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電力供需日益多元 監控應聚焦成本與品質
 

【作者: 陳念舜】   2019年06月14日 星期五

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即便2018年同時通過兩項公投案:取消2025年非核家園、每年遞減1%火力發電之後,當前政府仍維持2025年再生能源20%目標,並已三讀通過《再生能源》條例,也讓台灣電網面臨多樣電力來源挑戰,包含夏弗納、亞力電機等國外內設備廠商均對此提出解決方案。


其中瑞士商夏弗納電磁相容公司台灣分公司PQ產品經理蔡東諺認為,電力監控首要改善電力品質,以維持電力供應的質量與穩定性。尤其在2018年通過《電業法》之後,台電已將發電、輸配電、售電單位分拆,與全球電業發展接軌,導致越來越多商用、住宅或綠能、民營電廠加入電網,也將影響所有連接的能源用戶對於電力品質和性能的需求。



圖1 : 電力供需的最大挑戰還於擴大許多客製化應用及市場之後,包含電動車充電樁、風力電機、太陽能逆變器等各種形式的新增電力裝置,都會連接到相同電力網路。(Source: www.engerati.com)
圖1 : 電力供需的最大挑戰還於擴大許多客製化應用及市場之後,包含電動車充電樁、風力電機、太陽能逆變器等各種形式的新增電力裝置,都會連接到相同電力網路。(Source: www.engerati.com)

加上電力設備也是目前建構所有工業4.0智慧製造工廠最基礎建設之一,所以即使近年來經濟景氣不佳,仍可保有成長動力。隨著法規、商業模式驅動產品需求,夏弗納也逐步引進國外許多示範案例和標準化產品,可用來開拓台灣市場。蔡東諺說:「如該公司客製化變壓器最早用於軌道車輛,強調高效率、體積小、壽命長、耐震動;之後也會與國內外設備廠商合作推出再生能源客製化產品,待達到一定規模為基礎後,即可隨著市場趨勢蓬勃發展。」


但最大挑戰還是在於擴大許多客製化應用及市場之後,包含電動車充電樁、風力電機、太陽能逆變器等各種形式的新增電力裝置,都會連接到相同電力網路。但在現代AC電力系統中約有50~60%比例皆屬於非線性負載類型,因此加入PLC、變頻器等設備都可能造成電力系統諧波,產生與完美正弦波形不同的電壓或電流波形,導致敏感設備異常、失效或損壞。


蔡東諺表示:「雖然電力品質不直接影響電價,卻恐會因為增加節電設備或頻繁切換開關,而改變電力波形、交互干擾、壓降;最終都進入同一變壓器之後,將導致用電設備發熱而降低設備壽命、增加電網負荷跳電,特定頻率還可能會造成電感、電容共振而爆炸。」


因此,不僅台灣電力公司2018年已跟進IEEE 519、EN等國際法令而制訂《再生能源發電系統併網技術要點》,規範未來3.3kV以下電壓併網也應比照3.3k/22.8kV辦理。夏弗納也扮演終端設備與電源中間的介面角色,持續引進新品和解決方案,針對併入電網的各種電力來源或任意負載、彈性生產時,都能分解出畸變的正弦波訊號並還原,以降低諧波率達THDi 5%~10%,符合IEEE 519規範的乾淨電源。



圖2 : 瑞士商夏弗納電磁相容公司台灣分公司團隊引進「混合型諧波解決方案(HHS)」,有效提升電力品質。由左至右依序為:Sales Deputy Manager柯宗慶、Product Manager PQ蔡東諺、Office Manager羅威勝、Managing Direct Krattiger Stefan。(攝影/陳念舜)
圖2 : 瑞士商夏弗納電磁相容公司台灣分公司團隊引進「混合型諧波解決方案(HHS)」,有效提升電力品質。由左至右依序為:Sales Deputy Manager柯宗慶、Product Manager PQ蔡東諺、Office Manager羅威勝、Managing Direct Krattiger Stefan。(攝影/陳念舜)

同時領先台灣法令推出標準品,採取模組化設計以因應不同電力來源,提供再生能源併網專用的LCL諧波過濾器,可支援變流器(inverters)、變壓器和其他電力磁性元件等終端設備與電網介面,一旦儲能電池或AC電源反饋輸出前,都會先通過LCL過濾後再切換電流。


進而推出主/被動式濾波器整合解決方案,其中主動式濾波器(AHF)係因應半導體、紡織業等不同製程、工作站的用電量,且為達成終端需求結合工廠製造端大量客製化、彈性生產,每條生產線上皆須有對應參數,才能快速生產不同產品,導致在過程中產生大量數據,且能支援Ethernet、TCP/IP網路通訊,將功率因數、用電量或待補償諧波等資訊回傳後端SCADA,以遵循閉迴路補償控制、降低不同區域或混線生產設備產生的諧波。


並考量現今智慧製造趨勢所搭配的IDC機房系統在5G時代後,必須傳送更多大數據資料供運算分析,也會造成大量耗電與諧波,若能採取模組化設計,將更為方便維護和擴充,估計將省下40%以上體積。夏弗納也在今年發表最新同步功能模組,得以在一般工業4.0架構下Data Center用電負載較低時,主動式濾波器不必全輸出處理所有諧波,就能透過自行調整達到最佳化彈性配置,以延長設備壽命。


