因應電動車發展之充電電源供應實務 解析 撰 王耀村 林宏飛 前言 換新 0,000 輛 03~2 年 及經濟部推動 先導運行案 390 輛 03~05 年 電動機 產業發展市場 99 年 4 月 5 日行政院核定 車自 98~02 年累計內銷 32,27 輛 第二階 通過 智慧電動車發展策略與行動方案 段期程為 03~06 年 目標推動 37,000 輛 該方案主要將電動車推動時程規劃為啟動期 並以 擴大示範運行 提供購車誘因 (200 年 ~203 年 ) 成長期 (204 年 ~206 推動創新營運模式 開發高性能電動 年 ) 及擴張期 (207 年 ~2030 年 ) 等三個階 機車 建構產業價值鏈提升關鍵零組件 段 依前述行動方案 國營事業之台電公司 為推動策略 被賦與 評估充電站對電力供應之影響 及 智慧電動車輛發展策略與行動方案 配合提供智慧電動車先導運行專案之充電 整併電動大客車 電動汽車及電動機車等 3 設施電源供應 等主要工作 其中 評估充 種不同類型電動車之推動目標 惟 評估充 電站對電力供應之影響 為台電公司主辦工 電站對電力供應之影響 仍為台電公司主辦 作項目 之工作項目 另 鼓勵電動車輛與電池分離 99 年 7 月 26 日政府又訂定 經濟部智 的生產及銷售模式 及 加油站增設充電設 慧電動車先導運行計畫輔導作業要點 並 施 等工作項目 台電公司亦須配合協助辦 以獎勵補助方式 大力推動地方政府及民間 理相關業務 各電動車運行專案所須充電設施之電源供應 基礎電力建設 淺談電動車類型 電動車用途廣泛 類型多元 包括火車 然因應國際電動車發展趨緩 為延緩國 電動巴士到電動轎跑車等等 使用方式 營 內智慧電動車推廣 行政院整合 智慧電動 運模式 電力配置 成本與市場考量各不相 車發展策略與行動方案 與 電動機車產業 同 發展情形也不一樣 慧電動車輛發展策略與行動方案 第二階 輛 軌道運輸方面可以架設線路輸送電力 段改以推動電動大客車為主 由交通部及環 其他應用在目前電池性能 ( 蓄電能力 充電 保署合推市區公車及一般公路客運公車汰舊 速率與使用壽命等 ) 的限制下 電動車在續 電力人第7期.indd 7 2 0 5 6 月 電動車是以電動馬達取代內燃機的車 年 發展推動計畫 03 年 5 月 29 日核定 智 7 電力人 第十七期 電動車先導運行計畫運行 台電公司則協助 電力技術專欄 為 順 應 世 界 減 碳 潮 流 開 發 環 保 科 技 205/6/5 下午4:
電力技術專欄72 2 0 5 6 航力 電能補充的方便性與成本方面尚無法與傳統內燃機車輛相較, 為彌補電動車不足, 提高其實用性, 並善用電動車在能源效率與降低污染方面優勢, 亦有車廠開發出各式非插電式混合動力車 (Hybrid Vehicle) 因此, 依動力系統的差異, 目前以插電方式補充電能之電動車主流類型, 可概分為純電動車 (Battery Electric Vehicle, BEV) 插電式混合電動車 (Plug-in hybrid, PHEV) 以及增程型電動車 (Extended Range Electric Vehicle, EREV), 簡介如下 : 一 純電動車單純以蓄電池儲存電能, 由電動馬達推動車輛, 使用外部電源充電, 結構較為簡單, 純電動車完全倚賴充電基礎架構路 (Charging Infrastructure) 補充電能, 且續航力與價格受電池性能與成本影響大 二 插電式混合電動車混合動力車, 其動力單元同時具有電動馬達與內燃機, 且以內燃機為主, 可使用外部電源充電, 以蓄電池儲存電能, 由電動馬達推動車輛, 或是與內燃機共同推動 (parallel) 蓄電池電能不足時由內燃機推動車輛, 或由內燃機推動發電機, 再由電動馬達推動車輛 (serial), 設計上也可以由內燃機同時推動車輛與發電機並進行充電, 續航力與傳統內燃機車輛無異 由於混合電動車同時具備兩種動力系統, 結構較為複雜 三 增程型電動車以電力為主, 加掛內燃機以增加行駛里程的電動車, 內燃機保持以最佳效率轉速推動發電機, 再由電動馬達推動車輛 (serial) 增程型電動車符合美國車輛工程學會 (Society of Automotive Engineers, SAE) 對混合動力 (hybrid) 車輛的定義, 但通用汽車稱之為增加行駛里程的電動車 國內電動車充電設施設置與電源供應注意事項一 先導運行計畫期間電動車充電電力供應說明 台電公司參與設置電動車充電設施之先導運行計畫個案協調討論會時, 將會掌握個案設置地點之用電需求及供電情形 ( 例如板橋車站停車場擬設置電動車充電設施, 