智慧电网是将供电端到用电端的所有设备,透过感测器连接,形成绵密完整的用电网路,并对其中用电资讯加以整合分析,达到电力资源的最佳化配置,借此降低成本、提升可靠性、提高用电效率。其商机包含初期的智慧电表及变压器,未来更将延伸到电力调配、绿色能源,例如太阳能及风力等替代性能源。
目前由于油电价格飙升,因此将IT技术与传统电力配送系统结合的智慧电网,预期可成为节能的最新解决方案。采用智慧电网,不仅相关主管机关可以对用户的用电情形完全掌握,个别用户也可以透过自家电表,掌握该区域的用电情形,为自家用电进行更适合的规画。
零组件商机:2030年达1000亿美元
至于智慧电网所需求的零组件方面,消费者直接可见的智慧电表,就需要使用大量MCU、应用处理器和RF及PLC等通讯晶片。另外,智慧电网所连结的太阳能发电系统,对于逆变器的需求也将大增。太阳能发电所产生的直流电,可透过逆变器转换成固定频率的交流电进行供电。一个太阳能电池最高只有0.5V左右的电压,因此需要串联多个太阳能板,再利用逆变器转换成100V交流电。此外,逆变器风力发电中也同样重要。
另外,由于未来透过智慧电网,各式电力间将会透过相互买卖并入同一电网。这时就需要使用能够充分进行传输管理的电力路由器。通过电力路由器,可同时对频率不同的电力进行转换及调整,并收集电力、进行蓄电,或进行传输。这些过程也需要使用到功率半导体。这些应用将使智慧电网相关半导体的需求,至2030年时成长至1000亿美元以上。
斗智对战:美欲掌主导权
节能减碳的时代来临,美国也亟欲抓住这波绿色商机,掌握智慧电网的国际化标准,借此控制智慧电网市场的主导权。根据美国能源部的报告指出,智慧电网具有比投资金额高出四倍的获利。也因此,美国计画在未来20年内陆续投资1650亿美元,其获利将可望高达约7000亿美元。
发展智慧电网,美国与日本不同的地方在于,日本认为智慧电网是单纯的新一代电网,美国则认定智慧电网是一种能利用再生能源的新型态基础设施,并可以将之延伸应用用资讯设备上,实现全资讯社会(Ambient Society)的理想。也由于美国的思维在于,智慧电网并非单纯改变配电设施,或者设置计测功能高的智慧电表就可以了,而是要连同电网所延伸的全新服务及商业模式在内,进行全盘行的思考。如此一来,日本发展的智慧电网产业可能瞬间落后于美国。
发展智慧电网,不掌握标准就很难获取利益。目前美国已有许多厂商跨足智慧电网的基础设备。例如美国通用电气(GE)已开始与Google合作,由Google发表Google Power Meter智慧电表。该装置可安装在家庭及办公大楼的电表上,透过网际网路来进行确认和分析,将来更有机会利用网路来控制用电量。而Google的另一种业务构想,则是为用户免费安装智慧电表,然后从网路控制用电量所节省的电费中,提拨一部分的百分比作为Google的收入。
目前NIST(美国国家标准技术研究所)已就智慧电网的发展议题,与日本经济产业省展开标准化讨论,而IEC(国际电工委员会)也在美方的主导下展开了研究。未来美国将陆续投资1000亿美元推动再生能源等绿色产业,目标是在2020年之前,让温室气体比2005年减少14%。实现该目标需加速发展节能、再生能源及电动车等产业,而其基础设施则以智慧电网最具发展潜力,因此才使得美国亟欲抢得其主导权。
另外,如美国厂商Google也开始跨足智慧电网软体研发,目前已发表了可显示各家电数分钟内用电量的家用Web应用程式测试版。 Google表示,这种将能源使用量化的技术,用多少电使用者都能一目了然,将可望刺激用户更加节约用电,并因此改变其用电方式,最高可望减少5~15%的用电量。
