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提高再生能源電網穩壓能力 日本提5年STREAM計畫

太陽能發電的電壓變化,不像發電機有緩衝時間,因此日本NEDO投入新世代緩衝技術研發。圖為太陽能發電廠。法新社

隨日本再生能源發電比例提高,既有電網的穩定性問題日趨嚴重,迫使日本政府提出新的穩定電網構想,除提供蓄電系統研發與建設補助外,日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)2022年6月20日公開新計畫,再生能源主力電源化必要次世代電網穩定技術研發計畫STREAM。

根據NEDO公布資料,STREAM為2022~2026會計年度(2022/4~2027/3)的5年計畫,主要參與單位除政府、學校、電力相關企業外,主要的電機業者是三菱電機(Mitsubishi Electric)。

而STREAM的主要研發項目有兩個:實用類慣性功率調節系統(PCS)開發,實用電動發電機組(M-G Set)開發。

電動發電機組是歷史悠久的老技術,在一般電機中,包括電動火車這種大型交通工具,已被半導體電路組成的逆變器(Inverter)取代,只剩老設備或是大型船舶上還能看到;類慣性PCS則是要用半導體電路開發的設備,體積與複雜度可望低於電動發電機組,用在較小型系統中。

而這兩個項目的意義,根據日本電波新聞的說明,在於解決太陽能發電與既有發電機的最大差異,慣性帶來的瞬間突波。

發電系統若用原理與電動馬達相同的發電機,不管發電機是用在現有的火力、水力、核能,還是再生能源的風力、潮汐海流、地熱等,共通特性是馬達本身具有慣性,啟動需要一定時間才能到達額定水準,停機也要一定時間才會完全停擺,因此輸出電壓也是緩升緩降,不會立即斷電,能有數秒緩衝時間。

但太陽能發電完全沒有馬達,也就沒有同樣的慣性,所以輸出電壓會陡升陡降,電網緩衝時間以微秒計,當太陽能電力僅佔總電力不到1%的時候,這有辦法消化,但要當成佔全國發電量10%以上的主力電源時,現有的電網體系將無法提供足夠的緩衝。

因此,NEDO提出的研發案,類慣性PCS與電動發電機組,都是拉長電網緩衝時間,從微秒級拉長到秒級,讓現有的電網調節技術來得及反應的設備。

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