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專欄》從工廠、企業,到牧場,都可以變成虛擬電廠!

新型態的農、牧場藉由得天獨厚的綠能條件,成為「虛擬電廠」市場潛力軍。 (來源:Unsplash)
撰文者:顏哲淵
與永續者同行 2022.06.30

台灣即將邁入 7 月,正式進入夏季的同時,隨氣溫上升而增加的用電需求,與日落時分的鴨子曲線,都將會是電網穩供的一大挑戰。透過「虛擬電廠」建立可快速反應的電力供需調整機制,已成為新常態,除了過往依靠工廠綠能與蓄電池搭配,如今新型態的農、牧場藉由得天獨厚的綠能條件,成為「虛擬電廠」( Virtual Power Plant, VPP )(參考閱讀:能源轉型時代,「新能源管理」為何成為企業佈局關鍵?) 市場潛力軍。

與綠能共生,借鏡國外農、畜電共生的成功案例

美國電力公司 Xcel Energy 與科羅拉多州傑克農場的農電共生合作案例,透過電力訂閱機制,減免使用者電費。 Xcel Energy 既有客戶,可藉由選擇訂閱傑克農場的綠電,獲得每月電費額外折抵,從而減少每月支付給 Xcel Energy 的電費。

農電共生除了有效提升空間使用率外,另有多項附帶效益,如因科羅拉多州氣候乾燥,光電板下的溫度可降低約 9 °C ,使下方的農作物免於過度曝曬,提高 70 % 作物產量;同時,農作物也幫助減少地面熱反射,阻止熱輻射向上影響光電板效能,因此幫助光電板提高 2 % 產電力。

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美國電力訂閱機制圖 (來源:Xcel Energy 公開資料)

美國最大豬肉生產商史密斯菲爾德食品與美國電力公司 Duke Energy 的畜電共生合作案例,選在密蘇里州的豬舍,利用豬隻排泄物所散發出的甲烷,轉化成大量可再生天然氣,為其設施及附近社區供電,每年約有 140,000 dth 產生,估計足夠供給約 1 萬戶家庭使用。

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由此可見,農、牧業與綠能共生共榮,確實有其得天獨厚的條件。隨著氣候極端化,作物和牲口無疑將面臨更嚴苛的生存環境,此時一地兩用的農、畜電共生,將有效改善高溫帶來的衝擊,幫助提高作物產量,或提升畜禽換肉率與泌乳量。

農、牧場中的綠能設備,除上述加值優勢外,回歸其本質面,還得將綠電善盡其用,虛擬電廠的出現正好帶來解決之道。

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美國沼氣發電案例 (來源:Duke Energy 公開資料)

虛擬電廠遍地開花,多元場域靈活應用

農牧舍種電在台灣已不稀奇,中南部許多畜牧主早跟進,但隨太陽光電躉購費率逐年遞減,又近年台灣開啟新的電力交易市場,未來選擇自發自用,並將農牧舍打造成「虛擬電廠」,有望成為新趨勢。

跳脫傳統再生能源躉售的綠電販售型態,採綠能自發自用模式的商業模式,並在畜牧場電力有餘裕時,參與台電輔助服務及電力交易等加值應用,將綠電價值最大化。

「農、牧舍虛擬電廠」並非元宇宙概念,它真實存在,且已被應用於多種場域情境,如澳洲生質能業者 Innovating Energy 就選在澳洲新南威爾士州的一個農業區,打造首家乳製品污水沼氣廠,將周圍 18 個乳牛農場 125,000 噸糞便及 30 噸食物垃圾轉換為可再生能源,利用於乳牛農場供電,並裝載 2 MW 的儲能系統,期待透過虛擬電廠機制,為遠離電網的奶農尋找替代電力。

透過整合鄰近的分散式電力資源,將再生能源、儲能設備甚至用戶的可調節負載相互串連,再導入預測及優化技術,形成一個穩定的供電來源。除了在區域內形成微電網生態外,也能在主電網不穩定時,併網挹注電力救援,達到強韌電網之終極目標。

澳洲虛擬電廠案例 (來源:Innovating Energy 公開資料)

台電攜手聯齊落腳中興大學,打造全台首創畜牧虛擬電廠

聯齊科技擁有多元的虛擬電廠建置經驗,如桃園文欣國小的校園虛擬電廠,或和順益汽車合作的企業虛擬電廠,今年則首度與畜牧業跨界合作,選在國立中興大學畜產試驗場,攜手國立中興大學前瞻理工中心與台灣電力公司綜合研究所,以發展「永續再生能源農牧場」為目標,導入自家開發 CEMS 場域型能源管理系統,推動智慧農牧場畜電共生虛擬電廠的創新營運模式。

中興大學畜產試驗場佔地 73,296 平方公尺,全區用電範圍涵蓋辦公室與牛、豬、雞舍等區域,因全年無休,又割草及冰乳桶等日常設備耗電量大,每年總電費逾百萬元,其中超約罰金更高達 8 萬元。

上述問題期待透過虛擬電廠得到緩解,以 AI 能源管理系統提升產銷者用電效率,發展出符合畜牧場用電基線及作業流程的調控策略,搭配自發自用太陽能及廢水氫能設備,經蓄電池調控需量反應,在不同時段進行削峰填谷,以抑低超約罰金;另外,由於畜牧場特有的用電模式,主要用電集中在於晨昏的榨乳時段,正巧與市電的主要用電尖峰錯開,故在白天太陽能發電的高峰期間,畜牧場得參與台電輔助服務或作為電力調度場域,是近乎理想的電力應用模型,可謂一舉數得。

AI 蓄電池智能演算法運作示識圖 (來源:聯齊科技)
中興畜產試驗場用電曲線極可能優化議題 (來源:聯齊科技)

分散式電源與虛擬電廠——相輔相承,缺一不可

去年台灣才歷經 513 、 518 短短一個月內兩次大停電,在還沒滿週年之際,今年 303 大停電再度喚醒大眾對能源議題之關注。台灣正因應能源轉型政策,加速佈建再生能源電廠,隨其發電佔比逐漸提高,發電間歇性的問題,彰顯出建立彈性的微電網生態的重要性,此時透過發展虛擬電廠,才能確保整個電力系統穩定運作。

相信不久後,以虛擬電廠為基礎的新能源模式,將有助於高綠電佔比的電力結構下,最大化能源使用效率,且不限於工業廠房,凡校園、畜牧舍甚至農漁業場域,都能結合各種使用情境之特性,靈活調整,創造再生能源電力服務以外的綜效。

顏哲淵
NextDrive 聯齊科技創辦人兼執行長,產品榮獲日本ET/IoT Technology大賞特別獎與Good Design產品設計獎。曾任Ninecom創辦人兼執行長、美商Fresco Logic台灣區總經理,專注於能源管理服務與分散式能源議題,期望透過物聯網、雲端和大數據,創造每度電都被善加利用的智慧生活。

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