〈工業技術與資訊〉分散式能源崛起 -
透過「虛擬電廠」整合再生能源、儲能設備、備援電力等分散式能源，已成為能源管理新顯學（09/26/2021 鉅亨網新聞）

逐年攀升的尖峰負載，讓臺灣的能源使用規劃，成為各方焦點。跳脫興建更多電廠的思維，透過「虛擬電廠」，整合再生能源、儲能設備、備援電力等分散式能源，已成為能源管理新顯學。隨著再生能源占比逐步升高，為了解決供電間歇性的問題，能長時間儲存電力的「液流電池」也備受關注。

數 10 年來，臺灣傳統電力供應以大型電廠為主，想要解決尖峰用電問題，除了蓋電廠外，是否還有更省成本、更有效率的解方？

攤開臺灣的用電分布，若以 1 年 8,760 小時來看，臺灣每年用電最多的 200 個小時，對於電力系統產生的額外需求大約為 2GW，相當於年度用電尖峰的 5%，且大多集中在夏季。工研院綠能與環境研究所組長梁佩芳認為，若要持續蓋電廠，得先思考 2 個問題：一是電廠投資大、建廠時間久，還會面臨環保抗爭行動；二是只為了每年 200 小時的尖峰需求興建新電廠，似乎也不太符合投資效益。

其實除了大型電廠之外，民間也暗藏不少中小型的電力資源，像是散落在企業、工廠、住家裡的太陽能、風力、儲能設備、備援發電機、UPS 系統和電動車等。隨著供電挑戰愈來愈大，未來必須要更加靈活善用這些電力資源。「虛擬電廠」概念應運而生，「就是將分散式的中小型資源聚合起來，變成可靠的電力供應來源，就像一個可受控制的電廠。」

用戶代理人扮演關鍵角色

當傳統以大型機組為主的集中式電力系統，走向分散式電力系統後，原先單純做為電力的消費者，同時也轉為電力供給的產銷者。正因為聚集了各種不同類型的用戶參與，虛擬電廠有著更大的調度彈性，能在短時間內提供尖峰負載電力，也能為電力公司提供輔助服務。

相比過去台電控制大電廠，只要一個指令；當眾多小資源集結時，該如何有效管理就成了關鍵。這造就一個角色興起，也就是所謂的「聚合者」或「用戶代理人」（Aggregator），「他必須聚合用戶資源，就像一個統一窗口，去台電或電力市場報價，未來代理人會是新的商機。」

「虛擬電廠有很多不同機制，有些可以做出一桌菜，有些就是很專業的一道菜，不同公司的營運策略都不一樣。」梁佩芳表示，目前虛擬電廠在國際已有不少成功案例，以全球知名的德國公司 Next Kraftwerke 來說，旗下聚合超過 1 萬個用戶，裝置容量達 8GW 以上，並依據用戶特性，設計不同方案，有些投入電力交易市場，有些則投入輔助服務市場；特斯拉（Tesla）也在加州聚集旗下家用儲能設備 Powerwall 的用戶，向電力公司提供電網服務，當加州電力不夠時，便控制電池放電。

滿足五大條件 虛擬電廠商機可期

梁佩芳認為，虛擬電廠必須具備 5 項條件才能發揮其優勢。第一是 ICT 的基礎建設，為了讓代理人清楚掌握每個參與者的狀況，需要導入智慧電表等 ICT 應用，才能即時掌握數據。

第二是預測。代理人需了解電力系統狀況，進行負載預測，事先讓參與者知道未來幾天的用電趨勢，讓用戶有心理準備，提高用戶的參與意願，不至於突然收到斷線通知，措手不及。

第三是打造客製化方案。因應不同參與者的特性，客製化電力的供應狀態，而非所有人一體適用的規則，甚至是調整用戶的生產行為。比如台電大多在下午 1 點到 3 點的尖峰時間，要求降低用電，或許就能和工廠討論改變生產排程。

第四是對市場的了解。代理人需對市場敏銳，針對用戶屬性，細分成不同群體，參與市場上的不同計畫。台電現已要求，未來代理人參與電力市場，必須取得「合格排程者」（Qualified Scheduling Entity；QSE）的資格，代表代理人對市場有基本了解。

第五是決策技術。如何安排出最妥適的方法，讓參與者的成本降低，在電力市場獲得比較高的回報；同時也要有預先準備，當執行期間發生意外的話，如何啟動緊急機制，這些都需要依賴精密的排程決策。

雖然目前臺灣的虛擬電廠概念在仍在起步階段，代理人角色也仍舊偏少，但可以預期，台電的電力交易平台正式上線後，「臺灣的市場就會打開，未來參與電力市場服務會比以前更加自由、開放，只要聚合資源就能去交易，許多業者都在準備，商機可期。」