蔡東諺進一步指出,近年來夏弗納還特別因應智慧製造需求,積極推廣於電力系統和非線性負載之間導入「混合型諧波解決方案(Hybrid Harmonic Solution, HHS),讓使用者可選用最簡易的方法,透過三相輸入電抗ACL抑制諧波至30%~40%;或與線路串聯被動式濾波器PHF、併聯的更高階主動式濾波器AHF,皆可將諧波降為5~10%,甚至5%以下。


尤其像目前高科技產業建廠的電力系統裡,通常不是單一的簡易負載,而會希望在導入EUV等先進製程設備前,便能確保其因為不同負載產生的總諧波須符合國際電力品質規範,再透過夏弗納PQS軟體平台找出可解決不同區域內諧波的最佳解決方案。


蔡東諺認為:「該軟體與市面上產品最大差異,便是只要經過Web註冊就能免費下載;再從特定區域拖引相關設備模型或參數進行動態模擬,就能即時顯示諧波圖形,再分別依商業大樓、IDC機房空間規劃,也符合系統設計顧問或分包商需求。」未來POS也會不斷更新演算法、速度及加入新產品,既得以確保事前達成預定諧波率、事後通過IEEE 519規範;再經由SCADA持續監控從智慧電錶、主動式濾波器取得數據,以維持每次新增設備均不變。


亞力電機聚焦綠能+儲能 放眼節能及智能化監控

亞力電機公司研究開發處協理兼綠能處處長方志行則指出,目前該公司主要業務專注於用電設備領域,提供所需變壓器、高壓配電盤等產品,並與SCADA、繼電器(relay)、不斷電系統(UPS)組成電力自動化監控系統一環,用於監控終端用電負載,以維持電力系統穩定。


方志行進一步表示,由於電力系統涉及不同領域專業考量,每種高耗能產業皆須因應各別情境下的用電波形變化規劃,且都通過電力技師驗證,未來亞力將持續朝向綠能結合儲能發展,以充分發揮節能效益;進而整合智能監控,建構系統解決方案。


尤其透過UPS搭配儲能系統雖也是造成企業新增成本之一,但因應半導體、國營企業等高耗能大型企業為了避免斷電的機會風險過高,或者考量再生能源間歇特性或瞬間電流過大衝擊電網,將影響電力品質,而須特別導入On line大型UPS協助建置不斷電儲能系統;或者利用主動式濾波器來降低諧波、檢測持續功率,甚至達到最佳化調控目標。亞力也與UPS廠商合作或自製模組化機種,以滿足IDC機房不斷電需求,也有利於維護營運和提升擴容彈性。


或者也會配合高科技業客戶積極投入新建智慧工廠所成立的內部ESCO節電服務部門,提供所需標準化電力設備,並納入多種解決方案應用,以提高智能化彈性,例如現有新款配電盤既符合標準化設計要求,並提供模組化儲能系統,將持續向其他用電大戶推廣。


但他也坦言,對比目前因為台灣電價便宜,導致儲能系統成本較高,業者可望最終回收報酬,但鋰電池壽命未必能達10年、鉛酸電池更可能只到3~4年,所以主要採取UPS結合發電機穩定供電,或併入電網售電模式,盼有賴於未來商業模式發酵。隨著台灣《再生能源條例》三讀通過後,未來促使電價上漲、躉購費率下降已成趨勢,若能善用市場機制,將可讓再生電源價值浮現。


如隨著太陽能電池、模組價格持續降低,拉近與市電價差,包含電動車、再生能源系統將會持續反饋衝擊電網,必須協助客戶妥善管理設備,支援開放通訊協定,將資訊集中可視化、數位化。以及加入台電削峰填谷、需量競價等節能政策後,企業為了賺取契約容量用電中的尖/離峰電價差,將不再只透過頻繁啟/停設備節能;還須納入再生能源電價及負載機制、儲能系統,以及對於電池充放電次數並量測,甚至可藉人工智慧(AI)在耗電過大時實行最佳化調控。



圖3 : 亞力電機公司研究開發處協理兼綠能處處長方志行指出,未來該公司將持續朝向綠能結合儲能發展,以充分發揮節能效益;進而整合智能監控,建構系統解決方案。(攝影/陳念舜)
圖3 : 亞力電機公司研究開發處協理兼綠能處處長方志行指出,未來該公司將持續朝向綠能結合儲能發展,以充分發揮節能效益;進而整合智能監控,建構系統解決方案。(攝影/陳念舜)

此外,因應近年來台電積極推動「配電系統強韌計畫」,而提高設備智能化需求,亞力也趁勢提供可聯網設備及饋線終端單元(FTU),將所有資訊都匯流到台電Data Center運算、分析;未來還可望依台電要求安裝於變壓器,以蒐集電流/電壓、溫度等訊號,再提供原始設計資訊,以協助自行診斷或示警。


方志行強調,此與過去使用者只依計畫按時更新、維護設備的作法最大不同,是現在一旦發現設備故障即可隨時掌握現況更換,還能進行設備管理。不僅能藉此防止某些變壓器在特定區域負載增加,恐造成更多損耗;還可延長客戶設備的使用壽命,降低維運或額外投資成本。目前也與該公司出口主力的東南亞新興市場合作,看好當地未來將會隨著經濟成長,不斷提高用電需求,而可協助因地制宜規劃配置電力或量測系統;並隨時記錄運行狀況上傳雲端,待必要時可依客戶要求,從遠端維護或協助設定參數。


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