2016年12月能源報導-封面故事三
期別
2016年12月
頁次
14
單元
封面故事三
標題
穩定供電,電網併聯靠智慧
內容 撰文/李茗家

為解決電力需求持續上升及推動節能減碳,再生能源發電已是重要的電力供應來源之一,但如何克服再生能源發電不穩定及現有傳統電網集中面臨的問題?智慧電網(Smart Grid)似乎已成為各國重要的解決方案。

我國有98%以上能源仰賴進口,用電需求則是年年上升,對於未來可能面臨的缺電問題,政府已經積極朝向兩方面著手,一是創電,也就是大量布建分散式電源(Distributed Energy),如用戶自行裝設太陽能板或風力發電機;二是節電,像是智慧型電表基礎建設(Automated Metering Infrastructure, AMI),即是重要的工作之一。

不過,電力的穩定供應,從發電與調度、輸電、配電到用戶端,都需要更有智慧的管理辦法,讓能源可以更有效率地應用─智慧電網的應運而生,正是為此。

傳統電網面臨的問題

傳統的電網,主要區分為發、輸、配、用等部分,由許多大型發電廠(如核能、水力、火力等)產生電力後,經過電塔、纜線、變電所及變壓器等基礎設施,輸送電力至用戶端,其特性為集中式發電。

中央大學電機系講座教授、智慧電網主軸中心召集人林法正,說明我國的供電隱憂,「核電廠退役的議題仍在發燒,再加上傳統大型發電廠因鄰避效應、環保及增建時程問題,來不及完成增建,未來臺灣供電不足令人憂慮。」

智慧電網推動策略

為確保電力穩定供應及達到節能目的,2010年6月行政院核定之「智慧型電表基礎建設推動方案」,成為我國推動智慧電網的基礎與開端。2012年9月通過的「智慧電網總體規劃方案」,則是正式啟動智慧電網建設的鑰匙,其推動面又分為智慧發電與調度、智慧輸電、智慧配電、智慧用戶、智慧電網產業發展與智慧電網環境建構等6個面向。

林教授談到,智慧電網可以分為兩個策略,第一是發展各種智慧電網技術,讓再生能源能夠併網,「因為再生能源併網會造成逆送電,且太陽光電與風電有間歇性問題,易造成電力品質不佳,甚至造成電力系統不穩定,所以透過智慧電網技術,使再生能源能有效併入現有的電力系統。」

第二,就是自動需量反應(Automated Demand Response, ADR),目前的需量反應(Demand Response, DR)是為了因應尖峰用電期間,為減少電力公司的發電量,透過用電端降低尖峰用電需求,以獲取電價優惠誘因,降低高成本的備用發電設備之增建,需要以電話通知用戶端減少用電,而自動需量反應則是台電公司利用網路傳遞指令至用戶端或變電所,變電所也是利用網路將指令傳送至負載,並將其自動卸載。

因此,可以根據需量反應統計出的結果直接斷電,來達到供需平衡,「舉例來說,假設用戶有安裝AMI 及家庭能源管理系統(HEMS),並與電力公司簽約的前提下,如果當下正在吹冷氣,而電力公司缺電,這時一個訊號過來,冷氣就可以自動關閉電源了。」

AMI的組成

自動需量反應必須搭配AMI(即智慧型電表基礎建設),才能達到最大效用。AMI 是由智慧型電表、通訊系統、電表資訊管理系統所組成,與傳統電表最大的不同之處,在於具有通訊功能,可讓用戶與供電方資料達到雙向溝通,並藉由數據監控分析,透過能源管理系統(Energy Management System, EMS)以達到能源最適使用效率。

林教授表示AMI主要有兩個用途,首先於再生能源大量布建時,提供即時資訊讓台電公司知道發電量;而使用於低壓用戶時,除使台電公司即時掌握負載情形外,用戶亦能夠接收動態即時電價訊息,依電價改變用電時段與習慣。另一方面,未來低壓用戶的AMI應該會有雙重功能,除了用來即時提供及記錄使用的電量外,還可以即時提供及記錄販售的電量,如此一來大家才願意大量布建再生能源,且達到餘電售出的目的。「如何去尋找哪些用戶可以卸載,進而達到全民參與,AMI的裝設就相當重要。」

林教授以日本電力公司東京電力(TEPCO)為例,說明日本如何推廣AMI。為因應東京奧運的舉辦,該公司規劃裝設2,000多萬具家庭用智慧電表,以自動需量反應及即時電價之策略,避免可能之缺電問題。在此規劃下,當地民眾每個月需額外負擔新臺幣50元左右,估算成1年就是新臺幣600元,不過換算下來,大概5年就可以攤提完畢。林教授認為這是十分值得參考的作法,「我相當欣賞他們的魄力與執行力,若是在臺灣,這將牽扯到電價上漲的話題。」

電網示範計畫:適用離島的微電網

在智慧電網的發展藍圖中,整合微電網(Micro Grid)也是非常重要的一塊。這麼多年來,臺灣本島供電系統的基礎建設非常完善,即便處在偏遠地方,也能夠享受到台電公司的服務,因此微電網在臺灣本島適用於緊急避難。不過許多離島地區因受限於地理環境,發電仍是以柴油發電機為主,再加上運輸成本的影響,造成發電成本不斐,像是澎湖縣許多離島,1度電成本高達18∼20元,本身可算是獨立的電網,但沒有引入再生能源,無法稱為微電網。

經濟部能源局與科技部、台電公司等單位合作,在澎湖規劃智慧電網示範場域,透過再生能源的布建,配合儲能設備及能源管理系統,使微電網不僅可以分布於各處進行供電,又可依區域形成一個小型電網。林教授說明,「現在澎湖縣政府與業者(中興電工)合作的東吉嶼電網正在進行中;另外南沙群島的太平島,上面不僅有柴油發電機、太陽能,還有大同公司研發的能源管理系統。」

因此,臺灣智慧電網技術可說是相當成熟,也有實際案例,不過臺灣離島的市場有限,可能不利於國內產業發展,身為智慧電網主軸中心召集人的林教授也表示,該中心亦積極協助國內產業拓展國際市場,如前往東南亞各國尋求合作的機會。

電網併聯,改變用電習慣

由於傳統電網趨於完整,其結構不用做太多的改變,智慧電網的設計是透過輔助的角度來加以改善,藉由加強配電端與用戶端的管理,讓整個電力系統能夠更加完善。林教授表示,「像是配電端發生故障時,智慧配電系統能夠迅速傳遞訊息至變電站或維護中心,進而加以掌握故障情況,並迅速執行因應措施或派遣人力修復。」

智慧電網的發展,逐漸改變民眾的用電習慣,也讓我國的電力系統更有彈性與發展性。也因為智慧電網成為各國追求低碳經濟的重要戰略措施,亦是國際間電力產業發展的趨勢,未來我國智慧電網的發展亦應多方配合,「即便全世界智慧電網的發展重點都不同,但是臺灣產業在智慧電網技術、太陽光電併網技術以及自動需量反應技術等,都已經符合國際要求的水準。」

談到智慧用電的未來,林教授建議,智慧電表應該要建立起使用者付費的觀念,一方面讓台電公司有財源收入,支撐相關設備費用,另一方面使用戶端對於節能議題更有感。未來在再生能源大量設置的情況下,唯有結合智慧電表的布建,推動用戶設置再生能源電網併聯,再配合時間電價及負載管理等措施,才能深入民眾的生活,達到實質的節能減碳目標。

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