沙崙沙盒示範驗證平台布局淨零轉型關鍵綠能技術

王漢英1、萬皓鵬2、林鴻文3＊主筆

* 1.工研院綠能與環境研究所所長

   2.工研院綠能與環境研究所副所長

   3.工研院綠能與環境研究所企劃組副組長

摘  要

　　隨著全球暖化帶來的氣候變遷影響加劇，以及國際追求2050淨零排放目標，在未來再生能源高占比情境下，台灣綠能轉型的推動包含政策法規、創新技術與應用必須要有實驗性的系統平台來進行先期驗證與試煉。經濟部能源署支持工研院於台南沙崙智慧綠能科學城以綠能科技示範場域既有之環構與研發成果基礎，布建整合性綠能應用系統，以綠電產銷與配電品質管理達成整合性綠能應用、以再生能源產氫及應用驗證零碳創能彈性，以及智慧能源管理與再生能源直供電力以達節約能源功效等。透過沙盒概念，規劃與建置綠電轉供交易、智慧能源管理暨綠電直供、多元氫能應用三大測試平台，布局自有技術以提升產業競爭力，並由區域示範驗證逐步擴大，強化綠能產業發展環境，目標建構綠能發展網絡架構，厚植綠能電網及產業發展利基，打造國際級示範驗證場域。

關鍵字：沙崙場域、綠能系統、沙盒、綠電交易、氫能、綠電直供

　　面對全球暖化帶來極端氣候的急遽影響，各國均嚴正面對《巴黎協定》增溫不超過1.5 ℃之目標。2022年第27屆聯合國氣候變化大會（Climate Change Conference of Parties, COP）進一步設立「損失與損害（Loss and Damage）基金」實踐氣候正義[1]，而2023年的COP28更首次「全球盤點」（Global Stocktake, GST），再聚焦於行動（Action）及轉型（Transformation）[2]，鼓勵各國提出更積極作為。因應淨零排放的國際趨勢，我國公布「臺灣2050淨零排放路徑及策略」[3]，以能源轉型、產業轉型、生活轉型及社會轉型之四大轉型結合二大治理基礎，輔以風電/光電、氫能、前瞻能源、電力系統與儲能、節能、碳捕捉利用及封存等12項關鍵戰略，落實淨零轉型目標。

　　沙盒概念係指一獨立測試環境，可承受未知來源之破壞性測試，保護既有體系之安全機制。為推動2050年淨零路徑及因應我國未來高綠電占比之電力結構，工研院於沙崙綠能科技示範場域，以既有之環構與研發成果基礎，導入沙盒概念打造關鍵能源轉型之示範驗證場域，規劃與建置包含綠電彈性轉供/零售化交易、智慧能源管理暨綠電直供、多元氫能應用三大示範驗證平台（如圖1），目標建構綠能發展網絡架構，厚植產業發展利基，打造國際級示範驗證場域。

圖1、沙盒計畫模擬情境與示範驗證平台構想

此沙盒計畫三項重大技術開發應用與驗證平台的進展概述如下 :

驗證平台１：試行綠能交易之新制度、電力調度優化強化電網韌性

　　結合即時電力潮流模型、配電管理決策輔助、智慧調壓設備、電能交易法規、綠能市場及結算機制等，目前已建構：

1. 電動車充綠電機制設計：在維持電證合一的制度下，建立彈性的電能轉供量計算機制，打破合約限制，發展小額綠電交易，已完成國內綠電轉供結算平台雛型（如圖２），透過借力縣市政府推廣至企業與充電站，或充電站與租車公司異業合作，共推企業租賃車綠色充電，或借力環境部環保集點（GreenPoint），增加自然人充綠電誘因等模式，引領售電業、充電站營運商（Charge Point Operator, CPO）及企業投入實證。

圖2、綠電交易轉供結算平台雛型系統框架設計

2. 自主化先進配電管理系統決策輔助工具：整合再生能源出力預測技術、區域配電系統模型及智慧變流器動態響應測試平台，可進行太陽光電發電量預測、分析不同再生能源占比對配電饋線的影響、評估智慧變流器之響應特性以及其對於電網運轉之衝擊影響，預期強化配電饋線潮流平衡、優化電力轉供策略。

