Layout Strategy of Innovative Smart Grid System Integration Technology Development in Taiwan

Taiwan government has promoted a policy of “Nuclear-free homeland” and increasing the proportion of green energy by 2025, it is expected that Taiwan will experience major energy and social transition. With the vigorous development of distributed renewable energy, Taiwan’s energy system will develop towards a multi-energy coexistence, distributed, and regionalized system. In the future, energy systems must integrate various types of power resources, be user-centered, and use information and communication technologies to integrate renewable energy, energy storage systems (ESS), smart meters and other devices. With optimal energy management, energy systems could improve energy conservation efficiency and reduce peak loads, and build a smart green energy system in a more efficient way. Refers to international experience in development trends of distributed power generation, demand response management, ESS and smart energy integration, this study develops and proposes the Layout Strategy of Innovative Smart Grid System Integration Technology Development in Taiwan.



Layout Strategy of Innovative Smart Grid System Integration Technology Development in Taiwan

以儲冰空調為例 分析電網最適化建築之研究

本文主要以案例分析比較相同條件下鋰電池與儲冰空調之儲能效益。由於分散式能源的發展，電力系統因風力、太陽能發電及季節變化，使得電力系統淨負載曲線有更多的變化，採用儲能系統可協助應付淨負載曲線多樣化。本研究首先說明目前用電負載曲線隨再生能源的增加之淨負載曲線的變化，而後以儲冰空調作為儲熱電池(Thermal Battery)之基礎，構建電網最適化建築(Grid Optimal Building)的構想，透過建築空調用電系統搭配儲能與能源管理，整合用戶用電與電力系統運作相互匹配，提高再生能源占比之系統運作效率及成本有效性，最終達到移轉建築尖峰用電的效益，並對應不同淨負載曲線模式。案例分析部份，主要以再生能源發展條例規定之相同儲能條件，比較鋰電池與儲冰空調之儲能效益。由分析結果顯示，採用儲冰系統可減少147.6萬元電費支出，回收年限10~12年。故建議應將儲冰結合分散式能源作為未來能源發展的其中一個選項。

再生能源與智慧儲能整合應用

根據國際再生能源總署（IRENA）研究報告指出，2050年時，電力占整體能源消費比例將從現今的20%提高到49%，屆時電力將取代煤油、天然氣，成為人類最主要使用的能源型態。同時，隨著發電成本不斷下降，再生能源電力將占整體發電量的86%。除了再生能源佔比逐漸升高，電力系統數位化也是能源產業的一大趨勢。陳彥豪也以著名的鴨子曲線（Duck curve）說明，風力、太陽能發電均屬於間歇性能源，時間與季節變化都將影響發電表現，導致尖峰負載與再生能源發電量之間存有落差。落差愈大的電力系統，就愈需要儲能系統協助進行電力調度。台灣經濟研究院副所長陳彥豪認為，台灣的能源系統趨勢扣合國際轉型脈動，逐步走向綠電當道。除了「用電大戶條款」係針對用戶端的法規，《電業法》亦有所要求：電力系統業者除了依據用戶實際需求供電外，也須預先準備額外供電容量（備用供電容量，Capacity）。無論從用戶面或系統面來看，智慧儲能在台灣的發展擁有可期成長力。展望智慧儲能產業未來，陳彥豪認為，未來能源系統可分成電力、天然氣、液態燃料、冷熱與能源載體共五大系統，這些能源將直接轉換為電力，透過智慧能源整合平台與商業模式整合平台，送達用戶端。當電力系統走向環保與智慧化之途，數位化的量測控制機制將被建立，盤根錯節的能源系統調適至最佳化應用，已運作百年的傳統能源系統，與新系統進行價值鏈整合後，將可創造出更多元的應用。





協助企業綠能轉型　台灣智慧儲能勢在必行

台灣智慧電網產業海外推廣實踐

國內智慧電網發展在智慧電網主軸專案計畫與經濟部能源資通訊技術發展帶動下，已有許多智慧電網示範場域展現國內智慧電網技術發展成果與能量。然而台灣智慧電網產業推動受限於國內市場規模太小，開拓海外市場是產業永續經濟之必要手段。國際電力基礎建設市場具獨占性，新開發系統設備企業缺乏實績，且投資報酬率低，開拓海外市場不易，因此台灣智慧電網產業發展策略在產業面須推動產學合作，開發先導性系統與設備、引進國際標準，整合國內外產業鏈，開發利基商品、並建設國內外智慧電網示範場域，協助技術商品化系統與設備獲取運轉實績。本文介紹台灣經濟研究院整合成功大學、中原大學、核能研究所、大同公司、中興電工、四零四科技及健格科技在智慧電網與資通訊相關研發能量，針對國際智慧電網潛力市場需求，依據當地電力系統規格，進行「模組式微電網」、「虛擬電廠供電服務系統」、「儲能系統併聯」之技術系統與設備商品化，並於海外建立示範運轉實績，落實技術產業化，帶動產業開拓海外市場。

