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智慧電網BEMS催生綠能建築
 
撰編:游沛文 最後更新時間:7月 | 30日 , 2022
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專家
 
大自然環境綠邑董事長張志偉博士
前中國電器總經理
國內油電「漲」聲不斷,民眾怨聲載道,企業苦思節能良策,而政府仍為核能糾結!面對一連串的能源問題,「智慧電網」可否提供完善的解套? 節電需求多麼迫切,從2013年LED滲透率逾30%,所謂「LED元年」提早兩年來臨,可見一斑。
 
儲能供電發展 蔚為全球趨勢
有鑑於地球能源日益匱乏,再生能源的加速開發和儲備運用,結合現有電力供電系統作業,將更加考驗著科學家的智慧,該如何佈建一個具備智慧化調配的電力監管平台,同時隨著建築體所有使用者的整體用電習慣,將像有機性的演化一般,慢慢地增加再生能源的使用比率,目標是達到自己「綠平衡」使用。而其間「再生能源」與「網際網路」的結合應用,似乎為愈加成熟的廣義「綠能建築」催生指引了一條明路。甚至有國際專家學者大膽預言,這兩者整合應用的「智慧電網」,將引爆第三次工業革命!

應用當中節能儲電已成為世界各國發展的主要目標,全球儲能大廠AES也為智慧電網提供彈性化用電調配儲能系統;中國大陸儲能供電的比例已經從20%提升到50%;而日本更有不少百年企業,也積極投入這塊領域。

智慧電網著眼點不只是「儲電」而已,還有「妥善用電」、「控制用電」等智慧化調度,這些措施跟節能效益都有著密不可分的關係。本刊專訪前中國電器總經理張志偉博士,深入剖析「智慧電網」可提升多少節能效益,又該如何佈建。專業電機工程的張志偉從事再生能源與自動化應用已有超過15年時間,近年來更積極投入在LED節能與高容量儲能應用推展,目前更直接走向建設源頭,期將智慧化「綠能建築」塑造成型,更希望能建樹成林,讓綠能環保世界早日到來!



智慧電網 來龍去脈
要了解智慧電網的運作原理,第一步就是如何增加使用再生能源。接著是如何善用儲能供電的部份,將所有建築物轉化為微型發電站,可以就地收集再生能源,並且用愈加成熟發展的儲存技術,把那些間歇性能源都儲存起來。更關鍵的是,透過網際網路去架構「智慧電網」(Smart Grid),將世界各國的「電力網路」轉化為「能源網路」(Energy Internet),而每一棟建築可以就地生產能源,並將多餘的電力賣回能源網路。

政策利多 每年600億
依智慧電網開發計劃,台灣2010年至2025年將導入17.8GW分散式發電系統,將創造國內每年1,200億新台幣市場規模,因而衍生出智慧型電網市場規模約每年新台幣600億,其中電子控制儲能設備系統的需求將有20~25%比率,其發展態勢值得關注。

建置虛擬電廠 迫在眉梢
很多民眾不知道,大台北地區繁華日增但用電亦持續增加,某些地區總用量使用已幾近原配置容量八成了,這是一個相當危險的警訊,雖然現在電力系統也具備自動調度系統,但或許某一天的不確定過載將我們將面臨斷電的窘境。可見能源開發及調度的需求,迫在眉梢,張志偉認為,建置「虛擬電廠」將可以有效解決現階段的能源問題。

從「跨區調度」和「需量反應」兩個面向來看,虛擬電廠可以全面顧及民生用電需求:
1.全國跨區 調度用電
虛擬電廠的重點就是不發電、只供電,透過完善的調度或調節,以緩解某區域的缺電問題。比方說,北部某地區瀕臨缺電、而南部地區的儲電量綽綽有餘,就可以將南部的電力調度到北部使用,而且透過網路就能即時供電,相當迅速便利。

2.需量反應 提前調度
第二個重點是「需量反應」,也就是深入分析民眾的用電習慣,使得用電量的頻率可以量化、可預期並進而施行主動式可控制性調配作業,而搭配虛擬電廠就能夠更加廣義地實行有效電力配電作業。

這樣一來,不僅可以疏通電力配置,更可以節電省錢,也可結合各地域不同環境的再生能源做最有效率的整合應用,進行不同時段計價使用,漸漸地讓非環保性或性價比較差的發電系統使用比率變低。所以說趨勢應用上目前在中國大陸各地日夜用電已普遍有「差異電價」使用,台北的民生社區也開始實施「分區電費」試用,由於不同時段或不同區域,衍生不同的電費計價。

