島嶼微電網示範案例

中興電工機械股份有限公司

新能源事業群李庭官經理

2015年9月30日

一、東南亞微電網市場

二、島嶼微電網示範案例

三、儲能系統與能源管理系統

四、結論

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PV

Wind Power

Fuel Cell

Power Storage

DCDC

DCDC

DCDC

ACDC

PV MPPT

WT MPPT

F.C. DC/DC

Bidirectional

Charger/

Discharger

DC Bus

Backup Loop/ DC Power Load for

Anti-Disaster Emergency Loop

DCAC

Multi-directional

Smart Inverter

AC 220V

Bus

Energy Management System

雙向儲能

(交流電網 ↔ 直流微電網)

市電併聯

(將再生能源回售到電網)

同步供電

(可依據負載用電量，調配能量來源)

孤島運行

(完全與電網分離，穩定運行)降低輸配電線路容量

擴大再生能源自給自足能力

一個能夠整合能源系統，智慧化管理負載需求與分散式發電能源，既可併聯於既有網也可以獨立供應能源的系統。

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提供島嶼電力： 印尼大概有一萬三千個島嶼，菲律賓有六千個島嶼都是沒有電力供應(小島無法設立大型發電廠)。

提供穩定供電： 越南海岸線很長且整個國家的供電網不穩定。

緬甸現在海岸進去不到20~30公里後是欠壓電網(brownout grid)

，這樣的供電狀況會持續大概4到18個小時之間不等，這種個電壓不足對於工業界來說是完全不能用的，工廠無法獲得電力供應只好停工

南太平洋島國，這些位於南印度洋上面的島嶼幾乎沒有經濟價值，但是很高等級的旅遊地方。

偏遠地區供電： 緬甸電信基地台都沒有電網可以供電，需要找供電的方法。

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新加坡推動電業自由化

新加坡政府為展現推動公用事業自由化的積極態度，成立EMA（能源市場管理局）。

在2001年4月EMA正式掛牌運作，展現新加坡政府推動電業自由化之決心。

推動微電網系統

新加坡烏敏島微電網示範驗證，在亞洲地區是一個指標性的計畫。

EMA在烏敏島試行一個微電網測試場域，評估間歇性的再生能源作為微電網的基礎設施是否可以提供穩定可靠電力來源。

藉此計畫可以展現出新加坡微電網整體實力，並外銷技術到東南亞市場。

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烏敏島是位於新加坡東北邊的海島，鄰近馬來西亞

多年前是個軍事用途，後來變成警察的靶場。

島上有幾個礦場主要是開採建築用石材，大概十五、二十年前都已經荒廢。

過去

現在

未來

作為觀光休閒島(recreational island)，是新加坡唯一沒有大量發展的島嶼。

島上現在只有一個旅館大約15個房間。

周末(weekend)很多人到當地的餐廳、咖啡廳、酒吧。

烏敏島鄰近馬來西亞，若未來開始開發，有可能發展成為渡假勝地(resort)或是供人居住區域。

新加坡土地管理局則有烏敏島開發規劃，可能是蓋村落或房子。

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EMA能源市場管理局在烏敏島試行一個微電網測試場域，評估間歇性的再生能源作為微電網的基礎設施是否可以提供穩定可靠電力來源。

島上微電網電壓等級為240VAC

100kWp太陽能板

1MWh 儲能系統

6 x 40kVA 生質柴油發電機

智慧化控制與監控管理系統

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島上微電網電壓等級為240VAC

100kWp太陽能板+1MWh 儲能系統 6 x 40kVA 生質柴油發電機

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Hybrid System Supervisory Controller(HSSC)

Management of Generators and Consumers

Providing the Grid Frequency (Master)