![《图一 UL台湾区咨询事业发展经理陈立闵说,智能电网虽然可带来许多效益,但也将衍生出新的安全问题,例如信息安全以及控制系统的安全性等,都是一大隐忧。》](/art/2011/08/091105451260/p1.jpg)
《图一 UL台湾区咨询事业发展经理陈立闵说,智能电网虽然可带来许多效益,但也将衍生出新的安全问题,例如信息安全以及控制系统的安全性等,都是一大隐忧。》 |
|
发展智慧电网后盾:台湾IT能量
为了迈向「低碳经济」,建置智慧电网是台湾在节能减碳策略上的重要环节,未来台湾传统电表将逐步更新为智慧型电表系统;加上拓展中国大陆等海外市场,将可带来庞大的产业商机。台湾目前由经济部能源局及台电公司积极推动规划「智慧型电表基础建设」(AMI),将充分运用台湾在资通讯产业的优势,开发核心元件带动产业发展,并透过大规模建置与测试,吸引相关厂商投入,拓展国内外庞大的智慧电网商机。
据了解,AMI规划之重点包括:研订AMI相关功能规格与标准;建立开放性测试平台,提供厂商测试电表、通讯网路、电表资讯管理系统、资料安全性及可用性等。预定在2010年高压用户先完成初期1200户电表,再于2011至2012年完成所有(2.3万户)高压AMI建置;并将先验证技术可行性及订定规格标准,辅导相关厂商生产内建通讯模组之数位电表,再逐步推动低压用户(1200万户)建置。
根据经济部能源局的评估,台湾建构智慧型电表基础建设,预计每年投入成本62.8亿元,可创造每年68亿元的电业效益,减少用户每年253.5亿元电费支出,带动相关产业781.9亿元总产值,具有相当高的成本效益。
台湾本身完整的资通讯技术基础,有利于自主开发AMI技术。目前高压AMI电表除电力量测晶片(含软体)台湾无法生产之外,其余组件如通讯模组、电池、电表资讯管理系统等,台湾厂商均可自行开发生产。看准未来智慧电网产业链的庞大商机,台湾厂商可在既有基础上持续努力,积极掌握用电端管理服务系统、电动开关与配电变压器等输配电产品、智慧电表相关网通设备、晶片组与感测控制元件等领域的发展机会。
![《图二 TI亚洲区市场开发经理陈俊宏说,智能电网与太阳能发电兴起,对于MCU要求更低的功耗,却又要发挥最大的指令周期以减少能量损失。TI的高性能MCU产品正是为了满足此市场需求。》](/art/2011/08/091105451260/p2.jpg)
《图二 TI亚洲区市场开发经理陈俊宏说,智能电网与太阳能发电兴起,对于MCU要求更低的功耗,却又要发挥最大的指令周期以减少能量损失。TI的高性能MCU产品正是为了满足此市场需求。》 |
|
商机烧至2020 台厂拼了!
美国、欧洲、日本及中国大陆都积极投入智慧电网的发展,预期明年将是智慧电网的起飞年,商机则将延续到2020年。至于台湾相关供应商,从智慧电表厂商士电、亚力,智慧电网传输设备商正文、中磊,以及跨智慧电表及PLC(电力线传输)的康舒,都将因此受惠。
据了解,智慧电网带动的商机,从感测控制元件、网通模组、能源管理系统、晶片及智慧电表等都含括在内。台湾在供应链中的厂商,包含制造智慧电表的士电、亚力、中兴电工以及华城,以及智慧电网传输设备供应商如正文、中磊、讯舟、康舒等。
整体的智慧电网包括发电、输电、配电及用户端。在国际市场上,台湾的产品,已经逐渐打入智慧电网的供应链,但都集中在属于智慧电网末端的「用户端」,也就是智慧电表。
智慧电表基础建设(AMI)主要由智慧电表、通讯系统、电表资讯管理系统(MDMS)所组成,除了能取代人工抄表外,还可支援各种不同电价费率、提供用户能源使用资讯,并具有让用户自发性节能、停复电管理、进行电表设备资产管理等优点。
