,此一智慧节能新平台是台湾特有的创新作法,较适用于台湾企业的营运模式。以便利商店为例,同一品牌的便利商店在中国、美国、日本与台湾的营运模式皆会有所不同,这是特别针对台湾企业所开发出的节能平台。


再者,以往台湾许多企业皆采购国外的设备,然而国外的工具只有国外的资料库可供参考,工研院研发出的智慧节能平台中建置了台湾厂商生产的设备资料库,即可供业主便利地选择欲采买的厂家;且透过平台资料库,企业可以清楚地了解各项设备的ROI(投资回报率)情形。张钰炯表示,台湾厂商可使用自制的系统,且是特别适用于台湾环境的平台。


能源的创新,除了要能够稳定的创能之外,也要注意到储能与节能的重要性。各国政府,尤其是台湾新政府更要提高相关的关注,而非专注于再生能源的如何创造,否则非核家园永远都会差「最后一哩路」。


**刊头图片(Source:cclcp.cn)


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