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淺談新能源市場現況(中):再生能源供給的挑戰

▶電力的供給量及穩定度,是再生能源發展最重要的課題。 在上篇文章〈淺談新能源市場現況(上):電力需求型態轉變的難題〉中,提及了全球電力需求的增加將帶來的能源轉型,以及因用電尖離峰差距增大而衍生的「鴨子曲線」問題。在大量的電力需求下,電力供給端的供給量及穩定度亦變得愈趨重要,這次的文章會進一步從能源供給的角度說明未來電力市場將會面臨的挑戰。 再生能源供給增加 五年內將成長近 50% 國際能源署(International Energy Agency;IEA)在2019年所提供的報告中預測,五年內全球再生能源裝置容量將成長近50%,而再生能源在台灣電力來源中的佔比亦不斷提升,政府更期望在2025年達成27 GW的再生能源裝置容量,並能將其在總發電量的比例提升至20%。在電力需求成長及再生能源佔比不斷提升的趨勢下,「再生能源併網困難」的難題也浮上水面,電力系統的運作品質及再生能源的供電狀況將會是未來能源產業必須時刻關注的重要議題。 再生能源的併網難題 來自於大自然的再生能源通常都具備易變動、且難以準確預測發電量的特性,這也使其與電廠的併網成為一大難題。再生能源中的日照、風速都可能受天氣狀況影響,而在短時間內產生變動,這樣的難以預測性也使再生能源發電系統被稱為間歇性發電系統,在電力併入既有的電力系統及設備時,因發電量的改變而容易對既有的電力系統造成衝擊。以太陽能發電為例,當天氣晴朗日照增強時,電網會隨著產電量增加而增載,此時電廠須降載以避免停電危急。反之,日照減弱時,電廠端則須增載,頻繁的增降載即是再生能源系統不易營運的主因。過去在再生能源高佔比的國家中,也曾因其波動性而引發電力系統事故,如2004年1月18日西班牙大停電、2006年4月歐洲大停電等等。 精準預測、預先排程 使供電更順暢 使供電更順暢的關鍵,就是精準預測與能源設備的預先排程。在再生能源發電量減少時,勢必需要使用其他電力來源維持供電,而最常用的方式就是購買電力或啟動其他能源裝置。然而相較於歐洲等地,台灣的能源並不是那麼容易取得,因此在再生發電量減少的時候,最好的選擇便是即時啟動其他發電裝置,或是使用儲能系統中預先儲存的電力。若預測越精確,便越能儘早根據預測結果進行排程,即使再生能源發電量減少,也能馬上使用其他電力來源補上,供電系統才能更加順暢穩定。 100% 再生能源場域 確實掌握電力數據 想做到精準預測並不容易,其中的必要條件便是能確實掌握的電力數據,才能建立出適合該場域的電力系統,進一步達到再生能源發電量的日前及即時預測、監控及調度管理等。為此,許多國家也開始引進各式能源管理系統,如日本的太陽能系統整合商Smart Solar即導入太陽能管理系統,預測並管理發電狀況,增加太陽能供電系統的穩定性。而台灣目前也在各式不同場域進行電力實驗,例如農場、學校,透過太陽能、生質能等再生能源設備的交叉使用,並蒐集電力數據、結合蓄電池等儲能系統,打造 100% 使用再生能源的環境,為台灣未來能源應用建立第一線實驗場域。 在做到精準的預測及數據管理後,下一個階段便是能靈活運用、調度、管理電力,而這些都將與「智慧電網」及相關技術有密切的關聯。在下一篇文章中,我會繼續延續新能源市場的主題,繼電力需求、能源供給之後,從電力調度機制的角度談談未來電力市場的更多走向。 顏哲淵聯齊科技總經理

