台灣能源轉型之區域供電挑戰與因應

台灣能源轉型之區域供電挑戰與因應

林法正

NEP-II智慧電網主軸中心召集人 國立中央大學電機系講座教授

2018年7月19日

林法正

NEP-II智慧電網主軸中心召集人 國立中央大學電機系講座教授

林法正

NEP-II智慧電網主軸中心召集人 國立中央大學電機系講座教授

國立中央大學電機系講座教授 台灣電力公司常務董事

NEP-II智慧電網主軸中心召集人 IEEE/IET Fellow

林法正

內容大綱

一.台灣能源轉型之區域供電挑戰 二.台灣區域能源整合發展規劃

三.沙崙綠能科學城CEMS 四.區域微電網

五.太陽光電聚合服務

六.區域能源整合運作技術驗證項目

一、台灣能源轉型之區域供電挑戰

The Evolving Electrical Network

past unidirectional power flow

some distributed generation, e.g.

 biomass

 solar

 combined heat and power

 reduced boundary flow

 electrification (connection of distributed generation)

more distributed generation _ reduced boundary flow

 voltage control needed

 automation

still more distributed generation (e.g. wind) _ reverse power flow

 fault current limiting

 reactive power management, stability

bulk storage independent operation:

 load scheduling

 islanding control

 reconnection/auto-synchronization

 demand response SVC

power flow

load load load

Source: Ofgem, UK

G G

Voltage G Control

G

fault current

limitation storage

islanding control

demand response

voltage and load control

台灣 2025 能源政策目標

 兼顧能源安全、環境永續及綠色經濟發展均衡下，建構安全穩定

、效率及潔淨能源供需體系，創造永續價值，於2025年達成非核 家園目標。

 2025達成非核家園政策目標，能源配比：燃煤30%、燃氣50%、

再生能源20%。

5 資料來源：科技部陳宗權司長，綠能科技產業創新推動方案， 105年10月27日

2025 515(億度) 太陽光電 風力發電 其他綠能 250(億度) 140(億度) 125(億度)

國內再生能源價格競爭力分析

8.07685

7.00945

6.0448

5.2891

4.8061

4.5388 4.5388

7.2585

6.1555

5.2316 5.1236

4.6679

4.4098 4.4098

2.6199 2.6091 2.6169 2.70645 2.7931 2.85855 2.7492

2.7222 2.8945 3.0705 2.9331

2.6159

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

太陽光電屋頂型(500 瓩以上)躉購價格 地面型

風力陸域躉購價格

平均電價 表燈用電 1001度以上部分夏月6.41元

表燈用電 1001度以上部分非夏月5.03元

 陸上風力發電已達到市電同價，選用太陽光電發電對特定用戶已具有競爭力

 陸上風電及太陽光電躉購價格已面對調降壓力。

資料來源：台電網站

年份(年)

躉購費率/電價(NTD/kWh)

2.56~3.5 NT/kWh (太陽光電躉購競價結果)

2.2~2.5 NT/kWh

(2025離岸風力發電躉購競價結果)

資料來源: Marchment Hill Consulting Analysis, 2012 ; 行政院能源局 , 智慧電網總體規劃,2012/10; 行政院能源局 , 2014能源產業技術白皮書,2015; 2015三個再生政策台經院 2014

附註:儲能系統為不包含抽蓄水力與壓縮空氣以外的儲能系統 2021~2030

配電輔助服務機制成熟

儲能系統成本與國內儲能市場趨勢

離島應用(已展開) 高壓

低壓 配電 電

壓 等 級

2015 2020 2025 2030 2035

儲能 系統成本

發 展 條 件

USD/kW

離島高柴油 發電成本

需量反應與 用戶代表群 機制成熟

 再生能源發電量占全國發電量20%(台電30%)

 離岸風裝置容量目標4GW、太陽光電目標 20GW

$710~$1000/kWh

$550~830/kWh

$400~660/kWh

$250~480/kWh 風力發電併網/再生能源整合

太陽能發電併網/配電品質維持

島嶼微電網應用/偏遠地區及供電瓶頸

Tesla PowerPacks $250/kWh Tesla Powerwall $350/kWh

2018年 開始有缺

電風險

抽蓄水力儲能 成本約 $200/kWh

用戶端 緊急用電

$430/kWh

$270/kWh

$125/kWh

若電動車輛興起，電池價格未來有機會每5年減少50%

$940/kWh

擴大太陽能自發自用/維持電力品質

8

年度 2021 2024 2025

併接點 彰一(甲)開閉所 彰一(乙)開閉所 • 彰工升壓站

• 永興開閉所

電壓 161kV 161kV • 彰工：161或345kV

• 永興：161kV

當年度可併容量 1GW 1.5GW • 彰工：2GW

• 永興：2GW

累計可併容量 1GW 2.5GW 6.5GW

配合完成之 加強電網工程 (約520億NTD)

• 彰 一 開 閉 所 及 161kV 彰 一 (甲)~彰光~彰濱2回線

• 彰濱E/S主變裝機2台

• 345kV中火(南)～中寮(南)線 改接至中寮(北)

