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分散式電網

2018-08-31

陳彥豪 研究員兼任副所長

台灣經濟研究院 研一所


過去一個世紀以來,許多區域電氣化以規模經濟方式推動,以大型電廠產生數百或是數千百萬瓦(MW)等級電力,透過輸電與配電網路提供在遠處的用戶可負擔的電力。長久以來各種分散式發電設備在技術上發展已經成熟。近年來隨著產業生產規模與新開採技術發展,太陽能和天然氣也成為低成本電力來源之一,相較於傳統大型電廠,運用這些來源的發電設施可以就近設置於用戶附近,不需透過長距離輸電線路便可就近供應電力。這些電源於特定區域在電力供應成本上已經有機會可以和傳統大型電廠競爭。

圖1、分散式電網示意圖

近期分散式發電設備發展正處與轉折點,在特定應用上分散式發電將會是成本最低的電力提供方式。然而這些分散式發電若要真正具有競爭力,整個分散式系統必須能夠和整體電系統協調整合運作。為實現分散式系統,目前有很多新技術正在同時發展,例如先進控制系統;更能緊密結合、具有智慧和效率的電力轉換器;智慧電表;快速發展的物聯網以及從大數據中取得決策資訊的能力。

隨著電力來源風貌的持續轉換,未來十年、二十年後的電網樣態也已開始浮現。在發電朝向分散式發展,太陽光電或風力發電等再生能源擴散之際,許多用戶開始自行產生自己需要的電力。根據德州大學奧斯丁分校Robert Hebner教授的觀點,在此同時連結到每個家庭或企業的配電網路,將很有可能變得更像是交涉協調平台,而不只是在不同地點間輸送電力的系統。在電網不斷的改進中,經典電網的型態將在十多年後逐漸成形。

微電網是另一個電網革新的發展方向。微電網由一群相互連結的電源和負載所構成,其規模可以小到各別家戶,大到單一軍事基地或校園。微電網可以無限期的獨立運作,如果內部變動對平時連結的大電網造成不穩定,也可以將自己快速脫離。在自然或人為災害時這是很重要的特性,例如在美國颶風來襲時,多數地區因系統故障沒有電力供應,然而95%的電力供應中斷是由5%電網受損而造成的。電網有效的分配,可將損失適度的限制在特定區域。只要實體上沒有受損、可以連結到電源(無論是天然氣、太陽光電或是風力),微電網就可以持續運作。

長期而言,微電網技術普及的時間要視技術經濟性和對應的法規限制而定,屆時很可能電網將會演化成一系列相互連結的微電網。在芝加哥、匹茲堡及台灣,很多建置這類型微電網聚落的建議提供給電力公司。這些相互連結的微電網聚落可以相互分享電力,配合與所謂的經典電網互動,最小化能源成本,最大化電力系統妥善率。

分散式發電的擴展及微電網的興起,其發展形式將受到物聯網技術普及與大數據影響力增加等因素影響。當感測器、微型控制器、其他物聯網軟體及設備產業成熟,將會支持分散式發電更容易、更低成本的嵌入未來以資料為驅動力的電網或微電網中(圖 1)。雖然要達到這種複雜精密電網並不容易,但是這樣分散式電網發展趨勢已經在發生,值得期待。