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鴨子曲線

淺談新能源市場現況(上):電力需求型態轉變的難題

▶每年加劇的尖離峰差距 在過去的文章,我對新能源的幾個重要標的,包含虛擬電廠、能源管理系統及電力輔助服務等,分享我的一些想法。而為了讓新能源世界的面貌更具體的被呈現,接下來我將會透過幾篇文章,搭配發生在各國的實際案例,分別從能源需求型態的轉變、再生能源供給挑戰乃至電力調整機制與對策這三大層面,帶給大家我對未來新能源市場運作趨勢的看法。 能源需求型態轉變導致的尖離峰用電差距 要了解未來新能源市場的運作趨勢,首先必須從「能源需求型態轉變」著手。根據美國能源部最新的國際能源展望報告表示,2018~2050年全球基礎能源的消費可望成長將近50%。然而,在總體能源需求增加的背後,尖離峰用電差距所導致愈發極端的鴨子曲線,是更值得關注且迫切的議題。 編按:鴨子曲線(duck curve)是在有使用可再生能源的商業發電中,一天中尖峰負載及可再生能源發電量之間的落差。若當地架設了許多太陽能發電設備,在日落後,其他發電方式需要的供電量會快速上昇,約在傍晚中間到達最高峰,因此電量落差對時間的圖會出現如鴨子般的輪廓。(維基百科) 以每年成長率近3成的電動車市場為例,下班後的返家時段可以預期是充電行為最為頻繁的區間,但在激增的電力需求下,電網的尖峰負荷風險也相對提高,可能導致的便是跳電危機。然而不只電動車,為了降低碳排而大量普及的全電化家電,甚至大幅提升的再生能源佔比,皆是鴨子曲線日益極端的主因。 綠能發展也將導致尖峰負荷升高。 再生能源向來被視為能取代燃煤、弭平用電缺口、成為未來主力的能源供給來源,但這句話只對了一半。以太陽能為例,在日照充足的時段,確實能降低電網負載,然而當日落人們返家後,激增的用電需求缺口,因為沒有持續的太陽能供給,僅能倚靠大量的尖載型發電臨時調整運轉排程才得以應付。而面對如此龐大的尖離峰需求差距,將使鴨子曲線中的肚子與脖子更加明顯,所造成的電力調度問題也就愈大,這對期望提高再生能源佔比的國家,包含台灣,都將會是嚴峻的考驗。 在尋找到電力調度的最佳解答前,綠能的需求顯然仍會日漸增高。包含全球IT產業龍頭蘋果(Apple)、Google 在內的大型企業,紛紛加入由氣候組織(Climate Group)與碳揭露計畫(CDP)共同成立的國際倡議行動RE100。在社會責任和未來發展項目帶動下,要求供應鏈100%採用綠電,無形中也促使了再生能源產業的蓬勃發展。綠能的發展和用電型態轉變已然勢在必行,但面對伴隨而來的尖離峰差距所衍生的風險,難道我們只能束手無策嗎?日本一家新能源公司的案例或許值得我們參考。 透過智慧電網融合P2P交易,舒緩鴨子曲線日前,日本東京電力旗下的新能源事業公司Trende透過P2P交易,搭配具備雙向供輸能力的智慧電網,化解了大量再生能源所造成尖離峰差距擴大的問題,也為未來的電力交易型態帶來全新的思考模式。要降低尖離峰差距,首要解決的就是電力調度及儲存兩大難題,而Trende試圖透過以下方式來解決。 1. 建立電力即時交易平台,活化區域能源調度 為讓再生能源能更有效率的被利用,Trende透過區塊鏈技術建立了P2P電力交易機制,讓區域內再生能源調度更具彈性。以前面提到的電動車和儲能設施為例,當上午出門上班後,此時家中生產的太陽能若在自家使用後仍有剩餘,則超額生產的太陽能則可儲存在家用充電樁或蓄電池,亦或透過 Trende 的電力即時交易平台,將多餘的電力轉賣給區域內有用電需求的用戶,如:商辦大樓、公用充電樁等,讓超額生產的再生能源,能最大化的被利用。 2. 善用儲能設施,降低中央電網用電需求 為舒緩下班後激增的用電需求所造成的尖離峰,如何活用儲能裝置將成為關鍵。除了家用的蓄電池能在尖峰用電時段取代中央電網的用電需求外,充電樁事實上也能扮演類似的角色。而當面臨大停電等緊急狀況時,甚至連電動車本身也能提供急用的電力需求,以電動車平均60 kWh的電池存量為例,台灣一般家戶每月用電約300度,在不考慮V2H (Vehicle to Home)轉換率的情況下,至少可供應一般家戶至少5天以上的電力供給。 相似的儲能裝置應用,都有效的解決了再生能源發電時段與用電尖峰時段不一致的問題。 回顧台灣,在政府2025年再生能源佔比將達20%的目標下,勢必加強太陽能、風力發電等再生能源產業的發展力道,然而在智慧電網尚未普及,無法因應大量再生能源併網,亦無法提供電力雙向調度的情況下,如何解決尖離峰用電差距所帶來的電網負荷,將是未來供電是否能長期穩定的一大關鍵。 下篇文章,我會延續本篇主題,從能源供給的角度,與大家一同思考台灣在新能源市場將會面臨的下個挑戰與契機。 顏哲淵聯齊科技總經理

