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新能源轉型浪潮起 數位管理方興未艾
能源應用多樣化

【作者: 王岫晨】   2021年09月01日 星期三

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在全球疫情肆虐之際,台灣半導體產業仍屹立不搖,不僅持續供應全球市場所需,更帶動台灣經濟,然而在綠能趨勢與數位化的浪潮下,能源管理也深深影響半導體產業的製程效率,優化能源管理成為護國產業最重要的課題。


根據世界半導體貿易統計協會(WSTS)六月公佈的市場報告指出,2021年全球半導體市場產值預期達5,270億美元,相較前一年增長19.7%。其業務成長的驅動力來自大量的創新,涵蓋領域包含物聯網(IoT)、自動駕駛汽車和連續性業務等。


然而,深具全球半導體產業優勢的台灣,也十分重視碳排放和經營效率。在半導體工廠中,電力成本可佔營運總預算的30%。能源效率對於實現綠能目標與管理成本至關重要,一次意外性的停工極可能導致每小時數百萬美元的損失,這個問題今年也影響台灣許多企業。


能源轉型重大挑戰


圖一 : 施耐德電機協助半導體製造廠,提高能源管理和使用效率,以強化電力品質和其安全性。(source:施耐德電機)
圖一 : 施耐德電機協助半導體製造廠,提高能源管理和使用效率,以強化電力品質和其安全性。(source:施耐德電機)

在全球劇烈氣候變遷與能源轉型的浪潮下,台灣以2025年再生能源發電20%做為重要目標,卻也面臨新舊電網轉換、自然災害、龐大營運成本等問題。如何在數位化、去中心化和脫碳的時代,協助台灣能源轉型成功,是許多產業當前的首要目標。


施耐德電機東亞及日本區智慧網業務協理Jean-Philippe El Khoury指出,目前能源轉型最重大的挑戰,是在需要減少碳排放的狀況下,又必須要滿足大量用電的需求。由於要減少碳排放,因此需要投入更多的再生能源,原本的電網必須整合更多的再生能源,如太陽能發電、風力發電等,會產生全新的挑戰。而再生能源的投入,也會衍生出越來越多私營電廠與電力營運商,這也會產生能源去中心化的狀況。



圖二 :  施耐德電機東亞及日本區智慧網業務協理Jean-Philippe El Khoury
圖二 : 施耐德電機東亞及日本區智慧網業務協理Jean-Philippe El Khoury

在未來,對於電網的管理將會面對更多不同於以往的狀況。隨著不同的能源加入,加上用電需求的增加,許多基礎建設都需要更多於以往的電力,而這些需求也使得大眾對於停電的容忍度越來越低。此外,電網的多樣性,需要更有效率的管理,以及導入數位化的科技。而資訊的增加,使得電網本身的安全性也成為一大考驗。這一切歸納起來,其實就是電廠與電源管理公司,都需要邁入數位轉型的新階段。


近年的能源和科技的演進如下三點:


● 發電型態的轉型


● 能源應用的多樣化


● 工業互聯的應用:利用物聯網技術達到電力設施即時監控


新能源管理著重效率

新能源所帶來的挑戰看似無窮無盡,而近年來的數位技術發展,正可以用來協助電廠進行更有效率的能源管理。我們發現近年來的一個重要趨勢,就是傳統能源的轉型,以及能源產生的多樣性。電力站可以連上電網,加入供電網的考量裡面。而工業互聯也在電網的應用上扮演了很重要的角色,透過工業聯網,可以進行能源的遠端管理、監視狀態,並達到更快速的反應。


先進配電管理系統對於能源轉型來說,扮演著非常重要的角色。原因在於近年來,全球各國家對於碳排放的重視與日俱增。根據統計,約有超過80%的碳排放量,是來自於能源生產與消耗的過程。因此,積極減少碳排放量,是許多國家追求的目標。電網現今遇到的挑戰如下:


● 再生能源的調度,如:太陽能、風力等


● 去中心化的趨勢:越來越多私營者也投入能源生產


● 停電容忍度越來越低


● 電網多樣性與安全性


推動再生能源

在近期,嘉惠電力公司位於台灣西南部第六大城市嘉義的汽電共生發電廠(Combined Heat and Power plant;CHP)獲得經濟部能源局許可,正式商業化營運 。這座由GE建造的一站式複循環氫能發電廠,涵蓋發電設備、分析和控制軟體以及服務協議的完整發電廠生命週期。


本次提升約535兆瓦發電量,約相當於600,000戶台灣家庭所需電力,並以蒸氣為嘉義居民區域供熱,成為協助台灣邁向《再生能源發展法》(Renewable Energy Development Act;REDA)目標的重要推手,預計2025年將燃氣發電比例提高至50%。


圖三 : 嘉惠電廠採用GE HA技術,驅動台灣能源政策向前躍進。(source:ge.com)
圖三 : 嘉惠電廠採用GE HA技術,驅動台灣能源政策向前躍進。(source:ge.com)

在台灣,《再生能源發展法》(Renewable Energy Development Act;REDA)旨在促進再生能源的利用、增加能源多樣化、改善環境品質、為產業注入活力並推動國家的永續發展。對於台灣低碳未來轉型以及增強永續能源可靠性與可負擔性的目標來說,燃氣發電的增長是不可或缺的幕後推手。嘉惠電力公司總經理陳廣泰表示,GE協助嘉惠共同提升台灣天然氣能源結構佔比至50%,同時增加台灣的電力儲備力,成為人口持續增長的強大後盾。


該發電廠由一部發電機組所構組成,配載燃氣輪機與蒸汽輪機,個別提供H65與H33發電機所需動力,並配載一台熱回收鍋爐。GE緊密整合的分佈式控制系統(DCS)軟體解決方案,可監控並增強整體電廠性能,協助嘉惠提高資產的可見性、可靠性與可用性,同時更降低運營維護成本。


此外,透過使用大數據分析,嘉惠發電廠更可提高機組的性能並協助安裝人員做出更明智的運營決策。GE的Predix資產績效管理(APM)軟體更可提升預測性維護能力和電廠的運行壽命,使電廠更為可靠可用,兼具降低運營和維護成本的優勢。在台灣,GE 繼續扮演推動國家能源目標的關鍵角色,與嘉惠電力公司等客戶合作,提供頂尖技術,幫助台灣在邁進智慧和安全的脫碳坦途。


結語

耐德電機近期發布一項研究報告《數位經濟和氣候影響》,探討未來數位化及智慧應用的相關趨勢。報告中指出,到2030年,與IT部門相關的電力需求預計將增加近50%。然而,隨著電力系統需達成減碳排放目標,屆時排放量增加不會超過26%。


施耐德電機關鍵電力事業部執行副總裁Pankaj Sharma表示,當全世界因為疫情而封鎖時,上網的需求增加、網路流量也爆增,但人們誤解了當數位活動變多時,也會排放更多的二氧化碳,有些預測IT相關用電量的報告,更曾言未來每五年用電量會翻一倍,不過事實上施耐德電機永續發展組織的分析推翻了這項預測,雖然如此,仍必須保持警惕,尋找可持續收益的新來源,同時確保彈性,因為數位化將促使人類生活不斷前進。


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