• 161kV彰一(乙)~中港2回線

• 345kV中火(南)～彰濱~全興

~中火(南)線更換為超耐熱導 體

• 彰工升壓站及345kV彰工~彰濱2回線

• 新建永興開閉所及161kV永興~彰埤8回線

• 新建彰埤開閉所及161kV彰埤~彰林5回線

• 345kV中寮(南)~南投2回線更換超耐熱導體

• 超高壓第3路主幹線更換耐熱導線

 2025年以前各年度併網容量

台灣電力公司彰化離岸風力併網規劃

9

 太陽光電已知場域分布

桃園市 626MW

-桃園埤塘 626MW

嘉義縣 413MW

-嘉義鹽業用地 233MW -滯洪池:白水湖、新塭 87MW -地層下陷第14~16區 93MW

台南市 488MW

-台南鹽業用地 302MW

-烏山頭水庫 7MW

-垃圾掩埋場 17MW

-地層下陷區(待公告) 143MW -奇美善化農場 12MW

-台糖岸內糖廠 7MW

屏東縣 546MW

-地層下陷區(待公告) 307MW -高樹回填地 24MW -農牧光電專區 215MW

高雄市 66MW

-高雄內門旗山 66MW

台東縣 150MW

-台東知本健康段 150MW

彰化縣 590MW

-彰濱工業區崙尾東區 232MW -台電彰濱崙尾西區 100MW -地層下陷第17、18區 55MW -彰濱工業區線西區 13MW -彰化汙染農地 190MW

雲林縣 1,305MW

-離島工業區台西區 310MW

-椬梧滯洪池 33MW

-地層下陷第1~13區 687MW -地層下陷區(待公告) 275MW

太陽光電併網規劃進度說明

台灣電力公司電力調度中心現況

不同等級調 度中心

數 量

名稱

中央調度中 心(CDCS)

2 台北、高雄

區域調度中 心(ADCS)

6 基隆、台北、新竹、台中、新營、高雄區域 調度中心

配電調度中 心(DDCS) 饋線調度中

心(FDCS)

21  基隆區、台北北區、台北北區、台北西 區、台北南區營業處 (5)

 桃園區、新竹區、苗栗區營業處(3)

 台中區、南投區、彰化區、豐原區營業 處(4)

 嘉義區、雲林區、台南區、新營區營業 處(4)

 高雄區、屏東區營業處(2)

 宜蘭區、台東區、花蓮區營業處(3)

資料來源：電力系統負載與調度，台灣電力公司，(台經院整理)

中央調度中心 (CDCS/EMS)

區域調度中心 (ADCS/EMS)

配電調度中心 (DDCS)

饋線調度中心 (FDCS)

超高壓變電所 E/S 值班主任

345 kV 161 kV 161 kV 69 kV 161 kV 22/11 kV

69 kV 11 kV 配電線

E/S 超高壓 變電所

P/S 一次變電所

D/S 一次配電

變電所

S/S 二次 變電所

電話指令 操作 經ADCS電腦操作

 電力調度為3階層的金字塔型模式，最頂端是臺北、高雄各1個中央調度中心，採雙主控、互為備援的方式，

負責全系統的電源調度；中層是全省6個區域調度中心，最底層則是共有21處的配電調度中心。

 為執行自動化單位運轉操作任務，台電公司特設立各級調度部門，於總公司電力調度處設中央調度中心；各 供電區營運處依供電系統範圍分設區域調度中心；各區營業處依業務系統範圍分設配電調度中心。

二、台灣區域能源整合發展規劃

台灣綠能高占比智慧電網發展願景

具電網輔助服務功能之中 大型再生能源電廠

城市級虛擬電廠

綠能高占比離島微電網

區域能源管理體系 中大型再生能源電廠具備輔助服

務功能，以負擔維持電力品質及 供電穩定度之責任 – 解決再生 能源供電不穩定及併網問題 (NEPII太陽光電測試場域)

吸引用戶導入需量反應、再生能源設備、

儲能設備、燃料電池等分散式電源設備共 同參與電力事業，創造國民綠能源新經濟 –達到節電與創電、降低尖峰負載

(台北市政府合作於興隆公宅)

建立大型離島綠能高占比智慧電網推廣 建置模式，台灣小型離島則全面建置無 人化管理微電網系統。– 降低離島發電成 本、達到低碳

(澎湖東吉嶼、七美島)

強化需求面管理、再生能源、儲能應用，並 推動台電各區處結合縣市政府建立區域能源 管理與供應體系(VPP/CEMS、需量反應與分 散式電源聚合服務aggregator、微電網)，

建立未來全球智慧能源規劃與管理標竿

(NEPII於沙崙綠能科學正進行VPP/CEMS發展 中)

埤塘太陽能光電廠

中大型太陽能光電廠 大型離岸風力電廠

離島綠能高占比 智慧電網 離島無人化管理微電網

資料來源：林法正、陳彥豪，系統整合創新技術發展106 ~110 年藍圖規劃

具電網輔助服務功能之中大型再生能源電廠

未來台灣中大型再生能源電廠將具有提供頻率響應、電壓升 降控制、實虛功管理等輔助服務之能力，搭配儲能系統可將 再生能源發電平滑化，及提供緊急快速放電能力及最佳充放 電策略等功能，以維持電力品質及電力系統供電穩定度。