四大優勢 液流電池成儲能新星

在分散式能源系統中，再生能源和儲能設備不僅是其中的重要一環，兩者也有高度相關。隨著再生能源的占比逐漸增加，面對「看天吃飯」的間歇特性，更需要長時間的儲能設備，才能 24 小時供應綠電，而安全性更高、儲能時間又長的「液流電池」開始受到關注。

工研院綠能所組長張文昇指出，液流電池顧名思義「就是電池裡有液體流動」。液流電池包含 2 個大型的電解液桶槽，內含可儲存電力的活性物質，將電解液以管線輸送到中央元件，稱其為「電堆」。當需要充放電時，便透過泵浦將液體輸送至電堆，產生電子轉移，以此進行放電或儲電。根據電池種類不同，液流電池可使用多種不同金屬元素組成，目前最成熟的便是採用釩離子的液流電池系統。

比起傳統鋰電池，液流電池具備更多優勢。第一是安全，挑選電池首重安全考量，用水溶液安全性高，無爆炸跟自燃風險。第二是設計更有彈性，由於能量是儲存在液體裡，桶槽愈大，能提供的能量就愈多，根據不同應用情境，只要增加桶槽與電解液，儲存的能量與時間就能更多、更久。

第三是使用壽命長，深度充放電循環可超過 2 萬次，至少用 20 年沒問題，平均儲能成本攤提下來，在長時間儲存上比鋰電池更划算。第四活性物質在液體裡容易回收，即使電池長期使用後，裡頭的有價金屬也不耗損。

「液流電池屬於長跑型的選手，潛力上就是適合做連續長時間的放電和儲存，」張文昇說。這也是為什麼液流電池特別適合作為長時間儲能用途，面對間歇性的再生能源，可將綠電安全、穩定的儲存起來，扮演重要的調節角色。

由於能量是儲存在液體裡，桶槽愈大，能提供的能量就愈多，根據不同應用情境，只要增加桶槽與電解液，儲存的能量與時間就能更多、更久。

打造電堆 2 倍功率 創國際領先水準

早在 2008 年，工研院便意識到儲能會是未來電力系統的要角，率先進行小型的前瞻計畫，評估各種不同的儲能方法。直到 2017 年正式投入，在沙崙綠能科技示範場域打造液流電池系統。

張文昇指出，液流電池有幾個研發關鍵。第一也是最重要的，便是位於中央位置的電堆，「電池所有的功率跟充放電效率，都在那裡決定。」第二是電解液性質，由於活性物質儲存在液體裡，就像泡咖啡，水加太少，底部就會有很多顆粒沉澱，若能在相同體積中，溶解更多活性物質，就能儲存更多能量。第三是系統整合介面，如何讓液體流動的最好、耗電最低，牽涉到系統設計問題。

工研院在電堆上花最多心思，除了在結構設計面讓能源效率最大化，材料也經過最適化調整，比起市面上相同體積的電堆，工研院可輸出 2 倍以上的功率，居於國際領先水準。

應用範圍廣 積極導入產業

目前工研院已在沙崙打造一套 200 度電的儲能系統，近似於 2 萬顆手機電池的容量。未來沙崙場域希望可以達到電力自給自足達 50% 的程度，儲能系統能調節尖峰負載，也能支援夜間用電，甚至在停電時做為緊急備援電力。

工研院也將此套系統投入產業使用。工研院綠能所總監楊昌中指出，2019 年，工研院和中油攜手打造首座多元電力供應及儲能系統的智慧加油站「臺南前鋒路示範站」。因應未來的電車趨勢，中油率先啟動轉型，著手布建百分百使用再生能源的全綠能站體，提供加油站本身與電動機車充換電需求，其中的儲能系統便是採用安全性更高的釩液流電池。

今年 1 月，政府也通過「一定契約容量以上之電力用戶應設置再生能源發電設備管理辦法」，俗稱「用電大戶」條款，規範契約容量 5,000kW 以上的用戶，必須在 5 年內設置契約容量 10% 的再生能源，而液流電池也很適合推展至工業區和住商大樓。

除了國內的產業化進度外，目前也有國際電池材料公司，委託工研院進行測試工作，顯示技術已被國際認可。工研院也積極將技術技轉給臺灣電池和儲能業者，「透過扶植臺灣有潛力的廠商，讓此技術做到電堆百分之百 MIT，」楊昌中說。在分散式能源和再生能源的發展下，工研院持續以扎實技術力，協助臺灣迎接能源新時代。

完整內容請見：
https://news.cnyes.com/news/id/4729870

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Gravitricity 重力儲能先導計畫動工，2021 年開始測試（09/07/2020 TechNews科技新報）

