2021/1/21

當電動車遇上電網 – 是減碳還是負擔?

雖然2020上半年全球整體車市普遍受疫情影響而銷售下滑,但隨著各國政府的減碳決心增強,有越來越多的國家或地方政府明確訂立禁售燃油車的時程,並順著國際大撒幣的局勢,延續或加大新能源車的銷售補助,促使2020年全球新能源車銷售快速增長。
 

其中,增長力道最強勁的市場,是以德、法等傳統車廠重心為首的歐洲地區,根據彭博新能源與日本市調機構MarkLines的統計數據推估,歐洲2020第三季的電動車銷售較前年同期增長了199%,且1~10月的累計銷售量超過同期中國市場表現,一舉躍升成為全球最大的電動車市場。
 

全球搶搭的電動車熱潮,是即將破滅的泡沫,還是燦亮潔淨的未來?

 

正當資本市場為電動車概念股謳歌歡騰的同時,日本傳統汽車龍頭Toyota的董事長豐田章男卻在年終新聞發表會跳出來表示,當前市場對電動車的過度期待,以及缺乏通盤規劃的躁進政策,可能加速電動車產業的泡沫化,並對整體汽車產業造成重創。

言論一出,等同是向全球的電動車熱潮澆下一桶示警的冷水。

 

路上增加的電動車將趨使整體用電需求提升

若無充足的潔淨能源支持,則以電動車達成減碳目標的理想,可能只是幻夢一場

 

豐田的年終新聞發表會時間落在12月底,在此之前,日本作為全球碳排放量前十大的國家,曾經長年被國際批判減碳決心不足,卻在2020年的12月初正式宣告要於2050年達成碳中和目標,並研擬制定2030年代中期全面禁售燃油車。
 

若將時間軸往前拉,同年6月中國海南省宣告2030年禁售燃油車,10月韓國宣布要於2050年前實現碳中和,11月英國擬將禁售燃油車的目標時程從原定的2040年提前至2030年。此外,國際間宣告禁售燃油車的國家或地方政府還有:挪威、以色列、荷蘭阿姆斯特丹、美國加州、加拿大魁北克、韓國首爾、法國、西班牙等地;從禁售時間點來看,最快實施的是設於2025年的挪威,但多數政策則將施行時程設於2030至2040年間。
 

從國際政策趨勢的角度來看,日本政府宣告可能將全面禁售燃油車的時程表訂於2030年代中期並不算標新立異。然而,相比於高再生能源發電佔比的歐洲、加拿大魁北克及美國加州等地,日本2017年的發電能源仍有近80%仰賴天然氣、煤炭、石油等高碳排的化石燃料。
 

加上日本地狹人稠的環境特性,據日本經產省的能源白皮書推估,2030年日本再生能源的發電佔比最高或許只能提升至24%,若須同步達成溫室氣體減排26%的目標,則要搭配用電端35%的效率改善,以及核能重啟至佔比20%的規劃,對於經歷福島核災事件的日本社會來說,核電的溝通之路恐怕不會是一條平坦直通的大道。
 

但是,電動車替代燃油車的比例增加,勢必提升日本整體的用電需求,面對日本政府反覆搖擺的核能政策和再生能源政策,豐田董事長對於日本政府嘗試以電動車達成減碳的目標不但抱持負面的懷疑態度,也擔心日本未來遭逢夏日季節性高峰的用電危機。

 

如果夏日尖峰的供電調節速度,跟不上激增的空調用電及電動車充電需求

整體電力系統失衡所導致的缺電風險就會提高

 

觀察世界各地的風、光綠電發展歷程,不難發現夏日高峰的用電危機是常見的電力系統挑戰,以2019年墨爾本夏季電荒為例,正是由於酷暑導致境內空調用電大增,使得電網供電不堪負荷,除了事先安排當地的冶煉廠斷電2小時之外,更發生三萬戶無預警斷電2小時的電荒景況,而為了讓電網恢復平衡,又使得6萬戶家庭被迫先停電再復電。
 