(1) 再生能源出力預測技術：完成以日照度及氣象資訊為主要參數之日前區域太陽光電預測模型；另以太陽光電發電資訊與衛星雲圖為主要參數，建立小時前區域太陽光電預測模型。

(2) 區域配電系統模型：依據停限電運轉圖資系統（Outage Management System, OMS），建置包含線路與開關、用戶負載、太陽光電、配電變壓器等配電饋線模型，可做為模型公版供參考。

(3) 智慧變流器動態響應測試平台：參考北美電力可靠度委員會（North American Electric Reliability Corporation, NERC）及美國電力研究院（Electric Power Research Institute, EPRI）建立模型，可進行容量能力、電壓/頻率步階訊號、電壓控制影響等測試。

驗證平台２：建立可與電網互動之「智慧能源區域實證平台」

　　利用沙崙示範場域之綠能展示屋（如圖３）提供能源管理系統、再生能源、多元儲能、聚合需量反應等產品與技術驗證：

1. 建立社區電能調度與能源管理系統：整合家戶型Power Tab微型能源管理系統，蒐集各棟展示屋之用電資訊，透過伺服器彙集至社區電能調度與能管系統，累積長期數據建立資料庫，作為後續之社區電力調度之決策參考依據，以提高綠電使用率及降低能源損耗，有望發展為正能源區（Positive Energy Zones, PEZ）新示範案例。

2. 新型建築能源管理與分配系統之設計模板：完成交/直流雙模供電建築，自主研發之交/直流雙模供電系統，有別於市售變流器僅單向功能（即PV至市電併網或終端應用），此系統具備雙向功能，更可由市電轉直流電供應電器使用或儲能充電，並導入直流家電，串聯供電與電力系統廠商、再生能源、儲能等相關廠商建立供應鏈。

圖３、沙崙示範場域之綠能展示屋

驗證平台３：打造國際級再生能源氫能複合儲能實證基地

整合再生能源推動電轉氫（Power to Hydrogen, P2H）複合儲能系統建置與示範運轉，並開發再生能源氫能儲能功率變動調控技術，提高再生能源應用彈性：

1. 打造沙崙氫能研發中心，建立首座氫能示範驗證平台：建置子交換膜（Proton Exchange Membrane, PEM）和陰離子膜電解（Anion Exchange Membrane, AEM）兩套再生能源電解產氫系統，總產氫量達20 Nm3/h、電解總功率達100 kW，並整合產氫、輸儲、應用的完整氫能示範驗證平台（如圖４），成為國內氫能產業重要技術研發及練兵基地，奠定沙崙場域氫能技術及產業領導地位，亦做為我國淨零情境下之再生能源極大化利用基礎參考。

圖４、沙崙氫能示範驗證平台

2. 推動氫能產業聯盟，厚植本土氫能產品技術能量：建構完整從材料、組件到系統一條龍技術服務，並串連上、中、下游產業實質合作，推動本土產業鏈發展及促進國際合作。

　　本計畫結合綠能直流電建築、建築節能、氫能源、多元儲能、需量反應、綠電銷售示範、電力品質調控、配電系統等技術，建構淨零轉型關鍵綠能技術示範驗證平台，透過產銷與配電品質管理，強化間歇性再生能源併網之電網韌性，更讓再生能源交易普及小用戶，使綠能使用最大化；其次，發展智慧能源管理，提升能源使用效率，達到節能減碳效益；最終導入氫能多元應用，降低能源供給碳排，以實現能源自主與低碳能源供給，預期在未來高占比再生能源電力結構情境下，可達到強化電網、提升供電品質、綠電最大化等功效，而建立之低碳能源等關鍵技術可加速邁向2050年淨零轉型目標。

誌謝

本沙盒示範驗證平台承蒙經濟部能源署之前瞻特別預算所贊助，謹此誌謝。

參考文獻

[1] COP27 Reaches Breakthrough Agreement on New “Loss and Damage” Fund for Vulnerable Countries，United Nations Climate Change（UNCC）,2022. Retrieved from https://unfccc.int/news/cop27-reaches-breakthrough-agreement-on-new-loss-and-damage-fund-for-vulnerable-countries

[2] COP28後首次全球盤點報告解析交流研討會，工商時報。取自https://www.ctee.com.tw/news/20231230700278-431208

[3] 國家發展委員會，臺灣2050淨零排放路徑及策略，2022年。