綠色低碳島

七美智慧電網
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2019 / 6月

文‧曾蘭淑 圖‧林格立


澎湖七美島海天一色,夏季豔陽高照,冬季東北季風強勁,運用豐沛的日照與風力,發展綠能,並透過智慧電網儲能、調度,即可打造七美成為綠能低碳之島。

 


位於澎湖群島最南端的七美島,走訪它的奇特地景,有千年歲月形塑而成的海蝕平台「小台灣」;有端坐在海岸邊,凝視拍岸浪花的玄武岩獅;以及有著動人傳說的「望夫石」,好似日日在岸邊等待丈夫歸航的孕妻。環繞全島不同的角落,可見大自然的鬼斧神工。

尤其是往昔漁夫利用大自然漲潮、退潮的現象,以玄武岩與珊瑚礁搭建的雙心石滬來捕魚,以海為生,與海依存。如今因為氣候變遷,漁群減少,反而成為戀人浪漫打卡之處。

七美,1980年代漁群資源豐沛,全島多達七千多位居民;如今漁業資源面臨枯竭危機,今(2019)年暖冬,甚至採收不到紫菜。由於無法靠海維生,七美目前戶籍只剩一千多戶、三千多位居民設籍,但大多到台灣本島工作。夏季旅遊旺季時,每天湧入二、三千位的遊客,比當地居民還多。

生存最終的智慧就是「永續」,面對氣候變遷所帶來的風險與機會,「七美智慧電網」計劃不僅是以綠色能源減碳永續的解決方案之一,也成為台灣發展綠色能源技術的試範場域。

總統指示:照三餐供電

由玄武岩砌成低矮圍牆的七美島海豐社區,還看得到已有40年歷史、灰白斑駁的木頭電線桿。這一天台電人員為還在興建中的房屋裝上電錶,趕在新居落成前通電。

在七美,每一戶用的每一度電力,都有太陽能板的光電綠能併聯發電。

造訪台灣電力公司七美發電廠控制室,儀板表上的顯示便一目了然。全島在上午10點10分用電的負載為919.9 kW(瓩),其中供電來自光電綠能為225.7kW,柴油發電為756.1kW。

廠長陳永宗是七美人,他不疾不徐地說,七美為離島獨立的電力系統,主要由柴油發電供電,現有的4部柴油發電機,每部可以發電1,000kW。用電高峰隨著九孔養殖業者的沒落,預估至少10年內電力供應不虞匱乏。以去年為例,尖峰用電為1,750 kW,年用電量約780萬度,供電成本約1億3,000萬元。

他進一步解釋,由於七美位於離島,發電用的柴油,必須從本島運送過來,燃料成本高,導致七美每度發電成本要12元,但七美的電價與台灣本島一樣都是2元(用電愈多,電價愈貴,也是與本島一樣),因此台電每賣1度電就要虧10元。

在七美經營民宿的呂佳蕙,是道地七美人,她記得小時候因為沒有電,總是利用白天就把學校作業寫完,晚上再點著油燈看書。她不忘強調:「我的頭可是被先總統蔣公摸過的哦!」

她說,前總統蔣中正曾到七美拜訪民間友人,發現七美沒有電力後,便指示當局努力供電。過了多年,前總統蔣經國到澎湖視察,沒有多久七美即有自來水,真的是領袖體察民間疾苦。

由於七美距離澎湖本島約29海浬(36公里),可以說是「離島中的離島」,發電成本甚至比澎湖更高。台灣光復後,由鄉公所成立發電合作社供電,但因設備簡陋、成本高昂,品質相當不穩定。

1974年擔任行政院長的蔣經國,指示台電公司接管七美鄉水電合作社,成立台電七美服務所,按一日三餐煮飯的時間分3階段供電,並且遲至1984年才全日供電。

綠能低碳之島

考慮離島燃料發電成本高,台電再生能源處副處長李文彬指出,配合科技部能源國家型計畫,在七美建置「低碳島智慧電網示範系統」,由義守大學教授陳朝順主持,進一步將七美打造成綠能減碳之島。

太陽能板就放置在七美海拔第二高的山丘上,總共發電355kWp(峰瓩)。由於太陽能只有白天與晴天才能發電,因此將多發的電,透過儲能系統與智慧能源管理系統,調整運轉排程。

台電今年計劃增設風力發電340 kW,與加設300kWh(每小時瓩)儲能系統,俟2020年完工後,綠能發電量將可佔全島用電量的4成以上,讓七美島綠能發電占比達最大化。

