智慧電網新生活應用 取法金門先行經驗 布局全臺智慧電力新世代

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金門從戰地轉型成為以觀光為主的離島,為了形塑獨有特色,希望能以當地絕佳的天然條件,將綠能運用極大化、推行各項節能減碳措施,順應開發需兼顧友善環境的世界潮流,成為「綠色能源低碳示範島」。台電也在其中扮演重要推手,除了運用最新技術,將金門變身成為智慧電網示範場域,進一步設立展示場,讓更多民眾認識未來的智慧生活,塔山發電廠擴建、運維也都採用最新環保標準,並著手開發生質能源,希望未來能將金門的成功模式移植臺灣。

為讓更多在地民眾了解台電在金門推動的智慧電網建設,台電特別在金門縣政府對面的金門區營業處服務中心一樓設立約13坪大小的智慧電網展示場,以五大主題將艱澀不易懂的技術轉化成讓民眾有感的內容,也讓民眾了解智慧電網對生活的重要性,金門區處楊崇和處長指出,「我們針對台電在金門推動的計畫內容,以模型、動畫、影片、擴增實境(Augmented Reality,AR)遊戲等方式,展現智慧電網在生活上的各種應用。」

融入在地文化 風獅爺化作吉祥物

負責籌備的資訊系統處余素貞副處長為了規劃金門智慧電網展示場,走遍臺北總管理處、綜合研究所樹林所區及高雄鳳山區營業處等三座智慧電網展示場,學習相關經驗,她認為金門展場必須融入當地特色,所以採用風獅爺作為形象設計展場吉祥物;另外再以許願板的概念規劃留言區,讓民眾參觀時可留下感想,若有問題也可留言發問。

相較臺灣本島的三座智慧電網展示場,金門展場的另一個亮點是首次規劃戶外裝置藝術展區,希望藉此吸引更多人的注意,進而走入展示場。「我們要讓金門在地居民感受到他們被重視,而台電投入這麼多人力、物力與腦力建置遍及發、輸、配電端完整的智慧電網場域,就是為了以金門作為臺灣本島的示範,具有高度指標意義。」余副處長感性地說。

戶外裝置區

利用金門服務中心外牆打造的戶外裝置藝術,作品以現代化、簡潔線條呈現大、小金門的輪廓,並在上面標示出台電發電廠、再生能源案場與重要變電站,如塔山發電廠、金沙光電站、鵲山變電站等,再簡單介紹智慧電網的理念,到了夜晚點燈後,更成為金城鎮街最醒目的地標,可望成為下一個金門的打卡熱點。

智慧用戶區

走進服務中心右側的室內展場,首先看到的就是智慧用戶區,要帶民眾認識裝設智慧電表後的生活樣貌,例如將來可用手機App遙控家中的電燈、冷氣、除濕機等電器,還能隨時確認家中用電狀況,余副處長說:「為了讓民眾更有感,希望民眾第一眼看到的就是跟自己切身相關的內容,了解有了智慧電網後的智能生活。」

智慧配電區

本區以互動式大型模型搭配影片展現四個可提升供電品質的智慧配電系統,除了讓民眾了解金門的負載特性外,亦介紹了再生能源的如何控制與利用,以及當故障或事故發生時,系統如何自動並快速的隔離故障發生地點,將停電區域限制至最小並快速恢復供電,或若發生大型不可抗拒事故時,保住機場、醫院等重要機構用電,避免全島停電;大型模型的四項展示系統如下:

用電負載監控:透過監控、感應設備將電壓、電流等資訊回傳至控制中心,供電力調度之用。

再生能源管理:運用智慧變流器傳遞再生能源發電資訊,再透過專業管理系統穩壓,解決再生能源間歇性造成的系統頻率波動。

快速自動復電:利用饋線自動化系統,可自動偵測故障點,並自動恢復正常區段供電,大幅縮短停電時間。

緊急用電供給:說明智慧電網的特殊保護系統(SPS),電網若發生不可抗拒事故,SPS可保住金門機場、醫院等重要用電,避免全島停電。

綠能預測區

因應政府推動金門智慧低碳示範島之核心理念,台電各單位竭力整合,橫向運作,金門再生能源蓬勃發展,截至今(108)年7月1日為止,金門再生能源併網容量已經超過12MW,在某些時段的再生能源發電量占比已超過30%並持續攀升中,但是再生能源具有不穩定的特質,伴隨而來的是風力發電受季節性風面影響,而太陽光電有天氣陰晴及雲遮效應,故必須進行綠能發電預測配合儲能系統,方能維持電力調度,使供電品質之系統變動頻率保持於一定範圍內。

