太陽能、風力發電與電網接駁技術

第3章 新能源與電網接駁技術

1新能源發電系統與電網接駁

新能源發電系統可依產生電力的使用方式分成兩大類。

其一稱為「獨立電源系統」，是一種不從電力公司接電的獨立設備，例如山中小屋與自然公園內的廁所所使用的電力，或是氣象觀測用的電力，相當於供給群落生境（為多種動植物保留的生息空間）裡幫浦用電力的太陽能發電系統。

其二則為「電網接駁系統」，所產生的電力與電力公司提供的電力合為一體使用，例如一般家庭、營業場所所使用的太陽能發電都屬於這類，相當於風車農場裡的風力發電系統。

此外，「電網接駁系統」還可以根據是否將電力回輸至電力公司的輸電線與配電線分成兩種型態：一種稱為「無逆向回流接駁」，屬於將產生的電力控制在消費電力以下的型態，另一種則稱「有逆向回流接駁」，屬於將用不完的電力賣給電力公司（售電）的型態。

「獨立電源系統」從產生電力到消費電力均屬於安裝者個人責任範圍，其產生電力的品質也不會帶給他人設備任何影響，只要能針對設備與人身安全進行徹底管理，可在提出申請之後，自行安裝與使用。

另一方面，「電網接駁系統」的發電系統是在與電力系統連接的狀態下運轉，因此只要產生故障、發電量不足或是電力品質不佳，都會對電力公司的系統造成影響，而且也會影響到同一家電力公司的用電戶，所以「電網接駁系統」的安裝與使用，必須遵守制定的基準，同時也為了確保公共安全而需盡力維持發電電力的品質。

在電網接駁系統的分類裡，特別將非電力公司以及民營業者設置的發電設備稱為「分散型電源」，本章也將以「分散型電源」做為介紹「新能源發電系統」的主軸。

2電網接駁技術要件指南

提高新能源發電系統與電力公司電網的接駁比率，是防止地球繼續暖化的重要策略之一，可是風力與太陽能這類自然能源就如字面意義一樣，必須天公作美才能取得，無法以人力控制其發電狀態。因此，一旦這類新能源發電系統在毫無章法的狀況下大肆連接上原有的電力系統，電力公司將難以維護電力品質，導致基本使用面產生問題。所以電力公司與發電設備的設置者之間必須針對電網接駁這點簽訂完整的協議，同時也必須讓接駁條件變得更透明與公平。

基於上述種種理由，定義發電設備與電力系統接駁之際所需技術要件的法令與基準才逐漸完備。

日本的電氣設備相關規程之一為昭和40年制定的「電氣設備相關技術基準」（隨昭和39年新制定的電氣事業法而制定），而在此之前的「電氣設施規程」則予以廢止。而且新制定的電氣事業法受政府放寬管制所引起的電力自由化風潮影響，於平成7年4月進行了大幅修訂。到了平成9年3月，「電氣設備相關技術基準」、「發電用水力設備相關技術基準」、「發電用火力設備相關技對通基準」、「發電用風力設備相關技術基準」這類經濟產業省行政命令，以及做為其判斷基準的各種「技術基準解釋」都進行了全面的修訂。

接著平成16年10月為了促進新能源這類分散型電源的普及，將「電網接駁技術要件指南」（昭和61年8月由資源能源廳公益事業部長公布）」整理成「電氣設備技術基準的解釋」以及「電力品質確保相關電網接駁技術要件指南」。隨著這些經濟產業省頒布的行政命令以及做為判斷基準的各種「技術基準解釋」的修訂，相關的民營規格也跟著進行修整。

當初是以接駁廢熱發電設備這類自家用發電設備與高壓（6.6kV）以上的電力系統為主流，所以日本廢熱發電研究會才於昭和61年（1986年）發行「廢熱發電電網接駁要件指南解說書」，之後因太陽能發電以及燃料電池發電設備這類的直流發電設備（非廢熱發電的設備）透過逆向轉換裝置接駁至電力系統的需求增加，（社）日本電氣協會的電氣技術基準調查會於平成四年（1992年）制定了「分散型電源電網接駁技術指針（9701-1992）」，接著又於平成18年（2006年）六月由日本電氣技術規格委員會制定「電網接駁規程（JEAC 9701-2006）」。

「電網接駁規程（JEAC 9701-2006）」的主要內容為「電力品質確保相關電網接駁技術要件指南」以及「電氣設備技術基準解釋」之中與分散型電源的電網接駁相關的必要部分，主要規定了分散型電源接駁電網之際應遵守的事項。

