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汰役廢電池重生 虛擬電廠點亮偏鄉

文 / 林鳳琪    
2022-05-27
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汰役廢電池重生 虛擬電廠點亮偏鄉
圖/任國光(左)帶領團隊在小林社區以汰役電池打造虛擬電廠,建構低碳社區。陳之俊攝
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小林村因八八風災滅村震驚全台,但如今在中科院飛彈專家的加持下,小林社區成為汰役電池再利用的典範。《遠見》團隊直擊,憑藉能源技術,南台灣偏鄉的重生之路。 

今年,303全台大停電那一夜,日光小林社區,這個歷經八八風災劫後重生的部落,在南台灣的獻肚山腳下,兀自發亮。

「鄰居們很羨慕,連著幾次全台大停電,唯獨我們這兩排住戶的燈始終亮著,不受影響,」日光小林社區發展協會理事長姚水福揚起嘴角,興奮地指著屋頂上光燦燦的太陽能板;以及藏在社區入口處,長約20呎的貨櫃。

貨櫃裡的儲能與智慧能源管理系統,是社區不斷電的祕密。有別於傳統的分散式電網,它有個「虛擬電廠」的新潮名字,更是低碳生活的解方。

日光小林社區虛擬電廠的推手,是低調的國家中山科學研究院飛彈火箭研究所綠能小組。

貨櫃屋藏電池,猶如社區虛擬電網 

這天,頂著盛夏炙陽,小組負責人——飛彈所副所長任國光打開貨櫃,親自揭開虛擬電廠的神祕面紗。

貨櫃屋被一整排串接的電池模組牆,隔成兩大空間。一邊是可視化的智慧能源管理系統,猶如社區裡的虛擬電廠。哪一戶出遠門,暫時不用電?誰家缺電,需要即時從社區電網中調配、輸電?在電腦螢幕上,統統一目了然。若白天發電量充沛,暫時不用電的那戶,還能回饋到電網,轉供公共空間使用。這些電力,都可透過智慧能源系統,緊急調度與流轉。

貨櫃另一頭,是由一顆顆電池模組,串接、併聯成容量約100kWh儲能系統牆。這是虛擬電廠最關鍵的一環,能將日間太陽能發電儲存下來,隨時調度。

小林社區供電自給自足,成為汰役電池 再利用典範。陳之俊攝圖/小林社區供電自給自足,成為汰役電池 再利用典範。陳之俊攝

小林社區如何變身能源自主社區?台灣飛彈專家,為何跑去偏鄉蓋虛擬電廠?

事實上,低碳浪潮驅動下,再生能源已是不可逆的趨勢。但靠天發電,時晴時雨,亦是再生能源的致命傷。要解決這個致命傷,儲能與虛擬電廠(智慧能源管理平台)是關鍵,也是各國積極開發,攸關國安的技術與產業。

台灣啟動分散式智慧能源與低碳能源自主社區,關鍵轉折,始於一個滅村災難。2009年初秋,台灣遇上百年浩劫八八風災。474人活埋,共681人死亡,高雄甲仙小林部落滅村畫面震驚全台。

台灣傳統集中式電網,每遇颱風、豪雨,高壓電塔一受損,各地斷電消息頻傳。脆弱電網,頻頻讓台灣陷入能源孤島危機。

能源即國安戰略,中科院接下挑戰 

「對任何國家來說,能源都是國安戰略問題,」任國光回憶,在當時中科院院長張冠群與經濟部技術處支持下,中科院飛彈所啟動一連串以再生能源搭配儲能,打造「分散式微電網」的計畫。

