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焦點專欄

再生能源微電網之推動概況

  • 發佈日期:2019/1/19
  • 資料來源:本站
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      近年間各國電力供應型態,逐漸由集中式供電轉為分散式供電結構,透過分散式電力供應,滿足各地區電力需求。而透過分散式供電,相對也可減少電力傳輸的損耗,進而優化整體電網供電效率。因為分散式供電結構的普及,連帶使微電網的議題逐漸被重視,微電網其特色[連結1]是具備自治性:可利用電網自身的供電設施,獨立提供電力給轄下的電網用戶。兼容性:能於大電網結合成為分散式供電模組,作為大電網的電力供給來源。靈活性:能依據用戶需求,併入各種電力來源(如太陽光電設備、柴油發電機組、儲能設施或大電網電力等),滿足不同環境下之負載需求。而微電網上述的特色,也成為偏遠地區電力基礎設施不足的地區,一項可提供基本電力服務的選項。
      IRENA在2018年11月發布一份有關於再生能源微電網的研究報告「Policies and regulations for Renewable Energy Mini-grids report」[連結2],在報告中指出,近年來全球再生能源設置價格大幅下降,讓再生能源不僅是富國潔淨能源的選項,也成為電網基礎設施不足之國家的電力供應新選擇。而根據IRENA在2016年度的調查指出,目前全球約有1.33億離網人口是使用再生能源技術來供電,而其中有900萬人則使用再生能源微電網服務、1.24億人使用太陽光電照明設備或家庭系統[圖1] [連結3]。透過再生能源發電來補充電網未普及地區之電力供應,有助於提高當地居民生活現代化或電器化的程度,進而降低居民用電不便的問題,連帶也讓居民能使用一些現代化的設備,如行動電話、照明燈或冰箱等生活電器設備。

      而根據IRENA於2018年發布統計報告,再生能源微電網的數量持續增加當中[圖2],其中以太陽光電微電網的增幅最為快速,由2008年11MW成長至2016年308MW,而使用太陽光電微電網的用戶數於2016年時也到達210萬戶,其中又以亞洲地區所設置再生能源微電網最多。自2008年到2016年間,亞洲地區微電網人口約增加了3倍左右(用戶人數達880萬人),此外非洲地區也增長迅速,一共成長了6倍,增加用戶人數達到130萬人。
      而依據IRENA的報告資料,再生能源微電網不僅僅是提供基礎電力供應,對於有大型電網涵蓋地區,再生能源微電網也能提供相當服務與支援。整體而言,再生能源微電網除了當作獨立型電網外也可以當作大型電網下的輔助型電網。若依照其服務性質,可分為兩大類分別為低端服務類及高端服務類,其服務說明如下:

      ◆低端服務(Lower tier of service):

作為無大型電網供電地區(如無電網覆蓋之農村地區)的非連續電力來源(可供電時間24小時以內),讓該地區可以有基本的電力供應來源,而其供電等級為第1層至第4層之間[註1]。若該地區(如學校、軍事基地等)有併聯大型電網者,則可以利用再生能源微電網來作為輔助供電系統,讓該地區具備有輔助電力供應,而其供電等級為第5層。

      ◆高端服務(Higher tier of service):
指可獨立型供電之系統,為全時區域供電需求(如製造業、島嶼或偏遠社區),讓前述電力使用者取得具有可靠穩定的電力供應,其供電等級為第5層(供電等級極高,無任何突發斷電之供電等級)]。若該地區(如資料數據中心、重要軍事基地)有併聯大型電網者,則可以利用再生能源微電網來作為重要設施之24小時不斷電備援供電系統,使其該地區電網供電等級提升至5++層級。
IRENA分析近10年間非洲地區及亞洲地區之再生能源微電網成長迅速的原因,除了因地方政府、私人組織或社區積極推動再生能源微電網的設置,同時也因為這些國家提供許多刺激微電網發展的有利因素的幫助,使再生能源微電網得在有利的環境條件下快速發展。IRENA整理幾個近年有利再生能源微電網發展之要素[圖3],促進再生能源微電網發展之要素及案例說明:


      ◆政策和法規的放寬(Policies and regulations):
新型態的電網模式導入,因既有政策或法規的限制,導致無法順利推動,因此透過政策與法規的放寬,是促使再生能源微電網得以順利發展的重要因素。如非洲的坦尚尼亞,在過去數十年間,積極推動電力政策與法規的改革,透過國家層級的政策措施(如農村電氣化、獎勵補助等),並配合小型電網法規的頒布,營造了一個適合小型電網發展的友善環境。

      ◆再生能源技術提升(Technology):
近年間再生能源技術發展迅速,微電網的設備也逐漸成熟,再加上部分國家針對新技術再生能源設備提供免稅獎勵或設備補助,讓微電網得以導入新技術的再生能源設備,例如印尼針對再生能源設備的進口或採購給予免稅的獎勵,使電網業者更願意投入新技術於微電網上。

