逐年攀升的尖峰負(fù)載，讓臺(tái)灣的能源使用規(guī)劃，成為各方焦點(diǎn)。跳脫興建更多電廠的思維，透過(guò)「虛擬電廠」，整合再生能源、儲(chǔ)能設(shè)備、備援電力等分散式能源，已成為能源管理新顯學(xué)。隨著再生能源占比逐步升高，為了解決供電間歇性的問(wèn)題，能長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存電力的「液流電池」也備受關(guān)注。

數(shù) 10 年來(lái)，臺(tái)灣傳統(tǒng)電力供應(yīng)以大型電廠為主，想要解決尖峰用電問(wèn)題，除了蓋電廠外，是否還有更省成本、更有效率的解方？

攤開(kāi)臺(tái)灣的用電分布，若以 1 年 8,760 小時(shí)來(lái)看，臺(tái)灣每年用電最多的 200 個(gè)小時(shí)，對(duì)於電力系統(tǒng)產(chǎn)生的額外需求大約為 2GW，相當(dāng)於年度用電尖峰的 5%，且大多集中在夏季。工研院綠能與環(huán)境研究所組長(zhǎng)梁佩芳認(rèn)為，若要持續(xù)蓋電廠，得先思考 2 個(gè)問(wèn)題：一是電廠投資大、建廠時(shí)間久，還會(huì)面臨環(huán)?？?fàn)幮袆?dòng)；二是只為了每年 200 小時(shí)的尖峰需求興建新電廠，似乎也不太符合投資效益。

其實(shí)除了大型電廠之外，民間也暗藏不少中小型的電力資源，像是散落在企業(yè)、工廠、住家裡的太陽(yáng)能、風(fēng)力、儲(chǔ)能設(shè)備、備援發(fā)電機(jī)、UPS 系統(tǒng)和電動(dòng)車等。隨著供電挑戰(zhàn)愈來(lái)愈大，未來(lái)必須要更加靈活善用這些電力資源?！柑摂M電廠」概念應(yīng)運(yùn)而生，「就是將分散式的中小型資源聚合起來(lái)，變成可靠的電力供應(yīng)來(lái)源，就像一個(gè)可受控制的電廠?！?/p>

當(dāng)傳統(tǒng)以大型機(jī)組為主的集中式電力系統(tǒng)，走向分散式電力系統(tǒng)後，原先單純做為電力的消費(fèi)者，同時(shí)也轉(zhuǎn)為電力供給的產(chǎn)銷者。正因?yàn)榫奂烁鞣N不同類型的用戶參與，虛擬電廠有著更大的調(diào)度彈性，能在短時(shí)間內(nèi)提供尖峰負(fù)載電力，也能為電力公司提供輔助服務(wù)。

相比過(guò)去臺(tái)電控制大電廠，只要一個(gè)指令；當(dāng)眾多小資源集結(jié)時(shí)，該如何有效管理就成了關(guān)鍵。這造就一個(gè)角色興起，也就是所謂的「聚合者」或「用戶代理人」（Aggregator），「他必須聚合用戶資源，就像一個(gè)統(tǒng)一窗口，去臺(tái)電或電力市場(chǎng)報(bào)價(jià)，未來(lái)代理人會(huì)是新的商機(jī)。」

「虛擬電廠有很多不同機(jī)制，有些可以做出一桌菜，有些就是很專業(yè)的一道菜，不同公司的營(yíng)運(yùn)策略都不一樣。」梁佩芳表示，目前虛擬電廠在國(guó)際已有不少成功案例，以全球知名的德國(guó)公司 Next Kraftwerke 來(lái)說(shuō)，旗下聚合超過(guò) 1 萬(wàn)個(gè)用戶，裝置容量達(dá) 8GW 以上，並依據(jù)用戶特性，設(shè)計(jì)不同方案，有些投入電力交易市場(chǎng)，有些則投入輔助服務(wù)市場(chǎng)；特斯拉（Tesla）也在加州聚集旗下家用儲(chǔ)能設(shè)備 Powerwall 的用戶，向電力公司提供電網(wǎng)服務(wù)，當(dāng)加州電力不夠時(shí)，便控制電池放電。