板橋車站契約容量須按提案單位擬設置之快充或慢充等充電設施數量配合檢討電力供應需求 ) 相關責任分界點可行性檢討 ( 例如板橋車站外停車場擬設置電動車充電設施之責任分界點 ) 及前述責任分界點確定後之供電設施設置檢討 ( 例如配合供電引接之高低壓線路及變壓器設置等 ) 設計施做供電動車充電設施用電時, 會同步考量現場既設低壓電源之原用戶供電品質, 國內典型配電變壓器容量為 67 kva 00 kva 50 kva 及 25 kva, 要在運轉中之既設配電變壓器下游裝置快充設備極易發生超載狀況, 台電公司會考量採用較大容量之配電變壓器妥處因應 政府機關如用電範圍遼闊 ( 例如高速公路休息站服務區或車站等 ) 需設置充電設施, 按一戶供電確有困難者, 可協商另設責任分界點方式進行供電設計 目前充電設備多為單相設施, 若充電設備建置數量眾多, 且設計時應考量高壓三相平衡問題, 處理原則如下 :. 同一用電場所之充電設備以集中 戶供電為原則, 已供電之用電場所增設充電設備概依增設用電辦理 倘為機關學校營區設置之充電設備, 則依據營業規則第十六條第六項規定 構築範圍遼闊按一戶供電確有困難者, 得另協商設戶供電 2. 同一用電場所內用電設備合計容
電力技術專欄73 行系統, 其充電設備並未應用這些技術, 造 220/380V 低壓方式供電, 並依台電 成嚴重諧波污染之問題, 未來充電站普設時, 公司營業規則第 42 條規定, 須請用 充電設施大量使用對電網影響評估, 除安全 戶於用電範圍內提供適當面積之配電 考量因子外, 諧波抑制等電力品質技術問題 場所及通道 倘同一用電場所內用 亦需顧及, 方不致顧此失彼或因小失大 電設備合計容量在 00kVA 以上未滿 一般電力公司對用戶設備產生諧波之管 500kVA 以三相四線 220/380V 供電 制, 最主要管制用戶注入責任分界點之諧波 者, 則應依據電價表適用範圍以低壓 電流, 至於用戶電器設備乃由商品檢驗機構 電力用電供應 依國家標準管制 現階段台電公司 電力系 統諧波管制暫行標準 ( 圖 ) 係參考 IEEE 二 電動車充電之電力品質說明國內廠商開發的電動車車載 (on-board) 充電器皆具功率因數校正 (PFC) 與脈波寬調變 (PW) 控制技術與功能, 充電時所產生量測到的諧波相當小, 不致於對配電網造成明顯污染 但並非所有充電機皆是如此, 如近年某些大型博覽會或運動會的電動車示範運 量未滿 500kVA 者, 可採三相四線 59-992 標準, 管制 3.3kV 以上用戶注入責任分界點諧波電流, 但 IEEE 59-992 由 20V 開始管制, 與台灣地區最低供電電壓 0V 相近, 台電公司將直接參考前述 電力系統諧波管制暫行標準, 管制 0V 以上用戶注入責任分界點之諧波電流 6 電力系統諧波管制暫行標準 8 年 月 25 日訂定 82 年 6 月 4 日修訂 () 用戶注入其責任分界點之諧波電流 3.3 ~ 22.8KV 系統 諧波電流失真率 (% ) 限制值 Isc/I L < 20 20-50 50-00 00-000 > 000 < 4.0 7.0 0.0 2.0 5.0 n<7 2.0 3.5 4.5 5.5 7.0 各次諧波個別值 ( 奇次 ) 7 n<23.5 2.5 4.0 5.0 6.0 23 n<35 0.6.0.5 2.0 2.5 35 n 0.3 0.5 0.7.0.4 總合諧波 THD% 5.0 8.0 2.0 5.0 20.0 註 : 偶次諧波為上述限制值之 25% : 自備發電設備之用戶, 一律採用 ISC/I L 小於 20 之限制值 ISC: 用戶責任分界點短路電流 I L (rms): 對既設用戶取 2 個月最大負載電流平均值 對新設或增設用戶, 取主變額定電流值 2 對於 34.5~6KV 系統為上述限制值之 50% (2) 本管制暫行標準得定期及視需要檢討修訂 2 0 5 圖. 台電公司 電力系統諧波管制暫行標準
