智慧電網進行式 全民參與 才夠智慧

專訪 國立中央大學電機系講座教授/IEEE會士 林法正

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專訪 國立中央大學電機系講座教授/IEEE會士 林法正 採訪 曾東遊 圖 蔡耀徵

全球暖化危機逐步逼近,民眾對於潔淨的能源需求日漸升高,想要更有效率的使用電力,智慧電網是最好的軍師。

智慧電網是2009年後興起的能源產業,將傳統電力系統結合智慧電表與資通訊技術,讓電網從電廠沿著輸電、配電系統到用戶家中,各環節裝上連網裝置、數據自動回傳至控制系統。

從一戶人家到一個城市 層層整合智慧電網

國立中央大學電機系講座教授同時也是IEEE會士林法正解釋,智慧電網是層層整合而來的超大系統。最小單位是家家戶戶的家庭能源管理系統(Home Energy Management System,HEMS),每個家庭都能透過智慧電表,即時得到家中用電資訊,進一步調整用電行為。一棟大樓裡的用電資訊集結起來,則成為建築能源管理系統(Building Energy Management System,BEMS),還可以管理電動車充電站、屋頂的太陽能板等公共設施產生的電力。如果再向上一層,大型社區甚至城市的能源管理系統,則稱為區域能源管理系統(Community Energy Management System,CEMS)。

林教授同時也是能源國家型科技計畫智慧電網主軸中心召集人,他說,每個國家推動智慧電網的目的都不同。北美地區國土廣闊,全國性的智慧電網成本太高,因此主要目標是讓各區域能源管理系統能夠自給自足,比如美國加州專營智慧電網的公司Southern California Edison(SCE)主要業務之一,就是集合社區中的太陽能板、井水等再生能源,建構專屬的儲能系統。

日本橫濱智慧城市計畫(Yokohama Smart City Project,YSCP)打造的智慧電網,就是超大型的區域能源管理系統,區域內近4,200個家庭、超過2,000台電動車、以及37個小型太陽能發電站都連結在一起。這樣的大型區域能源管理系統一旦整合起來,電力能進行的動態調整功能就更多!例如:在電能過剩、電價較低時,可將電能儲存至儲能系統中,等到電價較高時再使用或者回售給電力公司。

新科技 新行業 協助台電突破智慧電網布建瓶頸

臺灣的智慧電網擘建計畫同樣如火如荼進行中。目前,全臺2.4萬戶高壓用戶及20萬戶低壓用戶都已安裝智慧電表。預計109年全臺將有100萬戶,民國113年則有300萬戶低壓用戶可以改裝智慧電表。

外界認為台電安裝智慧電表進度太慢,林法正認為,建築物複雜程度高、通訊技術無法突破是一大原因。許多大樓都將電表裝設在地下室,通信訊號不良,更何況,過去智慧電表採用外插SIM卡的方式連上網路,不但成本高、耗電量也是一大問題。在這樣的情況下,台電先攻高壓用戶的策略是對的,因為高壓用戶數量雖然不多,但用電量卻佔全國六成。

所幸科技日新月異,耗電量低、訊號穿透率高的低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network,LPWAN)無線通訊技術興起,有數種不同技術如「LoRa」(Long Range)、「NB-IoT」(Narrow Band Internet of Things)均可解決上述問題。林法正欣慰地說:「未來台電不會限定廠商所使用的通信技術,只要資料傳送率達95%以上,並保固六年,應該讓新科技來解決舊難題。」

林教授補充,智慧電網不是裝上智慧電表就大功告成,而是整個電力系統都要智慧化與自動化。台電早從民國84年開始進行配電自動化,如今已有70%饋線裝上饋線資訊末端設備(Feeder Terminal Unit,FTU)、安裝能源管理軟體。一旦線路發生異常,FTU可自動偵測回報饋線調度中心,饋線調度中心再根據配電圖資自動做出因應措施。這些都是過去十數年來,台電在智慧電網的築底工作。

再生能源併網 新興行業崛起

臺灣推動智慧電網的兩大目標,是為了解決「再生能源併網」與「需量反應與節約用電」兩大問題,並有效率地透過儲能系統將發電量較不穩定的再生能源妥善運用,或根據時間電價與獎勵機制,即時動態調整電價。

然而,林法正認為,智慧電網要能達到最大效益,還需有妥當的法律規範才可實現。

例如,智慧電網技術上可有效協助政府推廣綠能發展。另依據經濟部電力調度原則綱要第十七條「輸配電業依再生能源發電業申請進行轉供電能後,得要求再生能源發電業出具與轉供電量相符且由標準檢驗主管機關核發之再生能源憑證,以供查核。」其中再生能源憑證同時也可用於抵減用電排碳,許多科技廠為了配合客戶的供應商減碳政策,而願意用較高的價格購買再生能源憑證。但事實上,即使智慧電網技術完備,但由於大部份擁有綠電的民營電廠尚無足夠的備用供電容量,因此目前仍是以躉售賣給台電,而不直接將綠電賣給客戶。

林法正又指出另一問題,他說,政府鼓勵民間自建太陽能發電站,規劃未來裝置容量達100kW以上業者需將發電訊息送至配電調度中心讓台電調度。立意雖然良好,但民間太陽能發電站與台電電網之間的通訊成本是否合理且可靠?逆變器有沒有接受調度的能力?這些問題都尚要等待「台灣電力股份有限公司再生能源發電系統併聯技術要點」修正條文經能源局審查通過後,台電才會真正的面對。

所幸產業痛點也刺激出新商業模式;林法正觀察到新興行業「用戶代表」(Aggregator)正在快速崛起。藉由第三方協助開發用戶,可主動為簽約用戶規劃客製化,更能提高執行成效。這樣的第三方公司,會協助整合數千、數萬戶螞蟻雄兵般的少量需量反應與小型太陽能發電站的發電量,替用戶規劃客製化方案、參加需量反應競標。透過聚沙成塔效果,達成抑低尖峰負載用電,進一步達到永續發展、低碳國家的目標。

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