北部埤塘太陽能光電廠

中南部大型 太陽能光電廠

 2025年台灣太陽光電與離岸風力電廠之裝置容量預計分別 達到20GW與3GW，為解決再生能源供電不穩定及併網問題

，中大型再生能源電廠必須具備輔助服務功能，協同輸配 電系統維持電力品質及供電穩定度。

 主軸團隊將以實虛功率控制、先進逆變器技術為基礎，發 展中大型再生能源電廠作為電網輔助服務之相關功能，除 可促進綠能持續發展與連結，並可確保能源穩定供應及整 體經濟最佳化。

 藉此台灣綠能相關產業將可成為全球中大型再生能源電廠 營運與逆變器智慧整合科技及輔助服務市場機制的領先者

中部大型 離岸風力電廠

資料來源：林法正、陳彥豪，系統整合創新技術發展106 ~110 年藍圖規劃

城市級虛擬電廠

大樓屋頂裝設太陽能 發電系統

地下室機電空間裝設儲能系統 電動車充電設備-推廣綠能運具 ^{智慧電表-電網基礎} _建設

 虛擬電廠系統技術配合電力市場自由化可吸引用戶導入 需量反應、再生能源設備、儲能設備、燃料電池等分散 式電源設備共同參與電力事業，彌補未來穩健減核後的 容量缺口，帶動新興綠能與電力事業。

 主軸團隊和台北市政府合作於興隆公宅建置台灣第一座 城市級虛擬電廠。此模式可大量於各縣市公宅與私宅推 廣，帶來更大規模節能效益，創造國民綠能源新經濟。

智慧生態社區 能源雲端資訊中心

公共住宅

智慧建築與家庭 能源管理系統

太陽能系統儲能系統

電表

小型風力機 電表

太陽能系統 學校

公園 公園

儲能系統 太陽能系統

電表

公共住宅智慧電網示範 (BEMS、HEMS)

再生能源示範公園 (EMS)

低碳校園示範 (BEMS)

高再生能源創電低碳公園 (EMS) 智慧生態社區

雲端能源管理系統 (CEMS)

科技商辦大樓 (BEMS) 科技商辦

U-Car V2G

 主軸團隊推動芬蘭、捷克城市合作，共同實現 地方政府建構專屬能源管理系統作為用戶群代 表，逐步促進都會區微小需量參與需量反應，

擴大都會區可抑低需量來源。

隨著工業用戶尖峰負載抑低容量趨近飽和及 智慧電表佈建，都會區微小需量參與需量反 應可擴大需量來源及穩定都會區電力供應。

資料來源：林法正、陳彥豪，系統整合創新技術發展106 ~110 年藍圖規劃

離島綠能高占比智慧電網及微電網

離島微電網系統—澎湖東吉嶼

主軸團隊目前已於澎湖東吉嶼導入無人化離島微電網 能源管理系統，完成發電預測、負載預測與遠端監控 功能，除可大幅降低離島發電成本及提升供電品質 外，更可建立台灣產業在含再生能源獨立電網技術能 力。

離島綠能高占比—澎湖七美島

主軸團隊正進行澎湖七美島高占比太 陽光電系統、儲能系統及智慧電網能 源管理系統建置。未來台灣大型離島 將以柴油發電機組配合儲能，大幅提 升再生能源佔比。

 推動台灣大型離島綠能高占比技術發展可使綠能充份運用，且降低離島發電成本與供電品質改善，並 建立符合成本效益之太陽光電、風電、儲能、柴油發電機容量配比，以建立離島綠能高占比智慧電網 推廣建置模式，台灣小型離島則可全面建置無人化管理微電網系統。台灣微電網技術推廣已開始推廣 到緬甸、泰國、印尼、馬來西亞、中國大陸等，提升台灣產業之離島微電網技術水準，將有利爭取國 外離島綠能及電網商機，成為全球微電網技術領先者。

離島或偏遠地區微電網可提高離島或偏遠再生能源發電、

減少使用燃油發電、提升供電品質及朝向零碳供電邁進。

資料來源：林法正、陳彥豪，系統整合創新技術發展106 ~110 年藍圖規劃

 台灣各區域能源利用與再生能源有其特色例如北部為能源需求中心、中部擁有離岸及陸上 風力發電資源、南部太陽光電資源充沛、東部則有豐富的地熱、海洋能源。因應台電孤島 系統，未來主軸團隊將強化需求面管理、再生能源、儲能、智慧電網應用，並推動縣市政 府建立區域智慧能源管理與供應體系，促進能源轉型所需技術實用性、經濟性，實現國家 能源轉型目標。

 未來配合電力事業開發，各縣市政府將成立區域智慧能源管理中心，可整合現有節能、創 電、產業政策，以智慧城市、智慧政府、智慧服務、智慧場域為核心，善用區域資源擴大

區域能源管理體系

低耗能智慧產業園區(智慧城市) 智慧校園

零耗能住宅示範社區(智慧場域) 智慧機關

能源雲端資訊中心 (智慧服務)