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區域能源調度的救援投手:電力輔助服務

區域能源調度的救援投手:電力輔助服務

前篇「區域間能源調度的微血管—虛擬電廠扮演的核心角色」我們談到,面對再生能源占比提高、其電力供給的間歇性、隨機波動性,與未來電動車產業可能造成無法預期的電力消費突增,都有可能使區域電網電壓不穩定、系統頻率驟降,影響供電可靠度,因此自動需量反應成為管理電力需求的一大解方。 然而除了電力需求面的抑制管理外,當電力供給面不穩、機組臨時出狀況時,如何配置足夠的電力供給應對措施,使發電及負載得以維持平衡、確保系統穩定,也是「電力輔助服務」另外所需扮演的關鍵救援角色。 電力輔助服務 : 創造額外價值、與終端消費者互利雙贏 電力市場常見的輔助服務,分為下列兩種,也總稱為虛擬電廠。 1. 需求面管理 – 自動需量反應 ( Auto Demand Response) 隨著科技與基礎建設創新,電力輔助服務開始迭代進化,例如在前篇「區域間能源調度的微血管—虛擬電廠扮演的核心角色」的自動需量反應 (ADR) 便是一種服務形式。別於傳統需量反應,透過訊息通知,請求用戶降低電力用量。自動需量反應 (ADR) 是藉由 IOT gateway 根據電網即時用電資訊,自動抑制用電戶的電力用量。藉由控制大型耗電電器,如熱水器加熱時間、冷氣空調溫度等,可大幅降低尖峰時刻時的電力需求,且所需的反應時間遠遠快於傳統需量反應。 而實現即時自動需量反應,智慧電表建置成為未來不可或缺一環。現今台灣需量反應大多針對特高壓與高壓用戶,期望透過降低高壓用電戶尖峰用量,維持電網平衡。然而夏季尖峰用電時段其實半數以上的用電量是來自於低壓用戶,若智慧電表未來也佈建置廣大一般家戶,所提供的即時用電資訊,使自動需量反應的彈性以及可靠性更好。 2. 供給面管理 – 儲能能源調度 而儲能系統結合現今電動車產業發展,蓄電技術持續進化,未來亦有望成為電力市場輔助服務的電力供給來源。以日本為例,待 2030 年智慧電表等基礎建設佈建完成,電力有望不再是單項集中式輸配,而是可透過電網將電力回流的區域電網。當電力供給不穩時,只需家中電動車將電力回輸電網,六百台電動車可貢獻之總電力,約等同台中火力發電廠每小時發電量,對於電力公司也有更多彈性調度手段可以維護電網安全,而用戶端也可透過補助服務賺取額外的收入。 電力輔助服務的挑戰:價格評估、交易機制 由於區域能源交易尚需考慮能源間的轉換率與輸電耗損,在電力輔助調度時的評估衡量,需要建構在足夠數位化且即時的電網基礎上,以及區域與區域之間的交易媒合機制、可隨電力需求面與供給面即時調整的定價系統。能源交易也是區塊鍊技術瞄準的主力應用領域,處理分散式能源交易時,如何改善成本過高、速度太慢,以及避免大規模交易時可能面臨的問題,會是電力輔助服務發展的一大挑戰。

