【專題探索】微電網技術經濟性分析研究
陳彥宏、陳彥豪、左峻德、胡明哲 (2010/11/05) 《台經月刊第33卷第11期》
【編按】本研究感謝行政院核能研究所提供之相關實際資料
當今傳統電力系統面臨諸多挑戰，例如現行離線方式之應變計畫存在發生連鎖停電的風險、再生能源與新能源發電的不穩定、開發中國家人口成長速度遠高於電網的建置速度等。面對以上挑戰，世界各國之電源供應系統逐漸朝向分散式電源發展，擴大再生能源利用，提高能源的利用效率，降低能源密集度。然而再生能源及新能源發電的不穩定特性，當其併入電網之容量占比逐步提高而達到某個程度時，自亦影響電力系統的穩定度，需發展即時有效監控／調度分散式或再生式電源技術，降低分散式電源併網帶來的衝擊，因此美國、歐洲與日本等先進國家近年都積極投入先進電網技術研究。
微電網(Micro Grid)的主要概念為，將分散式電源以電力電子與資通訊技術(ICTs)為核心進行系統整合(Integration)，以取代傳統電源的個別併網方式。微型電網應用範圍與分類依其電力等級、系統形式與使用者類型，可分為村莊微電網(Village Micro Grid)、柴油發電微電網(Diesel Mini Grid)及城市（鎮）微電網(Urban Mini Grid)三種。村莊微電網為非併網系統，多用於電力基礎建設落後地區，提供基礎電力改善生活品質。柴油發電微電網亦為非併網系統，利用於島嶼、村落等不易併聯大電網區域，降低柴油發電成本和化石能源利用、提升電力普及率。城市（鎮）微電網則用於已具備電力基礎地區，建立次世代配電系統，使配電網可孤島運轉，以提高電力供應安全與再生能源使用。微電網的經濟性是吸引用戶的關鍵，最佳化的經濟分析將有助於了解真實市場下，微電網可帶來的整體利益。本研究將介紹核能研究所開發之微電網技術經濟性分析模式，並以核能研究所園區內的百萬千瓦級微型電網計畫作為雛型，提出假設性案例，同時利用線性規劃軟體，估算微電網在最低營運成本的狀態下，24小時的最佳化排程。
微電網的概念與配置
微電網是將一系列的負載與微電源整合成為單一可控制的系統，向用戶提供電力與熱能。依據CERTS (Consortium for Electric Reliability Technology Solutions)所定義之微電網，主要由靜態切換開關(Static Switch)與微電源(Micro Source)所組成，可與大電網併聯運轉，在大電網故障時亦可獨立運轉。微電網的構成需包含以下特點(US Department of Energy, 2009)：(1)對等環境；(2)沒有顯性的通訊系統；(3)隨插即用；(4)為規模可變系統；(5)運用熱與電力結合系統改善效率；(6)可在孤島運轉及併聯運轉間平穩的轉換。現階段微電網的建置包含可調度的(dispatchable)發電，如燃氣引擎(Gas engine)、渦輪機(turbine)、燃料電池(Fuel Cell)；另外不可調度的發電像是風力機(Wind turbine)、太陽能發電(photovoltaic)與生物質發電(Biomass)（Abu-Sharkh等，2006）。
儘管各國環境條件有所差異，但從各國已經成型的微電網來看，微電網主要包含使用再生能源為主的發電。現階段最常見到的為太陽能發電板或風力發電機，利用太陽能發電具有成本低廉的特性，除了起始的建置成本外，不需要再考慮額外的其他費用；但可能受到其天候與地區性的限制，以台灣來說，南部有較充足的日照，而夏季的日照也多於冬季。而風力發電並不會有日照強度不均的問題，以及黑夜與白晝的差別性問題發生，根據氣象局統計資料，台灣的風場豐富，平均超過每秒鐘四公尺的風速，也就是說具有發電的效益。
微電網示範園區、再生能源整合、儲能設備規劃、營運成本分析、能源自主化、負載管理、最佳化排程、分散式發電系統、GAMS建模、能源經濟性評估
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