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多元化能源策略 兼顧發電成本與穩定性

根據REN21公布的Renewables 2020 Global Status Report指出,2019年全球已有共有143個國家推動再生能源發電政策。圖片來源:www.ren21.net

隨著地球暖化後續問題逐步浮現,加上化石能源逐漸被人類消耗殆盡,以及國際原油價格容易波動,發展再生能源已成為各國政府的共識。只是再生能源穩定性向來備受挑戰,因此如何兼顧發電成本、用電穩定性,同時減少化石原料依賴、提高能源使用效率,均是各國政府規劃智慧能源政策的重點。

發電成本快速下滑 再生能源佔比達27.3%

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IRENA預估2021年太陽能光伏發電平均成本約為0.039 美元/kW,比2019 年下降 42%,至於陸上風力發電成本也會降至0.043美元/kW,比 2019 年下降 18%。圖片來源:www.irena.org

為符合巴黎協議的規範,過去幾年世界各國發展再生能源速度相當快速,特別也帶動太陽能和風力發電成本持續降低。根據REN21公布的Renewables 2020 Global Status Report指出,2019年全球已有共有143個國家推動再生能源發電政策、超過250個城市推動100%再生能源計畫,也讓再生能源發電比例已佔全球發電量27.3%。當然,再生能源發電量持續增加的主因,更在於太陽能、風力等建置成本下滑,依照IRENA公布的「Renewable Power Generation Costs in 2019」報告顯示,預估2021年太陽能光伏發電平均成本約為0.039 美元/kW,比2019 年下降 42%,甚至也將比燃煤發電成本低20%。至於陸上風力發電成本也會在2021年降至0.043美元/kW,比 2019年下降18%。

值得一提,由於太陽能、風力發電成本快速下滑,在考量成本支出的前提下,處於鼓勵性質的躉購費率機制(Feed-in-Tariff;FIT)已逐漸退場,甚至部分些國家已經開始檢討或進行削減現行的躉購費率機制。根據IRENA調查,2019年使用拍賣或招標機制國家總數增加到109個,比起2018年增加11個國家。至於採用躉購費率機制的國家,2019年停留在113個國家,相較於2018年完全沒有變動。

打造微電網系統 有助維持供電穩定性

在穩定電力供應來源之虞,如何減少寶貴電力浪費,自然也是各國政府勾勒智慧能源藍圖的重點之一。根據國際期刊自然氣候變化(Nature Climate Change)針對142個國家的輸配電基礎設施調查發現,基礎建設落後的海地、伊拉克與剛果等非洲國家,在2016年輸配電損失高達50%,至於印度、巴西則分別達到19%、16%。由於輸配電損失的電量,必須透過額外發電來彌補,若能運用更換高品質電線、高壓直流輸電、縮短配電距離等措施,則可達到減少電網能源浪費,預估可減少5億公噸二氧化碳排放。

在太陽能發電成本下滑之際,推動配電基礎設施改善、微電網建置工作,除能避免傳統輸配電基礎設施效率不佳,以至於造成可觀的電力損失,也能穩定區域的電力供應。如2017年7月29日台灣受到尼莎颱風侵襲,導致花蓮和平電廠輸電電塔倒塌,以至於陷入長達2周的限電惡夢,此時若有大量微電網系統協助,則可將限電衝擊降低最低。由微電網搭配儲能系統使用後,除能將再生能源供應給區域用戶使用、併入主電網之外,也能在太陽能、風力發電高峰時,預先將再生能源儲存並於離峰時間釋出。

過去10多年來,全球各地均有微電網的成功案例,如2004年日本建置的仙台微電網示範計畫,便在2011年3月11日於福島大地震時,獨自運作長達2天以上,維持當地醫院、照護中心的穩定運作。至於台灣首座微電網則是由行政院原子能委員會核能研究所於桃園龍潭微電網實證場域,整合太陽能發電100 kW、風力發電150 kW、25 kW等各1座、微渦輪機65 kW共3座、250 kVA與100 kVA儲能系統,以及電動車充電樁1座,整體發電設備總容量約470 kW。根據該單位提供資料,在測試過程中與台電解聯的情況下,該系統可實際維持100小時連續孤島運轉,其中綠能發電量平均佔比達54%,整體系統相當穩定,足以作為台灣建置微電網的參考。

儲能系統重要性日增 鋰鐵電池備受期待

雖然全球再生能源發電比例持續攀升,但無論是太陽能、風力、水力、地熱等,在發電過程中均有許多難以控制的不穩定因素,如日照時間改變、風力不穩定等等。因此若能運用大型儲能系統,除可將寶貴能源儲存之外,也能在爆發天災、人為疏失,等發生電力中斷事件時,也能在第一時間維持供電系統穩定運作。如2019年8月9日,英國突然發生兩座發電廠供電中斷的事故,所幸藉由大型儲能系統協助,讓電網頻率在3分47秒時恢復正常,有效降低管理人員的工作負擔。

根據TrendForce綠能研究報告指出,隨著全球由集中式能源發電朝向智慧分散式電網的配置,全球大型儲能容量將在 2020 年達到 3.2GWh,且至2024年的年複合成長率更將達到22%。

儲能系統方式相當多元,如水力儲能、重力儲能、燃料電池、鋰電池,還有空氣壓縮儲能等方式。2019年三菱日立電力系統(Mitsubishi Hitachi Power Systems)便宣布與美國政府合作,將在鹽洞中運用氫或壓縮空氣技術,儲存太陽能、風力發電等再生能源,預計2025年啟用時將擁有1000MW儲存能力。

在前述眾多儲能技術中,鋰電池是比較常見採用的技術,約有95%儲能系統均採用此技術,且在全球各地都有成功案例。不過,鋰電池儲能系統會因為潮濕環境,又或者電池不良、 電池管理系統故障等問題,可能會有爆炸的風險。在考量安全性與管理下,鋰電池儲能系統可能由現行的三元鋰電池,走向循環壽命高、記憶效應較低的鋰鐵電池。


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