智慧 看得見 摸得到 用電更有感 人人都是穩定供電的推手

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發展智慧電網為能源轉型過程必要的環節,除了可達到供電穩定、擴大綠能使用、節能減碳的目標,再加上資通訊技術帶來的附加價值,將可創造智慧居家生活環境。台電的配電處、綜合研究所和營建處等攜手合作,致力將能源智慧化,並具體落實在家庭、社區和城市裡,打造國家智慧電網基礎建設。

為智慧電網打好地基 布建智慧電表

智慧電表(AMI)為智慧電網的基礎建設,推動過程包含「布建」與「應用」兩大重點。布建智慧電表之對象主要分成高壓用戶(工業用戶)和低壓用戶(一般用戶),用電量占比高達60%的高壓用戶已在102年6月完成布建,而低壓用戶牽涉到廣大民眾,因此採階段性推動。今年電表布建數量已達20萬戶,而到109年則增為100萬戶,113年更將累積到300萬戶,屆時臺灣智慧電表裝設用戶數將涵蓋整體用電量的81%,對綠能併網及穩定供電大有助益。

早期高壓用戶著眼於需求面管理,布建智慧電表目的之一在於了解工廠用電情況,提升能源的使用效率,另外則可以安排於離峰時間用電。數據顯示,臺灣工業用電與家戶用電度數比約7:1,但因季節因素,某些尖峰用電時段家戶占比可高達6成,因此低壓用戶端的布建亦不能懈怠。智慧電表除可結合智慧家電達到節能目的、掌握用戶用電行為,還可以發展居家安全監護、室內環境監測,甚至延伸結合長照制度等等,也因此,未來智慧電網所產生的大數據商機應用,將使居家領域成為廠家必爭之地。目前,能源局也選出1,000戶智慧家庭作為示範,希望鼓勵更多民眾加入智慧用電的行列。

掌握電力消費 分析用電軌跡

配電處陳銘樹處長說明,台電智慧電表布建規劃參考歐美、日本經驗,目前布建的新一代模組化智慧電表皆預留一組通訊插槽,可延伸提供智慧家庭用戶能源管理系統介接。易言之,目前台電建置的智慧電表都會安裝「插拔式通訊模組」,可以配合不斷升級的通訊技術,選購更新的通訊模組,只要將其插進既有的電表,就可連結家裡的用戶能源管理系統,無須因為通訊升級而更換整個電表,能有效減少成本費用支出。

「智慧電表與電力公司連結稱為『Route A』(A路徑),從電表端再到家庭端則為『Route B』(B路徑),兩個路徑串接起供給面和需求面。由於通訊技術不斷進步,促使我們設計可插拔式的智慧電表。借鏡國外案例,義大利為了防止竊電、省電只做了Route A,也就是從電力公司到電表端而已,沒有深入到家庭端,因此無法做智慧家庭。」配電處許墩貴副處長解釋:「所以我們融合歐美和日本的經驗,不斷引進新的通訊技術,免去一直更換電表的成本。我們只需更換通訊模組,就能使用更高端的通訊技術。」

對台電而言,透過智慧電表及資通訊技術,可以迅速地掌握需求端用戶的用電資訊,並且分析、預測,最後做管理、調控和運用,連結到社區型能源管理、家庭能源管理;亦即透過Route A和Route B的整合,掌握、管理用戶的用電行為,使用戶的用電行為達到最佳化,不但節能減碳也節省電費。

「智慧電表布建後可提供用戶可視化用電資訊,最重要的目的是希望大家改變自身用電行為,將尖峰時段的部分用電轉移至離峰時段,將整體用電曲線『削峰填谷』,才能達到自主節電及節能減碳的目標,使供電更穩定。」陳銘樹處長說。

走進鳳山智慧綠社區 看見臺灣智慧用電藍圖

因應能源轉型,傳統電網的集中式發電,未來將逐漸轉向智慧電網分散式發電的型態,智慧電網裡包含傳統能源和再生能源,甚至可結合汽電共生、工廠熱能再利用、電動車和充電控制系統來發展。這一波綠能智慧科技發展十分迅速,台電作為能源公司更是擔任領頭羊角色,率先規劃智慧電網示範場域,其中就以高雄鳳山宿舍區及鳳山區營業處辦公大樓為基地來打造智慧綠社區。

鳳山基地約6.75公頃,住宅區由大林、興達和第三核能發電廠的員工宿舍組成,另有鳳山區營業處辦公區域,因此鳳山智慧綠社區為住商混合的型態。鳳山區營業處辦公大樓在1990年代初就獲得內政部節約能源獎項,加上當地陽光充足、腹地交通便利、都市機能完善,台電營建處便將多年來累積的綠建築經驗整合應用於鳳山基地,期望在其良好基礎上推動智慧綠社區發展。

台電計畫於鳳山社區建築物裝設AMI智慧電表及太陽光電板並搭配儲能設備,待完成服務入口網站,用電戶即可藉由瞭解本身用電情形,並且自行安裝家庭能源管理系統(Building Energy Management System,BEMS及Home Energy Management System,HEMS),未來搭配時間電價方案,達到節電及提升效率等成效。