時間拉近一點,2020年8月中的加州限電起源,也是由於夏日午后高溫的冷氣用電激增,同時不巧遇到燃氣發電機的跳機意外,又逢天雲遮蔽鄰近日落,導致再生能源供電不及,以致電網系統失去平衡,時隔20年宣布進入第三階段緊急限電情況,強制實施分區限電,受影響的使用者估計高達330萬,但即使加州州長紐森(Gavin Newsom)對此表示「不可接受」,加州限電的狀況直至當年9月依然斷斷續續不停連番上演。
 

無論是墨爾本還是加州,近年兩地夏季用電高峰的導火線還只是較常見的空調用電,在電力系統準備未及的情況下,倘若在空調用電之外,還突然增加大量電動車的充電需求,系統整體面對的反應調節時間只會更短暫,導致電力系統頓失平衡的可能性增高。從此角度切入,則豐田董事長的警語並非杞人憂天。

 

儲能設備有助於提高綠電使用率

更可減緩大量電動車充電需求,所帶來的電力系統壓力

 

不過,市場痛點往往也代表新技術應用的上場機會。
 

首先,為了提高再生能源發電被使用的比例,再生能源發電場域搭配儲能設備已是國際共識。以電力系統規模全球排名第23名、東南亞區域第2名的越南為例,由於2020年越南當地太陽能電力產出超過預期,反而造成電力系統負擔,促使越南國家電力集團實施強制減產,估計全年被縮減而放棄的太陽能發電量約3.65億kWh,鑑此,越南國家電力集團宣布的因應方針之一,正是增購儲能設備。
 

再來則是電力系統調節的反應速度提升與反應彈性擴大,在速度方面,AIoT智慧化的即時回報和分析處理,對於傳統電網通訊的資訊流來說是一大重要革新,然而要針對電力系統狀態做出實際調節應對的還是各種供電產出系統或卸載輔助。
 

在減碳大前提之下,依靠火力發電因應電力系統的供電增加不是理想的做法,而水力調節的速度即使可再進一步提升,但其可供調節的蓄水規模和調節頻次仍受地理空間及氣候降水等自然條件影響,核能雖然是潔淨能源,但核能發電維持穩定安全是第一要務,以目前技術水準來說,核能並不適合擔當電力系統快速調節的要角,因此選項再次回到與再生能源發電搭配的儲能設備,或是以再生能源為充電基礎的大型電池場。
 

而在卸載輔助方面,如果平時大量用電的場域都能藉由建置儲能設備提升自我調節的因應能力,則即使當電力系統突然湧上預期之外的大量負載時,電力調度中心也能安心地根據系統狀態,執行必要的卸載輔助,將當下可及的供電資源轉往突發高升的負載需求,例如:冬夏氣溫調節用電加上大量的電動車充電等。

 

台達智慧能源解決方案

靈活控能技術結合創能、儲能、用能三面向,讓新能源的未來更明朗

 

若將電力系統規模從國家等級縮小至單一企業、單一商場或是單一社區規模來看,則即使員工、顧客或住戶駕駛電動車的比例快速增加,也可透過增加再生能源發電(例:屋頂型太陽能)搭配儲能設備與能源管理系統的方式,在達成減碳目標同時,也同步提升自我的電力調節能力。
 

以實際應用於台達位於台北市內湖的總部瑞光大樓示範場址為例,不僅屋頂設有太陽能發電系統與儲能系統,地下室停車場也配有電動車充電樁,並充分導入台達DeltaGrid® EM能源管理解決方案,介接既有的樓宇控制系統,取得大樓重要設備的監控資訊和負載調度能力。藉此,台達DeltaGrid® EM能源管理系統可在用電尖峰時段導入屋頂太陽能的電力,其過剩的太陽能電力則可存於儲能系統中,當日照有限或偶發大量用電的時候,則可搭配支應負載用電,讓太陽能發出的電力獲得更充分的運用,並同時減緩電力系統的負載壓力。
 

當如果越來越多的用電場域,同時兼具再生能源發電能力、儲能設備調節彈性,和智慧化的用電負載及能效管理系統,則經串聯整合的整體電力系統將有機獲得更靈活的調度力,並讓整體系統所承擔的風險得以分散和降低;此時,大規模電動車的導入就不再是電力系統的負擔,而是真正促進減碳目標得以實踐的合理方案。

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