從供電成本與穩定性的角度來看,綠能投資成本高,而且「靠老天臉色」發電,仍有供電頻率不穩定的問題,必須靠柴油機組發電。但從「綠能減碳」的角度,不管是燃煤或是燃油都會產生溫室氣體,以台灣來說,每發一度電,即會排放出0.528公斤的二氧化碳。

綠色能源產業

負責太陽光電系統第二期施工的大同公司,從本島運來二百多根、各重達1,000公斤的水泥基樁,穩定高效能光電模組,2018年完工後,發電效能可達3.8度/每日每kW,不怕強勁東北季風。

 智慧電錶事業部處長陳威霖指出,七美產生的綠能電力,每年可以取代柴油發電48萬度的電力,換算可以減少253公噸的碳排放,相當於種樹2萬棵的減碳量。除了減碳,少用柴油發電,一年可以減少462萬元的燃料費用,這還不包括離島的柴油運送、倉儲與人力的管理費用。

大同公司除了生產電鍋,1960年代開始配合政府政策,生產智慧電錶、配電盤、發電機等設備,並建置水力、火力電廠的機電設施,以及目前發電系統的整合,有豐富電力產業的經驗。陳威霖認為,台灣的太陽能產業已十分成熟,現在競爭優勢是透過大數據的資料分析,進行發電預測、資產管理與用電經濟調度。簡單講就是透過對能源管理系統的整合,達到最省錢、省碳的目標。

台電與大同公司合作,將七美島這樣結合柴油、光電與儲能的混合式發電系統,原本是計劃用於台灣偏遠地區「防災」之用。目前已在曾因莫拉克颱風受創的屏東縣林邊鄉,以及新北市烏來福山地區施設微電網,一旦又有大風災,造成大斷電時,這兩個地區的電力可以自立自足,各自撐住72小時與10小時,形成「孤島」運轉,提供救災與維生系統所需。

然而「孤島」模式也可擴展應用於「離島」。台灣領土的國境之南,距離高雄港445公里的東沙群島,以及距離約1,600公里遠的太平島,長期以來必須運送柴油來發電,但是透過微電網整合發電,亦可利用太陽能發電啟動製水機,同時減輕了運送柴油發電與飲用水的負擔。

科技電力,照亮鄰國

像七美小島這樣,過去無電可用,供電費力又昂貴的窘境,目前仍存在東南亞小島遍布的菲律賓、印尼,以及非洲等新興國家的偏鄉。

大同公司2015年以捐贈援助的方式,在緬甸的偏鄉興建太陽能發電站,利用儲能電力系統,讓居民晚上可以用電來照明,小孩可以看書,同時結合抽水機與濾水系統,以太陽能提供清潔飲用水,減少當地人感染生病的機會。原本想在緬甸複製推廣,但遭到中國以指定廠商的方式介入,無法靠公開競標爭取訂單。

但大同公司仍爭取到國際基金的資助,2018年在菲律賓距離首都馬尼拉100公里的小島,興建類似七美的微電網系統,預計今年完工,一樣可以達成減少柴油用量、降低排碳量的目標。

七美是台灣第一個結合柴油發電、太陽能等再生能源所建立的離島型智慧電網,提供台灣發展減碳科技的利基,以七美低碳島為灘頭堡,台灣也可逐步邁向低碳國家之列。

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A Low-Carbon Green Island

Qimei's Smart Power Grid

Esther Tseng /photos courtesy of Jimmy Lin /tr. by Phil Newell

Qimei, an island of the Penghu archipelago, a placee where the sea and sky merge into one, has strong sunshine in summer and powerful monsoon winds in winter. These attributes provide opportunities to develop both solar and wind power, and through storage and distribution via a smart power grid, Qimei can be transformed into a low-carbon green energy island.

 


When you visit the unique landscape of Qi­mei Island, located at the southernmost tip of the ­Penghu archipelago, you will find “Little Taiwan,” a platform shaped by sea erosion, which at low tide looks like the island of Taiwan. There is also the “Basalt Lion,” which stands by the seashore looking out into the white spray. You can see nature’s magical handiwork in many places around the island.

A particular attraction is the “Twin-Heart Stone Weir,” which was built by fishermen of yesteryear out of basalt and coral rocks to trap fish by the action of the rising and falling tides. They lived off the sea and were dependent on it. Today, as a result of climate change, there are fewer fish, and the Twin-Heart Stone Weir has instead become a romantic location where lovers check in on social media.

In the 1980s, when fish were abundant, the island had more than 7000 residents. Today, with fisheries resources facing exhaustion, locals can no longer make a living from the sea, and the number of households on Qi­mei has dropped to 1000-plus. Well over 3000 people have their official domicile there, but the majority have moved to Taiwan proper to work. In the peak summer tourist season, 2000‡3000 tourists pour in each day, outnumbering local residents.

