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淨零轉型浪潮來襲 能源管理數位化新挑戰
 

【作者: 陳復霞】   2022年12月26日 星期一

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國際淨零轉型浪潮來襲,淨零轉型、永續ESG與落實數位轉型日趨重要,不論是大小企業都須要關注與投入行動,如何善用能源管理數位化的助力,以及能源物聯網的布局應用,已成為企業優化競爭力永續發展的重要課題。


現今實現「淨零排放」成為全球的焦點議題及導向目標,不僅各國政府相繼提出淨零路徑與策略,許多的企業也由社會責任驅動採購綠電、碳信用等ESG減碳措施。至於淨零技術當中的再生能源成為各國政府看重、企業爭相投入的減碳方案;以太陽光電、風力發電及所衍生的儲能產業,將因為淨零排放整體措施的帶動下持續成長。


大量能源的消耗和環境永續發展的求取平衡已刻不容緩,除了傳統的石化燃料投資建立的財務模式,需要時間重新調整為低碳投資以外,將排碳理念轉化為具體行動同樣的也需要時間。設計路線圖和途徑是思考決策未來的工具,能源轉型如何將規劃路線圖和途徑轉化為實際的執行計畫,從而使我們有機會將全球平均氣溫升幅保持在比之前高1.5°C的水平(工業水平),這無疑將對我們因應淨零排放和氣候變遷的轉變在2050 年實現淨零排放的整體能力產生重大影響。


根據統計,2021年全世界的總發電量來自於風能、太陽能、氫能等清淨綠色能源高達38%,其中風能與太陽能占比挺進10%大關,展望未來,風能與太陽能將可能成為全球再生能源與帶動環境永續的兩大支柱。近年來台灣致力於太陽光電、風力發電的導入成果斐然,也帶動再生能源企業的轉型成長;ISTI預估2022年太陽光電及風力發電相關產業產值可突破兩千億大關,可達2,023億元,成長約2.2%。



圖1 : 台灣近年來在太陽光電與風力發電產業產值的趨勢(以百萬台幣計)   (source:工研院IEK Consulting;2022/10)
圖1 : 台灣近年來在太陽光電與風力發電產業產值的趨勢(以百萬台幣計) (source:工研院IEK Consulting;2022/10)

工研院產科國際所能源組資深研究經理王孟傑表示,無論是風力發電、太陽光電與儲能的市場,美、中兩國於2022年在再生能源發展居於全球領先地位,帶動全球產業的發展以外,也可看出兩國投入大量資源爭取淨零減碳話語權。


不過,由於俄烏戰爭造成的天然氣供應危機,讓歐盟各國開始重視自有能源供應鏈,並推出積極的再生能源政策目標;而美國在COVID-19疫情後的產業消長造成嚴重的通膨,因此順勢推出降低通膨法案,利用稅賦工具推動綠能建設與產業發展。無論是歐美對綠能產業未來期望甚大,但財務支援程度與政局穩定度的變數顯然也不小,淨零發展仍有許多挑戰尚待克服。


台灣目前已設定2050年的淨零排放政策方針,也積極研擬應有的再生能源發展策略。但國際局勢變化快速,對於淨零排放造成相當多的挑戰。然而危機也是轉機,這些變局也可能為產業帶來新機會,藉由歐美尋求產業復興的同時,尋求可合作發揮的切入機會,並由此取得發展氫能等前瞻技術的本領,循序漸進地實現淨零的目標。


淨零目標促進再生能源發展產生新的議題,例如遠洋離岸風電;為了推動離岸風電產業發展,日本政府研擬新的評選規則,德國利用既有風場發展氫氣整合技術。此外,在氫氣的應用發展上,近期頗受矚目的是電解產氫技術,各國目前思考的作法是與再生能源或新的發電技術整合運用,加速推動前瞻技術商用化。



圖2 : 氣候解決方案有助於降低碳排放,例如當電力系統的部分安裝太陽能板時,可以替代化石燃料來源產生能源。
圖2 : 氣候解決方案有助於降低碳排放,例如當電力系統的部分安裝太陽能板時,可以替代化石燃料來源產生能源。

呼應能源轉型需求 儲能強化電網韌性

隨著再生能源供電占比的逐步提升,加速建構更具韌性的分散式能源系統有其必要性,此為在2022年11月舉辦第二十七屆《聯合國氣候變化框架公約》締約國大會(COP27)的熱門話題之一。台達電子今年以「島嶼」概念策畫「氣候減緩措施、生態調適理念」雙主軸議題呈現,以自身的儲能方案及案例來回應島嶼能源轉型時所面臨的問題,進一步呼應在周邊會議(Side Event)上,關於西班牙Balearic和Canary島嶼島發展能源轉型的需求,提供強化電網韌性的建構經驗,與島嶼政府代表們互相交流島嶼型能源轉型。


