在客戶與政府法規的強力要求下,製造業者擴大使用再生能源,已經是不得不走的一條路。然而,台灣地狹人稠的客觀條件,成為大規模發展再生能源的一大阻礙。不論是風力、太陽能或傳統水力發電,其發電容量與占用的土地面積比,都無法與火力、核能相提並論。
因此,要在台灣這樣一個人口密度在全世界名列前茅的地方,建置出能滿足產業需求的再生能源發電量,本質上就是一個極為難解的工程問題。過去幾年台灣的綠電憑證被台積電一家公司買光,其他業者買不到綠電的消息頻傳,某種程度上也顯示出要在台灣開發再生能源的困難度。
然而,在各國法規要求跟產業趨勢的要求下,台灣沒有放棄發展再生能源這個選項,否則台灣的產業將因為缺乏綠電而喪失國際競爭力。就以即將上路的歐盟碳邊境調整機制為例,有鋼鐵業者私下表示,根據其內部試算結果,在不提高綠電使用占比的條件下,未來該公司銷往歐盟的鋼鐵產品,將負擔比現在多出三倍的關稅,嚴重影響其競爭力。
綠能開發進度還需加把勁
由於COVID-19疫情對人流、物流所造成的影響,台灣的離岸風電建設進度比原先預期有所落後。根據經濟部能源局的統計數字,到2022年底為止,台灣的離岸風機裝機數量為188座。如果要達成2025年離岸風電裝置容量5.6GW以上的目標,以每支風機5MW~8MW來估算,剩下的3年時間須完成800座離岸風機建設,等於每個月必須有超過20座、甚至30座離岸風機完工。畢竟,台灣海峽在颱風與東北季風來襲的情況下,海況極為惡劣,不適合進行風機安裝工程。
這是無疑相當具有挑戰性的目標,但經濟部認為,藉由近幾年逐漸累積的海事工程經驗,對於海域天候與地質條件越來越熟悉,工程進度也越來越有把握。加上疫情已接近尾聲,人流、物流狀況逐漸恢復正常,未來離岸風電的開發速度可望明顯加快。
至於在太陽能方面,2022年是表現相當亮眼的一年。除了首度達成年度設置目標量外,也找到新的設置態樣,如漁電共生、屋頂等,將大幅提昇設置速率,達到各年度設置目標。2022年預估可完成模組設置量為2.52GW(累積10.22GW),達年度設置目標(2.5GW),其中年底如期併網2.02GW (累積9.72GW),其餘部分預計明年第一季併網。
為進一步加速光電設置,經濟部針對土地、饋線、行政程序已建立推動模式。針對土地部分,引導業者適當土地設置,已公告2萬公頃漁電共生專區,協助業者簡化專區內海管審查程序。低地力土地與農委會合作,採私有土地公辦遴選廠商的方式加速設置。針對熱區併網饋線部分,台電推動9站10線加強電力網工程,於113年底前可增加5.55GW饋線容量,並推動共同升壓站機制,有效利用饋線容量,已核定23案共用容量2GW,使熱區案場可集結併網。
新興再生能源傳來好消息
除了離岸風電、太陽能等規模較大的開發專案外,為了盡可能擴大綠電供應量,滿足產業需求,台灣還需要在新興再生能源技術上做更多嘗試跟投資,例如微型水力發電、地熱等。這些新興再生能源的單一裝置發電量或許不大,但聚沙成塔也能生產出相當可觀的電力。
目前台灣唯一一座已經進入商轉階段的地熱發電站位於宜蘭清水,於2021年11月正式啟用,裝置容量4.2MW。雖然其發電容量僅約略等於1支風機,但地熱發電是目前唯一可以穩定發電的再生能源,屬於類基載技術,迄今已持續穩定供電逾一年。
為鼓勵民間擴大投資地熱發電,能源局已將2023年度不及2MW的躉購費率提高為每度5.9406元,並依據地熱能發電示範獎勵辦法補助地方政府提供招商獎勵每案最高300萬元,還提供廠商最多50%探勘費用,上限1億元的補貼,以提高廠商投資誘因,並降低地熱能開發前期風險,希望透過獎勵誘因持續擴增類基載能源。
至於在微型水力發電方面,在2022年7月,台積電與台灣微型水力發電業者恆水創電簽訂購售電合約,象徵著微型水力發電在台灣正式進入商業運轉階段。
相較於傳統水力發電需要搭配水庫,微型水力發電可以直接架設在河川、甚至灌溉溝渠旁,不僅投資規模小,對生態環境幾乎不會造成影響,而且很容易找到布建地點。目前恆水創電在宜蘭安農溪的萬富圳與台中后里的灌溉溝渠設有機組,其中萬富圳機組的裝置容量為100kW。恆水創電創辦人鄒飛逯認為,全台灣至少有超過1,000個可以設置類似機組的地點。水利署的統計數字則顯示,台灣有設置微型水力發電設備的潛力場址有108處、裝置容量潛力達130MW、灌溉溝渠約30MW。