梁佩芳認(rèn)為，虛擬電廠必須具備 5 項(xiàng)條件才能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。第一是 ICT 的基礎(chǔ)建設(shè)，為了讓代理人清楚掌握每個(gè)參與者的狀況，需要導(dǎo)入智慧電表等 ICT 應(yīng)用，才能即時(shí)掌握數(shù)據(jù)。

第二是預(yù)測(cè)。代理人需了解電力系統(tǒng)狀況，進(jìn)行負(fù)載預(yù)測(cè)，事先讓參與者知道未來(lái)幾天的用電趨勢(shì)，讓用戶有心理準(zhǔn)備，提高用戶的參與意願(yuàn)，不至於突然收到斷線通知，措手不及。

第三是打造客製化方案。因應(yīng)不同參與者的特性，客製化電力的供應(yīng)狀態(tài)，而非所有人一體適用的規(guī)則，甚至是調(diào)整用戶的生產(chǎn)行為。比如臺(tái)電大多在下午 1 點(diǎn)到 3 點(diǎn)的尖峰時(shí)間，要求降低用電，或許就能和工廠討論改變生產(chǎn)排程。

第四是對(duì)市場(chǎng)的了解。代理人需對(duì)市場(chǎng)敏銳，針對(duì)用戶屬性，細(xì)分成不同群體，參與市場(chǎng)上的不同計(jì)畫(huà)。臺(tái)電現(xiàn)已要求，未來(lái)代理人參與電力市場(chǎng)，必須取得「合格排程者」（Qualified Scheduling Entity；QSE）的資格，代表代理人對(duì)市場(chǎng)有基本了解。

第五是決策技術(shù)。如何安排出最妥適的方法，讓參與者的成本降低，在電力市場(chǎng)獲得比較高的回報(bào)；同時(shí)也要有預(yù)先準(zhǔn)備，當(dāng)執(zhí)行期間發(fā)生意外的話，如何啟動(dòng)緊急機(jī)制，這些都需要依賴精密的排程決策。

雖然目前臺(tái)灣的虛擬電廠概念在仍在起步階段，代理人角色也仍舊偏少，但可以預(yù)期，臺(tái)電的電力交易平臺(tái)正式上線後，「臺(tái)灣的市場(chǎng)就會(huì)打開(kāi)，未來(lái)參與電力市場(chǎng)服務(wù)會(huì)比以前更加自由、開(kāi)放，只要聚合資源就能去交易，許多業(yè)者都在準(zhǔn)備，商機(jī)可期?！?/p>

四大優(yōu)勢(shì) 液流電池成儲(chǔ)能新星
在分散式能源系統(tǒng)中，再生能源和儲(chǔ)能設(shè)備不僅是其中的重要一環(huán)，兩者也有高度相關(guān)。隨著再生能源的占比逐漸增加，面對(duì)「看天吃飯」的間歇特性，更需要長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)能設(shè)備，才能 24 小時(shí)供應(yīng)綠電，而安全性更高、儲(chǔ)能時(shí)間又長(zhǎng)的「液流電池」開(kāi)始受到關(guān)注。

工研院綠能所組長(zhǎng)張文昇指出，液流電池顧名思義「就是電池裡有液體流動(dòng)」。液流電池包含 2 個(gè)大型的電解液桶槽，內(nèi)含可儲(chǔ)存電力的活性物質(zhì)，將電解液以管線輸送到中央元件，稱其為「電堆」。當(dāng)需要充放電時(shí)，便透過(guò)泵浦將液體輸送至電堆，產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移，以此進(jìn)行放電或儲(chǔ)電。根據(jù)電池種類不同，液流電池可使用多種不同金屬元素組成，目前最成熟的便是採(cǎi)用釩離子的液流電池系統(tǒng)。

比起傳統(tǒng)鋰電池，液流電池具備更多優(yōu)勢(shì)。第一是安全，挑選電池首重安全考量，用水溶液安全性高，無(wú)爆炸跟自燃風(fēng)險(xiǎn)。第二是設(shè)計(jì)更有彈性，由於能量是儲(chǔ)存在液體裡，桶槽愈大，能提供的能量就愈多，根據(jù)不同應(yīng)用情境，只要增加桶槽與電解液，儲(chǔ)存的能量與時(shí)間就能更多、更久。

