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技术与需求同步到位 智慧电网大步前进
[作者 王明德]   2020年06月01日 星期一 浏览人次: [3880]

在资通讯技术的成熟下,各国均加快智慧电网的建置脚步,不过,用电数据的撷取与累积只是智慧化的第一步,之後的数据分析才是智慧电网的实际价值所在。


电网是国家能源的关键基础建设,过去的电力来源单一,电网架构相对简单,近年来政府全力推动非核家园,风力、太阳能等再生能源也被纳入既有电力系统中,导致其架构渐趋复杂,在此同时,智慧化也成为各国的重点能源政策,在这两大趋势之下,其架构将产生重大变革,稳定与智慧兼具的电网系统,才能因应下一世代的能源需求。


与现有的电网相较,智慧电网的不同之处在於善用现有的各种资通讯技术,让电网中的电流流向得以透明化、讯息可以被分析。智慧电网会带来哪些改变呢?首先必须完成AMI智慧电表的建置,将用户端从传统单向人工抄表,改为双向的智慧电表,透过智慧电表搜集即时而完整的能源使用资讯,完成电力自动化供给调度与需求管理。


技术成熟带动市场

对於能源市场与从业者来说,智慧电网并非新字眼,早在20世纪初,欧美各国就开始着手相关政策,台湾也於2003年在台中试行,不过後来成效不隹。当年曾叁与计画的西门子智慧基础建设产品与系统资深业务经理林裕程分析,技术不成熟与成本过高是两大失败原因。



图1 : 西门子智慧基础建设资深业务经理林裕程指出,用电数据的分析才是智慧电网的实际价值所在。(摄影/王明德)
图1 : 西门子智慧基础建设资深业务经理林裕程指出,用电数据的分析才是智慧电网的实际价值所在。(摄影/王明德)

他指出2003年行动无线通讯仍在2G时代,当时市场主流是GSM与PHS,由於穿透性不足,智慧电表只要设置於地下室就会收不到讯号,必须改采与电话线相同质材的铜缆双绞线,但此材质又会与电表干扰,技术一直难以克服。除了技术问题外,智慧电表的当时价格过高,若单从系统成本讨论,人工抄表无疑是更好的选择,这两大因素让此政策最後以失败告终。


在此之後,2011年政府又在澎湖试行的另一项智慧电表政策,并采用3G网路仍未成功,虽然也未成功,不过智慧化终究是未来趋势,2018年台电再接再励展开第三次相关工程,预计汰换全台约600万组电表。对这次的计画,林裕程则抱持乐观态度,他指出近年来全球产业看好物联网发展,业界纷纷研发适用的通讯网路,其中NB-IoT因具有广覆盖、多连接、低成本、低功耗、高安全性等特点,符合智慧电表的通讯需求,再加上现在人工成本节节高升、智慧化概念逐渐普及,2003年所遇到的问题不复出现,因此接下来智慧电表可??在台湾普及。


除了汰换各户住家的传统电表外,台电目前正在进行的另一项智慧电网工程,则是在道路上密集设置电力监控管理系统,缩小每一段电网的监控距离,藉此提高对电网状态的掌控度,当该地区的供电出现状况,就能够迅速找出问题线段,除了可缩短维修时间,亦可同步降低维修时间。


智慧电网让用电更聪明

建置智慧电表与电力监控系统现虽已大举展开,不过林裕程指出,用电数据的撷取与累积只是智慧化的第一步,之後的数据分析才是智慧电网的实际价值所在。


整体而言,具备分析能力的智慧电网将衍生出几项优势,首先是精确供应电能,完善的智慧电网可透过感应、探测、遥控等资讯技术,对需求进行即时跟踪,并利用智慧化运算分析用电数据、控制用电设备,让电能供应更精确,从而减少碳排放,靠资讯技术进步节约能源。


其次是需求管理,智慧电网平台可将需求管理融入到电器产品设计和系统架构,让使用端与电网及分散式能源进行回应和交流,透过技术从根本上解决问题。第三是电源整合,智慧电网可利用各系统的备援概念,相互提供安全保障。现有电力系统的备份容量、储能设备可相互支援,各种形式的发电如风力、火力、太阳能,可共构成一个能源安全整体,在智慧电网的调配下,保障电力供应安全。


对於智慧电网以上的系统,包括西门子在内的多家能源基础建设大厂,都有推出相关平台,其功能也都类似,都是透过平台分析数据,并针对住宅建筑、商办大楼、工厂等不同使用者设计合用功能。


不过,林裕程特别提醒有意导入系统的机关,必须从整体面向考量平台的特色,电网是一整套完整的架构,在建置前系统厂商必须提供足够的谘询服务,导入过程中要特别注意系统中各环节的介接问题,导入後则要有完善的维修服务,因此他建议选用有提供一条龙服务的厂商,将可有效缩短系统建置与後续维修时间。


商业机制困扰再生能源发展

除了具备智慧化功能外,与风电、太阳能等再生能源系统并网也会是下一世代电网的必然趋势。对於再生能源的未来,从各国政府的态度与动作可以看出,无论是风力或是太阳能,都将被纳入未来的发电系统中,不过这两大发电模式,在商业机制仍有改善的空间。



图2 : 进入使用寿命末期的风机,发电能力不断衰减,维修成本却节节高升,在此态势下,维运工作将成难解的问题。(source:Windpower Engineering & Development)
图2 : 进入使用寿命末期的风机,发电能力不断衰减,维修成本却节节高升,在此态势下,维运工作将成难解的问题。(source:Windpower Engineering & Development)

风力与太阳能两种发电方式都受自然界影响,无法稳定供应电源,因此现在的做法,是在风机或太阳能场附近建构分散式储能系统,藉此平衡电网,并弹性化应用电力。不过储能系统的高建构成本,引出建置权责的归属问题,究竟该由电力公司或建置发电系统厂商负责?目前仍有争论。


除了储能系统外,另一个问题在於设备在使用寿命後端的维运成本负担,此一问题主要会出现在风机。风机的造价高昂,厂商在签订合约时,其保证条款都是确认该风机可在固定时间内所供应的电量,而此时间大约都是10年,这也代表10年後,该风机将进入使用寿命的末期,发电能力不断衰减,维修成本却节节高升,在此态势下,不会有企业愿意接手维修工作,老旧的风机也将成为中央机关与地方政府的无法处理的沉重负荷。


整体而言,下一世代的电网基础建设将会走向智慧化与绿能化,目前政府也正全力布局智慧电网。不过无论是政府或企业,智慧电网都是全新的机制,投入者除了可探索不同的商业模式外,也须同时考量伴随新机制而来的其他问题,并在导入前就妥善规划,让智慧电网的建置效益不打折扣。


**刊头图(source:Tata Power-DDL)


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