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【藍圖】儲能與燃氣,奇異兩手抓

2017-08-11 10:28
跋山涉水擴建維護漫長的輸配線路,還不如在當地以電池儲能,成本更為划算。圖/亞利桑那州小鎮南瓜中心, 2007年。取自維基百科 (CC BY-SA 3.0, By Pmsyyz)
跋山涉水擴建維護漫長的輸配線路,還不如在當地以電池儲能,成本更為划算。圖/亞利桑那州小鎮南瓜中心, 2007年。取自維基百科 (CC BY-SA 3.0, By Pmsyyz)

電池價格持續下跌,能源儲存也從過去的高貴、只有高額補貼才有辦法設置的實驗性設施,如今開始真正能肩負越來越多任務,最早導入的多是頻率調整功能,北德區域電力公司WEMAG於2014年設置全歐第一座商用能源儲存站Schwerin 1,2016年又大力投資500萬歐元擴建Schwerin 2能源儲存站,於2016年10月開工,2017年7月完工上線,擴大總儲能容量為3倍,以因應北德800百萬瓦風力發電的頻率調整需求。

能源儲存站穩定配電,成本相對較低

WEMAG大力擴建Schwerin能源儲存站,部分原因可能是受到英國智慧電網儲存(Smarter Network Storage,SNS)計畫的鼓舞,SNS計畫於2015年時預估興建預算為1,140萬英鎊,預計生命週期總營收加上所能節省的開支可達800萬英鎊,再加上250萬英鎊的社會公益價值,如減少興建尖峰電廠省下的預算,以及減少碳排放的環保價值等,兩者相加已經接近回本。考量電池價格仍在持續下降,顯示能源儲存距離全面商用化腳步越來越近。

Schwerin能源儲存站仍然是以頻率調整為主,也就是主要因應電網的一時不穩定的穩定設施,所需電池總儲能容量遠少於轉移用電時間的功能所需的電池總容量。不過,如今許多計畫也已經開始考慮使用電池儲能來達成真正的儲存、轉移用電時間的作用。

許多偏遠地區已經率先開始採用,因為電力公司算盤一敲,發現要跋山涉水擴建並維護漫長的輸配線路到偏遠村鎮,還不如在當地以電池儲能來解決尖峰負載問題,成本更為划算。亞利桑那公共服務公司在亞利桑那州小鎮南瓜中心就打算這麼做,與其越過崎嶇地形更新20英里的輸配線路,亞利桑那公共服務公司選擇購置2組1百萬瓦/4,000度電儲存容量的電池儲能設備,解決該600人小鎮每年有20到30天尖峰用電會超過輸配容量負載的問題,預算只要擴充輸配線路的一半,更好的是彈性也更大,儲能設施不僅可在離峰時充電,轉移到尖峰使用,還能同時用來作為電壓調整、功率因數調整的作用,且若是未來該小鎮用電不如預期,電力公司可把儲能設施搬遷到其他地方使用,相對的,若是擴充輸配線路容量,到時就只能閒置。

隨著電池成本下降,如今應用電池儲能轉移用電時間的想法也已經擴大到偏鄉以外,在麻州,深海風能(Deepwater Wind)於2017年7月底宣布要特斯拉供應4萬度電規模的電池儲能系統,支援144百萬瓦的離岸風能計畫,其主要用途不是頻率調整,而是用來吸收離峰時的額外電力,轉移至尖峰使用,以及當麻州冬季冰風暴來臨,風力發電機為了安全因素而停機時,還能自儲能系統供電,不會錯過冰風暴導致取暖用電高峰的高電價時段。

儲能系統成本下降,使得電業界有一股聲音,認為未來尖峰電廠的存在意義堪虞。基載電廠整天都發出一樣的電力,尖峰落差必須由中載、尖載電廠來負責調和,這樣的設計下,電網被迫準備許多尖峰電廠,整日大多時間閒置,只有在尖峰時間啟動,導致攤提成本相對極高。另一方面,以燃氣發電而言,尖峰燃氣發電廠多為單循環發電,其能源效率僅複循環燃氣發電廠的一半,若是讓燃氣發電都盡量為複循環電廠、以基載方是整天不間斷運作,尖峰需求則以儲能系統從離峰的多餘電力轉移到尖峰使用,其發電成本將大為降低。