儲能系統價格趨勢對微電網市場發展之影響

近期由於微電網技術發展已逐漸成熟，且使用再生能源設備供電成本在特定條件下已有市場競爭力，現階段儲能系統價格是否能夠持續下降及其設備使用保固年限是否可延長，為影響用戶導入微電網系統意願的主要因素。本研究蒐集國內外微電網系統的市場與太陽能模組、風力發電機、儲能電池、逆變器等微電網網組成關鍵設備價格現況及趨勢資料，分析微電網系統內設備價格趨勢對於微電網系統供電成本的影響，同時探討微電網系統供電成本變化對於微電網市場發展影響，據此提出我國微電網系統產業發展策略建議。

儲能市場機會與台灣應用利基

隨著再生能源的使用及併網量增加，儲能技術發展與應用為間歇性能源轉換成穩定、可調度運用的電力主要課題。儲能系統可提高電網利用率、整合再生能源發電，發展更經濟的能源供應體系，已成為各國能源科技發展與應用推廣的重點。綜合分析美國、歐洲、日本、中國大陸地區之儲能系統技術推動措施，在技術面，各國多已將儲能技術列為研發重點項目，並設定發展目標，鼓勵企業與學研界投入儲能系統研發。在推廣方面，則補助電力公司具規模的儲能、新能源與智慧電網系統綜合性示範應用實證。在市場面，則設定儲能應用推動政策目標，提供電力事業與用戶獎勵措施，促使電網與用戶端的儲能市場形成。

台灣有許多離島為自行管理其供電，導入大量再生能源可能降低電力系統供電品質與穩定性。若以微電網技術為基礎擴大再生能源利用，隨著儲能技術成本下降，將有機會改善再生能源做為離島供電解決方案之供電品質及可靠度。用戶設置再生能源發電設備與儲能整合系統接受電力公司調度參與再生能源躉購，有助於提高電網接入再生能源容量及再生能源利用率。然而依據目前再生能源發展條例，併接儲能之再生能源發電設備無法參與再生能源躉購。有鑑於新政府擴大再生能源設置目標，建議能源局應可規劃適用於搭配儲能之再生能源設備之躉購機制，鼓勵用戶設置再生能源發電設備時同時設置儲能系統。相對於設置太陽光電參與再生能源躉購機制，一般用戶設置太陽光電與儲能整合系統自發自用，不但可提高國内綠能使用比例，也可免除再生能源躉購所需之強化電網與電力系統所需額外投入。由於近期儲能系統價格已有一定程度下降，部分工業用戶已具有利用太陽光電與儲能整合系統擴大綠能利用誘因。建議能源局可規劃相關獎勵措施，鼓勵一般用戶設置太陽光電與儲能整合系統自發自用。

我國區域能源整合推動能源轉型策略建議

在國際間積極推行減碳政策下，隨著太陽能、風能等再生能源發電成本下降，全球性的能源轉型正在進行。為擴大再生能源使用，各國期待藉由強化需求面管理、再生能源、儲能、智慧電網應用，建立區域智慧能源管理與供應體系，促進能源轉型所需技術實用性或經濟性，實現能源轉型目標。台灣設定2050年溫室氣體排放量降為2005年排放量50%，推動2025年非核家園，提升綠能發電比例至20%等政策目標，並已於2017年完成「電業法」修正。台灣即將經歷重大的能源與社會轉型工程。台灣各區域能源利用與再生能源有其特色，例如北部為能源需求中心、中部擁有離岸及陸上風力發電資源、南部太陽光電資源充沛、東部則有豐富的地熱、海洋能源。本文將從台灣的能源政策、綠色能源技術產業發展、區域能源特色，說明智慧電網技術及虛擬電廠商業模式驅動台灣智慧能源整合、建構綠色能源供應體系的運作構想。

