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〈工業技術與資訊〉分散式能源崛起 -
透過「虛擬電廠」整合再生能源、儲能設備、備援電力等分散式能源,已成為能源管理新顯學(09/26/2021 鉅亨網新聞)
逐年攀升的尖峰負載,讓臺灣的能源使用規劃,成為各方焦點。跳脫興建更多電廠的思維,透過「虛擬電廠」,整合再生能源、儲能設備、備援電力等分散式能源,已成為能源管理新顯學。隨著再生能源占比逐步升高,為了解決供電間歇性的問題,能長時間儲存電力的「液流電池」也備受關注。
數 10 年來,臺灣傳統電力供應以大型電廠為主,想要解決尖峰用電問題,除了蓋電廠外,是否還有更省成本、更有效率的解方?
攤開臺灣的用電分布,若以 1 年 8,760 小時來看,臺灣每年用電最多的 200 個小時,對於電力系統產生的額外需求大約為 2GW,相當於年度用電尖峰的 5%,且大多集中在夏季。工研院綠能與環境研究所組長梁佩芳認為,若要持續蓋電廠,得先思考 2 個問題:一是電廠投資大、建廠時間久,還會面臨環保抗爭行動;二是只為了每年 200 小時的尖峰需求興建新電廠,似乎也不太符合投資效益。
其實除了大型電廠之外,民間也暗藏不少中小型的電力資源,像是散落在企業、工廠、住家裡的太陽能、風力、儲能設備、備援發電機、UPS 系統和電動車等。隨著供電挑戰愈來愈大,未來必須要更加靈活善用這些電力資源。「虛擬電廠」概念應運而生,「就是將分散式的中小型資源聚合起來,變成可靠的電力供應來源,就像一個可受控制的電廠。」
用戶代理人扮演關鍵角色
當傳統以大型機組為主的集中式電力系統,走向分散式電力系統後,原先單純做為電力的消費者,同時也轉為電力供給的產銷者。正因為聚集了各種不同類型的用戶參與,虛擬電廠有著更大的調度彈性,能在短時間內提供尖峰負載電力,也能為電力公司提供輔助服務。
相比過去台電控制大電廠,只要一個指令;當眾多小資源集結時,該如何有效管理就成了關鍵。這造就一個角色興起,也就是所謂的「聚合者」或「用戶代理人」(Aggregator),「他必須聚合用戶資源,就像一個統一窗口,去台電或電力市場報價,未來代理人會是新的商機。」
「虛擬電廠有很多不同機制,有些可以做出一桌菜,有些就是很專業的一道菜,不同公司的營運策略都不一樣。」梁佩芳表示,目前虛擬電廠在國際已有不少成功案例,以全球知名的德國公司 Next Kraftwerke 來說,旗下聚合超過 1 萬個用戶,裝置容量達 8GW 以上,並依據用戶特性,設計不同方案,有些投入電力交易市場,有些則投入輔助服務市場;特斯拉(Tesla)也在加州聚集旗下家用儲能設備 Powerwall 的用戶,向電力公司提供電網服務,當加州電力不夠時,便控制電池放電。
滿足五大條件 虛擬電廠商機可期
梁佩芳認為,虛擬電廠必須具備 5 項條件才能發揮其優勢。第一是 ICT 的基礎建設,為了讓代理人清楚掌握每個參與者的狀況,需要導入智慧電表等 ICT 應用,才能即時掌握數據。
第二是預測。代理人需了解電力系統狀況,進行負載預測,事先讓參與者知道未來幾天的用電趨勢,讓用戶有心理準備,提高用戶的參與意願,不至於突然收到斷線通知,措手不及。
第三是打造客製化方案。因應不同參與者的特性,客製化電力的供應狀態,而非所有人一體適用的規則,甚至是調整用戶的生產行為。比如台電大多在下午 1 點到 3 點的尖峰時間,要求降低用電,或許就能和工廠討論改變生產排程。
第四是對市場的了解。代理人需對市場敏銳,針對用戶屬性,細分成不同群體,參與市場上的不同計畫。台電現已要求,未來代理人參與電力市場,必須取得「合格排程者」(Qualified Scheduling Entity;QSE)的資格,代表代理人對市場有基本了解。
第五是決策技術。如何安排出最妥適的方法,讓參與者的成本降低,在電力市場獲得比較高的回報;同時也要有預先準備,當執行期間發生意外的話,如何啟動緊急機制,這些都需要依賴精密的排程決策。
雖然目前臺灣的虛擬電廠概念在仍在起步階段,代理人角色也仍舊偏少,但可以預期,台電的電力交易平台正式上線後,「臺灣的市場就會打開,未來參與電力市場服務會比以前更加自由、開放,只要聚合資源就能去交易,許多業者都在準備,商機可期。」
四大優勢 液流電池成儲能新星