其實,台灣第一個「零碳社區」金門東坑,就是中科院飛彈所科學家團隊一手開發打造的。

2012年,中科院打造20呎貨櫃移動式儲能系統原型。貨櫃上有太陽能板,裡頭有150度的儲能電池,以及可雙向整合調度太陽能、風力與市電的智慧能源管理系統。

位處輸配電網邊陲,但日照、風力等再生能源充足的金門,是計畫落地首選。

任國光表示,一直以來,金門仰賴柴油發電,不僅每度電力的發電成本高達十多元,更面臨嚴重空汙。

2014年,中科院在金門東坑社區架起陸域風機與太陽能屋頂,成功打造可調度250度電,供30戶人家用電需求的虛擬電廠。同時,卻也發現儲能電池成本過高,難以複製推廣的挑戰。

「當時鋰電池儲能系統,每度電建置成本高達800美元,相當於新台幣2至3萬,」任國光分析,每戶人家日常用電約10度至15度,光是家戶儲能電池就要30多萬元,這還未加計社區公用儲能系統的成本。

電池成本降不下來,微電網儲能系統與虛擬電廠的推廣將窒礙難行。為克服電池昂貴問題,任國光與團隊又鑽入汰役電池再利用的研究。

看上電動車用電池,因為得符合高功率、快速充放電的嚴苛標準,一旦電池衰老,容量降至80%以下,就得淘汰。任國光分析,這些電池回收光是倉儲價格,每公斤要價110元,對車廠負擔不小。若能再次利用,延長電池生命週期,既解決儲能新電池成本過高,也能降低廢電池處理費用與衝擊。

團隊找上電動車納智捷與電動巴士廠商立凱合作,但收集自四面八方的每一顆廢電池,各自的生命歷程與「健康」情況都大不同,如何檢測,篩選出健康的汰役電池?工程浩大,挑戰不小。

任國光還原當時,團隊先將每個電池模組,拆解成一顆顆小電芯,逐一量測電壓、判斷化學反應,是否還能承受儲能系統的應用?經過健檢後,篩選出健康情形一致,再重組串接成電池模組。

但最關鍵的,仍是落地驗證。

日光小林村日照超過十小時,再生能源充沛,加上位處偏鄉,建置高壓電塔、變電站等集中式輸配電網費用驚人,成了團隊實踐分散微電網最佳場域。

中科院飛彈所綠能團隊初步徵求15戶自願戶,每戶建置3kW太陽能板,以及汰役電池打造的6~10kWh家用儲能系統,社區並搭配100kWh儲能貨櫃調度。耗時三年,記錄汰役電池重組後,讓充放電的大數據與參數臻於完善。

車用電池再利用,儲能成本降至1/3 

結果讓團隊很振奮。「我們證明,汰役電池用於儲能確實可行,」任國光分析,汰役車用電池仍有約80%容量,用於儲能,可再充放電一千次至容量剩40%再淘汰。「電池生命週期延長三年,儲能成本大幅降至1∕3。」

任國光分析,透過「叢集式家戶型儲電系統管控技術」「社區儲電系統電力穩定技術」「電力調度技術」系統解方 ,不僅讓日光小林社區供電自給自足,每戶10度,15戶是150度,一年可發綠電將近5萬度。甚至,「企業用電大戶缺綠電,我們也想替社區申請綠電相關標章,轉供綠電。」

近兩年,減碳壓力下,儲能需求大增,電池大漲又缺貨。加上未來電動車普及,多部車同時充放電,恐衝擊電網,急需儲能系統緩解電網壓力。任國光透露,確實很多廠商前來詢問。

除了測試系統對電動車V2G雙向餽電反應,任國光也正積極在中科院區打造低碳生活圈,「我們自己開發的電動巴士底盤與三電系統,已在院區試行一段時間;我們也幫院內的超商建置汰役電池儲能系統。」

「事實上,我還有個夢想,」登上小林村與大愛村制高點,任國光指著眼前千戶村莊說,「這裡的日照得天獨厚,但受限太陽能躉售制度與台電饋線容量,僅20%住戶裝置太陽屋頂,很可惜。」

「如果家家戶戶都裝上太陽能板與儲能系統,這區不但供電自給自足,未來還能緩解台電大電網壓力,甚至緊急救援電網,」任國光一臉殷切地說。

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