複合式天災威脅下,需打造具能源韌性的城市
發佈日期:2017/7/16 | 類別:資訊電子產業 | 點閱次數:34

在城市需走向能源韌性化的情境下,建築將增加能源生產的功能,並配合大型儲能設施以有效利用再生能源,且可在災害導致停電時作為分散式電源使用;而區域的能源管理中心,則是在了解整個城市的能源供給和需求的分布情況下,得以靈活調度不同建築設施間的電力,在天災發生時,亦可確保民生及商業維生系統的供電因日常的儲電而不至中斷。

全球氣候變遷現象日益嚴重,頻繁的天然災害成為新常態,在台灣過往5、6月間因滯留鋒面形成的梅雨季節,近年轉變為暴雨型態,造成各地淹水、坍方,其它關於颱風、颶風、洪水、土石流的天然災害數量更是年年攀升,而城市地區因錯綜複雜的基礎設施與系統,成為城市在面對災害時之弱點、深化受災程度與複合性災害發生的可能,例如颱風伴隨的土石流、淹水等問題,可能衍生維生系統中斷的二次災害,增加災害管理難度。是以城市在面對複合式災害日益頻繁的未來,其維生系統、社會系統如何抵擋極端災害,以及災後如何有效率地復原並達到更佳狀態,為城市發展重要議題。
 
其中,電力系統為影響維生、社會系統之關鍵核心,也是維持燃氣、通訊、運輸、供水、醫療…等系統營運的必要條件。全球氣候變遷凸顯了當今電力系統的脆弱度,無論是極端氣候事件、水資源缺乏,或是氣溫與海平面上升等現象,皆影響電力正常運作,若城市缺乏災害整備,將提升居民的災害風險。根據美國氣候中心統計,1992至2012年間,美國因天氣造成電力中斷事件比例逐年提升,以「暴雨」與「極端氣候」為主要因素,每年平均約造成250至700億美元的經濟損失。由於傳統城市的電力統一由中央電廠控制,透過集中式電網供應用戶能源,若發生天災或人為意外造成部分電網損壞,將導致區域性供電中斷,對民生、商業、救災等活動帶來衝擊,影響層面廣泛。
 
因此,建立可穩定供給、儲存、調度使用潔淨能源的城市,是未來城市能源韌性化的主要目標,需盡可能使用再生能源以降低溫室氣體排放,屆時建築與電動車成為城市主要的發電及儲電裝置,發生天災意外時,仍可確保城市電力系統的穩定供應。
 
整理各國推動能源韌性的相關政策,包括鼓勵住宅、社區裝設太陽能結合建築型發電裝置的「城市創能」政策;鼓勵研發大型化、高效率的儲能產品,以鋰電池及燃料電池為主的「城市儲能」政策;以及推動智慧電網下智慧電表基礎建設之布建的「城市能源管理」政策。
 
例如日本政府針對城市儲能,發展下世代大型儲能技術,並對準家用蓄電池導入與促進提出「定置用鋰電池導入促進對策事業費補助金」;歐盟則於2011年3月通過「2011能源效率推動計畫」,明確表示2020年各會員國要有80%的用戶於智慧電網下安裝智慧電表;美國能源部展開定置型儲能技術開發計畫,預計2020年儲存成本達到1度電低於0.1美元目標,包含加州、康乃狄克州、夏威夷、麻薩諸塞州、紐澤西州、紐約、奧勒岡州…等,將由政府補助建置鋰電池儲能系統及社區太陽能裝置。
 
而國內的能源政策發展目標,在能源生產、能源儲存與轉換、能源管理系統上皆設有相關揭示,如經濟部訂定全台2025年再生能源發電量占比須提升至20%,其中太陽光電裝置容量目標訂為20GW、目標發電量達250億度電,配合此目標將衍生相對應之儲能基礎設施需求;以及台灣電力公司訂定的低壓智慧電表裝設目標,2017年須布建20萬戶、2020年完成100萬戶、2024年完成300萬戶。
 
呼應主要國家發展趨勢以及國內的政策目標,相關的技術大致分為能源生產、能源儲存、能源管理三大項,其未來發展方向建議如下:
 
未來建築需具能源生產功能,故須開發適用高層建築的建築整合型太陽能發電BIPV(BUILDING-
INTEGRATED PHOTOVOLTAICS),以突破城市建置再生能源系統的面積限制,無論住宅或商用辦公室,皆朝向零碳建築發展,並配合大型儲能設施,如日間行駛的電動車、於夜間儲存建築剩餘的太陽能電力,且可在災害導致停電時作為分散式電源使用,以有效利用再生能源。
 
開發複合式儲能及能源管理系統,可匯流整合大規模(區域型)附加於建築物上的太陽能、小型風機及其他再生能源發出來的電力,並以直流供電技術降低電力轉換之耗損,以及大容量定置型儲能技術,降低電池技術及儲能技術之成本。
 
城市級的能源監控、管理及調度中心,可了解整個城市的能源供給和需求的分布情況,串連各個家庭能源管理系統(HEMS)及建築能源管理系統(BEMS),運用再生能源發電預測資料,進行區域能源供需及系統間的協調與配置,靈活調度不同建築設施間的電力。
 
在城市需走向能源韌性化的情境下,建築將增加能源生產的功能,並配合大型儲能設施以有效利用再生能源,且可在災害導致停電時作為分散式電源使用;而區域的能源管理中心,則是在了解整個城市的能源供給和需求的分布情況下,得以靈活調度不同建築設施間的電力,在天災發生時,亦可確保民生及商業維生系統的供電因日常的儲電而不至中斷。
 
(本文刊登於2017/07/16 工商時報 A9版)

 

本文作者

王怡方  資深產業分析師
領域:生態園區、永續發展
簡歷:
研究領域包括環境永續技術前瞻、生態園區、永續發展之規劃建議、都市規劃分析等領域。 曾參與「2025臺灣產業技術前瞻研究計畫」、「2025年臺灣產業科技前瞻研究計畫」、「國家發展前瞻規劃」、「都會型科技創新園區體系規劃機制之研究」、「臺灣民力研究資料庫」等專案。專業於前瞻產業、區域發展研究。成功大學交通管理科學研究所碩士,主修永續運輸。
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