3可與電網接駁的發電系統

發電系統可根據與電網接駁之際的電力狀態，分成交流發電設備以及具備逆向轉換裝置的發電設備兩大類。

（1）直接將交流發電設備的輸出接駁至電網的型態

將風車，水車或是生質燃料引擎以及外燃器渦輪當成原動機使用，且與系統頻率同步發電的設備。廢熱發電設備或與電網接駁的緊急用發電設備都屬於這一類。

（2）直流發電設備等透過逆向轉換裝置與電網接駁的型態

一般而言，太陽能發電或燃料電池發電都屬於直流發電設備，也是具備逆向轉換裝置的發電設備。而風力發電或微型渦輪發電設備也只需將發電設備的交流輸出暫時轉換成直流電，再透過逆向轉換裝置與電網接駁，就能分類為這類型的發電設備。此外，不自行發電的二次電池所放出的電力與電網接駁時，也視為是一種發電設備。

第3章 新能源與電網接駁技術

1新能源發電系統與電網接駁

新能源發電系統可依產生電力的使用方式分成兩大類。

其一稱為「獨立電源系統」，是一種不從電力公司接電的獨立設備，例如山中小屋與自然公園內的廁所所使用的電力，或是氣象觀測用的電力，相當於供給群落生境（為多種動植物保留的生息空間）裡幫浦用電力的太陽能發電系統。

其二則為「電網接駁系統」，所產生的電力與電力公司提供的電力合為一體使用，例如一般家庭、營業場所所使用的太陽能發電都屬於這類，相當於風車農場裡的風力發電系統。

此外，「電網接駁系統」還可以根...

世界各國皆在努力推動節能減碳運動，而簽署京都議定書的日本則希望在2008～2012年之間，讓溫室氣體的產生量較1990年減少6%。可惜占全世界溫室氣體產生量達40%的美國與中國未能簽署京都議定書，而日本在此目標的達成上也岌岌可危，可見京都議定書的實質效果並不顯著。此外，在2011年綜合資源能量調查會的新能源部會報告書中，雖然建議2010年的新能源採用目標應為太陽能發電：482萬kW、風力發電：300萬kW、生質發電：33萬kW，但五年前日本已將太陽能發電世界第一的寶座讓給德國，因此上述目標已完全不可能達成，所以希望能建立新制度，以求讓新能源（可再生能源）得以普及。另一方面，聯合國雖然希望能就京都議定書，建立開發中國家與已開發國家共同開發新能源的制度，但各國各有自己的考量，仍需一段時間磨合。

在太陽能方面，福田Vision2008年發表了太陽能發電長期規劃，希望太陽能發電在2030年之前要增長至現況的40倍，也就是5300萬kW，而在2020年之前要增加至2800萬kW。此外，太陽能發電的補助制度已於2009年1月復行，電力公司向住宅用太陽能發電系統收購多餘電力的價格也提升至48日圓／1kWh，多了一倍，在日本國內掀起一波太陽能發電的浪潮。尤其在2009年，因政黨輪替而上臺的鳩山內閣更向聯合國提出：日本希望2020年溫室氣體產生量能較1990年減少25%，期待與已開發國家以及新興國家一同致力於溫室氣體的削減。同時也討論了電力公司必須義務性地全面收購由新能源產生的電力的制度，考慮了收購對象、收購價格以及電費上限（家庭或業界的自行負擔額度）等相關政策的制定，也準備進入最重要的階段。

為了大量導入新能源的應用，必須建立將分散型電源（在電力公司之外設置的電源）連接至傳統電力系統的接駁機制。因此，能大量接收太陽能發電與風力發電的智慧電網（Smart Grid）的開發也受到全世界的高度關注，全世界希望透過在傳統的電網裡加入資訊傳輸技術（ICT）、電力電子技術（Power Electronic）、蓄電池技術，藉此在需要電力的地區周圍大量設置分散型的電源。目前日本的經濟產業省已於橫濱市等四個都市進行環保城市的實證測試。另外，電器製造商等廠商也已計畫獨力進行其他的實證測試。