User Interface for Information and Control

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潔淨能源微電網測試場域採用可再生能源技術。

可靠的電力供應

提供連續不間斷且可靠的電力來源給用戶端。

具備價格競爭力

由營運商提供低於用戶自行使用柴油發電機的電力價格，每千瓦時$0.8 SGD的價格提供給用戶端。價格更改則需要通過EMA的批准。

市場規模

用戶端可以考慮用更大容量的電力設備如冰箱與空調等，此舉將可拓展更多商業上的業務並延長整體工作時間。

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澎湖南方四島為台灣第9座國家公園，也是第2

座海洋型國家公園，自然資源豐富，人文風貌亦精彩而富有特色是澎湖重要的文化資產。

澎湖縣政府運用島上日照充足之特點，發展再生能源系統作為永續發電之設備，以低度開發推動生態旅遊，讓南方四島風華再現。

再生能源永續發電考量到供電穩定性、電力品質及運轉經濟性，柴油發電機為離島發電主要設備，結合再生能源與柴油發電機做為離島微電網整體解決方案。

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目標

提高再生能源發電

減少使用燃油發電

提升離島供電品質

朝向低碳供電邁進

預期導入功能

發電預測

負載預測

負載管理

三相不平衡控制

– 能源調度

– 遠端監控

– 需量反應

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增設智慧型微電網設備

柴油發電機 ：200kW

智慧型逆變器：100kW

智慧電表 ：7只

儲能系統 ：鋰鐵電池

既設小型供電系統

柴油發電機 ：2組200kW

太陽光電系統：86.4kWp

併網型逆變器：90kW

儲能系統 ：鉛酸電池

智慧型微電網調控系統

iFlex-EMS

無線通訊技術

「柴油機與太陽光電混合之發電技術」可改善高再生能源佔比於饋線所造成電力品質課題

導入離島微電網能源管理系統-DG正常運轉期間

導入離島微電網能源管理系統-DG維護或異常期間

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導入「微電網監控與智慧能源管理系統」可更有效掌控再生能源與其他發電及儲能設備排程對應用戶需求

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目前採用鉛酸電池系統，主要功能設計利用於改善太陽光電的可調度性與穩定性。

提高能源滲透率以及更穩定的電力系統

導入微電網系統區域管理概念，運用不同儲能系統整區協同運作與分區單獨運作方式之可能性，提高微電網系統的可靠度。

Batteries and BMS Smart Inverter

384 V

400 Ah

共600顆電池芯5倂120串

3個機櫃串聯

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DC Bus

Operation Condition Information

Fuel CellController

Power Monitor Module

Fuel cell Power

Generator

Converter with EMS

SOC Calculation

Power Input Information

Management Controller

Converter Circuit

AC Bus

Li-Battery with BMS

SOC Calculator

Power Information

Fuel cell system

Power Input Information

SOC Calculator

Management Controller

ConverterCircuit

DCDC converter With EMS

Power Output Information

+/-

Power Output Information

Smart Inverter with EMS

Power Information

Input

Management Controller

Inverter circuit

Hybrid ES solution -characterized by

the combined fast

response of

lithium battery

and long stable

power supply of

methanol fuel

cells, improves

the overall power

quality issues (i.e.

arising from high

renewable energy

penetration).

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針對負載特性，提出最適化儲能系統規模，以及用儲能系統配合太陽光電、燃料電池綠色發電設備、柴油發電設備，測試滿足非經常性尖峰負載的經濟性運轉與配置方式。

利用智慧型的能源管理性系統，針對未來可能的負載狀況與再生能源的可用性，進行不同發電設備與儲能設備的有效控制，將使現有的資源進行更有效的調度。

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離島地區用電特性 柴油發電機用於離島地區

• 柴油燃料成本與運輸成本造成高運營資出

• 燃料使用效率無法提升

• 由於柴油燃燒不完全造成高運營及維護成本

負載用電特性(發電=用電)

• 滿足負載能源需求

• 減少多餘能量產生

• 減少能量浪費

微電網技術帶來優點 能源管理系統即時監控負載曲線

容納可再生能源投入

儲存多餘的可再生能源

發電機僅產生所需之能量19

平衡負載 具有尖峰用電調節功能，離峰時段利用儲能元件將電力儲存

可降低尖峰用電的系統設備需求規格及成本，配合時間電價制度抑制用電行為，達到節能減碳目的。

降低碳排放量，提升再生能源併網效率 可有效引入再生能源進入電網，提升區域電網再生能源之使用率

尖峰時間提高再生能源供應量、有效降低對環境的衝擊

具經濟效益之優勢 碳稅交易

大量減少發電設備投資

降低在輸配電網路需求、減少輸配電線路損失

穩定電力品質，加強電力系統之安全性20

儲能系統與有效能源管理系統是達成高可再生能源滲透率的關鍵。

微電網系統 v.s.柴油發電機

設備投入資源

營運管理模式

建立縣政府、企業與研究機構策略聯盟，共同發展適合於離島微電網整體解決方案。

結合綠能發展與地理環境特色，成為國際著名觀光景點。

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Power You Up