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节能已成当务之急 智慧电网势在必行
[作者 王明德]   2019年02月26日 星期二 浏览人次: [15216]

在节能议题下,智慧电网成为各国政府的重要政策,由于其架构庞大,所涵盖的应用技术与产业领域亦广泛,包含半导体、传统电厂、公有基础建设、ICT到资讯安全等技术,发展电网智慧化成为一个新兴显学;但专家也认为,发展智慧电网,除了硬体设备外,后续资讯整合才是「智慧化」的重要关键。


以电力业者估计,智慧电网若顺利布建,三年内省下的用电量,至少等于四百万辆汽车的碳排放量,效益的确相当可观。 「节能」当然是一个极大的诱因,但智慧电网的发展,就仅仅是为了「省钱」这件事吗?这当然是效应之一,但绝对不仅止于此。


从建置功能来看,智慧电网的推动主要基于「预防」与「推广」两个层面。全球发展智慧电网的原因虽不甚相同,但主要仍不脱「预防大规模停电」与「辅助再生能源推动」两个面向。


考量虽不同 但智慧化目标仍一致

欧美国家的智慧电网主要与「预防」有关,美国的目标是将电网逐步建构,让电网能够提供平台,进而参与用电需求面管理;欧洲推动智慧电网的重点工作,多重视与分散式能源的并网工作。


亚洲国家则有不同的考量,以中国大陆为例,相较于欧美地区电网建构已相当完整,大陆仍处于的发展空间较大,因此建置电网架构,成为大陆发展智慧电网的最重要工作;韩国是将智慧电网产业规画为未来主要出口产业之一,早年就将济州岛做为智慧电网的试验场域,将大量的智慧设备投入测试,期望以该项实绩打入国际市场。



图1 : 不论软硬体,「可靠」与「稳定」是智慧电网的最直接要求。
图1 : 不论软硬体,「可靠」与「稳定」是智慧电网的最直接要求。

至于零组件方面,智慧电网的相关产品中,又以感测器、控制器元件市场规模最大,约占整体市场50%,其次为发展输配电管理系统、电网自动化管理系统、电表管理系统的资讯软硬体设备,市场规模约有25%,再来为网路通讯设备与智慧电表,分占整体市场的15%与10%。


整合ICT产业 智慧电网成新兴商机

具体而言,智慧电网已经带动能源产业与ICT产业结合的趋势,衍生出所谓的能源资通讯(EICT)产业。在此趋势下,发展出完整的EICT产业供应链,透过提供包括能源监控、能源管理与节能服务在内的全方位智慧电网解决方案,将会是未来产业的主流趋势。


由于ICT整合在智慧电网面向上占有重要的角色,因此电网智慧化,必须扩大传统供电端的思考模式,把用户端拉进来,分析如何透过双方的互动来达到用电的需求与供给的平衡,这种双向互动的机制,让ICT被带入电网技术,让资通网路与电网结合,打破传统,成为一种新的神经网络架构。


以ICT面向来看,智慧电网的确带给传统能源架构完全不同的视野,由于未来几乎所有的设备均必须与电网沟通,最重要的就是各种装置与电网之间的连结标准。对电网来说,从发电、配电、输电到用户端,由于环境复杂,各类通讯介面均需要考虑,整合设计的通讯解决方案,则成为显学。


由于用电涉及计算,通讯的可靠度及品质,成为智慧电网通讯介面的首要重点;此外,因电网属于大场域范围,加上部分相关设备必须放置于户外,其强固性及自我管理能力就特别重要,一个电网系统要能完整运作,设备的自我修复及协调等管理功能就更形重要。近年来物联网应用开始落地,透过物联网的导入,将可能进一步发挥电网的智慧化价值。


沟通双向化 资讯巨量须整体考量

智慧电网的智慧关键在于它具有「双向沟通」的功能,电力公司不再只是单向卖电给用户,用户端的用电资讯也能透过网路即时传回电力公司,让电力公司利用远端监控系统,了解各地的用电状况,并进行电量调配。而用户端也能随时掌握自己的用电情形,并进一步调节用电量。


从讯息角度出发,光是智慧电表来看,每家户的在15分钟内发送一次用电讯息,如此规模的讯息,资料的「巨量」化亦成为智慧电网发展的重要课题这类型系统发展,新的计算概念—云端与分散式运算,就成为因应电网资料系统发展的另一项重要课题。



图2 : 气候议题高烧不退,智慧电网透过聪明用电,让能源可被用在刀囗上。(source: System Protection)
图2 : 气候议题高烧不退,智慧电网透过聪明用电,让能源可被用在刀囗上。(source: System Protection)

由于资料量庞大,资讯的管理与分析必须系统化进行,因此透过分散式运算整合非结构化资讯,再透过云端运算进行整体分析,这就是智慧电网资讯处理的主要模式,整合「人」、「设备」与「环境」的跨领域资讯,透过智慧电网的综合分析,将可理出使用者的行为趋势,做为电力产业发展策略的重要参考,进而成为发展智慧电网的最终极价值。


从智慧电网的功能需求来看,从硬体的设备、平台,到系统面的管理架构设计,都是整体系统的环环相扣,这些必须经由使用者需求及最适化规格出发,透过设计、研发及测试整合所形成得到最可靠品质,而不论软硬体,「可靠」与「稳定」是智慧电网的最直接要求。


与「电」有关,除了上述安全性考量外,稳定度更是重点,无论是由国家所主导的核心主体设备建置,或是处于通讯传输系统神经末端的「最后一哩」的设备布建,都将稳定度视为最优先。


由于电网的智慧化仍在架构中,目前发展智慧读表仍是厂商的新兴商机,但真正可让电网「智慧化」的技术,仍是透过搜集资讯所发展出的应用及管理;包括分散式电网、电动车发展,以及从需量反应所衍生出的智慧管理机制,包含基础建设、ICT与自动化产业各不同面向的技术,均是产业仍待开发的一环。


*刊头图(source: ITRON)


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