台灣電力企業聯合會電子報 第 四十七期 2021.04.20
本期焦點

沙崙智慧綠能科學城C區虛擬電廠介紹

楊宏澤*主筆

*國立成功大學電機系教授

  為因應全球氣候變遷及追求環境永續發展,能源轉型已成為世界各國所必須面臨的重大挑戰,智慧電網發展與綠能產業也逐漸成為國際所共同關注之重要發展對象。台灣預計於2025年達成零核能、綠能發電占比20%以及穩定電力供應等目標,亦期帶動國內綠能經濟並創造就業機會。然而再生能源之電力輸出取決於極短期的天氣條件,其劇烈變動將可能衝擊電力系統之正常運轉。不僅如此,電網中之慣量將可預期地大幅縮減,故可能危及電力系統之穩定度,屆時調度中心對於各種輔助服務之需求勢必顯著增加。

  隨著綠能佔比與分散式電力資源(distributed energy resource, DER)併網規模快速增加,用戶自行裝設綠能發電設施之情況將與日漸增,傳統電力用戶(consumer)將轉為新興的產銷者(prosumer)。透過智慧用戶電能管理系統(energy management system, EMS),可整合需求端可控之電力需量、綠能、儲能及電動車G2V/V2G (grid-to-vehicle/ vehicle-to-grid),並結合人工智慧(artificial intelligent, AI)技術以構成虛擬電厰(virtual power point, VPP)聚合服務系統,虛擬電廠可參與電業端所制定之相關電力交易制度,例如需量反應或輔助服務,以配合電力系統調度需求提供電力調節,並藉此獲取利潤分配予轄下用戶。

  沙崙智慧綠能科學城C區之虛擬電廠架構示意圖如圖1所示,其電能管理系統主要由資訊流整合與電力調度技術結合而成。未來透過建置分散式電力資源,並導入需求端管理與虛擬電廠調控技術,以促進需量反應交易市場。其不僅利於用戶提升電能使用效率,亦促進強韌電網及新綠能產業經濟發展。科學城C區場域中之分散式能源主要為再生能源、儲能系統及電動車充電樁,其再生能源包括小型風力發電機及太陽能發電系統。場域內所有分散式能源電力資訊及負載用電資訊可透過網路進行資料傳輸,並皆具備標準工業通訊協定,例如: Modbus、Ethernet/IP、IEC61850等標準網路傳輸方式。上述電力設施均可與電能管理系統伺服器端進行雙向資料傳輸,透過物聯網相關技術達成區域內自主電能管理,進而執行自動化控制、數據管理分析以及再生能源與負載預測等功能。

  沙崙智慧綠能科學城C區之電能管理系統又稱為CEMS (community energy management system),其負責整合C區之可調度需量,同時決策參與電力公司需量反應方案之投標策略。在需量事件執行前,CEMS將發送事件得標通知、得標費率及執行時間等資訊,並於事件後計算執行率及參與用戶分潤。科學城C區CEMS所管理之用戶包括台灣智駕實驗室及一期聯合研究大樓兩棟建物,其各自透過各別獨立之建築電能管理系統(Building energy management system, BEMS)管理。台灣智駕實驗室共有太陽能發電71Wp、儲能系統25kW/ 48kWh及交流電動車充電樁7kW兩支。一期聯合研究大樓設有太陽能發電668Wp、風力發電3kW、釩液流電池儲能系統250kW/750kWh、電動汽車充電樁23支(11支交流7kW及12支直流25kW)及20支3kW電動機車充電樁。

  BEMS可針對建物中所轄的分散式電力資源進行最佳電能調度運算,其中包括導入AI科技之負載及再生能源發電預測技術、儲能系統充放電排程、電動車充放電排程、可控負載節能控制、再生能源輸出平滑化等。CEMS與BEMS均包括人機監控顯示頁面,可提供管理者以圖資化方式即時掌握各種分散式電力資源與負載之用電情形,並可藉此分析歷史發電及用電數據或執行相關操作。此外,用戶可依據喜好並透過人機介面設定參與需量反應或輔助服務之預期報酬,同時交由CEMS統整資訊後以執行最佳投標規劃,進而最大化科學城C區虛擬電廠之營運效益。

  透過虛擬電廠整合自動需量反應技術,可因應更高佔比之再生能源對電網造成之衝擊,並視電網需求執行更即時之需量調度,以有效提升電網之強韌性。以上虛擬電廠之主要功能包括(1)用電效能與成本優化、(2)整合分散式電力資源提供需量反應或輔助服務(3)防災備援電力。各項主要功能之簡述如下:

用電效能與成本優化:整合可控負載、儲能、G2V/V2G、綠能或備用發電機組,並導入短期預測、人工智慧機器學習及最佳化理論執行電能管理策略,協助使用者決策未來的各項電力設備操作模式,在確保供電安全之前提下,最小化用電成本或最大化電能使用效率。

整合分散式電力資源提供需量反應或輔助服務:建構低壓用戶群代表,整合多樣性分散式電力資源,可納入廣大低壓用戶參與電力市場。依據轄區內用電特性及裝置類型決策需量或輔助服務市場相關投標參數,以最大化獲利;可整合地區可控電力資源,實現虛擬電廠並參與需量反應或輔助服務市場。未來本技術可向外延伸推廣,利於提升台灣電網強韌性及加速新能源產業發展。

防災備援電力:因電力事故停電時,整合分散式電力資源,並配合可控需量之管控與卸除,以延長關鍵負載之供電時程。

圖1 沙崙智慧綠能科學城C區虛擬電廠架構圖

 
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