學習資源搜尋

綠能救災-智慧微電網技術在屏東

2021-09-15

     陳珊玫 助理教授

正修科技大學


臺灣地理環境處於東北亞和東南亞的交會處,四面環海,氣候可劃分為副熱帶季風氣候區與熱帶季風氣候區,因此颱風是影響台灣氣候的主因。台灣又位於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊交界衝擊處,因此地震活動十分頻繁,近年來颱風災害頻傳與極端氣候之影響,其災害範圍不斷擴大,導致災害類型呈現多樣化與複雜性。

根據經濟部中央地質調查所的報告資料顯示,屏東縣境內之斷層有兩條,分別為潮州斷層及恆春斷層,其地震潛勢不能輕忽;在106年9月尼莎颱風所挾帶豪大雨對屏東縣造成嚴重的淹水事件,嚴重影響民眾生命財產與重大公共設施之安全,在山區與郊區更是野溪暴漲侵蝕,山區岩層崩滑爆發土石流,道路多處崩塌,電纜也遭破壞而停電,淪為與世隔絕的孤島。災害指揮中心人員與搜救人員也因交通與通訊受到阻礙,無法在第一時間點得知內部的災害情況,而錯過對災民與傷患搶救及撤離的黃金時間,因此造成災民的生命財產受到嚴重的傷害。而在災害發生後,又因道路中斷,災民與救災人員皆無法進出山區,而且台電工程車無法進入加速復電搶修作業,導致物資匱乏、所有電子設備皆不能使用,甚至醫療救護中斷,已經嚴重地影響日常生活。這種艱苦克難的日子並不是在短時間可以改善,身心靈害怕與創傷也不是短時間可以恢復,反而下一個災害會突如其來降臨,對災民造成二次嚴重地傷害。就淹水災害、坡度災害及地震災害分析,屏東縣易遭到氣候事件的劇烈衝擊,災害領域被視為屏東縣最應被重視的課題。目前屏東縣環保局委託元律科技股份有限公司對縣內制定一套針對災害風險較高的地區能源供給的微電網示範方案,以結合能源利用、防災及救災之因應措施。

圖1 微電網架構圖。(資料來源: 屏東縣環保局、元律科技股份有限公司)

 

所謂「智慧微電網」,其架構具有分散式發電系統、混合式儲能系統、電力轉換及調控系統、交流配電盤、交流用戶端與直流用戶端,其具備完整的發電、輸電、配電功能,可視為小型電力系統,也可以實現局部的功率平衡與能量優化,同時兼具併網和獨立運行功能,可視為整體電網中的一個「虛擬電廠」。

在屏東縣進行的緊急災難備用能源微電網亦屬於一種智慧微電網,運轉分為二種模式,一是併網模式,在平日台電正常供電時,再生能源與台電併聯運轉,在太陽能發電足夠時,輸出供給當地負載使用,當太陽光電發電大於負載時,同時也將對儲能系統進行儲電;如果日照量不足,能源管理系統(EMS)監測儲能系統的電力充足,將利用儲能系統輸出電力提高綠能使用率。第二種模式為自主運轉模式,亦稱為孤島模式,即當台電供電中斷的時候,微電網就會利用太陽能與儲能系統(視用電量,可能對儲能充電,也可能由儲能供電)供給負載使用;在日照不足時或太陽下山後,此時的電力就要靠儲能系統來供應了,至於儲能系統容量不足時,EMS就會啟動柴油發電來供電,並同時對儲能系統充電。

建置緊急災難備用能源微電網的主要目的有三個,一是當災害來臨時,山區郊外之電力系統損壞,當地之災民仍可以有電力使用,以維持日常生活條件;二是當災害來臨且無電力可用時,其災區之通訊設備仍可以正常使用,災害指揮中心與緊急避難所之間可以在第一時間相互通訊,了解當下災害情況,並制定出救災的政策方案,避免錯過對災民與傷患搶救及撤離的黃金時間;三是災害來臨且無電力可用時,其災區之基本醫療設備仍可以正常使用,讓災民發生疾病時可以有醫療設施做簡單的救治處理,減緩病痛的不適。

緊急災難備用能源微電網之成本費用方面,主要有逆變器、電能管理系統、電池組、儲能櫃製作、太陽能發電系統設備、柴油發電系統設備(含防音箱、柴油儲存槽)、基地台設備、行動網路通訊、柴油購置、維護費等相關費用,依據設置容量進行估算成本,其設置容量亦是依照每一處避難所的電力負載設備規格、該環境可容納設備容量、該部落地區人口數及專家學者之建議進行考量,此份規劃報告可以作為未來屏東縣政府裝設智慧微電網的參考,但是實際設置智慧微電網的容量仍必須視分配之經費額度而調整。

在效益分析方面,主要針對太陽能發電自用與儲能系統挹注所節省之電費,及配合台電需量競價措施獲致的電費補貼做效益分析,同時分析電池使用壽命與汰換年限,得到合理的利益。每年效益現值可分為二種,第一種效益現值包含太陽能發電自用的一般電費節省、儲能挹注的流動電費節省與參與經濟型需量競價的電費補貼;第二種效益現值包含太陽能發電自用的一般電費節省、儲能挹注的流動電費節省與參與可靠型需量競價的電費補貼。

屏東縣環保局依據縣內易致災地區發生災害類型、易致災的地區與人口數、災害發生可用的電力設備及負載量、災後恢復供電的所需時長等考量項目,選出優先設置系統的地點如泰武鄉佳興村、春日鄉士文村、來義鄉來義村與霧台鄉大武村等,不僅強化當地的供電可靠度與供電品質,在災害來臨時偏鄉地區再也不是孤島,人民從此可以安居樂業。由於智慧微電網具備綠色能源,不僅可配合政府推廣綠能與再生能源之政策,也可配合當地產業(例如:魚塭增氧機……等)推廣達到經濟效益。

 

參考資料

屏東縣環保局、元律科技股份有限公司