智慧商辦大樓 太陽光電廠

透天式住宅 & 智慧家電 太陽光電廠 創能公共設施及

零耗能建築示範 (智慧政府)

用電創電大數據 用戶群代表商業模式(智慧經濟 太陽光電廠 )

用戶集成商

資訊中心 電力公共事業

儲電系統

台灣各區域能源利用與再生能源有其特 色，智慧電網技術及虛擬電廠商業模式 可驅動台灣智慧能源整合、建構綠色能 源供應體系。

綠能使用、提高電能使用效能與節電意 願、降低缺電風險，並同步以用戶群代表 (Aggregator)商業模式帶動智慧經濟，建 立未來全球智慧能源規劃與管理標竿。

資料來源：林法正、陳彥豪，系統整合創新技術發展106 ~110 年藍圖規劃

台電公司電網規劃新思維

資料來源：台電公司系規處

 建構在地分散式電網、擴大再生 能源併網容量：

升壓站設計預留儲能系統及電力 品質控制設備空間，以利未來需 要裝設，維持高品質電力供應。

 結合智能技術、規劃區域電網 大區域-區域調度中心(ADCS)

小區域-配電調度中心(DDCS)

VPP/CEMS、需量反應與分散式電源 aggregator、微電網

 整合發電資源、適當調配電力： 結合物聯網概念等新興網路資通 技術，將資訊即時傳回各調度中 心進行預測、監控及整合管理，

作最有效電力調度，以提升整體 用電效率。

台灣未來綠能高占比電力調度發展架構規劃

資料來源：台灣電力公司，智慧電網主軸中心，version 2017.7.18

中央 調度中心 (CDCS/EMS)

饋線 調度中心

(FDCS) E/S

值班 主任 345 kV

161 kV

161 kV 69 kV

161 kV 22/11 kV

69 kV 11 kV

配電線

E/S 超高壓 變電所

P/S 一次 變電所

D/S 一次配電

變電所

S/S 二次 變電所

電話指令 操作 經ADCS電腦操作

區域 調度中心

(ADCS/EMS) 區域智慧能源

管理體系

併網型 區域微電網 (含大型儲能) 具輔助服務功能

再生能源電廠 綠能電力

交易平台 電力 交易平台

需量競價平台

區域電網輔助 服務平台

傳統集中式大型電廠

(抽蓄水力電廠:明潭+明湖2.6GW, 光明變頻1GW)

配電 調度中心 (DDCS/EMS)

輔助服務平台

城市級 虛擬電廠

各項平台實際運作可能由 單一平台提供各項功能

三、沙崙綠能科學城CEMS

20

台電公司 二甲配電變電所(D/S)

管理中心

示範功能：

1.科學城智慧供電系統自動化

2.科學城區域電網整合控制(PV、儲能、負載、緊急發電機) 3.智慧建築孤島運轉(負載分類及調度、綠能及儲能緊急調度) 4. 科學城儲能示範場域(平常太陽光電對電池充電，於晚上尖

峰用電時釋出以降低區域尖峰負載；台電斷電時，將由 CEMS調度儲能以提供孤島運轉時所需約1小時之電力)

5. 區域孤島運轉(二甲變電站一次側斷電時，由CEMS控制二 次側之電壓與頻率，並調度儲能系統提供電力，以實施孤 島運轉)

中研院E 研究中心C

儲能示範場域

中研院F

旅館A2 商業複合中心B 示範場域D

台糖住宅

X區 CEMS

台電公司 配電調度中心

(DDCS)

會展中心A1

沙崙綠能科學城CEMS

沙崙綠能科學城場域規劃

科學城核心區 (約57公頃) 成大校區

高鐵特定區

沙崙農場 台糖住宅

P/S P/S D/S

161/22.8kV

成大歸仁校區

核心區

The Smart Grid System of Shalun Green Energy Science City

Electric Bus (G2V/V2G)

Ground type Solar PV system Roof type

Solar PV system

BEMS BEMS

Green Energy Integration System BESS

BESS EV

EV Charging Integration

System Smart meters

Internet AMI MDMS

TPC Dispatch System

Aggregator, Energy Management and Dispatch System (AG-EMDS ) Firewall

OpenADR DRAS

BEMS

SCADA (Big-data analysis, forecasting technologies, and dispatch scheduling)

Energy market

Auxiliary service

External Electricity Market

Demand bidding Power

Wheeling Wholesale

Regional Energy market Regional Auxiliary Service

Regional electricity market

Direct supply

Shalun Green Energy Science City

Goals:

1. Innovation-- Build new business model and develop distribution level power control technology

2. System integration-- sensors, controllers, and intelligent decision-making algorithm 3. Industry promotion-- promote

development of the virtual power plant (VPP) with green energy policies

4. Increase penetration of green energy- enhance power-supply reliability and hosting capacity

5. Avoid power shortage- develop VPP technologies and enhance application flexibility of dispatchable resources 6. Postpone power utility investment-

