用離岸風電取代深澳電廠之可行性評估
用離岸風電取代深澳電廠之可行性評估

最近深澳(煤)電廠是否興建,引起了社會大眾廣泛的討論,本文嘗試從離岸風電與智慧電網的角度來論述替代方案的可行性。

為了用一種更直覺的想法來思考這個問題,我們簡化IEC的智慧電網模型,把電力系統簡單區分成供電、輸配電、用電三大塊。其中,供電端包括發電與儲電,發電端可以透過輸配電來對儲電進行充電的動作,所以在用電與輸配電之間我給一個雙向的箭號。用電端則因為純粹消耗電力,所以和輸配電端是單向關係,電力從輸配電端流向用電端,被用掉消耗掉了。當儲電裝置進行放電的時候,則可以透過輸配電系統給用電端使用。

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供電、輸配電、用電三者的關係
圖/ 陳世芳

建置深澳電廠的目的主要是為了滿足用電端的需求,而深澳電廠是供電的其中一種方式而已。因此邏輯上如果要找到深澳電廠的替代方案,我們可以找「替代的發電方案」、「替代的儲電方案」來滿足深澳電廠的供電任務,然後根據「替代的發電方案」與「替代的儲電方案」的特性,來重新規劃我們的「輸配電系統」。

使用海底電網技術連結台澎金馬地區與離岸風場

鑑於我從2011年到現在所累積的離岸風電與智慧電網專業知識,我嘗試提出一個大膽的想法,論述「臺灣海峽電網(Taiwan Straits Submarine Grid)」來增加電力系統的可靠度(Reliability),同時利用「海電北送(Offshore Wind Power Transmitted to Northern Region)」的概念來探索離岸風電取代深澳電廠的可行性。

基本的構想是使用海底電網技術來連結台澎金馬地區以及離岸風場,其中,離岸風場又包含「固定式離岸風場(Fixed-bottom Offshore Wind Farm)」與未來成本會更低的「浮體式離岸風場(Floating Wind Farm)」。

所謂的海底電網技術,我舉例說明時選用第二代HVDC技術(HVDC Gen2),這個技術是ABB公司在1997年導入商業化,稱之為HVDC LightTM [1]。第一代HVDC技術(HVDC Gen1)奠基於閘流電晶體(Thyristor),而HVDC Gen2則奠基於絕緣閘雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)。Thyristor的turn-on容易控制,但是turn-off難控制,而IGBT的turn-on與turn-off都容易控制,講白話一點IGBT是一個具備完整功能的可控制開關,自然效能優於Thyristor [2]。德國西門子公司亦有第二代HVDC技術,稱之為HVDC PlusTM,第一代技術稱為HVDC Classic [2]。GE Grid Solutions則稱第一代技術為HVDC LCC(Line Commutated Converter),第二代技術為HVDC VSC(Voltage Source Converter) [3]。

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HVDC世代比較
圖/ 陳世芳

ABB公司的前身ASEA公司在1929年發明了傳統HVDC技術,隨後在1954年導入LCC技術,讓第一代HVDC技術趨於成熟。1997年ABB公司同時採用VSC技術與IGBT技術,完備第二代HVDC技術,成功應用在瑞典的案場上。HVDC Gen2的特色是比較容易併網、反應時間較快、可提供黑啟動(Black Start)、AC電壓支持、虛工補償(Reactive Power Compensation)等輔助服務,所以越來越多電網公司採用這個技術 [5]。時至今日,HVDC Light的效能介於±80KV~±800KV、100MW~4,600MW、70~2,000公里,DC直流電達3,000A,使用壽命達30年。電子開關也從IGBT進化成BIGT(Bi-mode Insulated-Gate Transistors),變電站的損失低於1%。台電的朋友還認為需要500公里的距離使用HVDC技術才有成本優勢,忽略了4th HVDC LightTM的新技術,電力轉換損失低於1%,只要70公里就有成本優勢。如果是超大裝置容量,如2.4GW,可能更短的距離就有優勢,將來HVDC Light出現在臺灣海峽,可是一點都不驚奇。