德國智慧能源整合推進策略介紹

智慧能源計畫能源轉型的數位工程(Smart Energy Showcases-Digital Agenda for the Energy Transition, SINTEG)，為目前德國聯邦政府最具規模的投資專案之一，主要目的為各區域能源系統轉型，此計畫結合智慧電網、資通訊、需量管理等輔助服務提高能源轉型的附加價值，並由消費者與電力市場間互動，尋求新的商業模式。將大量太陽能、風能所生產出的綠色電力，利用儲能設施轉換成安全有效率的基載電力，並提供智慧電網及先進的電網技術連結發電端與消費者間互動關係。SINTEG計劃為德國商業創新數位化工程重要的基石，公部門資金的投入將可帶動3.68億歐元的民間投資，如此將對能源轉型和德國作為新創中心帶來新的動能。

國內智慧型儲電系統商業應用介紹

台灣設定2050年溫室氣體排放量降為2005年排放量50%，推動2025年非核家園，提升綠能發電比例至20%等政策目標，並已於2017年完成「電業法」修正，帶動電力的多元供給與自由化。然而風力、太陽光電等再生能源間歇性發電的特性成為限制再生能源發展的最大瓶頸，也顯現了發展智慧型儲電系統的重要性，其可透過能源管理系統進行監控管理，並透過儲能系統平滑再生能源的電力輸出及平衡當地的電力需求與供應，維持系統穩定運行。隨著電業法修正草案的通過，開放民間新設綠能發、售電業參與電力市場，也帶動了智慧型儲電系統新的商業發展機會。本文參考國內智慧型儲電系統技術發展現況與未來電業環境及法規條件，提出國內智慧型儲電系統可行之商業模式。

TSGIA Interview at ASUW16 - Taiwan's Smart Grid Evolution

The future of Taiwan’s smart grid Interview with Chen Yenhaw, Deputy Secretary-General, Taiwan Smart Grid Association. By Jasmine Gan. 5 AUG 2019

"Smart grid” has already become old news in Taiwan. Installation of smart meters in residential and industrial systems alike are proceeding at a rapid pace, with 200,000 new smart meters installed every year by Taipower, Taiwan’s monopoly utility provider. By the end of the year, half of the island will be equipped with smart meters: a total of 6 million installations.

“Installation is not so important now,” says Chen Yen-haw, Deputy Secretary-General of the Taiwan Smart Grid Association. Instead, current research in Taiwan on smart grid has moved to focus on commercial application of the technology. With major changes in Taiwan’s energy landscape, including the recent liberalisation of their renewable energy market and President Tsai’s nuclear-free homeland policy, the challenge will be how to best adapt the mature tech for their purposes. According to Chen, Taiwan’s new priorities will be on developing strategies for demand-side management, refining battery storage solutions, and further innovation in business models.

Demand-side management

Widespread adoption of smart grid tech has led to two major changes in Taiwan, says Chen. The first has been the ability to engage in demand-side management, as smart meters and real-time data make it possible to manage energy demand through price signals.

Recently, Taipower introduced tiered pricing, where participating customers can receive discounted tariffs for off-peak use of energy to encourage energy conservation during peak hours. Another innovative demand-side management strategy is to create a “virtual account” for customers, who can join in groups of 10 to work together to lower their aggregate electricity use in peak hours.

Energy shortage has become a major challenge for the island as Taiwan shifts away from nuclear power, and efforts to conserve energy through demand-side management could help mitigate that.

The rise of the prosumer

The second impact of smart grid adoption has been the greater control of customers over their own energy consumption. “Now customers can choose from different suppliers, different tariffs, different pricing,” says Chen. “Since we opened our energy market in renewables, there will be new renewable retailers and developers.”

Residential solar systems are becoming more common, as the widespread installation of smart inverters allow customers to store and manage energy generated from their own solar panels. These prosumers, customers who consume and produce their own electricity, are a growing presence in Taiwan’s energy market, according to Chen. In Taipei City, a virtual power plant system has been developed to allow prosumers to contribute surplus electricity from their home solar system back to the grid.

For Taiwanese communities living in remote islands, the government has subsidised installation of smart micro-grid systems that integrate renewable energy sources. The mix of solar, wind and diesel energy sources ensure a stable electricity supply despite distance from the central grid. On the remote Qimei Island, 43% of the inhabitants’ energy is now supplied by renewable energy through the smart micro-grid. “The micro-grid technology is very mature now,” says Chen.