6 電力技術專欄74 2 0 5 三 住宅大樓建築物內部電動車充電設施設置用戶申請用電, 台電公司係以用電場所建築物或構築範圍為單位, 作為設戶標準, 同一場所同一種類用電應按一戶供電 惟對同一大樓已設多戶供電者, 其公共設施用電, 如電梯 抽排水機 樓梯間照明等, 為應實際需要, 台電公司已放寬同意合併另設一戶供電, 又建築物附設之停車場用電, 如與公共設施用電配線分開亦放寬得按層設戶供電 有關就每一電動汽機車充電設施設置專用電表分別設戶供電乙節, 經檢討, 為免設戶過於浮濫, 且為資源有效利用及經濟效益考量, 不宜再放寬依建築物附設公共停車場每一電動汽機車充電設施 ( 或車位 ) 分別設戶供電 而賣場 ( 或便利商店 ) 附設停車場擬設置電動車充電設施, 如其用電場所屬同一建築物或構築範圍, 仍應依前述設戶標準按一戶供電, 其所增加之充電設施, 並請申請人自行委託領有地方主管機關核發之登記執照, 且已加入相關電氣工程工業同業公會之電器承裝業承裝 施作及裝修, 逕向台電公司當地區營業處服務中心或服務所辦理增設用電申請, 台電公司當全力配合供電 台電公司 另倘為計算前述用電場所附設之電動汽機車充電設施使用之電度, 建議應由用戶自行裝設自用分表計度為宜 圖 2 及圖 3 均為先前電機技師詢問之電動車充電設施錯誤裝表示例 圖 2 表後僅可引接一回路至總開關, 不可從表後直接引接另一回路至, 若不在原供電範圍, 有違奉經濟部核定之台電公司營業規則等相關規定 圖 3 用戶從原供電範圍佈線引電至, 電動車充電設施若不在原供電範圍, 除有違前述營業規則等相關規定外, 該配線方式將使用戶負擔較大之線路損失 圖 4 即為住宅大樓建築物內部電動車充電設施正確裝表示例, 由台電公司裝設一具電表計量, 用戶自設電動車充電電能管理系統及自設分表計量用電量 電動車充電電能管理系統可管理各充電設備之充電作業, 同時可藉由大樓內部自設分表計量確實掌握各充電設備之用電量 台電公司電價係奉政府核定後實施, 除法令有明文規定者外, 應一體適用, 並無例外 ; 目前並無相關電動車充電電費優惠之法令依據 惟電動車充電所適用之表燈用電或低壓電力用電, 本公司均提供時間電價供用戶選用 ; 時間電價係為反映尖 離峰不同時間供電成本之計價制度, 尖峰時間電價較高, 圖 2. 電動車充電設施錯誤裝表示例 ( 一 )
電力技術專欄75 台電公司 台電公司 電動車充電電能管理系統 台電公司裝設一具電表計量充電電能管理系統及充電設備用電量 電動車充電電能管理系統管理各充電設備之充電作業, 並可藉由大樓 ( 用戶 ) 內部再透過自設分表計量, 確實掌握各充電設備之實際用電量 6 圖 3. 電動車充電設施錯誤裝表示例 ( 二 ) 2 0 5 圖 4. 用戶居家建築物內部電動車充電設施正確裝表示例
電力技術專欄76 2 0 5 6 離峰時間電價較低, 以引導用戶充分利用離峰電力 電動車如能參酌現行電價規劃適當的充電時間, 於離峰時段使用電能, 將可有效減輕電費負擔 用戶如能設定電動車於離峰時間充電, 可單獨裝表申請僅訂離峰契約容量之時間電價計費, 基本電費與流動電費分別僅為一般用電的 20% 及 50% 用戶亦可在既設用電外另訂離峰契約, 離峰契約容量未超過經常契約容量 /2 之部分, 免計收離峰契約基本電費, 可進一步節省電費 結語 經濟部能源局已於 02 年 2 月 6 日完成 屋內線路裝置規則 條文修正, 並將電動車輛充電系統相關安全措施納入規範, 於 04 年 月 日正式施行 而健全充電環境為推動電動車普及化之重要關鍵要素之一, 台電公司初期以配合政府推動電動車先導運行各專案計畫, 以滿足各充電站用電需求之電力設備建置為重點 至於如何整合智慧電網概念, 建構電動車電能管理系統, 進一步結合智慧電網電能管理系統, 並進行相關資通訊介面標準化, 以達管理與控制目標, 為未來智慧電網架構下之關注焦點 未來電動車充電設施與電網因應規劃上, 除符合電網供電安全與電力品質外, 亦應納入電動車用戶行駛特性 充電行為 交通地理資訊及配電相關資訊, 再論足投資效益 控制調度等相關因素, 才以實現適切之電動車充電系統之布局與建置 台電公司具備電網與電力衝擊分析 維持供電品質能力, 但未擁有充電設備研發與維修之技術與經驗, 台電公司擁有輸電 配電 售電等業務專營權及優質電力技術與設備, 在國內電動車推廣上具有不可替代性, 亦為健全充電環境為推動電動車普及化之重要關鍵力量, 故配合電動車先導運行計畫進行充電設施設置, 透過經濟部工業局召會協商設置地點, 除可避免設置充電設施使用率過低外, 並可蒐集電動車充電站實際運行資料, 作為評估推廣電動車後對電力系統影響, 以及後續是否參與充電設施經營的參考基礎 如何整合智慧電網概念建構電動車電能管理系統, 為未來智慧電網架構下關注焦點, 而結合智慧電網之電能管理系統, 仍需相關資通訊與控制介面標準化, 以達管理與控制目標 而結合 AI 系統輔助之電動車充電 (Grid to Vehicle, G2V) 及電能回輸電網 (Vehicle to Grid, V2G) 管理解決方案應全面性發展, 宜從國家整體面向思考, 著手進行相關研究及政策研擬 ( 作者為台電公司配電處資深專業工程師 暨電動車充電技術專員 )