淺談如何解決微電網(wǎng)并網(wǎng)的效益問題

微電網(wǎng)（Microgrid）系統(tǒng)為近年世界各國電力科技發(fā)展重點，主要效益歸納為二，首先，由于再生能源為間歇性能源，大量的再生能源併入電網(wǎng)將造成電壓浮動的問題，影響區(qū)域電網(wǎng)供電穩(wěn)定度；微電網(wǎng)具穩(wěn)定電壓及頻率功能，可有效引入再生能源進(jìn)入電網(wǎng)，提升區(qū)域電網(wǎng)再生能源之使用率。其次，微電網(wǎng)具有尖峰用電調(diào)節(jié)（Peak Shaving）作用，可降低尖峰用電的系統(tǒng)設(shè)備需求規(guī)格及成本，配合時間電價制度抑制用電行為，達(dá)到節(jié)能減碳目的。

　　事實上，日本于2010年即成立智慧社區(qū)（Smart Community）聯(lián)盟，由新能源及工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織（NEDO）于橫濱、豐田、京都府與北九州等四個都市進(jìn)行微電網(wǎng)示範(fàn)計畫；中國大陸則將微電網(wǎng)試點列入十二五計畫，國家電網(wǎng)電力公司已于南麂島和鹿西島分別建置離網(wǎng)型及并網(wǎng)型微電網(wǎng)示范工程。

　　2012年美國再生能源國家實驗室（NREL）亦與沙加緬度市電力公司（SMUD）于加州建置微電網(wǎng)示範(fàn)系統(tǒng)；韓國國網(wǎng)更進(jìn)一步在濟(jì)州島上建置智慧電網(wǎng) （Smart Grid）測試區(qū)。至于歐盟則提出第七期架構(gòu)方案（Framework Programme 7），由雅典科技大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊于Kythnos島內(nèi)建置微電網(wǎng)測試系統(tǒng)；另外，西班牙、葡萄牙、德國和法國等也都有微電網(wǎng)示範(fàn)計畫正在運行。

　　實現(xiàn)節(jié)能減碳目的　核研所加速微電網(wǎng)測試

　　為接軌國際間節(jié)能減碳風(fēng)潮，臺灣核能研究所（簡稱核研所）亦致力發(fā)展自主式（Autonomous）微電網(wǎng)技術(shù)，并規(guī)畫分叁個階段進(jìn)行，以有效提升國內(nèi)再生能源利用率。第一階段系統(tǒng)將著重分析與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，第二階段則進(jìn)行系統(tǒng)工程整合，以能源電子技術(shù)配合微電網(wǎng)能源管理及儲能技術(shù)，發(fā)展區(qū)域電網(wǎng)再生能源滲透率達(dá)10%（裝置容量20%）的電力控制技術(shù)。

　　第三階段將進(jìn)行系統(tǒng)試運轉(zhuǎn)，以分散式發(fā)電架構(gòu)，示範(fàn)并推廣自主式控制的微電網(wǎng)系統(tǒng)，于市電併聯(lián)與孤島運轉(zhuǎn)平穩(wěn)切換，有效控制微電網(wǎng)再生能源發(fā)電滲透率達(dá) 20%（裝置容量達(dá)40%），提升國家能源安全、開發(fā)新興國家市場與加入先進(jìn)國家市場供應(yīng)鏈，同時創(chuàng)造綠色就業(yè)機(jī)會及能源新興產(chǎn)業(yè)的契機(jī)。

　　目前，核研所已完成建置國家級首座一百瓩（kW）級自主式低壓380伏特（V）微型電網(wǎng)示範(fàn)系統(tǒng)及測試平臺（圖1），提供產(chǎn)業(yè)、學(xué)術(shù)單位、研究機(jī)構(gòu)、電力公司等進(jìn)行研究與測試，并發(fā)展微電網(wǎng)相關(guān)核心技術(shù)，包含能源電子、電力系統(tǒng)、智慧控制與能源管理、電網(wǎng)級儲能系統(tǒng)與應(yīng)用工程技術(shù)等四大關(guān)鍵技術(shù)。

　　圖1 百瓦級自主式微電網(wǎng)試驗場

　　微電網(wǎng)經(jīng)由靜態(tài)開關(guān)與市電併聯(lián)，當(dāng)內(nèi)部發(fā)生故障或外部市電故障時，靜態(tài)開關(guān)運用主動式孤島偵測技術(shù)，快速確認(rèn)故障并完成隔離動作；而儲能系統(tǒng)藉由雙向功率轉(zhuǎn)換器（圖2）連結(jié)微電網(wǎng)電力匯流排，于一個周期內(nèi)，由電流源快速轉(zhuǎn)換為一穩(wěn)定電壓源，提供能量給予負(fù)載使用。

　　圖2 雙向功率轉(zhuǎn)換器裝置構(gòu)造圖

　　當(dāng)靜態(tài)開關(guān)跳脫瞬間，微電網(wǎng)電力匯流排電壓將驟降，此時分散式電源搭配具實、虛功率控制及低電壓穿越功能（LVRT）的再生能源電力轉(zhuǎn)換器（圖3），仍在可容忍電壓範(fàn)圍內(nèi)，持續(xù)與微電網(wǎng)的電力匯流排連接，使微電網(wǎng)內(nèi)部持續(xù)供電，達(dá)成市電併聯(lián)模式與孤島運轉(zhuǎn)模式間之平穩(wěn)切換。當(dāng)微電網(wǎng)內(nèi)部故障排除或外部市電恢復(fù)時，靜態(tài)開關(guān)判斷市電正常，則利用雙向功率轉(zhuǎn)換器調(diào)整實、虛功率輸出至微電網(wǎng)電力匯流排，當(dāng)內(nèi)外部的電力匯流排電壓、頻率同步后（圖4）令靜態(tài)開關(guān)閉合，微電網(wǎng)再重新併網(wǎng)。