Increase power-consuming efficiency

VPP System Architecture

DER-EMS user interface

Client UI

DERs

information acquisition, system diagnosis, and commands

DER-EMS 分散式電力資源電

能管理系統

DR server

Renewables BESS

EV

Substation-EMS 配電級電能管理系統

Demand response (DR)

BEMS Command execution and

benefit optimization

DER-EMS

DER-EMS

HEMS

• Mitigate the dilemma in distribution system

• High penetration of RE

• Overvoltage, voltage/freq.

fluctuation

• Regional power congestion

• Overload, under voltage, &

power shortage

• Enhance system reliability

• Increase RE penetration

• Improve energy efficiency

• Shave peak load

System Architecture - Integrated Smart Energy and Management

HEMS HEMS

Small-scale green energy Small-scale

energy storage systems

Nanogrid BEMS

Medium and large renewable

energy systems

EV- charging

Large-scale energy storage

systems

Other DERs

CEMS VPP

Electricity Market

科學城場區

沙崙EMS系統的主要角色

Substation

DDCC or FDCC

VPP

購/售電力，要 求±P, ±Q, 或其 他輔助服務

限電警戒, 備轉容量不足

需量競價方案

Substation

CEMS CEMS

透過各種預測、分析

、診斷及決策方法，

維護區域內供電安全 與經濟效能

S.T.S

•

參與需量競價或實施區域性輔助服務 功能。

•

並提升運轉經濟性。

Smart Home Energy Management System

• Power consumption visualization

• Optimized scheduling

• Cost minimization

• Comfort

• Scenario control

• In/Out scenario

• Lighting scenario

• Air conditioner scenario

• Demand Response

• Air Conditioner

• Lighting

User Interface of HEMS

System Operating Diagram Power Consumption Information

Appliances Instant Status Energy Saving Operation Information

Green Public Microgrid

Smart EV Charging Integration Management

System

Smart meter

HEMS HEMS HEMS

EV Charging Station Elevator and Public

Electricity

Pumping Motor PV System

Pumping Motor

Standby Generator Data Collection

Unit (DCU) Meter Data Management System (MDMS)

Tr.

Tr.

AMI Meter

Demand Response Automation Server (DRAS)

Energy Cloud Information Center (Intelligence

Service)

Elevator and Public Electricity

ADR

OpenADR

Smart Building Energy Management System

(Demand Response)

BEMS (Disaster Prevention Center)

Energy Storage System

HEMS HEMS

HEMS HEMS HEMS PV System

Smart Building Energy Management System

• Energy monitoring and control

• Enhanced facility management

• Flexible demand control

• Data management

• Data collection, statistics,

• Energy management

• Optimal scheduling via PV and

• Shaving peak load demand

• Supplying power during outage

User Interface of BEMS

Instant Power flow Status

DR Event Information and Reducible Load Setting

EV Charging Station Status and Management

Users Consumption Information

Green Energy Microgrid - BEMS

• Hardware facilities: Electricity monitoring (smart meter), smart inverter, energy management system and energy storage system

• Advantages:

• Can provide backup power and emergency electricity

• Use the storage system to reduce the contract capacity

• Available to participate in demand response/ancillary service programs

Normal user

PV

storage system

smart inverter

power supply

pumping motors

elevators public lighting

generation and storage

public electricity system

Electric vehicle charging

Communication Line DC Power Line

AC Power Line

meter

meter public power network

Green Energy Microgrid - BEMS

PV Generation System on Roofs

Energy storage systems

in the Basement EV Charging Station AMI- Smart Grid

Infrastructure

• H/BEMS systems receive control signal from ADR management center for load management

– Integrating DR programs of end-users

– Promoting energy saving via management – Via third-party certification of OpenADR

• To develop the energy-service industries

• To increase the opportunity for product exporting

Certification of Open Automated Demand Response (OpenADR 2.0)

(The OpenADR 2.0 is the standard for energy demand response regulated by the USA)