The ultimate wisdom for survival is sustainability. Facing the risks and opportunities brought by climate change, the “Qi­mei Smart Grid” project not only offers a solution to the problem of sustainability with green energy and reduced carbon emissions, it has become a trial and demonstration project for the development of green energy technology throughout Taiwan.

High costs for offshore power

On Qi­mei, every kilowatt-hour (kWh) used by households includes green energy generated by photovoltaic solar panels.

In the control room of the Qi­mei Power Plant of the Taiwan Power Company (Tai­power), the displays on the control panel can be understood at a glance. At 10:10 a.m., the electric load across Qi­mei is 919.9 kilowatts (kW). To meet this demand, 225.7 kW of green energy is being generated by photovoltaic panels, and 756.1 kW is being supplied by diesel generators.

Plant director Chen Yung-tsung, who was born on Qi­mei, says with unhurried assurance that the electricity supplied by Qi­mei’s independent power system comes mainly from diesel generators. At present there are four such generators, each one capable of producing 1000 kW of power. No shortfall should be expected in the power supply for at least the next ten years. For example, last year peak demand was 1750 kW, and total consumption was 7.8 million kWh. The cost of supplying this power was NT$130 million.

He further explains that because Qi­mei is an offshore island, the diesel fuel for power generation must be transported over from Taiwan, and fuel costs are high, resulting in a cost of NT$12 for each kWh generated on Qi­mei. But the charge to consumers is the same as on Taiwan proper, at NT$2 per kWh (the more power one uses, the higher the price, also just as on Taiwan proper). This means that Taipower loses NT$10 per kWh sold.

A low-carbon green energy island

Lee Wen-bing, deputy director of the Department of Renewable Energy at Taipower, states that in view of the high cost of diesel-generated power on offshore islands, Taipower, in coordination with the National Energy Program of the Ministry of Science and Technology, is constructing a low-carbon smart grid demonstration system on Qi­mei. Run by Professor Chen Chao-shun of I-Shou University, the project marks a step forward in transforming Qi­mei into a low-carbon green energy island.

An array of solar panels has been installed on Qi­mei’s second highest hill, with a peak generating capacity of 355 kW. Because solar power can only be generated during daylight hours and the amount generated is greatest when skies are clear, the mismatch between peak generating times and peak demand will be adjusted via an energy storage system and a smart energy management system.

In 2019, Taipower plans to add 340 kW of wind power capacity and an energy storage system of 300 kWh. When construction is completed in 2020, electricity generated from renewable sources will account for over 40% of total power consumption on the island, maximizing the proportion of green power generation on Qimei.

Seen from the perspective of cost of supply and reliability, green energy requires a high level of investment, and is dependent on the weather. The supply is not fully reliable, so it will still be necessary to use diesel generators to produce electricity. But in terms of green energy and carbon reduction, whenever power is generated by coal or oil, greenhouse gases are produced. In Taiwan, each kWh of energy produced using coal or oil results in the emission of 0.528 kilograms of carbon dioxide.

The green energy industry

Chen Wei-lin, division manager of the Smart Meter Business Unit at the Ta­tung Company, which is handling the second phase of construction of the solar energy system on Qi­mei, notes that the green energy produced on Qi­mei will replace 480,000 kWh of power from diesel generators, which amounts to a reduction of 253 metric tons of carbon emissions, a carbon reduction equivalent to planting 20,000 trees. Beside this carbon reduction, each year diesel fuel costs can be reduced by NT$4.62 million, along with further savings in the cost of transportation and storage of diesel fuel and associated labor costs.

The design of the mixed diesel and solar power generation and storage system being built on Qi­mei as a collaborative project between Tai­power and Ta­tung in fact has its origins in disaster preparedness in remote areas of Taiwan proper. The microgrids already installed in Ping­tung County’s Lin­bian Township, which was ravaged by Typhoon Mo­ra­kot, and in the Fu­shan area of New Tai­pei City’s Wu­lai District, can operate autonomously in the event that another major disaster cuts off their power supply. They would have 72 and 10 hours of power respectively, operating as “isolated islands” and providing power needed for disaster relief and human survival.

However, the “isolated island” model can also be applied to offshore islands. At the southernmost end of Taiwan’s territory are the Dong­sha (Pratas) Islands, 445 kilometers from the port of Kao­hsiung, and Tai­ping Island, 1600 kilometers away. For many years both have required shipments of diesel fuel to generate electricity, but through microgrid power generation, solar power can be used to provide a water supply. Such measures reduce the cost of delivering diesel fuel for power generation and of shipping in drinking water.