在分散式能源系統中,再生能源和儲能設備不僅是其中的重要一環,兩者也有高度相關。隨著再生能源的占比逐漸增加,面對「看天吃飯」的間歇特性,更需要長時間的儲能設備,才能 24 小時供應綠電,而安全性更高、儲能時間又長的「液流電池」開始受到關注。
工研院綠能所組長張文昇指出,液流電池顧名思義「就是電池裡有液體流動」。液流電池包含 2 個大型的電解液桶槽,內含可儲存電力的活性物質,將電解液以管線輸送到中央元件,稱其為「電堆」。當需要充放電時,便透過泵浦將液體輸送至電堆,產生電子轉移,以此進行放電或儲電。根據電池種類不同,液流電池可使用多種不同金屬元素組成,目前最成熟的便是採用釩離子的液流電池系統。
比起傳統鋰電池,液流電池具備更多優勢。第一是安全,挑選電池首重安全考量,用水溶液安全性高,無爆炸跟自燃風險。第二是設計更有彈性,由於能量是儲存在液體裡,桶槽愈大,能提供的能量就愈多,根據不同應用情境,只要增加桶槽與電解液,儲存的能量與時間就能更多、更久。
第三是使用壽命長,深度充放電循環可超過 2 萬次,至少用 20 年沒問題,平均儲能成本攤提下來,在長時間儲存上比鋰電池更划算。第四活性物質在液體裡容易回收,即使電池長期使用後,裡頭的有價金屬也不耗損。
「液流電池屬於長跑型的選手,潛力上就是適合做連續長時間的放電和儲存,」張文昇說。這也是為什麼液流電池特別適合作為長時間儲能用途,面對間歇性的再生能源,可將綠電安全、穩定的儲存起來,扮演重要的調節角色。
由於能量是儲存在液體裡,桶槽愈大,能提供的能量就愈多,根據不同應用情境,只要增加桶槽與電解液,儲存的能量與時間就能更多、更久。
打造電堆 2 倍功率 創國際領先水準
早在 2008 年,工研院便意識到儲能會是未來電力系統的要角,率先進行小型的前瞻計畫,評估各種不同的儲能方法。直到 2017 年正式投入,在沙崙綠能科技示範場域打造液流電池系統。
張文昇指出,液流電池有幾個研發關鍵。第一也是最重要的,便是位於中央位置的電堆,「電池所有的功率跟充放電效率,都在那裡決定。」第二是電解液性質,由於活性物質儲存在液體裡,就像泡咖啡,水加太少,底部就會有很多顆粒沉澱,若能在相同體積中,溶解更多活性物質,就能儲存更多能量。第三是系統整合介面,如何讓液體流動的最好、耗電最低,牽涉到系統設計問題。
工研院在電堆上花最多心思,除了在結構設計面讓能源效率最大化,材料也經過最適化調整,比起市面上相同體積的電堆,工研院可輸出 2 倍以上的功率,居於國際領先水準。
應用範圍廣 積極導入產業
目前工研院已在沙崙打造一套 200 度電的儲能系統,近似於 2 萬顆手機電池的容量。未來沙崙場域希望可以達到電力自給自足達 50% 的程度,儲能系統能調節尖峰負載,也能支援夜間用電,甚至在停電時做為緊急備援電力。
工研院也將此套系統投入產業使用。工研院綠能所總監楊昌中指出,2019 年,工研院和中油攜手打造首座多元電力供應及儲能系統的智慧加油站「臺南前鋒路示範站」。因應未來的電車趨勢,中油率先啟動轉型,著手布建百分百使用再生能源的全綠能站體,提供加油站本身與電動機車充換電需求,其中的儲能系統便是採用安全性更高的釩液流電池。
今年 1 月,政府也通過「一定契約容量以上之電力用戶應設置再生能源發電設備管理辦法」,俗稱「用電大戶」條款,規範契約容量 5,000kW 以上的用戶,必須在 5 年內設置契約容量 10% 的再生能源,而液流電池也很適合推展至工業區和住商大樓。
除了國內的產業化進度外,目前也有國際電池材料公司,委託工研院進行測試工作,顯示技術已被國際認可。工研院也積極將技術技轉給臺灣電池和儲能業者,「透過扶植臺灣有潛力的廠商,讓此技術做到電堆百分之百 MIT,」楊昌中說。在分散式能源和再生能源的發展下,工研院持續以扎實技術力,協助臺灣迎接能源新時代。
完整內容請見:
https://news.cnyes.com/news/id/4729870
♡
電子電機工作 在 筆記 Facebook 的精選貼文
都說電子新貴是人中龍鳳,也是許多年輕人嚮往的身份與工作,這位隻身前往美國南加大名校取得電機碩士,並進入國際知名半導體巨擘 Intel 工作近十年,然後回到台灣竹科負責半導體量產專案的電子新貴,在人人稱羨與驚嘆聲中華麗轉身,進入全球電商市場圓夢~
到底是什麼夢?電子新貴又是怎樣的貴法?