低壓用戶參與需量競價模式

HEMS HEMS HEMS

HEMS HEMS HEMS

SCADA System Architecture

Building 1

GCB6

Building 2

GCB5

Building3

GCB4

Building4

GCB3

Building5

GCB8

Building6

MP

Building7

GCB2

Building8

SS3

大樓1

Database Updating

Program Database of User

Interface EMS User

Interface User Interface

system

CEMS CEMS Forecasting System Energy Management System

SCADA Database

SCADA

(Modbus or DNP3) SCADA Server

Diesel Generator

Energy Storage System

PV Generation System

Wind Turbine

DER (61850 Device) 61850

convert to DNP3

Smart Inverter DNP3 Profile for

Advanced PV

Modbus

Modbus

DNP3 Modbus

SQL BEMS

Modbus

International Standard IEC61850/DNP3 Data Transformation Gateway

• Procedure of data convert

Data Transformation Gateway Get the all data attributes

of 61850 mms server Browse Constructing table

Read the necessary data attributes and construct the mapping list

61850 server

61850 client

Mapping table

DNP3 outstation

DNP3 master

• IEC61850 data  DNP3 data

• Through data mapping table

• Technologies first established in Taiwan

• System conversion structure: EMS  SCADA  DER remote control interface

Integrated EMS, SCADA and DER Remote Control Interface

DERs HEMS Database SCADA Server RTU

Slave

Data Linking Controller

SCADA Point Table

Data Linking Controller

Client/ Master DER-EMS

Server

Socket Modbus

R/W R/W

R/W

R/W R/W R/W

DER-EMS Scheduling Results

0 20 40 60 80 100

-40 -20 0 20 40

DR DIE ESS

0 20 40 60 80 100

-20 0 20 40 60

PV WT DIE ESS

DER User Interface

Integration of Smart Inverter and Cloud Dispatch System

Utility

DG

Interleaved Boost Converter i

v SW1

SW2

L1

L2

SWrelay

Output Voltage 385.2 V_avg

Smart Inverter Controller

Central dispatch system

• Output P,Q control

• Islanding detection

• Provision of virtual inertia

• LVRT

IEC 61850 DNP advanced

Load and Renewable Generation Forecasting Systems

Error 5.8%

Error 3.98%

Day- ahead

Real- Time

Error 4.35%

Error 1.33% Error 3.77%

Error 12.2%

Load Forecasting PV Generation Forecasting WT Generation Forecasting

Hierarchical Control Structure DER-EMS

Time (h)

Loading (%)

Power System Single-Line Diagram

Distributed Energy Resource Energy Management System

DDCS

Energy Management System

Distributed Energy Resources

Congestion

Demand Dispatch

0 6 12 18 24

0 500 1000

0 6 12 18 24

-1 0 1 2 3

RE Power Forecasting Load Forecasting Forecasting Error Analysis and

Power Shortage Risk Assessment

Optimal Control

6 8 10 12 14 16 18 20

40 60 80

時間 (h) 時間 (h)

(kW)

(kW)

承載率(%)

時間 (h)

Limit

After Dispatch

Before Dispatch

DER-EMS (CEMS)

Time (h)

Loading (%)

四、區域微電網

Taiwan first Remote Community backup Microgrid – 福山村

 Usually, typhoon will cause serious disaster in remote community located in mountain area. Due to road block caused by extreme rainfall, Taipower can not perform the power supply recovery process.

 Fu Shan Village experienced no power supply for 17 days last year.

 The first village backup microgrid was set up by Taiwan power company in January 2017 in Fu Shan Elementary School, Wulai, New Taipei City .

 This microgrid system could be operated in islanded mode at least 2 weeks.

Source: Taipower

PV 20kW

PV 6kW

PV 3kW

ESS

SOC

市電1

市電2

活動中心

福山國小

ATS

ATS

PCS1

PCS2

DC/DC

衛生所 警察局

AC/DC

Diesel generators

ATS

福山社區微電網

PV 20kW

PV 6kW

PV 3kW

ESS

SOC

市電1

市電2

福山國小 24kW

ATS

ATS

PCS1 不動作

PCS2

PQ control 設輸出20kW，0Var

DC/DC

衛生所 3kW 警察局 3kW

AC/DC

Diesel generators

不動作 _ATS

10 kW 5 kW

v/f control

活動中心(次要負 載)

5kW

10 kW 5 kW

20kW

20kW

6kW

3kW

-9kW 9kW

20kW

1kW 3.3kW

6.8kW

19kW

30kW

6.8kW

3.3kW

1kW

0kW

0 kW

日照變化(1000 𝑊 𝑚²-> 600 𝑊 𝑚² -> 1000 𝑊 𝑚²)