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ZEH-M

ZEH-M淨零耗能公寓 節能住宅形式再升級

▶圖為位於愛沙尼亞的零耗能示範建築。Robert Treier 為了進一步改善家庭耗能情況,並讓淨零耗能住宅(Net Zero Energy House;ZEH)更加普及,日本經濟產業省於2018年6月啟動集合住宅ZEH化的「高層 ZEH-M 實證事業」計畫,在ZEH的基礎下推行淨零耗能公寓(Net Zero Energy House Mansion;ZEH-M),將節能型住宅的普及推向下一個里程碑。 創造住宅能源的自給自足 在「日本市場觀察:電力自由化時代 太陽能成副業投資新趨勢」一文中曾簡短提及的淨零耗能住宅ZEH,是近年來日本政府持續推行的節能住宅形式,其核心理念為「隔熱」、「節能」、「創能」,期望利用這三個核心理念達成住宅電力零消耗的目標。然而要完全不消耗任何電能實屬困難,因此ZEH的實際標準是盡量達到「一年間一次性能源(空調、熱水供應、換氣、照明)實際電力消耗量為零」,透過住家建材隔熱性、舒適度的提升,並利用太陽能板、蓄電池、熱泵熱水器、電動車、HEMS系統等創能、節能設備,打造冬暖夏涼、能源自給自足的居家環境。 日本第一座淨零耗能公寓 新推行的淨零耗能公寓ZEH-M則將ZEH的概念延伸至集合住宅領域,並依照一年間一次性能源實際電力消耗量的降低比率,由高至低劃分為ZEH-M、Nearly ZEH-M、ZEH-M Ready、ZEH-M Oriented四種等級。ZEH-M自2018年推行至今,已由日本知名不動產公司積水房屋在2019年2月,建設了全住戶皆符合ZEH標準的日本第一棟淨零耗能公寓「Grande Maison 覺王山菊?町」。「Grande Maison 覺王山菊?町」位於名古屋愛知縣,公寓包含地上三層及地下一層,共12戶,採用高隔熱建材,並設有太陽能發電設備、IH 電磁爐及高效率熱水器等,打造舒適、環保的新式租賃公寓。積水房屋至今也持續致力於節能住宅的建設,從2013年至2019年3月末已累積了4萬4247棟ZEH的建設實績,並連續三年成為ZEH導入數量占比最高的不動產公司。完成「Grande Maison 覺王山菊?町」的建設後,積水房屋也啟動了45個ZEH-M的建設案件,持續打造更環保、美觀、舒適的節能住宅。 產業加速 ZEH-M的難題與展望 為使ZEH-M的普及更加快速,日本政府也從各個角度施力,持續推行各式政策,包含ZEH-M合格建商的招募以及ZEH-M補助金的設置。至今除了積水房屋,具前瞻性的政策也吸引了三井不動產、Panasonic、旭化成房屋、三洋房屋、大和房屋、豐田住宅、阪急阪神不動産、大京不動產、三澤房屋等47間不動產公司登錄於ZEH-M合格建商名冊,加速日本ZEH-M事業的推廣。 然而相較於ZEH,ZEH-M仍有許多需要面對的難題,最明顯的就是太陽能板架設面積的不足。同樣的屋頂面積所能架設的太陽能板容量有限,同樣的產電量在ZEH住宅可能只需要供給一戶人家的用電,在ZEH-M中卻必須面對多戶人家共同分配的窘況,使每一戶能分配到的太陽能電力減少,更不易達成自給電能的供需平衡。 不過除了在自家用電上的應用,太陽能板設置其實也能成為公寓大樓大型儲能櫃建置的切入點。大型儲能櫃可代替不環保的柴油發電機,作為ZEH-M緊急避難用的備載電源,除此之外社區型儲能櫃也可作為ZEH-M能源調度移峰的裝置,又或是利用出租空間的方式,提供電力公司建置儲能櫃,成為未來能源調度的節點之一。ZEH-M雖然要面對太陽能板容量有限的難題,但也為未來提供了不一樣的能源應用形式,以及更多社區能源調度的可能。 顏哲淵聯齊科技總經理