But is Taiwan close to moving away from fossil fuels entirely? The main driving force of the recent uptake of renewable energy is the dropping cost of wind and solar systems, says Chen. However, the battery storage for renewables needs further refining. “The efficiency of solar increases by 1-2% every year,” explains Chen. “But the battery system is still not mature enough for real commercial application.” There will need to be a breakthrough in storage solutions before renewables can replace fossil fuels in Taiwan.

A future for energy trading

More development on the business side could lead to truly innovative applications of the advanced technology. Chen envisions cooperation between governments, private sector actors and consumers to come up with ways to utilise smart grid solutions.

A recent example is the collaboration between Taiwan Smart Grid Association and Gogoro, an electric scooter manufacturer, to create a smart grid from its scooter battery charging stations. With charging stations every 1.3km in Taipei, the company provides electricity to the grid when the solar-powered stations are not being used to charge batteries. “Five years ago, the scooter manufacturers came to my office and told me they were building a massive battery system,” Chen recounts. “I told them from the power system’s perspective, we will have the need.”

The cooperation need not be managed by the government. “I’m not really a guy who is familiar with scooters,” says Chen. “But we worked together. It was a bottom-up, multi-disciplinary process.”

Chen envisions that in the future, similar models for energy trading across private power sources and public power plants will be possible through a common platform for the whole country. “A platform like this could be the future for the whole power system,” says Chen.

This kind of multi-industry, multi-actor conversation is already beginning to happen. Taiwan’s adoption of smart grid has opened up new doors for further innovation.

智慧城市整合智慧電網推動模式研究

低碳智慧城市是以低碳經濟為發展模式及方向、酌以低碳生活為理念，進行城市各項基礎建設的規劃、設計、建設與營運，整合電力、瓦斯等能源和交通、物流與公共服務達成效率化、障礙排除和節省能源的複合式服務，提升市民生活與經濟福利，邁向永續發展的低碳社會。智慧電網是未來智慧城市資訊網絡中最重要的資訊整合與傳遞基礎建設，利用各種低碳能源整合發展虛擬電廠，將可提供動力維持城市創新與活力，建構高品質的生活環境。

台灣未來能源需求將持續成長，隨著產業朝向高值化，民眾生活水準提升，電力占總能源需求比例逐年增加，電力對於經濟發展與社會安定的重要性，將持續上升。都會區負載集中、電力需求急速成長，然而配電及變電設施因路權和居民的反對而無法擴建，產生即使有發電容量也無法傳送電力的區域限電問題，造成地區性供電瓶頸。本文將分析智慧低碳城市與虛擬電廠技術整合發展趨勢，提出都會區智慧電網推動策略，並以台北市為例，分析台北市推動智慧電網的條件與機會，最後並介紹台北市興隆公共住宅智慧電網第零期計畫。

儲能應用介紹與推動方向建議

電力的儲存通常是利用物理或化學原理，採用不同方式將電力轉換為不同型式的能源，大體可分為機械儲能、熱能儲能、電能儲能、電化學儲能、化學儲能等。儲能系統泛指併接於用戶端或電網，可儲存電網上電力或釋放電能對用戶端或電網供電，並受該電力管理系統控制協同電力系統運作之系統裝置，例如併接於用戶側的家庭儲能裝置或併接於輸配電網路大型儲能裝置。

隨著全球電力消耗持續增加以及環保意識抬頭，加上供電可靠度要求提升、溫室氣體排放減量、人口快速都市化、運輸載具電氣化、電力事業創新商業模式等發展趨勢，各國電力供應系統逐漸向納入分散式電源，擴大再生能朝源利用，提升能源利用效率，以及降低能源密集度的方向發展。面對此發展趨勢，儲能技術可以在電力供應系統中的不同位置提供不同服務，可在電網中應用、貢獻於供熱或供冷網路、配電系統或離網應用。更進一步，儲能系統提供基礎建設在能源系統的供應、輸送、配用與需求端所需服務，提供系統營運商不同工具以平衡系統供應與需求端的變動。

本文介紹紹鉛酸電池、鋰電池、鈉硫電池、液流電池、飛輪儲能等電化學與物理儲電技術發展現況、國際間儲能推動政策措施，並以美國能源部及電力研究所所出版之電力儲存手冊(Electricity Storage Handbook)為基礎介紹儲能主要應用，以英國為例分析用戶端儲能應用於獨立系統發展潛力，最後為台灣推動儲能應用提出方向建議。