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技術與需求同步到位 智慧電網大步前進
[作者 王明德]   2020年06月01日 星期一 瀏覽人次: [3892]

在資通訊技術的成熟下,各國均加快智慧電網的建置腳步,不過,用電數據的擷取與累積只是智慧化的第一步,之後的數據分析才是智慧電網的實際價值所在。


電網是國家能源的關鍵基礎建設,過去的電力來源單一,電網架構相對簡單,近年來政府全力推動非核家園,風力、太陽能等再生能源也被納入既有電力系統中,導致其架構漸趨複雜,在此同時,智慧化也成為各國的重點能源政策,在這兩大趨勢之下,其架構將產生重大變革,穩定與智慧兼具的電網系統,才能因應下一世代的能源需求。


與現有的電網相較,智慧電網的不同之處在於善用現有的各種資通訊技術,讓電網中的電流流向得以透明化、訊息可以被分析。智慧電網會帶來哪些改變呢?首先必須完成AMI智慧電表的建置,將用戶端從傳統單向人工抄錶,改為雙向的智慧電表,透過智慧電表蒐集即時而完整的能源使用資訊,完成電力自動化供給調度與需求管理。


技術成熟帶動市場

對於能源市場與從業者來說,智慧電網並非新字眼,早在20世紀初,歐美各國就開始著手相關政策,台灣也於2003年在台中試行,不過後來成效不佳。當年曾參與計畫的西門子智慧基礎建設產品與系統資深業務經理林裕程分析,技術不成熟與成本過高是兩大失敗原因。



圖1 : 西門子智慧基礎建設資深業務經理林裕程指出,用電數據的分析才是智慧電網的實際價值所在。(攝影/王明德)
圖1 : 西門子智慧基礎建設資深業務經理林裕程指出,用電數據的分析才是智慧電網的實際價值所在。(攝影/王明德)

他指出2003年行動無線通訊仍在2G時代,當時市場主流是GSM與PHS,由於穿透性不足,智慧電表只要設置於地下室就會收不到訊號,必須改採與電話線相同質材的銅纜雙絞線,但此材質又會與電表干擾,技術一直難以克服。除了技術問題外,智慧電表的當時價格過高,若單從系統成本討論,人工抄表無疑是更好的選擇,這兩大因素讓此政策最後以失敗告終。


在此之後,2011年政府又在澎湖試行的另一項智慧電表政策,並採用3G網路仍未成功,雖然也未成功,不過智慧化終究是未來趨勢,2018年台電再接再勵展開第三次相關工程,預計汰換全台約600萬組電表。對這次的計畫,林裕程則抱持樂觀態度,他指出近年來全球產業看好物聯網發展,業界紛紛研發適用的通訊網路,其中NB-IoT因具有廣覆蓋、多連接、低成本、低功耗、高安全性等特點,符合智慧電表的通訊需求,再加上現在人工成本節節高升、智慧化概念逐漸普及,2003年所遇到的問題不復出現,因此接下來智慧電表可望在台灣普及。


除了汰換各戶住家的傳統電表外,台電目前正在進行的另一項智慧電網工程,則是在道路上密集設置電力監控管理系統,縮小每一段電網的監控距離,藉此提高對電網狀態的掌控度,當該地區的供電出現狀況,就能夠迅速找出問題線段,除了可縮短維修時間,亦可同步降低維修時間。


智慧電網讓用電更聰明

建置智慧電表與電力監控系統現雖已大舉展開,不過林裕程指出,用電數據的擷取與累積只是智慧化的第一步,之後的數據分析才是智慧電網的實際價值所在。


整體而言,具備分析能力的智慧電網將衍生出幾項優勢,首先是精確供應電能,完善的智慧電網可透過感應、探測、遙控等資訊技術,對需求進行即時跟蹤,並利用智慧化運算分析用電數據、控制用電設備,讓電能供應更精確,從而減少碳排放,靠資訊技術進步節約能源。


其次是需求管理,智慧電網平台可將需求管理融入到電器產品設計和系統架構,讓使用端與電網及分散式能源進行回應和交流,透過技術從根本上解決問題。第三是電源整合,智慧電網可利用各系統的備援概念,相互提供安全保障。現有電力系統的備份容量、儲能設備可相互支援,各種形式的發電如風力、火力、太陽能,可共構成一個能源安全整體,在智慧電網的調配下,保障電力供應安全。


對於智慧電網以上的系統,包括西門子在內的多家能源基礎建設大廠,都有推出相關平台,其功能也都類似,都是透過平台分析數據,並針對住宅建築、商辦大樓、工廠等不同使用者設計合用功能。


不過,林裕程特別提醒有意導入系統的機關,必須從整體面向考量平台的特色,電網是一整套完整的架構,在建置前系統廠商必須提供足夠的諮詢服務,導入過程中要特別注意系統中各環節的介接問題,導入後則要有完善的維修服務,因此他建議選用有提供一條龍服務的廠商,將可有效縮短系統建置與後續維修時間。


商業機制困擾再生能源發展

除了具備智慧化功能外,與風電、太陽能等再生能源系統併網也會是下一世代電網的必然趨勢。對於再生能源的未來,從各國政府的態度與動作可以看出,無論是風力或是太陽能,都將被納入未來的發電系統中,不過這兩大發電模式,在商業機制仍有改善的空間。



圖2 : 進入使用壽命末期的風機,發電能力不斷衰減,維修成本卻節節高升,在此態勢下,維運工作將成難解的問題。(source:Windpower Engineering & Development)
圖2 : 進入使用壽命末期的風機,發電能力不斷衰減,維修成本卻節節高升,在此態勢下,維運工作將成難解的問題。(source:Windpower Engineering & Development)

風力與太陽能兩種發電方式都受自然界影響,無法穩定供應電源,因此現在的做法,是在風機或太陽能場附近建構分散式儲能系統,藉此平衡電網,並彈性化應用電力。不過儲能系統的高建構成本,引出建置權責的歸屬問題,究竟該由電力公司或建置發電系統廠商負責?目前仍有爭論。


除了儲能系統外,另一個問題在於設備在使用壽命後端的維運成本負擔,此一問題主要會出現在風機。風機的造價高昂,廠商在簽訂合約時,其保證條款都是確認該風機可在固定時間內所供應的電量,而此時間大約都是10年,這也代表10年後,該風機將進入使用壽命的末期,發電能力不斷衰減,維修成本卻節節高升,在此態勢下,不會有企業願意接手維修工作,老舊的風機也將成為中央機關與地方政府的無法處理的沉重負荷。


整體而言,下一世代的電網基礎建設將會走向智慧化與綠能化,目前政府也正全力布局智慧電網。不過無論是政府或企業,智慧電網都是全新的機制,投入者除了可探索不同的商業模式外,也須同時考量伴隨新機制而來的其他問題,並在導入前就妥善規劃,讓智慧電網的建置效益不打折扣。


**刊頭圖(source:Tata Power-DDL)


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