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區域間能源調度的微血管—虛擬電廠扮演的核心角色

延續上篇文章談到的區域型能源系統(Community Energy Management System;CEMS),本篇將帶大家探討達成CEMS的重要因子—虛擬電廠(Virtual Power Plant)。 虛擬電廠一詞最早可追朔到1997年Shimon Awerbuch博士在其著作《虛擬公共設施:新興產業的描述、技術及競爭力》一書,其指出所謂的虛擬公共設施是指獨立且以市場為驅動的實體之間的一種靈活協作。 過往傳統集中式發電系統,好比大動脈般,將電力由電廠一次運輸至用電所需區域,由於無法及時調整,且需提前一日就決定電量,造成電力調度上有許多困難之處。 虛擬電廠(Virtual Power Plant) 虛擬電廠並不會改變現行電力輸配的方式,而是透過需量反應技術(Demand Respond;DR)、IoT物聯網裝置與AI數據分析,調度各區域儲能系統、電動車等不同類型的分散式能源(distributed energy resource;DER),為區域間提供最適配的用電模式,有如能源調度的微血管,讓區域與區域之間可以靈活且即時的互相調配、運輸電力,以達成用電最具效率化及降低電網於用電尖峰的負荷。 面對未來電動車產業發展與再生能源占比逐漸提高,如何因應無法預期的電力消費突增或再生電力供給的顯著間歇性和強隨機波動性,成為虛擬電廠的絕佳應用場景。 而之所以虛擬電廠在過去十年無法有實際落地的應用,主因還是在於通信技術與基礎設施(儲能系統)的限制。然而,這些因素近年在日本已有重大突破。 先以儲能系統來說,因日本在2019年FIT太陽能固定收購價格到期,總數超過兩百萬的太陽能家戶,紛紛考慮轉往購買蓄電池,以儲存太陽能發出的電力;而在通信技術上,智慧電表與家庭能源管理系統(Home Energy Management System;HEMS)的部署已日趨完備,特別是具備買電與賣電計量功能的智慧電表安裝數已逾四千萬,至於負責調度電力的自動需量反應(Auto Demand Respond;ADR)技術,則是目前各大廠商競逐的重點。 自動需量反應(Auto Demand Respond;ADR) 去年我們與早稻田大學國際標準實證中心測試了自主開發的自動需量反應(ADR)技術。透過家庭能源管理系統HEMS (Home Energy Management System)與ADR,可經由雲端的指令,自動抑制用電戶的電力支出,藉此舒緩尖峰用電時電廠的備載容量壓力,並讓加入需量反應計畫的用戶,能得到電費的減免或賺取額外的收益,將環保與經濟利益結合。 除此之外,日本最大電力公司東京電力(TEPCO)及日本電子零組件大廠京瓷(Kyocera)也都在今年展開了大規模的驗證計畫。日前,東電已在關東地區14個工廠,以再生能源、蓄電池及緊急發電機等系統,進行電力調度的實驗。而京瓷則是於橫濱中山事業,以P2P的交易平台,驗證將區域內太陽能發電設備的電力,有效分配到各用戶間的可行性。 在日本,相似的虛擬電廠實驗案在近年愈發頻繁,主因乃是達成虛擬電廠的基本要件逐漸成熟。自2011年的311福島核災後,太陽能設施的普及率急速上升,而蓄電池等儲能設備,也因為北海道大地震造成的斷電危機,有了顯著的增長。種種跡象皆顯示,實踐虛擬電廠所需的創能、儲能設備已日趨完備,而大量能源所產生的節能及電力調配服務,更讓相關業者嗅到了全新的商業模式。 走過天災和人為的重創,日本對於能源供需的危機意識,始終領先全亞洲,並率先成為了亞洲第一個電力自由化的國家。可以預見,在不久的未來虛擬電廠應用將在日本落地,屆時其衍生的全新的電力交易模式,將可望為市場帶來總值破兆的「電商機」! 顏哲淵聯齊科技總經理

