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儲能系統成電網救星

●對於電網穩定有著關鍵作用的儲能系統,未來必將有一波穩定的成長。圖為漁電共生場域的光儲案場。圖/本報資料照片
●對於電網穩定有著關鍵作用的儲能系統,未來必將有一波穩定的成長。圖為漁電共生場域的光儲案場。圖/本報資料照片

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文/智璞產業趨勢研究所

雖然綠電產業對於達成淨零碳排目標有顯著的幫助,但對於電網穩定性則不然,由於發電周期及發電區域分散,導致發電高峰及離峰之間差異化帶來極大的問題。因此,對於電網穩定有著關鍵作用的儲能系統,未來必將有一波穩定的成長。

■綠能是氣候變遷的救星,卻也是電網剋星

近幾年在台灣與世界各地,都出現過綠能導致電網不穩的情況。原因大致可分為兩項,其一為太陽能與風力發電的不穩定性與用電模式差異帶來的不匹配問題。第二則是電網大多圍繞火力及核能等能穩定發電的電廠布建,因此應對綠能發電這種有較大電壓及周期變化的能力較差,當備載不足時的穩定性也較差。

「儲能」顧名思義即將多餘的電能轉換為其他的形式存在「儲能系統」中。按照儲能系統轉換的形式,大致可分為物理儲能與化學儲能,物理儲能是將電能儲存的過程當中,不經過化學反應,只利用物理現象(如位能、動能等)或單純維持電能本身的形式利用材科學儲存,能量密度較化學儲能低,但因物理儲能系統通常建構較大,具備大規模儲能優勢,此外物理儲能因較早發展且技術成熟,相較於化學儲能的營運成本低且安全性高。

而化學儲能則是利用化學反應將電能轉化為化學能進行儲存,相較於物理儲能來說,化學儲能系統無論在體積、啟動速度、能量密度都有較好的表現,我們日常生活當中常見的各種電池便是化學儲能的應用。

■儲能系統在電網中的分類及角色

在電網中,儲能系統主要以穩定電網、削峰填谷、備載電源等三大核心功能加強整體電網的強韌程度。

1.穩定電網:在正常負載下,電網內電力的供電頻率為60Hz,當備載電力不足時,會發生頻率下降,進而影響用電設施的表現,甚至造成用電設備損害。儲能系統能在感應到電網中頻率下降時,以毫秒級速度快速響應,補足電網上的頻率以穩定電網頻率。除了快速頻率響應外,儲能系統還能幫助穩定電壓,若電網備載不足導致電壓下降,為了滿足相同的功率,用電設備(電器)會從電網抽取更多的電流,可能造成電器發熱起火。而儲能系統偵測到電網上的電壓不足,可以即時反應做出虛功補償,藉此穩定電壓。

2.削峰填谷:儲能系統在電力需求低谷時儲存多餘電能,在需求高峰時釋放電能,以平滑電力需求曲線,減少電網壓力。將儲能系統建置在綠能發電裝置附近,在發電高峰期將多餘的電力充電到儲能設備中,在發電離峰時透過電網供給需要的節點,或回傳到大型電廠做調節,確保穩定的電力輸出。

3.備載電源:分離式儲能系統可作為備用電源,在緊急情況下提供電力,確保關鍵設施的正常運行,且透過各區域間儲能系統的配置,可劃分為中小型的區域微電網,避免整體電網因區域停電導致備載不足導致跳電;以此減少大規模停電的事件發生。

依照安裝位置和應用劃分,可分為表前儲能系統與表後儲能系統。表前儲能則是儲能系統安裝在電錶與電廠之間的儲能設備,表前儲能系統通常是大型設施,容量較大,能夠提供大量的電力儲存和釋放,主要用途為彌補綠能發電離尖峰差距,與餘電儲存以調節電網。表前儲能依照功能性可再細分為調頻備轉服務型:sReg(靜態調頻備轉),在當電網頻率下降時快速向上調頻;dReg(動態調頻備轉)能夠快速雙向充放電以穩定電網電壓及頻率;以及包含調頻及穩定能量的複合型E-dReg(增強型動態調頻備轉),除了能上下調節頻率外,還可進行大功率充放電支援之系統。目前台灣表前儲能以躉購合約及企業透電的模式進行交易,但因過去幾年表前案廠投資過熱,導致2023年中出現供過於求現象,因此便暫停接受dReg及E-dReg儲能系統申請。

表後儲能是指安裝在電錶與用戶之間的儲能設備,此類系統通常以小型或中型為主,適合家庭、商業和工業用戶,大多安裝在工廠廠區內、公司大樓樓頂以及一般家庭的屋頂,整體儲能容量相對較小。由於安裝表後儲能系統的空間相對較小,因此對能量密度需求較高,單位成本也比較高。

表後儲能主要功能為提升用戶的電力管理和用電的可靠性,如緊急備用電源、工廠離尖峰用電控制的電費節省,跟電力敏感設備的用電穩定度提升。不過,表後儲能安裝能本較高,回本時間長達十年以上,因此在過去幾年除了特定對電力品質及不斷電需求的企業外,市場上對表後儲能投入意願不高。若要鼓勵表後市場發展,仍須仰賴政府政策支援,讓成本回收時間進一步降低,才推升整體產業前進。

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