在儲能系統方面,台電營建處、配電處和綜研所合作規劃預為考量未來國內用電戶的發展型態,有工廠辦公大樓型之企業用電型態、住社區型之住家群體型態及單一住戶之住家型態,因而計劃於鳳山社區建構此三種型態之微電網:一是企業型太陽光電儲能系統(Photovoltaic Energy Storage System,PV-ESS),將會在鳳山區營業處設置屋頂型太陽光電及企業型儲能電池,供應整棟企業大樓用電;二是住戶型PV-ESS,建置棚架式太陽光電及住家型儲能電池,將白天太陽光電儲存起來,供應夜間的使用需求,會建置棚架式PV-20kWp、儲能櫃13kWh,主要為住戶自用。三是社區型PV-ESS,建置棚架式太陽光電及社區型儲能電池,依住戶用電需求作調控。台電明年度的發展目標為建置太陽光電、儲能電池的應用,以及朝社區能源管理來建置。

建置智慧電表後,住戶會更清楚自己在各個時段的用電情形,未來若能加上用電量警告系統,住戶也能自我提醒,另配合推動需量競價和時間電價方案,讓節電更有效率。營建處魏貞元課長表示,希望智慧電網的家庭端建置完成後,逐步發展到社區端,展開社區端的能源管理。以鳳山智慧綠社區為例,未來希望能成立社區管委會,推派代表,再由代表跟台電進行需量競價等能源管理方案。

根據台電推算,由於電廠陸續除役和淘汰,至112年或113年時可能出現電力供應的各種挑戰,但一年八千多小時的用電,僅有約兩百小時達供電警戒狀態,主要的短缺時段為夏季午後。有了智慧電表,用戶就可以看到用電情況,以往人們對於消耗的電力無感,不像水龍頭打開看見水流,會對於水資源的浪費有感,因此透過智慧電表結合居家顯示器、手機App,能讓用戶知道現在使用多少電,進而在尖峰用電時段降低用電量。營建處陳顯明副處長表示:「以鳳山智慧綠社區的型態逐漸推展至全國,就有緩解用電尖峰危機的功能,因為每個人都可以降低尖峰用電,且儲能電池也會在那時發揮功能,因此不需要為應付短短幾周的缺電而蓋大量的電廠。」

「除了利用智慧電網結合創能、儲能和節能,也希望整體社區能趨於零碳。根據綜合研究所估算,本基地的住宅社區部分幾乎可以達到零碳,辦公區可減少53%碳量,再加上一些節能工程,估計辦公區約可達六成以上碳量的折減。」陳顯明副處長說,「智慧社區是當前每個先進國家努力的方向,台電看到趨勢和需求,這次在鳳山的投資基本上沒有收益,卻可以獲得許多的Know-How,是條非走不可的路。」

借鏡日本 為臺灣經驗加值

鳳山智慧綠社區的規劃借鏡日本經驗,約自六年前開始,日本經濟產業省針對橫濱、豐田、京阪和北九州進行智慧城市規劃,每個城市都有其產業特點,例如豐田以生產豐田汽車聞名,該城市就以汽車為主來發展智慧城市,而且這四個案例都著重於節能管理且有電力公司協助,因為重點仍在於能源的智慧化應用。

陳顯明副處長以位於日本千葉縣柏市的柏之葉智慧社區為例說明,這個位於東京的全新社區,由三井不動產建設開發,利用智慧電網結合創能、儲能和節能來應用發展,並大幅減低60%碳量,更於2016年獲得美國綠建築協會設立的綠建築評分認證系統—領先能源與環境設計(Leadership in Energy and Environmental Design,LEED)的綠社區最高等級白金級認證。

陳顯明副處長進一步介紹:「日本過去只有電力公司可以供電,但當整個社區微電網出現時,微電網的維護者可能是建設公司,或者社區管理委員會,這些委員會就可以讓微電網做最有效率的電能應用。日本政府在柏之葉社區的案例中,看到未來的發展趨勢,甚至修改電業法,讓開發業者可以運用儲能系統,賣電給辦公室或住宅。」柏之葉社區也是鳳山智慧綠社區借鏡的對象與發展的目標。

然而,柏之葉社區是全新社區,建設公司從零開始打造時,就將智慧電網融入整體建設規劃中;鳳山智慧綠社區則是一個屋齡30餘年的老舊社區,能否取得原有住戶的信任、化解用戶對智慧電表涉及的隱私疑慮,成為推動智慧電網的一大挑戰。

事實上,臺灣有高達92%的老舊社區,這些社區未來怎麼快速節能、轉型為智慧社區,希望鳳山智慧綠社區累積的經驗可供借鑑,如果鳳山示範場域成功,就可複製經驗到台電其他社區,或提供民間參考,甚至推及政府正在大力推動的沙崙綠能科學城。綜研所將智慧電網概念建置在鳳山智慧綠社區,可再將經驗延伸到沙崙綠能科學城,因此鳳山智慧綠社區為具有指標意義的案例。