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日本市場觀察:電力自由化時代 太陽能成副業投資新趨勢

延續上一篇「節能生活的重新想像(下):時間電價、需量反應與智慧電網」,電力管理不僅是國家政策,也成為企業經營、產品開發的焦點,更有效率的能源使用方式刻不容緩。而現在的日本市場,隨著電力自由化的開放,正加速整合各區域的電網體系與電力服務。 自2016年電力零售自由化後,日本電力零售戰局百家爭鳴,電力供應商開始將不同應用整合進電力服務。以太陽能業為例,裝設太陽能板對於現今日本家庭成為副業投資的一項趨勢,許多太陽能板供應商切入電力市場,將太陽能板裝設與電力方案結合。因太陽能板的價格大幅降低,外加電費折扣優惠,以及政府提供蓄電池補助金,大幅降低了消費者裝設門檻。對於消費者,面對持續上漲的再生能源推廣稅,即將結束的再生能源固定躉售價格(Feed-in Tariff;FIT)以及過往因天災斷電數日的擔憂,裝設太陽能板成為當今日本市場的主流趨勢。 因此對於有加裝太陽能的家庭(以下簡稱Producer+Consumer;Prosumer), 「節能省電」的主訴求從過去省錢的觀念,成為增加投資報酬率的方法。在考量建構新住宅時,通風隔熱的建材加上太陽能面板與家庭能源管理系統(Home Energy Management System;HEMS)所打造的住宅,在日本市場稱為淨零耗能住宅(Zero Energy House;ZEH),除了產電自用外,產餘的電力可以FIT的價格售出,而符合這些規定的住宅在不動產市場中也具有較高的價值。 對於Prosumer而言,因買電價格與能源稅收的加總,遠高過FIT的賣電價格,與其賣電不如想辦法減少向電力公司買電來得划算。因此蓄電池、蓄熱型熱水器、HEMS系統與電力驅動車需求,未來將可能顯著上升。 舉例而言,一家四口的早晨,父母小孩各自出門上班上學,太陽能所產生的電力全數以FIT價格售出,但晚間卻需買入高價的電力供應家庭用電。若有購入蓄電池、蓄熱型熱水器與電動車,早上太陽能所產的電力可以不同形式儲存於家中,提供晚間的電力需求,等於節省了晚間的用電花費。 而HEMS則可以將家中電器、蓄電池、蓄熱型熱水器等使用充電、耗電排程最佳化,讓雲端分析是否該從其他鄰近的發電站需求額外電力,或將多餘電力轉送給他處用戶,藉以形成區域性緊密且多向的電力網。(關於HEMS,可以參考「節能生活的重新想像 (上) : HEMS家庭能源管理系統」) 例如在時間電價低於FIT售出價格時,選擇向電力公司買電充能,而當時間電價高於FIT價格時優先以太陽能充能,最終達成淨零耗能的用電目標。 過往大型電力供應商,以高壓電長途跋涉再降壓傳輸至市區供民眾日常生活,但這樣集中式發電除了能量在輸電過程中耗損,電力供應商也必須早一日預測隔天的電力尖峰需求,因無法即時調整,通常需再多預備20%的電力備載量。而有的發電廠一年僅在夏季、冬季用電量高峰日啟動。 透過HEMS與智慧電表為基礎,大小管理系統層層相接,電網就能即時反應出電力需求和時間分布,從而將電力做妥善且高效的分配。而分散式能源減少用電傳輸的消耗,也可避免因天災而導致大規模停電,除了資訊流通、節能省電外,還具備緊急防災的機制,讓大型發電廠可穩定安排產電排程,也不必不斷沿用即將屆滿除役年限的電廠。 我們期望在未來打造更穩健、更智慧的電網,而不是更多的發電廠。長期來看,分散式能源,不但能因應供需電量的變化,甚至不需社會付出任何額外的系統成本!  顏哲淵聯齊科技總經理

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太陽能可能不賣給政府嗎? 日本FIT問題成為再生能源自給自足的契機

固定價格購買制度(Feed in tariff; FIT)問題或FIT災民近半年成為日本太陽能市場的熱門名詞,10年前購買太陽能發電設備的住戶,今年即將面臨10年優惠賣電合約到期,屆時由自家太陽能板所產生的剩餘電力,販賣價格將從每度電42日圓貶至10日圓以下,大大減少太陽能的投資回報,因此有了FIT災民、FIT難民的說法流傳。 什麼是FIT? FIT是政府承諾在10年間以較優惠的價格購買太陽能所產生之電力。日本在早期推行FIT時,太陽能所產生的每度電可賣42日圓(現今一般家庭平均電價為22日圓)。讓有投資太陽能發電的家戶,可以遠高於市場的價格出售電力給政府,除補助早期裝設太陽能系統的高額成本外,回本後家中減少的電費與賣電收入,也相當於是一份可觀的投資收入。 但因FIT是由2009年開始啟動,也代表2019年是10年固定價格第一期結束的時間,日本稱此事件為「2019年問題」,而因合約到期再也無法高價賣電的家戶則被稱為「FIT災民」或委婉的稱為「FIT畢業生」。目前來看FIT畢業生的售電價格很可能落在10元以內的區間,甚至為無償收購電力並改以合作商家之點數回饋。 這代表對於太陽能系統的所有者而言,過往高價售出的電力將變得無利可圖,以遠低於市場價格售出剩餘電力視同浪費,倒不如用於自家用電消耗上來的划算。例如購買蓄電池、蓄熱型熱水器、電動車等儲能設備,在白天將太陽能產生之剩餘電力充電到蓄電池或電動車輛,啟動蓄熱型熱水器加熱保溫,並且在太陽能發電系統無法發電的夜晚將蓄電池放電,便可大幅減少夜間電費。 另外,若有安裝HEMS能源管理系統,則可以進一步將家中電器、蓄電池、蓄熱型熱水器的使用、充電、放電做排程,根據不同電力方案做收益最大化。此外,減少購買電力也可降低再生能源推廣稅的支出。(關於再生能源推廣稅,可以參考「日本市場觀察:電力自由化時代 太陽能成副業投資新趨勢」) 日本能源市場的未來前景 2019年預計將有50萬家戶因FIT到期,蓄電池、蓄熱型熱水器與電動車等儲能設備需求將大幅上升,至2026年將會有共200萬FIT畢業生,總市場規模將達到6千億日圓。 背後龐大的能源商機,不僅引起了對電力零售業者、太陽能系統整合商和能源聚合商的興趣,也成為家戶促進能源自給自足的機會。為了將太陽能所產電運用在自家用電消耗,勢必得將剩餘電力以不同形式儲存在家中,可預見購買相關儲能設備、HEMS能源管理系統,需求將隨之上升。(關於HEMS,可以參考「節能生活的重新想像(上):HEMS家庭能源管理系統」) 日本能源市場的挑戰 對於國內能源匱乏的日本政府而言,推廣太陽能系統與蓄電池普及是分散式能源重要基礎設施的第一步。然而考量到現行蓄電池充放電次數與容量而言,單靠自家消耗用電的方式,蓄電池的投資回收期約落在20年上下。雖然自2019年問題出現後,日本政府將蓄電池視為自我消費電力的關鍵驅動因素,制定2020年目標為蓄電池價格降低至9萬日圓/千瓦小時,投資回收期依舊尚需15年上下,導致蓄電池的進入門檻非常高。 面對逐年增長的FIT難民,日本政府除了提供蓄電池、電動車補助金外,另一個解決方案便是透過CEMS調度電力,打造微型電網。 FIT難民新解方:CEMS? CEMS(Community Energy Management System)代表社區能源管理系統,管理包含太陽能發電和風力發電等能源供給、區域能源的需求調度,維持整個區域的電力供需平衡。 透過CEMS,扣除白天自家用電消耗後,太陽能所生產的剩餘電力,除了存入的蓄能設備外,也可依市場價格,供應白日耗電量大的商業區使用,達到區域內的電力自己自足,實現節能、產能和儲能的整合控制。隨著未來普及率的提高,也能提升日本國民對於再生能源的接受度和能源的利用效率,創造穩定、安心且環保的永續電力社會。 顏哲淵聯齊科技總經理