Shining a light on other lands

Until some seven decades ago Qimei had no electric power at all, and it has had a 24-hour supply only since 1984. Providing electricity has proven to be an arduous and expensive exercise. But today many locations around the world are still without a power supply, including numer­ous small islands in Southeast-Asian countries such as the Philippines and Indonesia, or remote com­mu­nit­ies in developing countries in Africa and elsewhere.

In 2015 Tatung built a solar power generating station in a remote location in Myanmar, which it donated to the local community. In 2018 the company began building a micro­grid system like that used on Qimei on a small island in the Philippines, 100 kilometers from Manila. It is expected to be completed this year, and will likewise achieve the goals of reducing the amount of diesel fuel burned for power genera­tion, and reducing carbon emissions.

Qimei is Taiwan’s first offshore island where a smart grid is being set up combining diesel-fuel power genera­tion with solar power and other renewable energies. It will provide a firm foundation for the development of carbon-reduction technology in Taiwan. With the island of Qimei in the vanguard, Taiwan can advance toward being a low-carbon nation.

低炭素グリーンエネルギーの島へ

七美島のスマートグリッド

文・曾蘭淑 写真・林格立 翻訳・笹岡 敦子

澎湖諸島の七美島は、海と空が一つに溶け合う。夏は強い日差しが照りつけ、冬は北東からの季節風が吹きすさぶ。この豊かな日照と風力を活用してグリーンエネルギー事業を発展させれば、スマートグリッドで蓄電・配分を行い、低炭素の七美島が実現可能になる。

 


 

澎湖諸島最南端の七美島。その絶景を訪ねる。数千年かけてできた波蝕棚「小台湾」、海岸に佇んで砕ける波を見つめる玄武岩の獅子、悲しい言い伝えのある「望夫石」。島のそこかしこに、大自然が作り出した造形が望める。

その昔、漁師は潮の満ち引きを利用して、玄武岩とサンゴ礁で、二つのハートが重なりあう形の「石滬」を作り、魚を獲った。海に頼り海と共に生きていた。今では気候変動で魚は減ってしまったが、恋人が訪れるスポットになっている。

1980年代の七美は水産資源が豊富で、全島人口は七千人を超えた。漁業資源が枯渇しつつある今(2019)年は暖冬で、海苔も不作だった。海での暮らしが立たなくなり、七美の住民は一千世帯三千人余りに減った。出ていった人の多くは台湾本島で働いている。夏の旅行シーズンには、毎日住民より多い二、三千人の観光客が訪れる。

生存の最後の知恵は「持続」である。気候変動によるリスクとチャンスに直面し、「七美スマートグリッド」計画は、二酸化炭素排出を削減する再生可能エネルギーという持続可能なソリューションであるのみならず、台湾のグリーンエネルギー技術のパイロット版なのである。

七美では各世帯が消費する電力に、太陽光パネルによる再生可能エネルギーが接続されている。

台湾電力七美発電所制御室では、計器の表示で一目瞭然だ。全島の午前10時10分の電力消費負荷は919.9kW、うち太陽光発電が225.7kW、ディーゼル発電が756.1kWである。

所長の陳永宗は地元七美出身である。七美は離島独立型電力系統になっていて、主にディーゼル発電機による電力供給だと説明する。現在ディーゼル発電機は4基あり、1基につき1000kWを出力できる。トコブシ養殖業者の衰退に伴いピーク時の電力消費が減り、今後10年は電力不足の心配がないとされる。昨年のピーク時電力消費量は1750kW、年間の電力消費は約780万kWh、電力供給コストは約1億3000万元だった。

更に、離島の七美に発電用の軽油を本島から運ぶため、燃料コストが高くなり、七美の1kWh当りの発電コストは12元かかっているという。しかし、電気料金は台湾本島と同じ2元(使えば料金が高くなる累進制も本島と同じ)である。台湾電力は1kWhごとに10元の損失になる。

総統「三食に合わせ電力供給せよ」

七美で民宿を経営する呂佳؟٧も地元七美の人である。子供のころは電気がなくて、昼のうちに宿題を終え、夜はランプの明りで勉強していた。

蒋介石元総統が七美に民間の友人を訪れた際、七美に電気がないと知ると、当局に電力供給に努めるよう指示した。何年も経って蒋経国総統が澎湖を視察すると、間もなく七美に水道ができた。指導者が庶民の苦しみを理解したのである。

七美は澎湖本島から29海里(36㎞)離れている「離島の中の離島」である。発電コストは澎湖島より高い。台湾の光復後、役場が発電合作社を作って電力を供給していたが、設備も不十分でコストが高く、安定供給できなかった。