西班牙島嶼政府Balearic島地方政府副主席暨能源轉型地區部長Pep Malagrava強調,再生能源佔全島電力來源比例要從2030年的35%成長到2050年的100%,這意味著再生能源裝置容量將以每年增加200MW的速度,在2030年前達到1600MW,需透過創新解決方案,像是將綠氫(Green Hydrogen)應用於儲能系統,或開發新方法使海上風能、波浪成為可利用的綠電。


西班牙Canary島生態氣候和土地規劃局主秘Jose Antonio Valbuena Alonso則分享該島的能源轉型計畫(PTECan),並提出透過電網穩定性分析、預測能源需求、需求管理、分散式發電等方式來最大化再生能源占比,隨著能源計畫創造出當地就業機會,培養綠領人才。


台達電子文教基金會執行長張楊乾表示:「此次兩個西班牙島嶼政府代表,不約而同地強調科技是實現能源轉型路徑的必要關鍵,台達提出的儲能解決方案具有跳機救援、削峰填谷和解決供電瓶頸等功能,因地制宜協助電網穩定,透過金門和蘭嶼兩個島嶼實際案例向國際分享,如何借科技之力來提升電網韌性。」台達基金會為氣候變化綱要公約(UNFCCC)正式觀察員之一,至今已經累積在聯合國氣候會議累積許多的交流經驗,未來將持續透過提升能源效率的技術以及復育行動,實踐台達「環保 節能 愛地球」的經營使命。


其實電網是廣泛的能源系統一部分。電網為在提供範圍內傳輸電力的發電廠和電線桿和電線系統的一個實時高功率系統。意味著任何設定時間的能源供應(發電)必須同時等於能源需求(能源消耗)達到平衡。可再生能源(例如風能和太陽能)的新設備容易對電網產生不穩定的影響,提高能源網絡的複雜性。政府和監管機構,以及系統營運商都需要扮演不同的支援角色,以期降低停電的風險並增強電網的彈性化效能,確保整個電網有足夠的發電能力和空間來傳輸新能源,滿足一天中任何時段的需求。


電網需求強化儲能市場,以加勒比海地區為例,在過去40年中因為天災所造成的損失高達1400億美元,災變突顯了電網亟須強化韌性保持穩定的必要。因此,提供靈活性技術的支援,提高安全性、減少峰值負載、增加可再生能源的整合並降低營運成本,對於減碳效應和實現淨零目標來說至關重要。例如大型發電機通常通過在高峰需求期間供電,並且確保系統的電壓和頻率保持在運行限制以內來保持靈活性。


能源管理數位化 協助製造業跨步前進

展望2023年至2030年,預期各國淨零路徑與對應之獎勵補助與管制措施續提出,以及大型企業面臨淨零壓力、提高減碳改善投資之趨力帶動下,市場成長可期。智慧照明、能源管理系統及熱泵的年均成長率分別為18%、21%與13%。


因應近年生產成本提高與ESG浪潮,能源管理及自動化領域的數位轉型愈發重要。在生產的過程當中,精算電力消耗以及應用各種措施減少用電,也是企業減少碳足跡的重要工作;亦即在生產流程中部署運用電力系統解決方案監控用電數據、並管理生產工廠,一目瞭然用電趨勢、預判電力系統問題、提升溝通效率,並且優化能源使用,改善能源效率、節能減碳,得以協助製造業應對生產成本提高、降低碳排等挑戰,持續推動工廠數位轉型,落實智慧製造目標。能源管理數位化藉由數位化資料提前掌握問題,節省人力與時間,能夠為打造智慧工廠奠定堅實基礎,進而提高成本競爭力、促進環境永續發展。


面對即將來臨的綠電時代,以及產業效能及效率管理升級的挑戰,完善的儲能規劃與相關配套解決方案儼然是決定未來的關鍵。西門子數位化垂直整合智慧能源解決方案,不僅提供儲能調頻技術,配合政府智慧離散式電網政策,提高電力的運行性能及電網可靠性,即時監控,並提供高資安防護。協助產業界在數位轉型的同時,確保電力能源穩定使用,並有效管控能耗。