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重新想像節能生活(下) 時間電價、需量反映與智慧電網

上篇文章「節能生活的重新想像(上):HEMS家庭能源管理系統」提到,透過家用能源管理系統(HEMS)與智慧電表為基礎,大小管理系統層層相接,電網就能即時反應出電力需求和時間分布,從而將電力做妥善且高效的分配。 然而現今的電力輸送系統,電力由少數大型電廠單向輸送至終端用戶,因是單向輸出,終端用戶無法透過電網,將自產電力輸送回復進電廠或是其他終端用戶家中。如何將現今單向且集中發電的電力輸送系統,升級成區域型且分散式發電的智慧電網,是現在全球電力市場的趨勢。 未來透過智慧電網,所有的電力資源將可以透過端對端的方式交易,大幅改變我們使用電力的生活型態。 對個別家戶而言,時間電價使電價可以根據電力需求量調整,尖峰時段時,HEMS會使用家中的電能儲存裝置、電動車與太陽能發電系統供應用電。離峰時,HEMS透過雲端分析,是否該從鄰近的發電站、城市內的電動車充電樁或家中有剩餘電力的鄰居購買額外電力,藉以形成區域性緊密且多向的電力網。  對於電力公司,當一區的變電站飽和時,智慧電網可透過自動需量反應(Automated Demand Response;ADR),請每個區域管理系統去調度建築能源管理系統,建築能源管理系統再去調度家戶的HEMS暫時關閉家中大耗電量的電器,例如空調系統。如果能讓每一戶都減少幾瓩,降低尖峰時段的用電需求,區域供電的壅塞就可以解決,而配合需量反應的用戶,則會拿到電費補助款,將綠能理念與經濟利益結合。  智慧電網運轉模式又分為孤島與併聯兩種,在孤島運轉模式時可不與傳統電網相連結而獨立運行。因此智慧電網中若任何一件設備發生問題無法運作時,控制系統均可自由切斷與該裝置的聯繫,使電網中其他元件裝置可保持運作,等該裝置恢復正常後再行連結,藉此能達到更佳的能源網路穩定性,不會因為部分元件的故障,導致整個電網停擺。  在311福島核災發生時,日本仙台市的微型電網因為能依據電力需求調度配送,在電力公司斷電時,依然能將儲備的電力持續供應至不能斷電的地方(如醫院),甚至維持數月之久,可見微型電網對於災難應對可以發揮很大的效用。 我們正處於這一波產業革命的浪尖上,無論是從節能的觀點切入,或是在嚴峻環境下建置的全新型態城市與建築,智慧電網的確扮演著舉足輕重的角色,有了建置完整的「端」系統集結回報,統一分配控管,將會是能源極度緊縮的未來城市建設上的重要考量。  電力管理不僅是國家政策,也成為企業經營、產品開發的焦點,更有效率的能源使用方式刻不容緩。智慧電網背後潛藏龐大市場,從零組件、控制元件、網通設備、管理軟體、相關裝置、系統規畫建置,相關產業鏈的產值保守估計可達千億元以上,是各領域廠商都有機會切入的長期商機。 顏哲淵聯齊科技總經理