作者 Daisy Chuang

儲能方式千百種不單單只有電池儲能，最近蘇格蘭新創 Gravitricity 的「重力儲能」先導計畫已經開始動工，容量 250KW 預計在 2021 年開始測試，利用重物位能帶動發電機來發電，為再生能源儲能開闢新的道路。

Gravitricity 的設置地點主要瞄準廢棄鑽井平台與礦坑，該技術和抽蓄水力有點類似，只是蓄水電站的重力媒介是「水」，Gravitricity 的重力媒介是 500-5,000 公噸的「重物」，可善用廢棄鑽井平台與礦井既有設備，在 150-1500 公尺長的鑽井中重複吊起與放下 16 公尺長的鑽機（Rig），透過電動絞盤，先將鑽機拉到廢棄礦井上方，需要用電時再讓鑽機直直落下，進而「釋放」儲存起來的電力，概念與抽水蓄電廠雷同，也一樣具有穩定與調度電網的功能。

目前會先在英國利斯港建造 16 公尺長的鑽機，有望在年底完工，明年開始測試，Gravitricity 聲稱可以在一秒鐘之內快速反應並提供電力，速度和鋰離子電池一樣，可將電網頻率維持穩定。Gravitricity 表示，每座容量約在 1 至 20 MW 之間，並且壽命長達 50 年，期間容量和效能也不會下降，能在短短 15 分鐘內快速釋放有效負載，或是在 8 個小時慢慢釋出。

Gravitricity 表示，該系統的效率在 80% 至 90% 之間，因此這項系統成本可以比一般的鋰離子電池廠更便宜。

該技術與另一間重力儲能 Energy Vault 相似，不過 Energy Vault 是在「地面上發展」，該設備約 35 層樓高，頂部有個超大型六臂式起重機，遠遠看起來就像個尚在施工的大樓，首先把一塊塊 35 公噸重的混凝土磚堆成一座高塔，需要用電時再讓頂層的起重機把水泥磚移到下方，以位能帶動發電機運作。

Gravitricity 的「重力儲能」技術的原理介紹影片原始來源：
https://vimeo.com/394206540

完整內容請見：
https://technews.tw/2020/09/07/gravitricity-gravity-energy

相關報導請見：
Prototype gravity-based energy storage system begins construction
https://gravitricity.com/

Fast, long-life energy storage
https://gravitricity.com/

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有助穩定電網安全、提高用電效率，儲能系統是再生能源必要輔助設施!!（11/30/2019 風傳媒）

台達資深副總裁暨乾坤科技董事長劉春條表示，再生能源供電有時間性、間歇性和波動性等先天限制，好比說太陽只有白天出現，冬天和夏天的日照時間也不同；或是晚上用電離峰時間的風特別大，發電量過多也可能發生電網燒掉的情形。如果搭配儲能設備就能充分使用電力、與再生能源協同供電，必要時將電回送電網，也減少傳統機組的燃料消耗與污染排放。

儲能系統有相當多樣的應用情境，主要應用模式包括負載轉移、削峰填谷以及需量反應。陳錦明說明，所謂的負載移轉就好比說將白天用剩的綠電儲存起來，移轉到晚上或其他時間使用；針對間歇性運轉的高變動用電模式，以儲能系統放電取代偶發性的尖峰用電，削峰填谷降低市電契約容量以達節費目的；至於需量反應則是針對平緩用電模式，藉由離峰充電、尖峰放電參與台電輔助服務並取得服務收入，提高投資報酬率。

作者 楊安琪

《再生能源發展條例》修法通過後，為台灣再生能源多元發展訂定更明確的方向，目標 2025 年推廣總量達 27 GW。為能有效提高再生能源占比、實現目標，台達指出，儲能系統若與再生能源配套，將能因應再生能源供電的先天限制，做為輔助服務維持電網供電穩定。

相較於傳統機組消耗化石燃料、造成碳排放及污染問題，再生能源不產生碳排放，還可循環再生、自主性高，但缺點是運轉時間受天候限制，難以維持穩定發電，無論是發電強度或時間點等可控性都不比傳統機組，對電網衝擊較大，而且平均成本也相對較高。

台達資深副總裁暨乾坤科技董事長劉春條表示，再生能源供電有時間性、間歇性和波動性等先天限制，好比說太陽只有白天出現，冬天和夏天的日照時間也不同；或是晚上用電離峰時間的風特別大，發電量過多也可能發生電網燒掉的情形。如果搭配儲能設備就能充分使用電力、與再生能源協同供電，必要時將電回送電網，也減少傳統機組的燃料消耗與污染排放。