魏貞元課長說明:「鳳山智慧綠社區的智慧電網從家庭端開始建置,這也是區域電網的最基層建設。我們能提供一個真正的、既有的社區,而不是新設的實證場域,透過它可以累積經驗,從中得知社區的用電情形和未來趨勢。未來台電發展區域型電網、拓展到更大範圍的智慧電網的資料蒐集和分析,這就是很好的基礎。」

從家庭能源管理出發 智慧生活就在不遠的前方

智慧電網的推動重點,除了前述的智慧電表布建基礎建設外,另一則是應用。應用方面將會利用大數據或人工智慧,充分掌握用戶的用電行為,做最佳化的能源管理,達到節能減碳的效果。就鳳山智慧綠社區而言,可分成兩部分,一是家庭能源管理系統,家中的智慧家電,如冷氣、除濕機等,可連結系統並配合時間電價和需量反應來運作,比方說因應時間電價自動調控,預先設定,在電價較高的時段就自動關閉。另一是鳳山區營業處的大樓能源管理系統,大樓裡的冷氣空調會在下午一點至三點降低用電。未來還會朝社區能源管理系統發展,將整個鳳山智慧綠社區結合起來,包括納入電動車作為社區裡的儲能系統。

今年鳳山智慧綠社區進一步發展智慧生活管理,包括健康管理系統、社區安全監測系統等。例如透過保全設備和當地警察局聯繫,形成智慧保全系統;也整合基地人員的健康資訊,連結當地醫療單位,提供自動掛號、預約門診或緊急救助等服務。除此之外,高雄地區的空氣污染PM2.5問題嚴重,利用智慧電網連結社區定點監測,民眾透過手機App就可得知附近空氣品質,未來居家生活管理系統也可因應極端氣候發出淹水警報。

陳顯明副處長表示:「鳳山智慧綠社區一開始就提出樂活概念,我們想打造一個幸福社區,邀請公共藝術團隊進駐,以『藝起來Fun電』為活動精神把社區居民凝聚在一起,互相交流、一起創作,還可以運用集體力量進行需量競價。」明年公共藝術團隊將繼續與居民合作,共同構思社區外觀,並且發展文創市集,讓住民之間的關係更密切。

視覺化互動平台 你家也能成為小小發電廠

「在能源轉型過程中,如何提升再生能源併網的容量是關鍵。」台電綜合研究所洪紹平所長說。在此前提下,配電處委託綜研所建置「台電再生能源併網容量開放平台」,提供大眾查詢太陽光電設置潛在土地與電網線路的相對地理位置,進行可併網容量查詢、模擬土地面積、計算併網點路徑與距離,並以不同顏色來區分各饋線區段的可併網容量,一目了然、直覺化的互動平台設計,也讓操作使用更容易。

透過這個互動平台,除可提供業者預先評估設置再生能源併網躉售可行性外,也可進一步分析地區提升可併網容量的迫切程度及投資成本預估。目前平台已初步建置完成,已於今(107)年11月1日置於台電對外網站供民眾試用,將依回饋意見修正系統,預計108年1月1日正式上線。

陳銘樹處長回憶,「過去經常有業者反應,打算在住家或工廠的屋頂建造太陽光電板,但投入成本之後,才發現當地電網饋線不足,若要等台電額外建設,還需要很久的時間。所以建置再生能源併網容量開放平台,可以讓一般民眾、業者獲得相關資訊,打造友善的綠能併網環境。」

洪紹平所長說明,建置再生能源併網容量開放平台主要有兩個功能:一是「循線找地」,另一是「以地找線」和「以地建線」,最大目的就是提升再生能源併網的容量,過程中也兼具區域平衡的功能以及產生新的商業模式,就綠電發展而言有正面的幫助。「循線找地」意指依循某一條饋線,得知它到底有多大容量可以併網,比方說,民眾或業者進入互動平台之後,鍵入自家地址,螢幕將會顯示該條饋線目前可併網的容量,假如顯示饋線的併網容量已滿,就表示該區域太陽光電數量已過多,也藉此達到區域平衡發展的目的。

「以地找線」和「以地建線」則是政府提供可建蓋地面型太陽光電的潛力土地,包含鹽田用地、污染土地、閒置農地或者埤塘,這些潛力土地的資訊都會公布在平台上面。舉例來說,民眾或業者只要在平台上搜尋埤塘,網站就會顯示所有埤塘的位置,並且提供埤塘附近有無饋線、能發出多少太陽光電及預估投資成本等資訊。「早期併網容量的查詢是點狀的,可查詢住家所在地的饋線,現在還可從面來看,找出附近有潛力的住戶,進而推動另一種商業模式─公民電廠。國外披露的饋線資訊沒那麼精細,因此台電的再生能源併網容量開放平台堪稱首創。」

電力技術與資通訊自動化科技結合,提升電力系統運轉效率、電力品質並且推動再生能源發展,對臺灣電力環境影響甚鉅,因此台電持續推廣宣傳、布建智慧電表,希望讓可視可感的智慧化應用深入家家戶戶,並且透過民眾的力量一起推動、創造永續的智慧電業發展。

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