目前台湾的电表分为电子式及机械式两种,高压用户全部采用电子式电表,低压用户则多为机械式电表。在高压部分,资策会已经成功研发高压核心技术,技术移转给大同公司。至于低压核心技术,康舒则可在未来参与台电公司低压AMI建置计画。随着未来推广高、低压AMI之后,用户电表将逐步全面更新为智慧电表。
目前,台湾有能力生产整组智慧电表的厂商,主要为大同和中兴电工。另外,智慧电表所需的感测元件、网通模组、晶片等关键零组件,也是台厂目前着力最多的地方,如讯舟已经打入日本关西电力公司的供应链,负责生产智慧电表上的无线通讯模组;而生产家电通讯晶片的旺玖、智慧电网传输设备供应商正文、中磊,以及投入智慧电表表头和电力线通讯技术研发已久的康舒,目前都名列在全球智慧电表供应链之中。
台湾科技业在智慧电网的布局<制表:王岫晨>
应用端 |
所需产品 |
相关厂商 |
发电端 |
发电机 |
台湾电力公司、风力、太阳能等再生能源供应商 |
输电、配电端 |
配电变压器、智慧化开关等 |
亚力、中兴电工、华城、康舒、台达电等 |
传输设备 |
有线、无线模组 |
正文、中磊、讯舟、康舒、友旺等 |
用户端 |
智慧电表 |
大同、中兴电工、讯舟、中磊、正文、玖鼎、旺玖、士电、亚力、华城等 |
智慧电表成败关键:零组件门槛高
智慧电表表体的制造技术门槛虽然不高,但是跨入该市场的门槛很高。首先,智慧电表的主要客户不是电力公司,不然就是公共事业业者,这些业者长年提供电力给下游客户,对于电表规格有自己一套需,这对于新进业者而言便形成一道无形的门槛,很难跨越。
此外,智慧电表需要的零组件,与台湾擅长生产的电子零组件,在功能上的重叠度非常高,主要差异在于环境的耐受能力。电表设备对于环境的要求十分严苛,毕竟电表装设的位置不是在户外,就是在地下室,这些地方可能是高温或低温环境,可能是潮湿或干燥的地区,更可能经年累月受海风侵蚀,或是接触到各类化学药剂或气体。而智慧电表必须要求在这些环境下都能正常运作。这与一般室内用的资通讯产品有非常大的差异。因此,智慧电表或许可视为一个需在恶劣环境下运作,且具有通讯模组的微型电脑,这使得有兴趣投入智慧电表领域的业者,必须要具备生产高环境耐受度零件的能力。
智慧电表发展关键:管理庞大资料
智慧电网管理软体开发商eMeter的EnergyIP智慧电网资讯平台管理系统与客户网站入口(Customer Web portal),目前已经获得台湾工业技术研究院选用于筹备中的智慧电网试行计画(Smart Grid pilot program)。 eMeter能参与工研院此项计画,对于进军亚洲智慧电网市场,可说别具意义。
eMeter大中华区业务拓展协理朱殿国则表示,台湾本身拥有完整的ICT技术基础,可快速将现有之ICT技术导入智慧电表应用上,有利于自主开发AMI技术。当然将ICT技术导入到智慧电表产业之后,下一个挑战,就是如何将之输出到全球市场上。事实上,朱殿国认为,智慧电表发展的最大关键,就在于如何管理庞大的数据资料,第一步就是要将电表所统计回传的资料做到安全的储存与管理,这也正是eMeter的强项。
朱殿国税,智慧电表目前尚未普及,未来包括相关法规、绿能诉求以及业界伙伴的配合,这三大因素将决定智慧电表市场发展的速度。
![《图五 未来五年将是智能电表发展关键》](/art/2011/08/091105451260/p5S.JPG)
《图五 未来五年将是智能电表发展关键》 | 数据提供:IDC,2011,3 |
|
关键五年:智慧电表转向区域竞争
IDC Energy Insights预估,2010至2015年全球智慧电表累计出货量将达到4亿6090万台,年复合平均成长率达13.0%。未来5到10年间,智慧电表的成长动力还是在欧洲与中国大陆。智慧电表将成为智慧电网能否如期推动的关键因素。