以目前台灣的用電型態來看，工業用電的占比就超過五成。政府在《再生能源發展條例》修法中制定「用電大戶條款」，針對契約容量大於 5 MW 的用電大戶，要求設置一定裝置容量的再生能源發電設備或儲能設備，或以購買綠電憑證、繳納代金的方式代替。用電大戶主要產業為石化、塑化、鋼鐵、半導體、面板、電子資訊等產業，估計將有 500 多個電號、300 多家企業受到影響。

台達儲能元件事業處協理陳錦明提到，用電大戶建置一定比率的再生能源，是最好也是最積極有效的作為，只是再生能源的建置有相當的土地面積需求，取得不易，以地理條件來說又以中南部更有機會，但要在 2025 年達到再生能源占比 20％ 目標並不容易。儲能設備則會是個可行的方案，尤其占地面積相對較小、建置時間短，而且反應快速、自主性高，又可雙向操作，不僅能快速提升再生能源建置比率，也不會對電網造成衝擊，協助穩定用電安全。

儲能系統有相當多樣的應用情境，主要應用模式包括負載轉移、削峰填谷以及需量反應。陳錦明說明，所謂的負載移轉就好比說將白天用剩的綠電儲存起來，移轉到晚上或其他時間使用；針對間歇性運轉的高變動用電模式，以儲能系統放電取代偶發性的尖峰用電，削峰填谷降低市電契約容量以達節費目的；至於需量反應則是針對平緩用電模式，藉由離峰充電、尖峰放電參與台電輔助服務並取得服務收入，提高投資報酬率。

台達藉由在子公司乾坤科技所設置的案場，展示實際裝置的儲能解決方案，包括電池儲能系統（Battery Energy Storage System，BESS）、功率調節系統（Power Conditioning System，PCS）、能源管理系統（Energy Management System，EMS）等三大子系統。

設置於乾坤科技的貨櫃型鋰電池儲能系統，從電池芯、電池模組，到儲能貨櫃、功率調節系統、控制器等均由台達自主開發，在國內外已有數個電網型案場實際運行，經過多年運轉、調適與驗證，狀態表現已相當穩定。

系統中最關鍵的零組件就是兩個 40 呎儲能貨櫃，貨櫃中採用技轉自日本三菱重工的鋰離子電池，並以冷凍櫃做為框架，藉由組合電子機構使單一儲能系統達 1,500 度電的裝置容量、250 kW 功率，而由於現場共設置兩個儲能貨櫃，所以共可提供 3,000 度電、500 kW 功率；全功率輸出時約可支持 5 到 6 小時備援電力，可調配廠區尖峰離峰用電，或在遇到緊急斷電時做為備用電力不斷電，取代過往柴油發電機，達到低噪音低污染電力使用。

冷凍櫃有良好的隔熱性，也設有空調維持電池溫度在穩定區間，能大幅延長電池壽命。同時也建置消防系統，一旦發生火災就會即時快速滅火。台達表示，針對如此高壓大電流的設備，所有設計考量中第一優先的就是安全性。目前該儲能貨櫃已取得兩個美國專利、一個台灣專利和日本專利。

除了儲能貨櫃，現場也使用台達自主開發的 125 kW 戶外型 PCS，採用四台併聯，對電力進行雙向交直流轉換。此外，案場中還設置 EMS，會依據電網控制器讀取電表資訊與當下負載情況，對 PCS 和 ESS 充放電下達指令。

從畫面可看到目前儲能系統運作的即時狀況，包括即時充放電功率、即時蓄電量、累計充電量與放電量，還有廠區電網瞬時功率以及電網累計電量。從晚間 11 點離峰用電時間開始，就會用一部分電力為儲能系統充電，一直到早上 7 點左右會充到一定程度電量，接著從上午 10 點半起放電，降低尖峰用電時的市電用量。

台達目前針對工商業應用提供 100 kW 至 MW 等級的儲能系統解決方案，從室內外 50 kWh 儲能機櫃到 MWh 等級的貨櫃儲能，應用場域包括賣場、綜合大樓、機場、車站，或是製造業、微電網等大型場域應用，10 MW 以上電網等級方案則適用於發電廠、輸配電所。

「儲能系統跟再生能源不是競爭關係，而是相輔相成，」陳錦明強調，儲能系統是再生能源發展裡的必要輔助設施。當再生能源占比提高，如果沒有一定程度的儲能系統搭配，發展上的穩定性也會受限，因此需要政府政策引導，若再生能源搭配儲能系統配套，相信將對未來發展更有助益。

完整內容請見：
https://technews.tw/2019/11/30/delta-to-showcase-its-energy-storage-system-and-solutions/

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