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科技專案成果

高雄日光小林村再生能源儲電系統場域驗證
發佈日期:2021-04-26
單位:國家中山科學研究院
案例年度:2020
簡介:
充沛日光別浪費 家戶型太陽能系統充分利用
日光小林村位於高雄市杉林區,全年日照充沛,為一能充分發展太陽能發電之再生能源地區,為了不浪費寶貴的太陽能能源,計畫團隊於當地建立家戶型儲電系統搭配儲能貨櫃,示範以儲能系統來避免對電網造成衝擊的解決方法,使民眾感受再生能源電網的效益,本系統並做為廠商產品驗證平台,加速推動進入儲電產業並搶攻國際市場。

特色:

獎項名稱:科專成果場域應用獎-在地連結類
執行單位:國家中山科學研究院飛彈火箭研究所
計畫名稱:大型鋰電池元件與儲電技術
資料出處:109年度經濟部技術處法人科專成果表揚成果專輯
 

團隊合照

▲ 團隊合照
 

日光小林村位於高雄市杉林區(高雄市杉林區忠義路),全年日照充沛,為一能充分發展太陽能發電的再生能源地區,然而日光小林村與大愛村屬於台電同一條饋線,因大愛村已裝設200戶的太陽光電系統,總輸出容量已達台電對外饋線容量20%的上限,導致大愛村的剩餘800戶與相同饋線上的日光小林村,無法再單純裝設太陽光電系統產電,浪費了寶貴太陽能能源。
 

針對上述問題,計畫團隊於105年在高雄日光小林村建立15戶家戶型儲電系統(3kW太陽能光電板及6~10kWh電池模組),並搭配100kWh儲能貨櫃,示範如何以儲能系統來避免對電網造成衝擊的解決方法,使民眾感受再生能源電網的效益,本系統並做為廠商產品驗證平台,加速推動進入儲電產業並搶攻國際市場。
 

回收汰役電池,邁向循環經濟

▲ 回收汰役電池,邁向循環經濟
 

回收汰役電池 邁向循環經濟
 

本場域也與裕隆電能合作,將裕隆電能由電動車淘汰下來的電池組,經由中科院飛彈所綠能團隊進行檢測、分類分級篩選,重組轉用於高雄日光小林村社區型儲電系統車廂內,將舊電池重新使用於儲電系統,不僅解決儲電系統成本過高的問題,還能解決未來電動車電池大量汰役後鋰電池回收的環保問題。
 

再生能源儲電系統能使電能效益最大化,記錄全社區各戶用電資訊,透過區域控制器,可以有效管理能源轉換模組與儲電模組,不僅能滿足日光小林村家庭日常用電,還能監控負載用電和電力調度的即時狀況,多餘電力還可提供社區活動中心等公共場域使用,以減輕電力負擔。
 

中科院飛彈所綠能團隊,將目標鎖定發展以鋰電池為主的儲電系統,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」等,解決再生能源供電不穩定的現象,大幅提升再生能源利用率。
 

另外,團隊並開發電動車用汰役電池轉用技術,透過「電池健康狀況估測與預警」鑑價技術、「電池組健康狀態演算法則及評鑑模式」技術,進行汰役電池篩選、重組、測試驗證,轉用於儲電系統,並經過場域驗證電池健康狀態評估(SOH)其效能轉用為80%-50%,汰役電池延壽年限3~5年,可有效解決儲電系統成本過高的問題。
 

有鑑於國防武器系統技術推廣應用於民間科技領域的需求日益增加,以及經濟部為國家綠能科技積極推動法人科專計畫,中科院秉持「轉化國防科技研發能量,提升綠色能源科技」的願景,投入開發新興綠能產業領域。
 

高雄日光小林村再生能源儲電系統(100kWh儲能貨櫃)

▲ 高雄日光小林村再生能源儲電系統(100kWh儲能貨櫃)
 

完成協調工作 場域驗證成功
 

為了在日光小林社區建置多點併網的家戶型儲電系統示範運作,團隊投入場勘、規劃、設計、模擬、工程建置、運轉、驗證及後續綠色憑證申請等。其中,再生能源儲電系統場域驗證執行前,需先向高雄縣市政府、鄉公所說明計畫目的及效益,取得地方政府支持,接著與台電公司、能源局及社區居民進行協調並宣導當地民眾儲電知識,且由於儲電尚無併網法規可依循,需要專案申請,完工後還需向台電公司報請竣工查驗。
 

雖然協調工作與儲電系統技術無關,但這對場域驗證成功與否有重要的影響,且再生能源儲電系統場域驗證與日光小林村當地民眾利益有關,因此計畫團隊在協調工作上花費相當多的時間,團隊不以為苦,期望透過微薄之力可以有效改善能源結構,建構低碳社會與城市,協助偏遠地區進一步實現節能減碳。
 

發展再生能源 需掌握儲電技術
 

臺灣發展再生能源,須搭配儲電技術,克服電力不穩定的問題,而分析整個再生能源儲電系統,最為昂貴的項目是電池儲能的成本,因此降低電池的成本及延長電池使用壽命,將是儲電系統產業興起的關鍵。
 

現今多數市售電動車動力來源為鋰電池模組,其具有體積小、能量密度高、高安全性等特性,在未來電動車普及後,預期將會產生大量汰役車用鋰鐵電池,這些汰役電池若隨意丟棄,將會成為地球環境嚴重的汙染源,且這些汰役電池回收成本過高(回收價1kg約110元),廠商的倉儲與管理成本將不容小覷。
 

汰役電池的能量雖只有新品的70-80%的可用容量,但相較於傳統鉛酸電池而言,仍具有較高的能量密度,非常適合應用於儲能系統,不僅可以延長動力電池全壽期及降低環境汙染等效益,更能達成產業鏈結、循環經濟、共創商機的目標。
 

有鑑於此,此計畫積極結合上游學研單位、中游電控硬體、資通訊設備供應生產廠商、儲能周邊應用廠商及下游系統整合服務產業,建立完整的儲能系統產業鏈,帶動國內產業界投入儲能產品市場。
 

計畫成果應用在產業方面,能提升國內業界電力控制與系統整合技術,協助國內產業開發高附加價值的再生能源及智慧型電網系統產品。
 

高雄日光小林村家戶型儲電系統(3kW太陽能光電板及6-10kWh電池模組)

▲ 高雄日光小林村家戶型儲電系統(3kW太陽能光電板及6-10kWh電池模組)
 

成功心法Box
 

中科院團隊利用所發展社區型儲電系統技術,選擇日光小林村15戶住家做為示範驗證,將汰役電池重組轉用於高雄日光小林村社區型儲電系統車廂內,該系統可獨自供電給每個住家,實現「當地產電、當地使用」,突破再生能源安裝容量饋線容量上限,提高再生能源使用率,實證過程完整,具未來應用潛力。
 

【專家推薦】
 

  1. 提供太陽能發電後饋線容量不足就地儲能的方案,解決偏鄉電力不足問題。本成果以日光小林村為場域,解決日光小林村的用電問題,並實證太陽能光電儲電系統之可行性,具前瞻性。
     
  2. 以汰役電池及BMS系統在供電系統的效益、成本、安全、使用壽命等方面提供解決方案。整體解決方案完整且具前瞻性,實證過程完整,具未來應用潛力,可更深入分析成效效益。
     
  3. 完成100度電的儲能容量及電力調度管理,符合偏鄉電力供應需求,具有社會效益,系統本身也成為很好的示範。對政府照顧偏鄉電力的效益安全與節能有大的貢獻,現在已經再拓展到金門,未來可發展成各家庭的儲能設備。

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