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重新想像節能生活(上) HEMS家庭能源管理系統

NextDrive這幾年拓展日本市場有不錯成績,我想跟讀者分享我們目前在日本能源市場中看到的趨勢與挑戰,礙於這些問題有時太過複雜,我會以系列文章的方式,逐步帶大家理解。自311福島核災後,日本政府與民間協力推動能源改革,第一步就是電力自由化,現在你可以在日本挑選適合你家庭的電力方案,如同我們在台灣可選擇各式各樣的電信方案一般。未來自由化的範疇會擴展到各式各樣的電力相關應用中,許多新型態的售電週邊服務也因應而生。這篇文章先談家庭能源管理系統(Home Energy Management System;HEMS)。  有趣的是,現今我們使用傳統電網架構,和愛迪生在世時沒有太大的區別,一部分的原因在於過去我們無法準確地掌握電力的尖峰離峰值。無論是火力發電或核能發電,電力廠都需要提早一日,根據去年同月的資訊,來決定隔日的發電量,這樣一來生產電力的時程才趕得上民眾用電的時間。這樣的不確定性造成配電上的不效率與不穩定。而現在70% 的能源都來自大型的發電廠,集中的產電來源,進一步造成能源改革的困境。  要克服產電的低效率與不穩定,需要先了解社會大眾使用電力的時間分布。HEMS可以透過網路協定將電表資訊與電廠及時同步,讓電廠可以更精準的調/配電比例。同時也讓社會大眾透過App看見每天的用電度數與時間電價,有助於提高節能意識,間接降低電力的尖峰/離峰值,穩定電力需求,降低電力供給壓力。  但現今市場上的HEMS皆需要在建造前就先將系統安裝進去,也就是說只有新建或改建才有可能安裝整套HEMS系統,對於社會大眾而言是一件困難且具負擔的事。也因此,我們思考是否可以透過物聯網(IoT)為這個問題提供解決方案。恰巧的是,日本政策近年大力推行智慧電表安裝,截至今日日本已安裝了超過4,000萬台智慧電表。 NextDrive透過Wi-SUN通訊協定,將我們的物聯網閘道器連接智慧電表,才能打造出Ecogenie這項產品,也是目前市場上少數不用透過建築改建,就可以安裝的HEMS系統。即時用電資訊除了可以幫助大眾節能外,用電資訊與AI分析結合,可以打造更多高附加價值的應用情境。  例如我們去年與日本數位科學研究所、東京大學研究所越塚登教授與田中謙司特任副教授研究室合作的物流配送實驗。傳統宅急便每天有20%的貨物,因家中無人收貨,而需隔日再次配送。透過用電資訊分析,我們可以協助宅急便公司提前判斷客戶是否在家中,即時修正的宅配司機的配送路徑。實驗結果,成功讓原本需要隔天再次配送的貨物量從總貨物量的20%減少至2%!未來大規模實行,有望減少上千億日圓的運送成本。  接下來30年內,日本所面臨的結構性問題,包括資源依賴海外的脆弱性問題、中長期需求結構因人口下降和技術創新而改變、新興國家需求擴大將導致價格劇烈波動和全球碳排放持續增加。這些問題也被稱為5D——Depopulation、Digitalization、De-carbonlization、Decentralization、Deragulation。  因其特殊的社會結構,日本在能源改革上成為當代已開發國家的範例,如何在2050年實現再生能源成為主力能源的願景,成為現在日本的重要課題!NextDrive很幸運地能參與在其中,我們相信且堅持這些努力,會為世界帶來正向的改變 顏哲淵聯齊科技總經理

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