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節能已成當務之急 智慧電網勢在必行
 

【作者: 王明德】   2019年02月26日 星期二

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在節能議題下,智慧電網成為各國政府的重要政策,由於其架構龐大,所涵蓋的應用技術與產業領域亦廣泛,包含半導體、傳統電廠、公有基礎建設、ICT到資訊安全等技術,發展電網智慧化成為一個新興顯學;但專家也認為,發展智慧電網,除了硬體設備外,後續資訊整合才是「智慧化」的重要關鍵。


以電力業者估計,智慧電網若順利布建,三年內省下的用電量,至少等於四百萬輛汽車的碳排放量,效益的確相當可觀。「節能」當然是一個極大的誘因,但智慧電網的發展,就僅僅是為了「省錢」這件事嗎?這當然是效應之一,但絕對不僅止於此。


從建置功能來看,智慧電網的推動主要基於「預防」與「推廣」兩個層面。全球發展智慧電網的原因雖不甚相同,但主要仍不脫「預防大規模停電」與「輔助再生能源推動」兩個面向。


考量雖不同 但智慧化目標仍一致

歐美國家的智慧電網主要與「預防」有關,美國的目標是將電網逐步建構,讓電網能夠提供平台,進而參與用電需求面管理;歐洲推動智慧電網的重點工作,多重視與分散式能源的併網工作。


亞洲國家則有不同的考量,以中國大陸為例,相較於歐美地區電網建構已相當完整,大陸仍處於的發展空間較大,因此建置電網架構,成為大陸發展智慧電網的最重要工作;韓國是將智慧電網產業規畫為未來主要出口產業之一,早年就將濟州島做為智慧電網的試驗場域,將大量的智慧設備投入測試,期望以該項實績打入國際市場。



圖1 : 不論軟硬體,「可靠」與「穩定」是智慧電網的最直接要求。
圖1 : 不論軟硬體,「可靠」與「穩定」是智慧電網的最直接要求。

至於零組件方面,智慧電網的相關產品中,又以感測器、控制器元件市場規模最大,約占整體市場50%,其次為發展輸配電管理系統、電網自動化管理系統、電錶管理系統的資訊軟硬體設備,市場規模約有25%,再來為網路通訊設備與智慧電錶,分占整體市場的15%與10%。


整合ICT產業 智慧電網成新興商機

具體而言,智慧電網已經帶動能源產業與ICT產業結合的趨勢,衍生出所謂的能源資通訊(EICT)產業。在此趨勢下,發展出完整的EICT產業供應鏈,透過提供包括能源監控、能源管理與節能服務在內的全方位智慧電網解決方案,將會是未來產業的主流趨勢。


由於ICT整合在智慧電網面向上佔有重要的角色,因此電網智慧化,必須擴大傳統供電端的思考模式,把用戶端拉進來,分析如何透過雙方的互動來達到用電的需求與供給的平衡,這種雙向互動的機制,讓ICT被帶入電網技術,讓資通網路與電網結合,打破傳統,成為一種新的神經網絡架構。


以ICT面向來看,智慧電網的確帶給傳統能源架構完全不同的視野,由於未來幾乎所有的設備均必須與電網溝通,最重要的就是各種裝置與電網之間的連結標準。對電網來說,從發電、配電、輸電到用戶端,由於環境複雜,各類通訊介面均需要考慮,整合設計的通訊解決方案,則成為顯學。


由於用電涉及計算,通訊的可靠度及品質,成為智慧電網通訊介面的首要重點;此外,因電網屬於大場域範圍,加上部分相關設備必須放置於戶外,其強固性及自我管理能力就特別重要,一個電網系統要能完整運作,設備的自我修復及協調等管理功能就更形重要。近年來物聯網應用開始落地,透過物聯網的導入,將可能進一步發揮電網的智慧化價值。


溝通雙向化 資訊巨量須整體考量

智慧電網的智慧關鍵在於它具有「雙向溝通」的功能,電力公司不再只是單向賣電給用戶,用戶端的用電資訊也能透過網路即時傳回電力公司,讓電力公司利用遠端監控系統,了解各地的用電狀況,並進行電量調配。而用戶端也能隨時掌握自己的用電情形,並進一步調節用電量。


從訊息角度出發,光是智慧電錶來看,每家戶的在15分鐘內發送一次用電訊息,如此規模的訊息,資料的「巨量」化亦成為智慧電網發展的重要課題這類型系統發展,新的計算概念—雲端與分散式運算,就成為因應電網資料系統發展的另一項重要課題。



圖2 : 氣候議題高燒不退,智慧電網透過聰明用電,讓能源可被用在刀口上。(source: System Protection)
圖2 : 氣候議題高燒不退,智慧電網透過聰明用電,讓能源可被用在刀口上。(source: System Protection)

由於資料量龐大,資訊的管理與分析必須系統化進行,因此透過分散式運算整合非結構化資訊,再透過雲端運算進行整體分析,這就是智慧電網資訊處理的主要模式,整合「人」、「設備」與「環境」的跨領域資訊,透過智慧電網的綜合分析,將可理出使用者的行為趨勢,做為電力產業發展策略的重要參考,進而成為發展智慧電網的最終極價值。


從智慧電網的功能需求來看,從硬體的設備、平台,到系統面的管理架構設計,都是整體系統的環環相扣,這些必須經由使用者需求及最適化規格出發,透過設計、研發及測試整合所形成得到最可靠品質,而不論軟硬體,「可靠」與「穩定」是智慧電網的最直接要求。


與「電」有關,除了上述安全性考量外,穩定度更是重點,無論是由國家所主導的核心主體設備建置,或是處於通訊傳輸系統神經末端的「最後一哩」的設備布建,都將穩定度視為最優先。


由於電網的智慧化仍在架構中,目前發展智慧讀表仍是廠商的新興商機,但真正可讓電網「智慧化」的技術,仍是透過蒐集資訊所發展出的應用及管理;包括分散式電網、電動車發展,以及從需量反應所衍生出的智慧管理機制,包含基礎建設、ICT與自動化產業各不同面向的技術,均是產業仍待開發的一環。


*刊頭圖(source: ITRON)


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