第三是使用壽命長(zhǎng)，深度充放電循環(huán)可超過(guò) 2 萬(wàn)次，至少用 20 年沒(méi)問(wèn)題，平均儲(chǔ)能成本攤提下來(lái)，在長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存上比鋰電池更劃算。第四活性物質(zhì)在液體裡容易回收，即使電池長(zhǎng)期使用後，裡頭的有價(jià)金屬也不耗損。

「液流電池屬於長(zhǎng)跑型的選手，潛力上就是適合做連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的放電和儲(chǔ)存，」張文昇說(shuō)。這也是為什麼液流電池特別適合作為長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能用途，面對(duì)間歇性的再生能源，可將綠電安全、穩(wěn)定的儲(chǔ)存起來(lái)，扮演重要的調(diào)節(jié)角色。

早在 2008 年，工研院便意識(shí)到儲(chǔ)能會(huì)是未來(lái)電力系統(tǒng)的要角，率先進(jìn)行小型的前瞻計(jì)畫(huà)，評(píng)估各種不同的儲(chǔ)能方法。直到 2017 年正式投入，在沙崙綠能科技示範(fàn)場(chǎng)域打造液流電池系統(tǒng)。

張文昇指出，液流電池有幾個(gè)研發(fā)關(guān)鍵。第一也是最重要的，便是位於中央位置的電堆，「電池所有的功率跟充放電效率，都在那裡決定?！沟诙请娊庖盒再|(zhì)，由於活性物質(zhì)儲(chǔ)存在液體裡，就像泡咖啡，水加太少，底部就會(huì)有很多顆粒沉澱，若能在相同體積中，溶解更多活性物質(zhì)，就能儲(chǔ)存更多能量。第三是系統(tǒng)整合介面，如何讓液體流動(dòng)的最好、耗電最低，牽涉到系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題。

工研院在電堆上花最多心思，除了在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面讓能源效率最大化，材料也經(jīng)過(guò)最適化調(diào)整，比起市面上相同體積的電堆，工研院可輸出 2 倍以上的功率，居於國(guó)際領(lǐng)先水準(zhǔn)。

目前工研院已在沙崙打造一套 200 度電的儲(chǔ)能系統(tǒng)，近似於 2 萬(wàn)顆手機(jī)電池的容量。未來(lái)沙崙場(chǎng)域希望可以達(dá)到電力自給自足達(dá) 50% 的程度，儲(chǔ)能系統(tǒng)能調(diào)節(jié)尖峰負(fù)載，也能支援夜間用電，甚至在停電時(shí)做為緊急備援電力。

工研院也將此套系統(tǒng)投入產(chǎn)業(yè)使用。工研院綠能所總監(jiān)楊昌中指出，2019 年，工研院和中油攜手打造首座多元電力供應(yīng)及儲(chǔ)能系統(tǒng)的智慧加油站「臺(tái)南前鋒路示範(fàn)站」。因應(yīng)未來(lái)的電車趨勢(shì)，中油率先啟動(dòng)轉(zhuǎn)型，著手布建百分百使用再生能源的全綠能站體，提供加油站本身與電動(dòng)機(jī)車充換電需求，其中的儲(chǔ)能系統(tǒng)便是採(cǎi)用安全性更高的釩液流電池。

今年 1 月，政府也通過(guò)「一定契約容量以上之電力用戶應(yīng)設(shè)置再生能源發(fā)電設(shè)備管理辦法」，俗稱「用電大戶」條款，規(guī)範(fàn)契約容量 5,000kW 以上的用戶，必須在 5 年內(nèi)設(shè)置契約容量 10% 的再生能源，而液流電池也很適合推展至工業(yè)區(qū)和住商大樓。

除了國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度外，目前也有國(guó)際電池材料公司，委託工研院進(jìn)行測(cè)試工作，顯示技術(shù)已被國(guó)際認(rèn)可。工研院也積極將技術(shù)技轉(zhuǎn)給臺(tái)灣電池和儲(chǔ)能業(yè)者，「透過(guò)扶植臺(tái)灣有潛力的廠商，讓此技術(shù)做到電堆百分之百 MIT，」楊昌中說(shuō)。在分散式能源和再生能源的發(fā)展下，工研院持續(xù)以扎實(shí)技術(shù)力，協(xié)助臺(tái)灣迎接能源新時(shí)代。