儲電效益高 回收期短
智慧電網還具有許多優點,比方說充分提供DC直流應用的介面,可以大幅降低傳統交直流電力轉換的耗損。現在風力、太陽能等再生能源或市電經由儲能設備儲電化後,不但可做為微電網系統有效緩衝調度使用外,更可以直接透過DC直流供應提供給全球節能趨勢都使用的LED照明與直流變頻空調應用,將大幅減少原有的電力轉換耗損。

這幾年,令政府或業主望之卻步的,其實是太陽能發電等重要組成單元的建置成本過高、回收期漫長。那智慧電網呢?張志偉分析道,以日照四個小時計算下來,未來3~5年內智慧電網整體的回收期將因為新技術成本的降低與市場期望的逐漸擴大使用,將只需要七到八年內,甚至3年以內,很快可以回本,而現在的我們更應該開始正視並預備「綠能建築」即將到來的準備。

智慧電網發展趨勢
當前智慧電網的發展趨勢,不難察覺大樓能源監管系統(BEMS)的重要性,以及發電站愈來愈往微型化進步了。

必備BEMS
智慧建築的風潮,帶動大樓自動化系統的整合熱潮。但是不只樓宇需要整合、電力也需要整合。風力、水力、太陽能怎麼供電、調節,以達到環控系統的極致,必須靠BEMS同時整合能源控制和設備控制。

日本清水建設大廈透過能源及設備控制,2010~2011年削減了38%用電量。截至2013年2月為止,已經有23個日本系統整合商,包括NEC、NTT、松下ES工程、富士通、三井通訊、大金工業、東芝等,在2700棟大廈中安裝了BEMS。

日本經濟部曾經舉辦「橫濱智慧城市計畫」,證實能源管理系統的節能效益顯著,例如高峰用電量降低了20%。然而,光靠BEMS是不夠的,還得借助感測器及調光等節能技術,並分析過去的實際數據及天氣預報數據,事先確定何時利用儲存的能源。再以預測數據為基礎,靈活控制相關設備。

有了BEMS,將開發或儲存下來的能源善加運用,而且能源運用過程也有良好的控制,節能目標才能真正實現。



發電站微型化
張志偉時常協助國外進行再生能源發電廠的建置規劃,他觀察到這類的合作案將逐年遞增,而相關技術更是突飛猛進。比方說發電站愈來愈微型化,原本以100Mega為規劃單位、現在可以縮減到20Mega,甚至5Mega的為主的微型發電站了!

未來將具備大樓用的插槽式儲能設備,以5坪、10坪為主流。而且高密度容量的儲能設備原本一片只能發電1KW,未來將進步到一片就能發電4KW,更微型、更省空間。

廣設能源站 跨國調電
目前台灣在「能源國家型科技計劃」專案下,已有多個子計劃由成功大學、中央大學等多所學校與資策會合作進行台電虛擬電廠的5年計畫,以及需量反應等電力配置調控系統等計劃。

而在國外並早已爭相規劃並積極發展再生能源電廠計劃,而台灣在整體電力應用整合上如果還在紙上談兵的觀望階段,那麼可能就會慢一拍,將錯過了即將來臨的第三次工業革命的龐大商機。

談及下一階段佈局,張志偉表示,期待台灣產業能發揮科技整合實力,未來透過屬於台灣特色的「綠能建築」結合進入全球應用趨勢,能將經驗,複製並外銷到其它國家。而未來,不但可以跨區調節用電、甚至可以跨國串聯調度,各棟建築均可微型連結,互相調度電力。

如此一來,化危機為轉機,化干戈為玉帛。人心惶惶的能源大戰,昇華為世界各國紛紛響應建置的「能源大站」,成就更美好的文明世界。

1.大型發電廠(國家級主導性計畫)
例如2012年起,經濟部推動為期五年的「國家型能源計畫」,目前已成立科專、科研,推廣產學合作。
2.中型儲能設備(國家級或企業統包合作計畫)
可透過企業統包合作方式快速進行電力輸配電中繼配置,同時應用高密度容量儲能設備做最佳化電力緩衝調度應用。
3.小型儲能設備(大樓能源管理系統BEMS策略合作)
未來每一棟建物將行「環境模擬實驗」來分析何種風向、日照角度來提升再生能源發電效益,同時使用高密度容量儲存技術,以儲存間歇性的能源,並轉化為微型發電站,進行「能源網路」的應用使用。
 
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