此區以影片方式讓民眾看到光電及風電預測系統,包括金沙風場未來48小時每1小時、未來6小時每15分鐘及金沙太陽光電站未來48小時每1小時的發電預測情形。

資通系統區

以動畫影片及靜態網頁頁面呈現金門智慧電網整體計畫下的各項建設及規劃重點,包括了智慧電廠、能源管理系統、再生能源預測、特殊保護系統、智慧變電站、配電自動化、再生能源管理、資產管理、儲能系統、智慧電表、需求面管理、環島光纜、電力物聯網、IEC 61850應用、資安管理、資料倉儲等,透過通信系統與資訊系統,提供快速且高可用度的資料傳輸,進行電網各系統與設備間的互相連結,並將產生的龐大資料蒐集、儲存,提供大數據及AI分析,進行電網調度與維護的精進。

發展願景區

以四組AR互動螢幕,讓民眾親身體驗操作能源管理系統、SPS保護系統等重要建設,並輔以牆面大型海報,說明金門智慧電網示範區的規劃脈絡及打造「綠能低碳島」的未來願景。

金門智慧電網解決方案Smart Copy到本島

除了將金門打造成為綠能低碳島,在金門建置智慧電網的相關經驗還有一個非常重要的任務,身為智慧電網專案小組的幕僚單位,綜研所沈德振副所長表示,「在金門遇到問題的解決方案、建立的模型、甚至與居民、廠商溝通的經驗值,大致可分為五個主軸,Smart Copy回臺灣本島。」

再生能源的預測技術:金門相對完整的再生能源發電數據,能使再生能源預測模型更加精準;此外,監測系統會碰到如偏僻地點缺乏通訊設備、各廠商規格、標準不一致等問題,這些解決方案也適用於本島。

智慧電表的應用:金門智慧電表安裝率預計達100%,電表所回傳的資料可進行數據分析、需量反應等應用。

電網狀態、電力設備的監測:將這些數據進行大數據分析,可以在設備故障前檢修或更換,降低停電機率。

電網自動化與智慧化:從用戶端到配線、變電站、控制中心都裝上自動開關,若發生停電事故,系統自動快速判斷並隔離故障點,大幅縮短停電時間。

大數據分析:從再生能源、智慧電表、到所有智慧化設備的狀態都可以傳輸資料到控制室進行大數據分析。

三道防線堅守資安 「白名單」阻駭客入侵

資安與資訊整合對於需要大量資料交換的智慧電網發展非常重要,資訊處余副處長表示,「金門是臺灣智慧電網的示範區,我們希望在此實現很多新的網路安全(Cyber Security) 技術與應用,所以資訊處在金門也落實多項全新資安措施。」這些新措施未來也將複製成功經驗回臺灣本島。

余副處長指出,資安議題過去大多聚焦在資訊技術(Information Technology,IT) 方面,目前全球關注的資安趨勢則在營運技術 (Operation Technology,OT)。OT指的是可對關鍵基礎設施、設備、機組進行監測、控制、操作的軟硬體,過去認為OT系統封閉、不會有被駭的危險,但近年來國內外發生多起OT資安事件,說明只要有資訊傳輸就有被駭的風險,資訊處對此提出「三道防線」,從發、輸、配、售各端建構堅固的智慧電網資安環境。

首先第一道防線先用防火牆或國際間常用的單向傳輸技術在IT和OT間築起高牆;進到OT環境後,再透過第二道防線─入侵偵測系統(Intrusion Detection System,IDS)進行活動監控,一旦發現如蒐集大量資料的異常情況,立刻通知24小時運作之資安監控中心(Security Operation Center,SOC),即時掌握重要設備的資安狀態,並透過資安資訊分享與分析中心(Information Sharing and Analysis Center,ISAC) 和上級機關及其他機構進行資訊交換與聯防,在縱深與廣度上都強化了防禦能力。

第三道防線則是金門首度建構的「應用程式白名單(Application Whitelisting)」機制,余副處長解釋OT系統具有極少變動的特性,在安裝後除了系統功能調整或更換外,應用程式即維持不變,余副處長以庶民的語言做了一個簡單的比喻:「假設我們在機器裡安裝10個程式,這台機器就只能運行這10個被允許的『白名單』程式,駭客進入核心系統也無法運行其他沒被允許的程式,所以應用程式白名單是最貼近設備、底層的防護。」