全球能源系統在分散化、脫碳化與數位化三大趨勢下,朝向電氣化與智慧化轉型。西門子提供建置儲能3大核心技術:SINAMICS PCS能源轉換系統、RUGGEDCOM電力通訊解決方案、EMS能源管理系統。經由運用PCS電力轉換系統連接電池組與電網應用,提高電力系統運行性能及電網可靠性,並透過數位分身預先建模確認效益及PCS無縫切換併離網效能,可提升廠區UPS的不斷電功能,進而提高廠區用電穩定性;而搭配由上而下的電力數據採集與監控系統,以及電力設施專用的網路通訊設備提供高效通訊需求,精準控管電力消耗及提供儲能系統中的主動調頻應用,為製造業與用電大戶穩度電網的供電平衡以及運行安全效能。


此外,EMS能源管理系統中的WinCC OA平台除了整合可視化能源看板,並整合PCS電力轉換系統、BMS電池管理,以及EMS環境監測系統運轉資訊,協助使用者輕鬆管理分布於各地的儲能系統。


智慧工廠的推手 能源物聯網布局刻不容緩

2022年全球經濟發展仍充滿多重風險與隱憂,雖然COVID-19疫情逐步趨緩,看似前途光明,低碳轉型卻刻不容緩。回歸現實層面,在面臨未來氣候風險的衝擊下,其實有許多企業並不清楚如何擬定實體與轉型風險評估的方法,也未必會有關鍵專業人才進行策略分析。有些企業因為屬於初期導入階段,不但是欠缺建立短中長期的氣候韌性,對於再生能源也尚少規劃。不過,由於2050年淨零碳排已成為世界各國的目標與共識,因此多數企業具有未來低碳環境的意識,已開始積極進行低碳創新布局。


面對日益嚴重的能源短缺問題,各國除了積極利用再生能源外,對於能源物聯網的布局更是刻不容緩。推動能源數位化發展,歐美先進國家智慧電表佈建逐步擴大,具可調控的聯網設備也進入市場。大量即時的數據在能源供需兩端展現出智慧化控制調度的功效。能源物聯網是透過感測器、控制器和軟體,連接能源生產端、能源傳輸端、能源消費端等的設備、機器、系統,再透過大數據分析、機器學習來實現智慧電力儲存、配電,甚至加以預測等功能。其中高效精簡型嵌入式電腦,具備高效能運算、緊湊機身、彈性擴充以及強固寬溫特性,成為能源物聯網現場端應用的選擇之一。



圖3 : 當物聯網(IoT)的大數據足夠打造出「無縫服務」時,才會真的出現萬物聯網(IoE)的突破性創新。(source:Researchgate.net)
圖3 : 當物聯網(IoT)的大數據足夠打造出「無縫服務」時,才會真的出現萬物聯網(IoE)的突破性創新。(source:Researchgate.net)

此外,現今有許多工廠已設置機器人、RFID、藍牙等自動化設備與感測器,用來配合數據整合分析,以及能夠快速調整產線、產量及物料使用,當物聯網的大數據足夠打造出「無縫服務」時,才會真的出現萬物聯網(Internet of Everything;IoE)的突破性創新。


IoE是連接能源生產端的基礎設施,對於可再生能源的傳輸極為重要。為了最大效率的收集和使用可再生能源,需要建立就地收集、儲存和使用能源的網絡,而體積尺寸小巧且具有強大效能的嵌入式電腦,容易安裝於戶外任何小型的機櫃中,能滿足IoE在現場端所需要的高運算需求,可以助攻能源物聯網應用,並出現一個真正有更高效能也同時具有變動性與整合性的智慧工廠。


結語


圖4 : 透過積極落實企業的低碳轉型及打造綠色供應鏈,以達成節能減碳的效應。(source:FFI Advisors)
圖4 : 透過積極落實企業的低碳轉型及打造綠色供應鏈,以達成節能減碳的效應。(source:FFI Advisors)

國際淨零轉型浪潮來襲,因應國際淨零規範與品牌客戶要求,台廠加速淨零資源投入。2023年台灣產業供應鏈將擴大產品碳足跡盤查、碳稅和碳交易,有兩個主要的作法:一是大廠傳遞經驗,導入共同管理工具、共享減碳策略;二是尋求資源協助供應商共同制定綠色轉型規劃。執行目的在於積極落實企業的低碳轉型,以及打造綠色供應鏈,達成節能減碳的效應。


從2021年迄今,我們看到能源和資源轉型出現顯著的轉變,也發現淨零轉型不只是未來趨勢或大聲呼籲而已,現實是創造一個對氣候有利的未來,必須面臨包括環境、社會和公司治理(ESG)等方面的重大挑戰,以綠色足跡滿足越來越大的資源需求的複雜性有其難度,而妥善運用前瞻科技擴大能源管理的成效,建立潔淨永續的生產環境,能夠協助產業掌握未來新興趨勢優化競爭力,進而拓展前進全球能源市場的無限商機。


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