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寫本文的動機 在於看到一些電子電機人
發了一些在沈重的課業下迷失了方向的文章
希望能夠一併解答 :P
小弟以電子系畢業生的背景
給大家寫點建議 也請學長姊們 不吝指教
部份內容 我之前在科技板 有發表過
一併整理如下
主要脈絡圖
我覺得 電機人(EECS)
可以分為走資派(CS) 跟走電派(EE)
(其實很多人會認為 走資就是資工系 走電才是電機系)
會這樣分 也是因為 電機系畢業生 找工作粗分成兩條路
做軟體 與 硬體
參考
分野我覺得有一個很重要的
就是電機工程導論
我不知道其他系怎麼樣
在我們系 這門課記得叫 生涯規劃之類的
基本上就是屁 由一個學心理輔導
完全不懂電機工程的老師來帶
雖然有請各領域的教授來演講
但我覺得一點用都沒有
anyway
對於大一新生來說 如果系上沒有安排像樣的導論課
建議可以看一本書
Electrical Engineering: Principles & Applications
參考
其他電機工程導論的書 應該都ok
(走資方面要找資訊工程導論之類的 我手邊沒這本書 略之不談)
多做幾個簡單的例子 發覺自己的興趣
或者 找學長問問
建議可以自己用Excel排一張大學四年的課表
用顏色標注出不同的領域
( 我原本想po自己以前做的當範例
可是資料在我以前的桌電裡面 )
可以有計劃的去旁聽
或者
去MIT Open Course看一些Video Lecture
Standford也有
很多人大一都在玩 我覺得也無妨
人生很長 什麼時候想要急起直追 都來得及
缺點在於 可能會追的很辛苦
優點就是 你可能可以找到你人生的伴侶 XD
重點就是找到你有興趣的方向
然後專注在那個領域修課 不要東修一點 西修一點
愈早找到方向 你在專業領域上面就走得愈快
回正題
走資派 & 走電派
走資派就是搞軟體 演算法(訊號演算法)
既然你是電機系的 基本上你對電路都有基本認識
這樣就夠了 其他硬體相關的課 可以一概不管
傳統電機系的走資派 方向還滿窄的
就只有做CAD(電腦輔助設計)
我稱之為 半個走資派
做這個 可能對一些更深一點的電路理論 都要有涉獵了
CAD顧名思義 就是輔助IC design 自動化
因此 分為類比電路(AIC) 與 數位電路(DIC) 兩類
視需要深入學習 另一部份的心力
花在 演算法 資料結構等 資工的東東
除此之外
就是做訊號處理 與 通訊(通稱(訊號的)演算法)
這類雖然分在走資派 其實是假的走資派
但為什麼要分在走資派呢
因為我是念通訊的 但我業餘時間都在碰軟體的東西
所以是個人因素XD 實際上應該是非走資 也非走電
念演算法主要的模擬都是寫script 最大宗用matlab
linux有人會用octave, scilab
最後就是正牌走資派 也就是假的電機系學生
除了基本課修了電機系的
其他都去修資工的課 學資工的東西
這條路 我想 對國內現行的很多電子電機的學生來說
還是有困難的 因為本身必修課太多了 可能無暇顧及
只能靠業餘的時間來學
我個人是覺得 以前學的很多必修 根本就不必要
浪費時間 老師又亂教 他媽的
另外 我覺得 正牌走資的人
或者 將來畢業 工作想要走軟體的人
作品 很重要
幫助你找工作 大大有加分 比成績還重要
比如說 寫tool 或者 做網站
講到這
我真心推薦 走資派開始使用Unix like的作業系統
如 Mac OSX or Linux
原因可以參考V神這篇文章的這一段 "UNIX是Programmer的天堂"
參考
我一直到大四下 因為認識資工系的強者
才正式不再使用Windows當主作業系統
程式語言的部份
最基本的就是C/C++, 系統程式 與 OOP的觀念很重要 STL要會用
而演算法(跟前面念通訊的演算法是不同的, 電腦科學的演算法)
資料結構是必備的 要很熟
如果這些你都俱備了
有很多有趣的程式語言及應用可以打發時間
比如 Python, Perl, Java ....