本書將以太陽能發電、風力發電這兩項最具代表性的新能源為核心，從第一章開始敘述這兩種能源的概要與普及現況，而第二章則開始介紹「太陽能發電系統」以及「風力發電系統」的原理與構造。雖然太陽能發電與風力發電這兩類分散型電源系統接駁時的相關安全問題、電力品質維護問題，日本政府已發布「電網接駁規程（JEAC 9701-2006）」的民間章程，但第三章準備以最基本、最容易理解的方式說明章程內容。第四章將介紹電網接駁協議以及安全章程這類的手續問題。隨著新能源的大量普及，同時介紹新能源與電網接駁技術的本書正好躬逢其盛，而且本書可說是前無古人的創作。重新檢視本書之後，雖有許多未能提及和完整說明的內容，但仍然希望本書可帶領各位讀者進入新能源的世界，這也將是作者的榮幸。

最後要藉此機會感謝給予此次寫作機會的株式會社高岳製作所顧問松田高幸先生，以及株式會社Ohmsha與其餘相關人士，更感謝提供各種資料的株式會社明電舍以及其他公司與團體，在此由衷地感謝各界友人。

2010年8月

作者代表 甲斐隆章

世界各國皆在努力推動節能減碳運動，而簽署京都議定書的日本則希望在2008～2012年之間，讓溫室氣體的產生量較1990年減少6%。可惜占全世界溫室氣體產生量達40%的美國與中國未能簽署京都議定書，而日本在此目標的達成上也岌岌可危，可見京都議定書的實質效果並不顯著。此外，在2011年綜合資源能量調查會的新能源部會報告書中，雖然建議2010年的新能源採用目標應為太陽能發電：482萬kW、風力發電：300萬kW、生質發電：33萬kW，但五年前日本已將太陽能發電世界第一的寶座讓給德國，因此上述目標已完全不可能達成，所以希望能建立新制度，以求讓...

第1章 新能源發電的普及現況與背景
1. 地球暖化對策與新能源
1-1　地球暖化
1-2　地球暖化對策與新能源
2. 日本、世界的新能源普及狀況
2-1　太陽能發電
2-2　風力發電
2-3　燃料電池
2-4　生質能源發電

第2章 利用新能源的發電系統──太陽能發電系統、風力發電系統
1. 太陽能發電系統
1-1　太陽能電池的原理
1-2　太陽能電池的種類
1-3　太陽能電池的特性
1-4　互連式系統與反向售電的有無
1-5　太陽能發電系統的基本構造
1-6　太陽能電池陣列
1-7　整流器
1-8　電網接駁保護繼電器（獨立運轉偵測功能）
2. 風力發電系統
2-1　風力發電的原理
2-2　風力發電系統的基本構造
2-3　風力能源、變速控制與功率曲線
2-4　風力發電系統的種類與特徵
2-5　接駁條件與電網接駁保護繼電器
2-6　風力發電系統的發電原理

第3章 新能源與電網接駁技術
1. 新能源發電系統與電網接駁
2. 電網接駁技術要件指南
3. 可與電網接駁的發電系統
4. 電網接駁相關基本事項
4-1　接駁方式
4-2　電網接駁與獨立運轉防止
4-3　供電方式
4-4　功率
4-5　電壓變動
5. 與低壓配電線的連接
5-1　基本思維
5-2　必要的保護繼電器種類與功能
5-3　避免進入獨立運轉模式
5-4　保護裝置的配裝範例
6. 與高壓配電線的連接
6-1　基本思維
6-2　必要的保護繼電器種類與功能
6-3　防止獨立運轉
6-4　重新閉路時的故障排除
6-5　短路故障保護的注意事項（限流電抗器的安裝）
6-6　保護裝置的構造示例

第4章 發電設備建置之相關法令與手續
1. 發電設備相關法令概要
1-1　與電氣事業法相關的法令
2. 發電設備相關手續的概要

第1章 新能源發電的普及現況與背景
1. 地球暖化對策與新能源
1-1　地球暖化
1-2　地球暖化對策與新能源
2. 日本、世界的新能源普及狀況
2-1　太陽能發電
2-2　風力發電
2-3　燃料電池
2-4　生質能源發電

第2章 利用新能源的發電系統──太陽能發電系統、風力發電系統
1. 太陽能發電系統
1-1　太陽能電池的原理
1-2　太陽能電池的種類
1-3　太陽能電池的特性
1-4　互連式系統與反向售電的有無
1-5　太陽能發電系統的基本構造
1-6　太陽能電池陣列
1-7　整流器
1-8　電網接駁保護繼電器（獨立運轉偵測功能）
2. 風力發...