20kW

6kW

3kW

1kW

Matlab/Simulink 軟體模擬福山微電網系統

五、太陽光電聚合服務

分散式能源聚合服務平台 – 現狀

埤塘太陽光電 A 埤塘太陽光電 B 埤塘太陽光電 C 800kW以上大用戶 屋頂太陽光電 D

台電 配電調度中心 ADCS / DDCS

桃園市政府

光電商 A 光電商 B 光電商 C 光電商 D

裝置容量小於1MW以下太陽光電，目前沒有資訊整合規定 市府無法得知，過去獎

勵或自治條例要求設置 太陽光電，是否有持續 運行，及實際績效為何

台電缺乏1MW以下太 陽光電即時發電資訊，

無法因應發電多寡進行 調度操作

廠商 自訂 規格

廠商 自訂 規格

廠商 自訂 規格

廠商 自訂 規格

分散式能源聚合服務平台 – 未來

埤塘太陽光電 A 埤塘太陽光電 B 埤塘太陽光電 C 800kW以上大用戶 屋頂太陽光電 D

DER-MOM 分散式能源聚合平台

DER-CIM

DER-CIM

DER-CIM

DER-CIM

DER-CIM

DER-CIM

DER-CIM

DER-CIM DER-CIM

DER-CIM

IEC 61850

太陽光電 聚合商系統

廠商 A 廠商 B 廠商 C 廠商 D

台電 配電調度中心 ADCS / DDCS

桃園市政府

Virtual Remote Terminal Unit

全國首創資訊整合規定縣市，實施成效作為後續推廣依據 市府自治條例，規定轄

區內獎勵或依規定設置 太陽光電，需提供即時 發電資訊給市府及台電

台電在能得知即時發 電資訊條件下，評估 提高太陽光電併網率 之可行性

匯聚轄區PV 發電資訊

DER-MOM 分散式能源 訊息導向 中介平台

太陽光電

太陽光電

太陽光電

聚合商系統

DER-MOM分散式能源訊息導向中介平台，就是在不同太陽光電設 備間，建立一套類似LINE的訊息傳輸，在既有設備，建立一套簡化 資訊整合工作量的技術

匯聚桃園市太陽光電即時發電與資料分析

太陽光電

太陽光電

桃園市轄區

太陽光電資訊聚合團隊 研發與維運

桃園市政府 經辦人員 操作查詢

應用方式：

 太陽光電即時資訊顯示

 歷史資料彙整查詢分析

NEPII團隊與台電合作建立一致性介面

FE3 FE3

…

單向傳輸

安全機制 Web介面

行動 Web介面 BE

PV案場 PV案場 …

ADCS 防火牆 CDCS

專線

再生能源資訊系統

其他應用 (未來)

…… …

調度

… …

… …

符合CIM系統整合

日照計 日照計

FE3 FE3

FE3 FE3 FE3

FE3

…

ICCP 通信協定

歷史 計畫實施範圍

即時

EMS

配電處 (DERMS) DDCS

…

FE2 FE2

綜研所 (基礎建設)

…

FE2 FE2

再生能源處(自 建綠能)

…

FE2 FE2

DER- MOM

Virtual RTU

IEC 61850

XMPP

IEC 61850

IEC 61850

DER-CIM DER-CIM

DER-CIM DER-CIM

DER-CIM

IEC 61850

IEC 61850 MMS DNP 3.0

>=1000kW

業者 或 聚合商 ^FE1

>=500kW

業者 或 聚合商 ^FE2

與台電整合情境1：<500kW

50

Gateway

Virtual RTU DER-MOM (MQTT)

Inverter Light Sensor Temperature Sensor

DC Current

Sensor Smart Meter MPPT

DERMS

XMPP

IEC 61850

Route D

Route V PV

Aggregator

DER-CIM IEC 61850

IEC 61850

DER-CIM

DER-CIM

與台電整合情境2：>=500kW

Gateway XMPP

Inverter Light Sensor Temperature Sensor

DC Current

Sensor Smart Meter MPPT

DERMS

IEC 61850

Route D

Route D PV

Aggregator

IEC 61850

IEC 61850

太陽光電聚合服務

Information Aggregation 設備

操作與維護

區域供需調度

資訊互通性 整合

發用電預測及資 訊可視化

 短期效益：即時發電量資訊，掌握政府政策或補助之實際效益，併對政策進行適度修 正，獲得最大政績效益

 中期效益：提高饋線太陽光電併網率，促使有意願投資太陽光電廠商，不因無法併網而 放棄

 長期效益：建立桃園市太陽光電之綠能憑證(T-REC)市集，協助桃園市範圍廠商交易取 得綠能憑證，以獲得更多國際業務(Google、Apple…等廠商均有綠能要求)

六、區域能源整合運作技術驗證項目

以分散式電力供應系統

區域能源整合運作技術驗證項目

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 計畫目的：

配合電業法修正、國家綠電市場開放、發展分散式電網等目標，規劃

「分散式電力供應系統驗證平台」所對應驗證之區域能源整合技術研 究項目、運作方式、法規機制、商業模式構想。

 初步規劃驗證項目如下：

1. 綠電轉供運作技術驗證 (綠能轉供運作及備用容量) 2. 輔助服務機制技術驗證 (含傳統及區域電網輔助服務) 3. 特定區域電力系統備援 (微電網及公用電網整合)

4. 特定區域能源整合運轉 (區域電網運作及供電服務)

驗證項目一：綠電轉供運作技術驗證

配合國內電業法修正案、再生能源發展條例修正草案，驗證大型太陽 光電及儲能系統作為自用發電設備轉供自用、備用容量等相關技術、

規範驗證、最佳化運作模式等。

1. 「再生能源發展條例」修正草案：

電力用戶所簽訂之用電契約，其契約容量在一定容量以上者，應於用電場 所或適當場所，自行或提供場所設置一定裝置容量以上之再生能源發電設 備、儲能設備或購買一定額度之再生能源憑證 。

2. 備用供電容量管理辦法草案：

儲能系統為因應未來再生能源大量建置之重要發展趨勢，具有調節再生能

源間歇性衝擊、提高電力系統穩定性等重要功能，爰如將儲能系統裝設於

電廠或用以參與需量反應方案時，可依第一項規定納入供電容量之認定範

疇 。

電業法 自用發電設備 相關條文

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十、自用發電設備：指電業以外之其他事業、團體或自然人，為供自用所設置之主要發電設備。