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ABB HVDC Light 效能區間
圖/ 陳世芳

由於離岸風電的興起,傳統點對點的HVDC Gen2已經無法滿足需求,HVDC Gen2逐漸變成一個HVDC Gen2 Grid,變成一個電網的概念,這樣的架構我們稱之為多節點(Multi-Terminal)。我所提出的臺灣海峽電網概念,就是一個多節點的4th HVDC LightTM 海上電網。

我們從澎湖開始,拉一條海底電纜到北部,從核一、核二電廠上岸,利用原來的電網進入雙北地區,陸上電網不需要重複建設,用既有的就好。

為了增加這個系統的可靠度,我們亦規劃支線電網從淡水、桃園、新竹上岸,抒解中電北送的壓力。

全世界最挑戰的離岸風場

萬一核電廠的電網故障,我們還有三處上岸點可以供應北部用電。這個海上電網除了連接目前彰化地區的離岸風場以外,還可以連結未來會在桃園至苗栗外海的浮體式離岸風場,這是臺灣海峽風速最大的地區,也是全世界最挑戰的離岸風場,任何一個開發商在此地獲勝,也代表其技術實力達世界頂尖的水準。

目前台電的加強電力網計畫,雖然規劃了10GW讓彰化地區的離岸風場上岸併網,但是中電北送陸上電網依然容量不足,所以有海上電網支援,雙管齊下,這樣的電網系統就相對安全許多了。

長期以來,台電在金門、馬祖、澎湖燃油發電造成鉅額的虧損,我們可以用未來30年虧損的金額來蓋這一個臺灣海峽電網,資金上應該綽綽有餘。從此,金門、馬祖、澎湖再也不用擔心供電問題,因為後面有一個很大的電網支持。

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臺灣海峽電網與海電北送概念圖
圖/ 陳世芳

目前離岸風電申請容量約10GW,蔡政府規劃在2025年以前建置5.5GW,還剩下4.5GW的空間。倘若我們把這4.5GW加上浮體式離岸風電的3GW,總數約7.5GW。根據經濟部再生能源躉購費率公聽會使用的離岸風電參數,年平均容量因素用42%估計,7.5GW的容量一年可以發電276億度電。

倘若我們使用GE Renewable Energy(GERE)的Haliade X 12MW風機,年平均容量因素達63%,一年可以發電414億度電,差不多就是台灣三座核電廠的年總發電量了。深澳電廠總共1.2GW,如果用2017年台灣地區燃煤發電年平均容量因素78%估計,一年發電量約82億度電。相較於離岸風電276至414億度電來說,離岸風電發電量是深澳電廠的3.4至5.0倍。

讓離岸風電+臺灣海峽電網取代深澳電廠,可能是一個更好的選擇。深澳電廠這1000億元的投資加上未來30年澎湖、金門、馬祖的燃油發電虧損金額合計來發展臺灣海峽電網,應該是綽綽有餘。

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GE Haliade-X 12MW離岸風機
圖/ 陳世芳

HVDC技術已經演進到第二代了,ABB的HVDC Gen2技術也已經演進到第四代了。新的技術發展,帶來許多新的可能性,我相信未來的某一天,臺灣海峽電網必定實現,就像2011年我相信臺灣海峽會豎立數千支離岸風機一樣,我們正逐漸朝這個願景前進。

綠電成功,電網先行,這是非常重要的觀念。臺灣海峽如果要豎立數千支離岸風電,也必定需要一個強韌的臺灣海峽電網支援,才會達到最好的效果。我的盟友們,我需要你們的幫忙,一起實現這個願景,麻煩把你們的力量借給我,我們一起來改變歷史,創造更美好的未來。

 