      ◆電力部門與行業的改革(Institutional frameworks):
近幾年部分電網設施落後的國家,積極進行電力部門與產業的改革,使電力部門更為開放與自由,且透過電力部門改革強化電力公司相互間競爭,促進電力公司服務品質提升。如奈及利亞就把原本寡占的國家電力局拆分為6家電力公司、11家電力銷售公司與1家國營輸配電公司,改善體質差競爭力低的電力產業,也適度地打開寡占的電力產業,導入更多新形態的電網營運方式。

      ◆硬體設施施工能力的改善(Capacity building):
電網設施相對落後的國家,其部分原因是境內的營運或施工團隊能量不足,而建立一個具備微電網施工能力與技術能量的專業部門,是有助於協助境內電網的鋪設及推動。如獅子山共和國在2016年於簽署了一個「能源非洲協議」(Energy Africa Compact Agreement),並依據協議成立獅子山再生能源協會來推動境內的再生能源普及,而該協會也接受政府的協助建立再生能源技術支援方案,用以協助國際投資者或資金援助組織投入當地的再生能源建設。

      ◆跨部門的合作(Cross sector-linkages):
電網推動議題通常會涉及跨部門協調,而建置過程也往往需要取得多個部門的行政核可,因此如何整合跨部門成立單一協調或申設窗口,也是推動再生能源微電網普及的關鍵。如東非的坦尚尼亞,為強化私人部門投入獨立型或併網型之再生能源微電網的興建,簡化小型電網開發規範,並提供單一窗口來專責處理此類申辦的業務,讓當地的微電網興建速度更為快速與便利。

      ◆新型態金融交易與融資模式(Delivery and financing models):
微電網大都設置於偏遠的地區,其設置成本相對較高。且偏遠地區的金融基礎設施本就不足,缺乏便利的金融交易系統,因此較難吸引大型電網業者投入相關設施的興建。透過新式的金融交易系統,並提供具有誘因的融資協助,有助於吸引當地的電網興建。例如信用卡組織萬事達(Mastercard)與肯亞太陽能源公司(M-KOPA)合作,組成銀行、電信商及能源供應商的聯盟合作,透過電信商提供行動支付服務,再由銀行或信用卡組織提供融資服務及金流整合服務,讓能源供應商在營運過程,可以順利收取能源用戶的費用,維持穩定有保障的發電收益,並且透過政府政策的支持,取得低利率的興建資金,使業者更為願意投入偏遠地區的電網興建與經營。

      近年來微電網的成長迅速,特別是利用再生能源供電的微電網在近10年間呈現飛躍式的成長,許多電網基礎設施落後的國家相當積極推展微電網的建置工作。根據IRENA的研究報告指出,亞洲與非洲地區再生能源微電網的成長相當迅速,透過微電網的興建,能使偏遠且落後地區具備基本電力供應,透過電力的提供,更能使這些地區改善生活品質,幫助其導入現代化的電氣設備。而透過IRENA的報告顯示,近年間這些國家的微電網成長快速,不僅僅是因為偏遠地區的用電需求,更因為有政府的政策支持、電力部門的改革、支付金融的創新,微電網快速成長。

      雖我國電網普及度達到99%,電網設施應已涵蓋了我國各地偏遠地區。但近年我國常因天災造成深山地區成為斷水斷電的孤島,若能協助這些地區建構一個可同時獨立運作及併網的微電網,於平時作為大型電網下的輔助供電模組,當因天災造成區域性的斷電時,還可以作為獨立供電的電力系統,提供區域基本供電需求,讓需要電力維持的設施,如通訊系統、醫療機構的冷凍設備、病患的維生系統等得以正常運作。雖IRENA針對亞洲與非洲地區之微電網的推動要素較難提供我借鏡,但從各國的經驗下,發現法規制度的改革、設置的獎勵補助(如租稅優惠、設備補貼)、跨部門整合及單一窗口的流程協助,都是各國推動微電網的重要措施,本研究建議若我國未來要推動地域型微電網工作,建議可參考目前其他國家微電網的推動經驗,研提有助於我國微電網普及之策略與方案。

[註1]所謂電力網分層,是按照不同耗電功率進行分層,一共分為6個階層,各階層用電說明分別為:在第0層階段,使用者通常是使用煤油燈或是蠟燭,屬於沒有使用電力的階層;在第1層階段,使用者利用電能來進行簡易照明或行動電話的充電,此階段的電力耗用功率約在3W以內;在第2層階段,使用者利用電能來進行一般照明(居家照明)、收看電視或運行電扇等簡易電器設施,此階段的電力耗用功率約在50W以內;在第3層階段,使用者利用電能來進行中型電力設備之操作及第2層電力用途,此階段的電力耗用功率約在200W以內;在第4層階段,使用者利用電能來進行大型電力設備之操作及第3層電力用途,此階段的電力耗用功率約在800W以內;在第5層階段,使用者利用電能來進行超大型電力設備之操作及第4層電力用途,此階段的電力耗用功率約在2kW以內。

資料來源:
[連結1] 青燕,微型電網在大電網北景下的應用探討,應用技術與設計,2017年6期。
[連結2] Policies and regulations for Renewable Energy Mini-grids report
[連結3] Off-grid Renewable Energy Solutions




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