GUI, 網路程式, facebook puzzle ...
第二大類就是走電派
有兩大方向 IC設計(IC design) & 元件
IC設計分為數位跟類比
類比電路的方面 可以參考Razavi的經典著作
類比的設計流程比數位來得辛苦
這也是為何念類比的博士都花比較久畢業的原因
整個流程 簡單如下
Schematic->Layout->Tapout->量測->修正完整個流程再跑一遍
直到合理為止(或者說老闆滿意XD)
Layout沒有自動化 很多都要手Lay Orz 會吐血
當然現在也有愈來愈多的類比自動化工具慢慢浮現了
念類比 要再深入 就跨到元件的部份去了
或者有些人會跨到半走資派去 設計類比自動化工具
不過業界還是以數位電路為主
數位電路方面
寫的語言相較於軟體的程式語言來得統一
台灣美國一般都用Verilog 歐州用VHDL
而基本的計算機組織及邏輯電路的觀念要熟
超大型積體電路的流程要懂 簡單如下
verilog->Schematic->Layout
台灣學術界做的晶片 很多都沒有量測
雖然說言之有理 只要做得出來就會動 不像類比的變數這麼大
數位基本上就是數學運算 不太會有甚麼問題
但弊病就在於 很多人做出來的晶片 只能當裝飾品Orz
做數位的要再深入 就要視應用的方向 做不同的調整
比如 做通訊IC的 就涉獵通訊理論
做生醫的 就涉獵醫學相關
其實 走電派 還有一部分是做電磁波
或者說 做天線 不過再台灣沒什麼出路就是了
原因是 天線很多應用是軍火
台灣軍方的研究能力很差 根本養不起你
還有 有些電機人會做微機電
基本上這不太算電機的東東 比較偏機械
以上談到的 其實有另外一條出路
就是做軔體(firmware)(軟體與硬體的橋樑)
也就是寫組合語言
這條路 其實走資走電的 都可以跨
走電的做8051微處理器 比較容易上手
假走資做DSP處理器 較容易上手
另外就是元件
分為走理論 與走應用
走理論跟物理系很像
最基礎的是元件物理 再往上就是固態物理 量子力學....
最大的出路就是 台積電
應用的部份 就是製程
學製程的 做實驗的功力 比理論重要的多
缺點就是要穿防塵衣吧 Orz
最大的出路 還是台積電 XD
其實以上提的分類
我覺得 在大學的學習藍圖 很有事半功倍的果效
不過在現行電機系的學制 不太可行
很多必修都是混著來 念通訊的要學超大型積體電路
山不轉路轉
我覺得有一個解法就是
幾個不同興趣的好朋友 組學習團體
在不得已的情況下 念IC的要去修通訊原理
課修下去 但都不要去上(除非老師真的教得很棒XD)
時間省下來念自己有興趣的科目
因為台灣很多教授自己都不太懂 上課亂教
不然就是念製程的教授 被排去教元件
教的品質可想而知 要靠自己靠與朋友討論鑽研
以及網路資源 加K原文書
理論部份 可去理學院取經 理學院普遍教得好
(至少以我們學校來說)
其實很多有水準的工程應用 相關的理論要懂
而不只是做公式的應用 調參數
這種研究難登大雅之堂
另外多的時間 可以去聽商管 人文的課
或忙社團 為自己加分
回正題XD
考試 作業 就靠另外一位主攻通訊的同學幫忙Cover
反之亦然
最後
對於想出國的朋友們
如果學校有交換學生計劃 可以考慮看看
想加強語文能力
我覺得看Friends滿有用的XD
或者經濟許可的情況計劃去旅遊 增廣見聞 也不錯
暑假去外國打工旅遊 也是個選擇
教育的宗旨 就是幫你找到興趣
以上的見解 都是根基於你的興趣
如果 如果
你問我說 我現在快大學畢業了 或者說
我現在快大學畢業了 我不知道自己的興趣
也不知道未來要幹嘛 怎麼辦
沒怎麼辦
可喜的是 你有一個快樂的大學生活
可憂的是 你要在更短的時間 找到你的興趣
同樣也是尋以上的方法 只是時間可能從四年
縮短到一到兩年吧
不然就轉行XD
只要有勇氣與毅力 天無絕人之路
凡走過 必留下痕跡
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※ 編輯: menesn 來自: 74.192.195.125 (01/31 14:09)
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