在金門推動白名單的經驗將應用在全國各地,余副處長說:「資訊處規劃將以金門的成功經驗,建立日後智慧電網之規劃與建置標準,將來採購時,就可要求所有建置廠商建立應用程式白名單,來強化資安管理。」

在資訊整合方面,資訊處亦在金門落實全新做法:建立共通資料模型(CIM)基礎,讓不同格式的資訊內容轉換為共同資訊模型,並建立以CIM為基礎的企業服務匯流排平台(Enterprise Service Bus,ESB),讓不同的資料格式在平台上匯整、交流與轉換。

為進一步分析整合的資料及進行相關預測,資訊處在企業服務匯流排平台上再增建大數據倉儲平台,運用大數據分析、AI人工智慧等進行各項預測,目前已開展的是短(未來24小時內)、中(未來1年每個月)、長(未來5年內每年)期的負載預測,短期預測資料將有助金門電力調度,中、長期則供規劃設備、容量的參考。

從1.0到3.0 迎向再生能源占比20%

臺灣智慧電網整體規劃方案於民國101年核定,106年進行調整,綜研所沈副所長表示,這不只關係到電業的發、輸、配、售,也事關綠能、智慧電網相關產業扶植,在這樣架構下,台電智慧電網的布局思維可分成1.0、2.0、3.0三個階段,而這也是國外智慧電網發展的趨勢。

1.0階段:在綜研所樹林所區實驗室進行智慧電網基礎設備、新技術、新功能的測試與研發,之後再導入微電網測試,如在烏來的福山微電網測試如何併網、資訊蒐集,完成後再到南部科學園區、臺南科技工業區進行區域型微電網測試。

2.0階段:落實到各業務單位,與營運流程結合,以解決問題為導向,即目前在金門建設的智慧電網示範區。此階段需要定義智慧電網需解決的問題,最主要的是再生能源併網產生的衝擊。

3.0階段:涉及交易市場、探討商業模式運作,包括需量反應、電力交易平台,這事關電價與政府政策,本階段最後目的在於達到電力市場交易自動化及產生電動車、儲能的商業模式。

「金門對臺灣推動智慧電網具有指標性意義。」沈副所長相信只有過程穩紮穩打,才能迎接民國114年臺灣再生能源占比20%的時代。

友善環境 塔山發電廠開發生質能源

在金門持續開發綠能的過程中,減碳也是達到低碳島的方式之一,塔山發電廠陳文寬廠長指出,「本次採購的9、10號機組皆為新機型,發電效率46%,比舊機組的40%高出許多,更能有效守護空氣品質。」

另外,新機組增設排煙脫硝設備(SCR),能有效降低氮氧化物(NOx)的排放,雖然法規規定排放量不得大於330ppm,但新機組排放量預計少於210ppm,明顯優於法規標準;另外包括粒狀污染物(PM)、硫氧化物(SOx)的排放也都將符合環保法規。

塔山發電廠發電過程中產生的廢氣、廢水、噪音、事業廢棄物等,陳廠長強調處置方式一切都符合環保法規,如作業廢水全部進入廢污水處理系統;不可回收的有害事業廢棄物則委由專業單位處理,全程上網登記、接受GPS追蹤,確保產出與處理的廢棄物容量相符;發電產生的廢熱則進行再利用,經綜研所評估,目前正規劃增建低溫發電系統(Organic Rankine Cycle,ORC),將低溫熱能轉換為電力,預計約有0.2MW的發電量,不無小補。

另由於金門酒廠在作業過程中需使用大量蒸氣,現以燃油產生蒸氣,造成一定比例的碳排放,陳廠長說:「配合打造金門為綠色能源低碳示範島的規劃,台電委託顧問公司研擬生質能發電廠的可行性,利用在地風倒木、金酒公司廢酒糟或臺灣香菇寮的廢木料等作為生質燃料,初步規劃最大可提供300噸蒸氣量及5MW發電量,整年的碳減排量可達3萬噸。」

台電在金門投入大量人力、物力,從發電端開始,一路到輸、配電端,希望透過建構完整的智慧電網場域,達到金門綠能低碳的願景,未來更可複製在金門的成功經驗,布局全臺智慧電力世代。

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