參考資料:
  1. ABB, “Special Report 60 years of HVDC,” ABB Review, 2015.
  2. C.M. Liaw, “Introduction to Power Electronic Devices,” Department of Electrical Engineering, National Tsing Hua University, Hsinchu, 2006.
  3. Siemens, “HVDC Benefits,” Siemens, 2018. [線上]. [存取日期: 07 05 2018].
  4. GE Grid Solutions, “HVDC Systems,” GE Grid Solutions, 2018. [線上]. [存取日期: 07 05 2018].
  5. Magnus Callavik, Peter Lundberg Jurgen Hafner Hand Bjorklund 且 Munaf Rahimo Franc Dugal, “Energy Trsnsition:Evolution of HVDC Light,” ABB Review, 2018.
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關鍵字: #智慧電網
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晶睿通訊智慧監控護航淡江大橋,全天候守護台灣破記錄地標
晶睿通訊智慧監控護航淡江大橋,全天候守護台灣破記錄地標

台灣近數十年最具指標性的世紀工程

淡江大橋橫跨淡水河口,主橋跨距長達近一公里,為全球跨距最長的不對稱單塔斜張橋。數十年來,老舊的關渡大橋獨自承載著日益龐大的車流,早已讓這條交通動脈不堪重負。

為了紓解交通壅塞,淡江大橋應運而生,通車後縮短約 15 公里路程、節省約 25 分鐘車程。大橋具備快速公路規格,更同時兼容行人、自行車、大眾公車與汽機車等六大多元運具,是串聯新北市與周邊區域的關鍵交通動脈。

為確保如此龐大規模的設施能安全無虞、持續運作,全台首座橋梁專責交控中心應運而生,專責提供 24 小時全線監控。這意味著大橋需要一套高度穩定、視野開闊的智慧影像系統,能清晰涵蓋大橋的全線跨度。

非比尋常:打破常規的嚴苛監控需求

橋梁管理機關需要的不僅是單純的監視設備,而是一套能作為未來整體智慧基礎建設基石的架構;除了支援高階 AI 交通分析,更必須在各營運環節中全面保障公共安全通訊。

無懼嚴苛:全天候穩定可靠

身處毫無遮蔽的海濱出海口,監控設備必須經受極端天候與強風鹽霧考驗,並在夜間低照度環境下,依舊維持高清晰畫質。

全線涵蓋:消除視野盲區死角

監控範圍遠超傳統固定式攝影機的極限,必須確保整座大橋長距離主線均無監控斷層與盲區。

人車共榮:全向守護多元用路人

面對行人、自行車、機車、重機、自小客車及公車同時混流通行的大橋環境,交控中心需要同時掌握各類車流狀況、落實法規遵從,並將人行安全擺在第一位。

#1 晶睿通訊
PTZ 快速球,支援廣域監控。圖片由iDS智慧安防雜誌提供,經授權使用。
圖/ 晶睿通訊

以更精簡設備配置,實現廣域全天候覆蓋

晶睿通訊攜手系統整合商橙力國際,於全橋部署 40 具專業攝影機,結合 AI 影像分析,提升監控效率。

除了搭配晶睿通訊的子彈型攝影機與車牌辨識機種外,全線更以高解析度 PTZ 快速球為主幹,落實廣域全天候監控。極度耐候的機構設計,能從容應對出海口的強烈鹽霧、夏季高溫暴雨及強颱吹襲。

這項重大決策考量的絕非僅是硬體規格。對於具備國家指標意義的重大工程而言,品牌的信任度與商譽,與技術實力同等重要。

晶睿通訊深耕台灣超過 25 年,擁有實力堅強的在地支援團隊,並攜手在地扎根深厚的夥伴。新北市政府與大橋主管機關獲得的不只是一套監控系統,更是投資了一套能伴隨大橋智慧升級、長遠擴充的前瞻平台。

#0 晶睿通訊
規則管理(Rule Management): 可自訂汽車道、機車道及人車共用道等專用分區,並執行方向性的車流/人流計數。
圖/ 晶睿通訊

將監控結果轉化為高價值交通數據

本專案不僅提供全時不間斷的影像監控,更為交控中心注入強大的智慧分析層,能同時支援「即時監看告警」與「事後回溯分析」。

人車流量即時分析與告警機制:交控中心可彈性設定橋面各處的流量自訂門檻(Threshold)。一旦人車流量超標,系統便會主動通報,讓管理人員精準應變處理。

即時偵測與歷史影像事後回溯:分析區域與事件規則既可預先設定以落實常態監控,亦能事後針對特定路段及時段的歷史錄影直接套用新規則重新檢索分析,省去反覆調閱畫面的繁瑣流程。