北美现在是智慧电表最大市场,占45%,其次则为欧洲的31%。北美市场来说,自2005年至2010年,CAGR成长率高达80%,2010年出货量12.1M,产值1.6B,出货量较去年成长49.2%。由于奖励金额逐渐减少,未来智慧电表的采购速度将趋缓而经过更缜密的决策期。不过,由于2010年中所签署的大合约,替接续几年的市场成长开出一条平坦道路,故整体来说,北美智慧电表市场将持续成长是确定的态势。
不过,未来智慧电表市场将逐渐转为区域导向,目前全球独霸的几家大厂必须制定更多针对当地市场的策略,尤其在中国大陆此类的新兴市场。
![《图三 eMeter大中华区业务拓展协理朱殿国则表示,台湾本身拥有完整的ICT技术基础,可快速将现有之ICT技术导入智能电表应用上,有利于自主开发AMI技术。》](/art/2011/08/091105451260/p3.jpg)
《图三 eMeter大中华区业务拓展协理朱殿国则表示,台湾本身拥有完整的ICT技术基础,可快速将现有之ICT技术导入智能电表应用上,有利于自主开发AMI技术。》 |
|
智慧电表应用:PLC传输受青睐
目前全球各国积极投入智慧电网的建置,但目前以住家或大楼为一个单位的小型电网必须能相互连结,才能与智慧电网串联成一体的情况成为一大挑战。这样的需求也吸引各种有线与无线通讯技术纷纷积极抢进此一市场新蓝海。电力线通讯(PLC)便是其中非常有机会在智慧电网领域发展的技术之一。
毕竟在智慧电网应用中,智慧电表将发挥关键作用。而设计人员需要为智慧电表与资料集中器之间的通讯选择适合的通讯方式。这时,透过PLC技术利用电力线作为资料传输介质,利用已有的电力配电网进行通讯,不需要重新布线,讯号不会因为通过建筑物墙壁而衰减甚至受到遮蔽,而且成本相对较为低廉,故在智慧电表的应用上受到青睐。
当然PLC顾名思义是以电力线缆为载体,但在部分老旧地区,其电力线回路已大量耗损,可能直接影响讯号品质,导致实际传输速率降低等问题发生。家电用品中,包括微波炉、吹风机等也会干扰PLC,导致讯号中断等问题,这些都还有待克服。
![《图四 恩智浦大中华区资深营销协理梅润平说,恩智浦早就针对绿能五大区块包括智能电网、太阳能、供电系统、汽车电子及LED照明加强发展力道。未来只要提到绿能,就不能不想到恩智浦。》](/art/2011/08/091105451260/p4.jpg)
《图四 恩智浦大中华区资深营销协理梅润平说,恩智浦早就针对绿能五大区块包括智能电网、太阳能、供电系统、汽车电子及LED照明加强发展力道。未来只要提到绿能,就不能不想到恩智浦。》 |
|
结语
智慧电网发展到目前,其理念已经很清楚的传达给大众。过去由发电厂为核心向电网供电的方式一直为主流,然而未来的趋势,将是由更多的不同来源的发电设备向电网提供电源。这包括大到核能、火力与水力发电厂,或者小至太阳能、风力、天然气甚至能源采集等发电方式。为确保负载、电压和整个电网的稳定,建立复杂的电网架构也成为了必要。
未来,大型风力发电场、大型的太阳能供电站以及其他可再生能源,将在全世界电力供应中扮演重要角色。消费者和大型企业将透过地下室的小型发电设备或者屋顶的太阳能电板来自行供应部分电力,再透过智慧电网这样的平台,将不同来源的电力统一调度分配给不同设备和电器,并同时按照优化原则,让各种设备在电价最低和最需要的时候才运作。
智慧电网的本质在于满足个性化的电力需求,因此,环绕着电力产生和使用需求而提供的电力服务,以及多样的供电模式,将带动能源发展方式产生巨大转变,也必将让现有电力设备的技术升级,并催生新型电力设备。