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多元化能源策略 兼顾发电成本与稳定性

根据REN21公布的Renewables 2020 Global Status Report指出,2019年全球已有共有143个国家推动再生能源发电政策。图片来源:www.ren21.net

随著地球暖化后续问题逐步浮现,加上化石能源逐渐被人类消耗殆尽,以及国际原油价格容易波动,发展再生能源已成为各国政府的共识。只是再生能源稳定性向来备受挑战,因此如何兼顾发电成本、用电稳定性,同时减少化石原料依赖、提高能源使用效率,均是各国政府规划智能能源政策的重点。

发电成本快速下滑 再生能源占比达27.3%

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IRENA预估2021年太阳能光伏发电平均成本约为0.039 美元/kW,比2019 年下降 42%,至于陆上风力发电成本也会降至0.043美元/kW,比 2019 年下降 18%。图片来源:www.irena.org

为符合巴黎协议的规范,过去几年世界各国发展再生能源速度相当快速,特别也带动太阳能和风力发电成本持续降低。根据REN21公布的Renewables 2020 Global Status Report指出,2019年全球已有共有143个国家推动再生能源发电政策、超过250个城市推动100%再生能源计画,也让再生能源发电比例已占全球发电量27.3%。当然,再生能源发电量持续增加的主因,更在于太阳能、风力等建置成本下滑,依照IRENA公布的「Renewable Power Generation Costs in 2019」报告显示,预估2021年太阳能光伏发电平均成本约为0.039 美元/kW,比2019 年下降 42%,甚至也将比燃煤发电成本低20%。至于陆上风力发电成本也会在2021年降至0.043美元/kW,比 2019年下降18%。

值得一提,由于太阳能、风力发电成本快速下滑,在考量成本支出的前提下,处于鼓励性质的趸购费率机制(Feed-in-Tariff;FIT)已逐渐退场,甚至部分些国家已经开始检讨或进行削减现行的趸购费率机制。根据IRENA调查,2019年使用拍卖或招标机制国家总数增加到109个,比起2018年增加11个国家。至于采用趸购费率机制的国家,2019年停留在113个国家,相较于2018年完全没有变动。

打造微电网系统 有助维持供电稳定性

在稳定电力供应来源之虞,如何减少宝贵电力浪费,自然也是各国政府勾勒智能能源蓝图的重点之一。根据国际期刊自然气候变化(Nature Climate Change)针对142个国家的输配电基础设施调查发现,基础建设落后的海地、伊拉克与刚果等非洲国家,在2016年输配电损失高达50%,至于印度、巴西则分别达到19%、16%。由于输配电损失的电量,必须透过额外发电来弥补,若能运用更换高质量电线、高压直流输电、缩短配电距离等措施,则可达到减少电网能源浪费,预估可减少5亿公吨二氧化碳排放。

在太阳能发电成本下滑之际,推动配电基础设施改善、微电网建置工作,除能避免传统输配电基础设施效率不佳,以至于造成可观的电力损失,也能稳定区域的电力供应。如2017年7月29日台湾受到尼莎台风侵袭,导致花莲和平电厂输电电塔倒塌,以至于陷入长达2周的限电恶梦,此时若有大量微电网系统协助,则可将限电冲击降低最低。由微电网搭配储能系统使用后,除能将再生能源供应给区域用户使用、并入主电网之外,也能在太阳能、风力发电高峰时,预先将再生能源储存并于离峰时间释出。

过去10多年来,全球各地均有微电网的成功案例,如2004年日本建置的仙台微电网示范计画,便在2011年3月11日于福岛大地震时,独自运行长达2天以上,维持当地医院、照护中心的稳定运行。至于台湾首座微电网则是由行政院原子能委员会核能研究所于桃园龙潭微电网实证场域,集成太阳能发电100 kW、风力发电150 kW、25 kW等各1座、微涡轮机65 kW共3座、250 kVA与100 kVA储能系统,以及电动车充电桩1座,整体发电设备总容量约470 kW。根据该单位提供资料,在测试过程中与台电解联的情况下,该系统可实际维持100小时连续孤岛运转,其中绿能发电量平均占比达54%,整体系统相当稳定,足以作为台湾建置微电网的参考。

储能系统重要性日增 锂铁电池备受期待

虽然全球再生能源发电比例持续攀升,但无论是太阳能、风力、水力、地热等,在发电过程中均有许多难以控制的不稳定因素,如日照时间改变、风力不稳定等等。因此若能运用大型储能系统,除可将宝贵能源储存之外,也能在爆发天灾、人为疏失,等发生电力中断事件时,也能在第一时间维持供电系统稳定运行。如2019年8月9日,英国突然发生两座发电厂供电中断的事故,所幸藉由大型储能系统协助,让电网频率在3分47秒时恢复正常,有效降低管理人员的工作负担。

根据TrendForce绿能研究报告指出,随著全球由集中式能源发电朝向智能分散式电网的配置,全球大型储能容量将在 2020 年达到 3.2GWh,且至2024年的年复合成长率更将达到22%。

储能系统方式相当多元,如水力储能、重力储能、燃料电池、锂电池,还有空气压缩储能等方式。2019年三菱日立电力系统(Mitsubishi Hitachi Power Systems)便宣布与美国政府合作,将在盐洞中运用氢或压缩空气技术,储存太阳能、风力发电等再生能源,预计2025年启用时将拥有1000MW储存能力。

在前述众多储能技术中,锂电池是比较常见采用的技术,约有95%储能系统均采用此技术,且在全球各地都有成功案例。不过,锂电池储能系统会因为潮湿环境,又或者电池不良、 电池管理系统故障等问题,可能会有爆炸的风险。在考量安全性与管理下,锂电池储能系统可能由现行的三元锂电池,走向循环寿命高、记忆效应较低的锂铁电池。


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