若以這種方式解決尖峰需求,則尖載燃氣發電廠的重要性將大幅降低。燃氣發電的龍頭奇異有不同意見,奇異近年來致力於發展工業物聯網平台Predix,透過物聯網的智慧化運作,隨時協調電網上的所有各式發電廠,以人類無法做到的自動化調度方式,來最佳化電力調度,兼顧效率、供需平衡與穩定性。奇異強調其智慧化的物聯網平台,加上大數據的預測,能讓燃氣發電廠運作起來有如「虛擬電池」,應對電網各種不平穩狀況。

乍看之下,奇異的主張似乎是要以先進智慧化燃氣發電廠來與電池儲能打對台,但其實奇異是兩手都押。2017年4月時,奇異宣布與南加州愛迪生電力公司合作,結合智慧化燃氣發電廠與電池儲能,共同負起處理尖峰負載的重任。兩座複合系統都具備50百萬瓦發電容量的燃氣發電廠,以及10百萬瓦4,000度電儲存容量的電池儲能系統,透過智慧管理系統調控。該2組系統主要用來支應加州亞里索峽谷天然氣儲槽意外事件後造成的嚴重尖峰電力缺口。

電池儲能系統,值得台灣能源管理參考

搭配電池儲能系統,讓奇異的機組可以在隨時供應電網即時需求的同時,也兼顧燃氣機組的效能與壽命,緊急需求口由電池先輸出電力,之後燃氣機組再以最適速度啟動,避免過多的緊急啟動或轉速忽快忽慢,長期下來,可延長機組的壽命,電池也可充當緩衝作用,取代過去須要燃氣機組待命運轉以提供熱機備轉容量(Spin Reserve)的需求,在各方面都能與燃氣電廠相輔相成,更有效率因應電網需求,以及降低發電成本。

台灣近日因電網問題(電塔倒塌)導致面臨尖峰用電可能不足,祭出的卻是「中午不吹冷氣」這種苦行僧式的宣示性作法,導致少數擁核者又把過去已經爭執過的無數老舊議題又重新翻出來炒作一次。其實,要解決尖峰用電可能不足問題,卻想靠固定發出一定電力的基載發電方式?這想法本身就是頭痛醫腳。極端氣候造成夏季中午更炎熱,使得尖峰用電更高,電網應該提升的是尖載應對的能力,若竟然想以提高基載容量來滿足尖載,離峰勢必將多出大量多餘發電不知該往何處去。

過去台灣想到奇異只想到核四,實際上奇異早在2007年就將核能部門與日立合資成立奇異日立,2011年時奇異更公開看衰核能,如今奇異在能源領域主打燃氣與風能,對於尖峰負載問題的解決方案,則是燃氣、電池儲能兩手抓,並積極導入工業物聯網。

台灣一直喊得震天響的所謂工業4.0,其核心就是工業物聯網,而工業物聯網的最大宗應用之一就是能源領域,能源議題早已不是只有能源,而是牽涉更廣泛的總體產業戰略思維,若連電網都不知要導入工業物聯網、以智慧化解決問題,那所謂工業4.0又怎會有所發展?執政者苦思解決能源問題時,應更加跟上當前的最新產業發展,若一時來不及做總體研究,找家代表企業有樣學樣,至少臨陣磨槍不亮也光,台灣一向重視奇異在美國的政治影響力,實際上,奇異本身的經營動向,更值得參考。

延伸閱讀:
1. Expansion of EU's First Commercial Storage Plant Shows Adaptability of Batteries for Grid Services
2. APS Buys Energy Storage From AES for Less Than Half the Cost of a Transmission Upgrade
3. Tesla Batteries May Be Used for Winter Backup on Deepwater's 90MW Offshore Wind Farm
4. Inside GE and SoCal Edison's First-of-a-Kind Hybrid Peaker Plant With Batteries and Gas Turbines
5. GE Digital Gas Plants vs. Utility-Scale Batteries


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