也因為微型水力發電幾乎不會對場址的自然生態造成影響,符合再生能源的定義(按:傳統水力發電不一定會被認定為再生能源),因此引來台積電的興趣。未來兩年恆水創電所發出的電力,台積電都將完全收購。這對台灣微型水力發電的普及,將帶來明顯的激勵效果。
政策利多加快儲能建設推展
為了因應再生能源的不穩定特性可能對電網運作造成的影響,在推動再生能源發展的過程中,必須同步進行儲能設備的建置。由於再生能源發展條例規範用電大戶有設置再生能源發電設備、儲能設備或購買再生能源電力及憑證履行等義務,據能源局的統計,目前申報裝置儲能設備的總量已達到41.6MW,並於2023年底開始安裝完成。依照申報目標41.6MW估算,台灣儲能系統的總儲電量可達約8.32萬度,相當可供16萬個家庭用戶1小時的用電。
事實上,儲能已經成為一個非常熱門的科技應用領域,許多電力電子大廠都已經開始耕耘這塊市場。同時,隨著輔助服務交易市場上路,越來越多聚合商(Aggregator)開始投資儲能設備,希望能從輔助服務交易中獲利。因此,未來台灣的儲能裝置容量將出現相當明顯的成長。
為了進一步增加用電大戶投資儲能設備的誘因,同時也把儲能設備的效益發揮到最大,近期經濟部在法規面上做出新的調整。經濟部表示,用電大戶依照法定義務要求,完成儲能設備安裝後,原本是由用電大戶自行運用,而在台電新訂的「義務儲能設備參與需量反應措施」方案下,用戶可選擇參與台電調度,再生能源多的時候儲能,夜尖峰時段放電。參與台電調度方案的用戶,將可獲得電價優惠的誘因,系統調度調節也可增加助力。
不過,對用電大戶而言,要投資建置儲能系統之前,必須先釐清自身進行這筆投資的目的,以及自己在未來的電力系統中想扮演的角色。伊頓(Eaton)台灣行銷及技術支援協理江嘉倫(圖1)就指出,如果製造業者是想要把儲能系統當作參與輔助服務交易的資產,PCS儲能技術是可行的選項,目前市場上也有許多供應商可供選擇。但PCS儲能是專門為了服務電網而設計的系統,如果製造業有透過不斷電系統(UPS)來保護生產線關鍵設備的需求,PCS儲能是無法滿足的。
換言之,如果製造業者想藉由投資PCS儲能來滿足用電大戶條款的要求,本身又需要UPS來保護關鍵資產的話,必須投資兩套系統。在這種情況下,採用UPS/儲能兩用方案,再搭配額外採購的電池,會是比較有效益的選擇。不僅同樣可以滿足法規要求,還可以節省一些占地空間。
伊頓為此類應用所設計的EnergyAware解決方案,已經獲得台灣某高科技產業的客戶採用,且該客戶也已取得能源局審核通過,可以用這項專案來滿足用電大戶條款所要求的儲能義務負擔容量。而為了進一步向客戶展示這類兩用系統的可行性,增加客戶信心,伊頓特別在台北設立了關鍵電力品質儲能實驗室,該實驗室可對儲能系統進行韌體、通訊、並聯等測試項目的驗證,待測系統的規模最高可達1.2MW。
智慧電網五大要素齊備 維運人才養成將是下個重點
至於在智慧電網的進展方面,四零四科技亞太區市場事業處業務經理方文宏(圖2)表示,如果根據IEEE對智慧電網的定義,智慧電網是由再生能源整合、儲能、負載管理、系統可視化、資安/實體安全這五個要素構成,通訊則是將這五個要素銜接起來的通道,猶如人體的神經系統。
對電力產業跟相關設備供應商而言,資安跟實體安全是一個比較新的概念,因為傳統電力系統是一個封閉網路,資安或實體安全的問題比較少被關注。但在依靠通訊技術串連的智慧電網中,資安跟實體安全卻是一個不能忽視的課題。所幸,IT領域所發展出來的許多資安技術或防護機制,例如黑名單、白名單、鎖MAC等,都可以直接套用在電力通訊設備上,提供基本的資安防護。四零四為智慧電網所設計的網通產品,也都有支援這些功能。
不過,對於電力工程師,尤其是負責設備檢修、維運的第一線工作人員而言,如何快速熟悉、活用這些功能,會是比較大的挑戰。因為這些工程師大多是學電力出身的,資安技術對他們而言,是另一個專業領域。因此,作為設備跟解決方案供應商,四零四必須盡可能讓這些資安機制變得簡單易用,才能縮短電力產業第一線工程師的學習曲線。
事實上,不只是資安/實體安全,智慧電網把大量資通訊技術引入到電力產業,雖有助於電力產業的數位轉型,提高電力事業的運作效率,但也同時讓電力產業對跨界人才的需求大幅增加。如何透過教育訓練跟人才培育,讓更多電力產業的工程師盡速掌握通訊技術,將是整個電力生態系的成員都必須面對的問題。