能源高手的智慧电网商机攻略

绿色带路人的心底话

  在台湾,作为一个能源业的技术工作者,很闷。

  别的产业都在大谈创新,国内能源业却没什么跳跃式的进步,负面新闻倒是不少:大潭电厂跳电造成大规模停电、和平电厂电塔倒塌造成全国大停电、公家机关为了度过用电尖峰,仲夏的中午关冷气,造成公务员热晕;更别说去年(2017)全年超过100天PM2.5紫爆,不知道有多少人生病、过敏、花钱看医生。

  这显得我们这些技术人员很蠢,用著上古神器,放任这么多问题影响大家的用电品质、健康甚至安全。

  当我跟绿学院的绿色带路人提议不如我们来写大电网系列文章时,有些人觉得我很蠢,他们说这个时代没人重视专业,讲了也没人听,再说了,把自己知道的全讲了出去,不是白白把赚钱的机会告诉别人吗?

  我想的恰恰相反。能源追求的不是单一的最佳解,而是系统的创新解。创新的推动,需要足够的「思维」浓度和足够的「牛人」密度碰撞在一起

  在能源业,可怕的不是能源高手比你努力,而是高手的全局思维比你正确太多。因此,我和其他几位绿色带路人,会担任「能源白话文运动」的翻译官,长期驻点在绿学院,我们会从电网设计的全局思维出发,以科技、技术、市场为支点,为你建构系统性的能源知识框架,助攻在绿色产业里寻找机会的人、工作者、创业家。

  你说,如果我又不在绿色产业,也不创业,了解能源对我有什么好处呢。好处可多了,现在这么容易就停电,PM2.5随时都紫爆,人们见面聊天总是会聊上两句。你若看了我们的系列文章,建构了对能源的思维模型,你就不会停留在使用过时的思维抒情,随口就能说出一些科技最新的进展和知识,既是聊天的话题材料,也能让别人对你感到佩服,其效果就跟聊AI人工智能一样。

  我们今天就先来建构理解能源问题最重要的关键知识。大家都知道绿能好,取之不尽用之不竭,零碳排又没有PM2.5,大费周章烧煤干嘛?德国在今年(2018)元旦当天达到全国全日100%绿能供电了,你们执政者是傻子啊?

  执政者当然不傻。我们就假设正在看这篇文章的你,现在是经济部长了,你手下的200多万家大中小企业行号都需要用电,准备各式的商品要大赚其钱、缴税报国。这个时候,你的能源局长,拿著一只「鸭子」来找你了。

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(图一)2016年美国加州的单日用电曲线(资料来源:资策会)

  现在我们在看的这张图,是2016年美国加州某个秋日的用电曲线。横轴是当天的24小时,纵轴是电网的负载量,以百万瓩(1MkW)为单位。

  灰线是太阳光电的发电量,太阳能是一种间歇性能源(intermittent energy),白天才有电,其他时间在睡觉。但是大家是睡醒之后要上班,晚上回到家要开冷气、看电视、上网、洗衣服,谁管你太阳能在睡觉,所以蓝线是我们所需要的电量,你看他和灰线的逻辑是很不一样的。

  于是这时就跑出橘线,就是扣除太阳光电后的总负载,也就是其他化石燃料(如煤、油、天然气)与核能要发的电量。橘线在中午时段因太阳光电充足而负载降低,形状看起来就像是鸭子的肚子;在日落时段负载升高,就像是鸭子的脖子,这就是鼎鼎有名的鸭子曲线(Duck curve),也就是为什么绿能和大伙儿处不来的关键。

  当一个国家的间歇性能源例如太阳光电占比越高,鸭肚子就会越大,鸭肚子越大,造成的电力调度问题就越大,其他做为基载能源(base load power plant)例如化石燃料、核能等,就会为了大量涌入电网的再生能源,要大幅调整运转排程,弄得不好,还会大停电。

  你作为一个经济部长,听到这心里已经有谱了,但是你不能在你的能源局长面前显示软弱,所以你说,德国在今年(2018)元旦当天不就达到全国全日100%绿能供电了,别人做得到,我们台湾一定也可以。

  能源局长叹了口气说,过去传统的发电机组在几十年前设计的时候,可不是像笔电一样,随时开关机呢。提早开机或热机备援来补再生能源,也会多出许多燃料成本,这些都造成基载能源很大的负担。再说了,德国用100%绿能,并不是因此化石燃料就不发电了,因为设备特性与满足电网备转需求、维持电网安全,基载能源还是必须继续运转发电,多的电还要给别人钱拜托别人来用。

  能源局长继续说,更麻烦的是,老板行政院长说我们要全力发展电动车,电动车的充电时间也很难掌握,不过可以预期人们晚上回到家之后,就会为他的电动车充电。以特斯拉为例,一组电动车的充电桩充电功率大约是15kW(220V,23~72A),600支充电桩运作起来就差不多就是一栋台北101夏季尖峰时段的用电量。未来电动车数量越多,鸭脖子也就成了鹅脖子,电力调度的难度与成本就更高了。

  这下子你发现经济部长不好当了,一边是需要用电的经济,一边是一只鸭子、一堆不受控制的再生能源,以及一个上古神器的电网。

  鸭子曲线的问题看似把绿能逼到悬崖边,提高再生能源占比带来满满的问题与风险,但事实上也带来满满的商机。

  身为一个绿色创业者,你要问的正确的问题是,我们如何让上古神器变身成为智慧电网,解决鸭子曲线问题,让再生能源完成他的低碳任务?

  要让再生能源受控制,搭配即时电力量测技术、物联网技术、数据分析技术、储能技术与智慧变流器(Smart inverter)等,我们可以即时蒐集、甚至预测再生能源发电数据以及控制再生能源发电量的机制。目前国内已经有绿色新创公司进入场域实测阶段,智慧变流器的法规与措施也即将在国内上路。

  日落之后不要让基载能源补得那么辛苦,可以搭配自动需量反应技术、空调需量抑低技术与储能技术,未来则可从时间电价结构及需量反应措施,在鸭脖子时段获利。

  有这么多赚钱的技术,为什么没听说有人在赚电网调度的钱?

  因为没有智慧电表,什么事情都不会发生。智慧电表,就是智慧电网的基础建设。

  没有智慧电表,在鸭肚子时段不知道再生能源发了多少电,也不知道负载用了多少,自然也不知道该卸掉多少基载能源、卸多少再生能源。

  没有智慧电表,在鸭脖子时段不知道再生能源掉了多少,也不知道负载用了多少,自然也不知道该执行多少需量反应抑低需量,也不知道该补多少基载能源。

  没有智慧电表,我们穷尽一生,研发所有可能的能源技术,都打败不了这只鸭子,也换不来任何绿色新创公司。

  国内两万多的高压智慧电表早已布建完成,可惜因为读表资料不够即时、也没有共通的平台供业界传递、交换、认证、应用,让高压智慧电表的功效大打折扣。现在商业用户和住宅用户的低压电表也开始布建了,未来低压智慧电表的资料第二路径(Route B)也许有机会摆脱过去高压智慧电表功能的不足,弥补即时读表与资料交换的功能。

  我们下一篇开始会详细展开上面所有谈到的技术,你可以先来报名今年(2018)二月Green Like We Give A Damn绿色产业工作者小聚,我会分享智慧电网中最贴近使用者的需量反应商机,揭开从大电力用户到一般家庭用电户都可以获利、节费的不传之密,我们下周见!

鸭子曲线 智慧电网

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