能源知識庫

重點摘述

儲能系統依架構可分為集中型儲能系統(Centralized energy storage system)及分散型儲能系統(Distributed energy storage system)，集中型儲能系統主要適用於輸電系統(Transmission System)與變電所內，分散型儲能系統則用在配電系統(Distribution system)與用戶端(Customer)。綜觀而論，儲能系統目前在商業應用面上，輸電系統的主要應用是在實現尖峰負載卸除(Peak Load Shaving)功能，配電系統的應用是延緩系統擴充及與既有配電管理系統(Distribution Management System, DMS)整合。

根據ONCOR所提出分散式儲能系統在德州所能帶來的好處，可以分成三個不同角度來描述，如圖1所示:

商業價值: 透過能源交易市場的競價機制，投資者可以利用儲能系統參與電力能源市場交易套利或是參與電網輔助服務獲利，ONCOR利用模擬的方式呈現儲能系統參與ERCOT交易市場的情境，藉以最小化整體系統的發電成本，年度發生成本與收益結果以每日每小時為單位呈現如圖2所示。依照2012年德州即時市場電價，推算儲能系統設置位置於ERCOT市場中的套利機會如圖3所示，在西德州部分輸出受限區域，每年套利的收益可達到150/kW-year。過去，這些區域因豐富的風力發電及輸電系統限制，以至於限制當地發電輸出至其它區域，因此ERCOT歷經低電價甚至負電價等情形。

社會價值: 這是政府政策推動者最常使用的優勢指標，因為儲能系統實際應用於整個電力系統中，無論是電業、零售用戶、市場參與者或是其他參與者都共享儲能系統所帶來的好處與優勢。

用戶價值: 儲能系統應用對於用戶所帶來的好處，有較低的電費、將儲能系統作為備用電源以改善用戶的可靠度、利用儲能系統進行電壓控制以改善用戶的電力品質。因為商業/工業用戶電力使用通常會高於住宅用戶，且商業/工業用戶願意投資較高費用來預防斷電，圖4為高滲透率商業/工業用戶饋線的儲能系統應用以降低配電系統斷電損失案例。

圖1儲能系統在德州的優勢評估

圖2 儲能系統實現能源套利與輔助服務的成本效益案例

(基於5GW儲能應用的年平均數值)

圖3 基於2012年ERCOT市場價格的儲能設置位置與能源套利案例

圖4 年度配電用戶避免斷電的儲能應用估算案例

ONCOR將儲能系統應用於降低用戶電價、改善既有發電/輸電/配電資產的利用率、快速響應負載與發電變化與增加顧客可靠度等面向的功能，詳細分類如下:

能源市場套利: 儲能系統依照市場高/低電價進行放/充電套利。

提供輔助服務: 配合系統需求於指定時間進行儲能操作，以協助系統維持穩定可靠度。

降低輔助服務需求: 藉由快速反應的儲能系統，降低傳統提供輔助服務機組的使用。

降低電力生產成本: 依照系統生產成本調節儲能系統充/放電行為，於系統低生產成本狀態時充電並在高生產成本時進行放電。

避免發電投資: 藉由儲能系統應用，降低對傳統發電資源的投資，包含新的發電廠或需量反應資源。

延緩輸電與配電系統投資: 應用儲能系統均化調節輸/配電系統的即時承載狀態，以延緩輸配電系統的投資成本。

增加用戶可靠度: 應用儲能系統提供系統備援，以降低用戶的斷電次數與斷電時間。

提升電力品質: 當系統發生電壓降或區域系統不穩定狀態實，應用儲能系統的實/虛功率調節功能可以提升系統電力品質。

整合間歇性再生能源: 應用儲能系統的平滑(Smooth)功能，可減少再生能源所造成的間歇性不穩定功率輸出對電網的影響，藉此，可以提升再生能源的可併網容量。

降低傳統發電機組的啟閉: 傳統發電機組為了因應系統尖/離負載變化，需要經常進行發電機組的啟動與關閉，應用儲能系統則可以減少傳統機組的啟/閉次數。

降低溫室氣體排放: 應用儲能系統可以減少部分石化機組的啟用，因此可以降低溫室氣體排放。

降低線路損失: 將儲能系統設置於負載中心，配合尖峰放電與離峰充電機制，可以減少發電至用戶之間所造成的能源傳輸損失。

隨著越來越多風力發電系統建置於德州電力系統，2014年3月26日德州ERCOT風力發電輸出功率達10.296 GW。在西德州150MW Notrees風場中設置有一座儲能系統來因應風力發電的變化。由Xtreme Power建置的Duke Energy儲能系統具有36MW(h)並可以在數秒之內進行快速反應。Duke Energy於Notrees風場中設置電池儲能的主要目的是協助處理風能與太陽能間歇特性，試驗結果證明電池快速反應為其一大優勢。過去，ERCOT主要是利用傳統發電廠需要數分鐘來爬升/下降 (ramp) 輸出功率變化，如天然氣機組需要數分鐘的響應時間來調節系統頻率，以至於傳統電廠須持續追蹤電網調度者的調度信號。由於儲能系統可以在秒等級完成功率調節，因此，儲能系統更能精確且快速的符合系統調度者的調度信號。經過Xtreme儲能系統一年運行結果更加確立了未來儲能系統在輸電系統頻率控制應用的可行性，圖5為德州Notrees風場的儲能系統。

圖5 德州Notrees風場的儲能系統

依照操作經驗，德州Notrees的儲能系統每小時約會進行6-10次的電池調度以調節系統頻率。未來ERCOT會逐步拓展儲能系統的功能，如:在電力交易市場中以提升儲能系統經濟效益。靈活性與可靠度是目前儲能系統最大的兩個價值。儲能具有非常彈性的Ramp rate控制，這也是目前加州電網所面臨的問題。加州，目前有大量的PV會在日出時開始發電，同時，傳統發電機組必須配合降載輸出。夜間，PV發電量開始下降，傳統發電機組亦必須配合負載需求調節發電量。因此，儲能系統非常適合應用於這種情境。儲能系統另一個優勢為具彈性的設置點，可以設置於負載中心或輸電系統壅塞地點。

Duke Energy規劃在德州Los Vientos場域，將再新建裝置容量400MW的風力發電廠，然而，目前再生能源與儲能整合系統在ERCOT市場中未能順利推行，主要是儲能投資成本的回收機制尚未完全建立。反觀，在夏威夷或波多黎各的儲能系統，因其儲能系統攸關系統穩定度與Ramp rate控制等電網問題，因此，儲能系統的重要性較為顯著且必要。