1974年、当時行政院長だった蒋経国が、台湾電力に七美郷水電合作社を引き継ぐよう指示した。台電七美服務所を設立し、一日三回、食事の準備に合わせて3回電力を供給した。1984年になってようやく終日電気が来るようになった。

グリーンエネルギー低炭素の島

離島の発電コストの高さを踏まえ、台湾電力再生可能エネルギー処副処長・李文彬は、科技部エネルギー国家型計画に沿って、七美に「低炭素島スマートグリッド・パイロット系統」を構築していると話す。義守大学教授・陳朝順の主導で、七美をグリーンエネルギー低炭素の島にする。

太陽光パネルは七美で2番目に高い丘に設置した。総発電容量は355kWp(キロワットピーク)である。太陽光は晴天の昼間しか発電できないから、多く発電した分は蓄電システムとスマートグリッドでスケジュール運転を調整する。

台湾電力では今年、風力発電340kWの増設と、300kWhの蓄電システム設置を計画している。2020年に竣工すると、グリーンエネルギーが島の消費電力の4割以上を占めるようになり、七美島のグリーン発電の比率が最大になる。

電力供給コストと安定性の面では、グリーンエネルギーは投資コストが高く「お天道様次第」の発電であり、供給は不安定なため、ディーゼル発電への依存は避けられない。だが「グリーンエネルギー低炭素」の面からは、石炭でも軽油でも温室効果ガスが出る。台湾では1kWh発電するごとに二酸化炭素0.528kgが排出される。

グリーンエネルギー産業

太陽光発電第二期工事を請け負う大同公司は、本島から重さ1000kgのコンクリートパイル200本を運び、高効率光電ユニットを支えた。2018年に竣工し、発電量は3.8kWh/日・kWに達する。北東からの強い季節風も恐れない。

スマートメーター事業部処長・陳威霖は、七美のグリーン発電は年間でディーゼル発電48万kWhの電力量に匹敵し、二酸化炭素に換算すると253トンの排出量を削減できる。これは植樹2万本に相当する。炭素削減だけでなく、軽油コスト年間462万元の削減にもなる。これには軽油の輸送費や倉庫・人件費など管理費は含まれない。

大同は家電生産だけでなく、1960年代から政府の方針を受けて、スマートメーター、配電盤、発電機等の設備を製造し、水力・火力発電の電気機械施設を構築し、発電系統の統合も行い、電力産業の豊かな経験がある。台湾の太陽光発電産業は十分成熟しており、現在の競争優位性は、ビッグデータ分析による発電予測・資産管理・経済負荷配分制御であると陳威霖は考えている。エネルギー管理システムの統合を通じて、コスト削減・炭素削減を実現していく。

台湾電力は大同と共同で、七美島のディーゼル・光電・蓄電のハイブリッド発電システムを、台湾の地方防災に運用しようと計画していた。現在すでに、モーラコット台風(2009年台風8号)で被災した屏東県林辺郷と、新北市烏来福山地区にマイクログリッドを導入している。台風で大規模な停電が起きても、この2地域の電力は孤島システムとして地産地消でそれぞれ72時間、10時間、救援と生命維持管理装置に給電できる。

「孤島」モデルは「離島」にも運用できる。台湾から南へ、高雄港から445kmの東沙(プラタス)諸島と、約1600㎞の太平島では、ずっと軽油で発電していた。だがマイクログリッドで発電の統合を行い、さらに太陽光発電で製水機も運転でき、軽油と飲用水の輸送負担が軽減している。

ハイテク電力が隣国を照らす

過去の七美島のように、電気が届かず、電力供給に手間も金もかかる場所が、今も東南アジアでたくさんの小島を抱えるフィリピン、インドネシア、またアフリカなど新興国の地方にある。

大同は2015年、無償援助の形でミャンマーの地方に太陽光発電所を建設した。蓄電システムを用いて、住民が夜間も電気照明を使い、子供が勉強できるようにしたほか、汲上げポンプと浄化システムで太陽光発電による清潔な飲用水供給を可能にし、感染症の発生を抑えている。

大同はさらに、2018年にはフィリピンのマニラから100㎞の小島で、七美に似たマイクログリッドを導入した。年内に完成し、同様に軽油の使用と炭素排出量を削減できる見通しである。

七美は台湾初のディーゼル発電と再生エネルギーのハイブリッド離島型スマートグリッドである。台湾の炭素削減テクノロジーの優位性で、七美低炭素島を足掛かりに、台湾も低炭素国家へと邁進していく。

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