第六十八條設置裝置容量二千瓩以上自用發電設備者，應填具用電計畫書，向電業管制機關申請許可；未滿二千瓩者，

應填具用電計畫書，送直轄市或縣（市）主管機關申請許可，轉送電業管制機關備查。

前項自用發電設備之許可、登記、撤銷或廢止登記與變更等事項之申請程序、期間、審查項目及管理之規則，

由電業管制機關定之。

第六十九條自用發電設備生產之電能得售予公用售電業，或售予輸配電業作為輔助服務之用，其銷售量以總裝置容量 百分之二十為限。但有下列情形者，不在此限：

一、能源效率達電業管制機關所定標準以上者，其銷售量得達總裝置容量百分之五十。

二、生產電能所使用之能源屬再生能源者，其生產之電能得全部銷售予電業。

前項購售之契約，設置裝置容量二千瓩以上自用發電設備者應送電業管制機關備查；未滿二千瓩者應送直轄 市或縣（市）主管機關備查，並將副本送電業管制機關備查。

第七十條自用發電設備設置者裝設之用戶用電設備，應在其自有地區內為之。但不妨害當地電業，並經第六十八條第 一項之許可機關核准者，不在此限

自用發電設備生產之電能符合下列條件者，得透過電力網轉供自用：

一、生產電能之電力排碳係數優於電業管制機關依第二十八條第二項所定基準。

二、屬申請共同設置自用發電設備時，共同設置人個別投資比例應達百分之五以上。

三、生產之電能不得售予公用售電業或輸配電業。

前項自用發電設備設置者申請電力網轉供自用者，準用第十條第一項及第四十六條第三項規定。

依第二項規定設置之自用發電設備之電源線準用第三十九條第三項至第五項、第四十條至第四十四條之規定。

驗證項目一：綠電轉供運作技術驗證

初步驗證規劃：驗證將太陽光電、儲能分散式電力供應系統之綠色電力 轉供給沙崙智慧綠能科學城綠能聯合研究中心或科技大樓，實際驗證相 關之自用發電設備轉供自用、備用容量等相關技術、規範驗證、最佳化 運作模式(AI)等。

分散式電力供應系統 (太陽光電、儲能)

沙崙智慧綠能科學城 綠能聯合研究中心(C區)

台灣電力公司線路

科技大樓

(續)

綠電

Smart m-EMS

驗證項目二：輔助服務機制技術驗證

 在併聯有風力發電或太陽光電配電線路上

，只有特定時數會讓線路滿載，大部分時 間線路負載都不大，而且線路上負載變化 快速，這對於配電系統運作而言無論是在 線路的設計和營運都是很大的課題。

 動態出力控制調整，是對電網進行即時的 監控，如果電網發生供電瓶頸，就系統上 的太陽光電及儲能系統進行即時的出力控 制，切離超過電網容量的部份的能量，使 出力達到電網容許的容量。

 對再生能源設備發電設備出力，是利用觀 測線上的電流，實施動態的而不是靜態的 控制。

58

傳統靜態控制方式，利用出力控制量空間可以倍 增送上電網的再生能源電量。

(資料來源：德國 EWE電力公司)

應用智慧電網技術實現配電系統動態運作構想

59 正常運作

(Normal Operations)

供電故障 (Power Outage)

自由市場 (Free Market)

正常運作 (Normal Operations)

容量管理 (Capacity Management)

從容退化 (Graceful Degradation)

供電故障 (Power Outage)

自由市場 (Free Market)

正常運轉

能量平衡 (Power Balancing)

容量管理

降低尖峰負載和 能量平衡

(Peak Load Reduction

& Power Balancing)

從容退化

抑低負載 (Load Shedding)

供電故障

電網保護 (Grid Protection)

配電系統營運商沒有電網限制，最佳化身商 品價值。配電系統營運商沒有利益攸關的利 害關係者。

配電系統營運商針對電網中負載集中區域，

利用啟動在需求或供應端的可調整彈性，降 低尖峰負載。

配電系統營運商利用直接控制或限制併網容 量自主式的選擇解連負載，當以市場為基礎 的機制無法解決壅塞。

啟動主要的電網保護系統(熔絲、開關)以避 免對資產造成損壞。

智慧電網技術導入後在兩者間增加容量管理及從容退化兩種狀態，容量管理配電系統

營運商針對電網中負載集中區域，利用啟動在需求或供應端的可調整彈性，降低尖峰

負載，在此狀態有機會利用技術及市場機制，最佳化容量管理程序。

驗證項目二：輔助服務機制技術驗證

 初步驗證規劃：

 傳統輔助服務包含頻率控制、備轉容量、全黑啟動及虛功補償等

 區域電網輔助服務項目包含配電網路運營、電壓控制、在故障後 支持復原、提供能量彌補電網損失、虛功支持、維持電力品質。

 驗證將太陽光電、儲能分散式電力供應系統驗證建構傳統及區域 電網輔助服務， 所對應的(1) 能力、容量(Ability /Capability)；(2) 準備就緒、容量、可用率(Readiness /Capability /Availability)、(3) 使用、能量、反應(Utilization /Energy /Response) 。及能力、容量 部分設計技術相關於提供此能力所對應的投資(還有維護的成本 增加) 。

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