多元車種精準分類與行人計數:系統能精準辨識並分類統計汽車、大卡車、公車、機車與自行車等各型車輛;在行人計數方面,亦能有效區隔人行道上的「純步行路人」與「牽車/騎乘騎士」,避免數據重複誤判。

智慧交通決策應用、車牌辨識(LPR)與報表匯出:透過跨時段流量趨勢分析,可為交控號誌的時制最佳化提供精確決策依據;系統同步整合高精度車牌辨識(LPR),且後端所有數據皆支援匯出一鍵產製 CSV 報表,大幅簡化管理歸納流程。

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場景報告(Scene Report): 依車種進行車輛計數與分類,並可一鍵匯出 CSV 格式報表。
圖/ 晶睿通訊

全天候不間斷的清晰視野

大橋專責交控中心現已具備最關鍵的管理能力:無論晝夜氣候,全線通行廊道皆能保持清晰視野與全時監控。強大的 AI 智慧分析能為管理單位提供即時、可靠的影像與數據佐證,全面支援交通調度、車道使用規範落實,以及違規事件的研判與舉發。

大幅精簡設備數量

若想以傳統固定式攝影機涵蓋相同監控範圍,所需的設備數量將大幅增加;相較之下,PTZ 解決方案不僅更具成本效益,也是大型基礎建設兼顧實用性與營運效率的最佳選擇。

此專案不僅滿足當前的監控需求,更奠定了邁向整體智慧基礎建設的架構基石。隨著未來需求逐步升級擴充,淡江大橋將成為運用 AI 智慧影像打造更安全、更高效公共工程的標竿示範。

建置效益重點

AI 智慧交通分析:支援車流量分析、門檻超標警示、車種分類辨識、行人計數與車牌辨識(LPR),並可對歷史影像進行事後回溯分析;各項數據皆能匯出產製統計報表。

即時就緒:在大橋正式通車前即已建置完備,提供不間斷的監控能力,確保自啟用首日起,監管機制即全方位到位。

全線廊道零死角覆蓋:針對全線通行路廊提供 24/7 全天候視野;即使面對毫無遮蔽、天候嚴苛的近海強風鹽霧環境,依然能提供日夜穩定可靠的監控品質。

大規模建置具高成本效益:透過高階 PTZ 攝影機實現大範圍涵蓋,所需台數遠少於傳統固定式配置;在確保頂級監控品質的同時,大幅精簡施工立桿、配線等基礎設施需求。

高度公共建設投資價值:全面滿足專案嚴苛的技術規格,並在「成本預算」、「視野涵蓋」與「整體效能」之間取得最佳平衡。

充滿前瞻性的可擴充平台:建立具前瞻性的彈性擴充平台;隨日後營運需求演進,可無縫整合子彈型攝影機強化 AI 交通分析,或加入廣播喇叭(IP Speakers)實現公共安全廣播與即時應變。

“作為近年台灣最具指標性的重大工程之一,淡江大橋需要的是能夠長久攜手前行、具備前瞻建構實力的長期合作夥伴。”這正是我們選擇晶睿通訊的關鍵原因。其解決方案完全滿足此等重大建設的核心標準:自啟用首日起,即為全橋提供全方位、多視角的無死角監控;同時提供堅實穩健的智慧運算架構,能伴隨大橋未來的智慧化願景持續演進擴充。 -張橙莉, 執行長,橙力國際

我們守護的,不只是大橋

回歸本質,衡量一座宏偉橋樑真正價值的,始終是它所承載的每一段日常旅程:是在雨夜中奔波通勤的歸人、週末漫步於人行步道的一家大小,或是當天第二十趟行經相同路線的公車運將。晶睿通訊默默守護著每一位用路人,為交控中心賦予全方位的清晰視野與智慧洞察,日夜不輟地守護這座台灣最新地標的安全。

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晶睿通訊智慧監控護航淡江大橋,全天候守護台灣破記錄地標

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淡江大橋-智慧橋樑管理中心 x 智慧與維運的全天候智慧監控核心

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