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智慧電網的美夢與難關

智慧電網的美夢與難關

歐陽善玲、孫蓉萍

科技線上

ShutterStock

679期

2009-12-24 15:17

美國總統歐巴馬計畫斥資百億美元、中國在「十一五規畫」及振興經濟方案中積極投入,金額估計超過人民幣三千億元。這項讓美、中及其他主要國家不惜重金投入的明星產業,就是智慧電網。業者指出,智慧電表換裝是智慧電網架構的第一步,而在全面汰換之前,還有許多關卡須突破。

「現在很多學校、公司都已導入節能系統,像教室冷氣隨課務系統運作,在上課的時候才有電;學校冷氣受大氣溫度控制,要達到一定標準才會啟動。」資策會MIC資深產業分析師龔俊光說,這就是智慧電網概念的應用。
 

主要國家紛紛巨資投入


二○○九年十月,美國總統歐巴馬宣布斥資三十四億美元;中國則在「十一五規畫」及振興經濟方案中積極投入,金額估計超過人民幣三千億元;至於日本,同年二月通過的景氣對策法案中,確定將投入約一百一十一億美元。各主要國家不惜砸重金,有志一同瞄準智慧電網產業,這背後究竟有何吸引力?

簡單講,智慧電網就是積極使用資訊技術,解決供電者和用戶之間傳輸電力的各種問題;主要概念是將供電端到用戶端設備透過感測器連接,形成完整的用電網路,再針對其中資訊加以整合分析,以達到電力資源最佳配置。這樣不但能降低用電成本,也能提高用電效率。

換句話說,在智慧電網架構下,電表可雙向溝通。供電端可透過集中器,收集用戶端用電情況;電力公司不但能監控電力品質,還可配合工作流程及環境特性,以排程與遠端遙控方式達到節能目的。

例如,企業與電力公司簽約,當用電量超過契約所定標準時,電費就會立刻增加。企業為避免繳付較貴的電費,透過智慧電表提示,就能馬上改善用電狀況、降低用電量。

龔俊光解釋,目前一般所指的智慧電網系統,主要涵蓋四面向,包括AMI(先進讀表基礎建設)、AMR(自動讀表系統)、EMS(能源管理系統)及電力品質控管等多元形態的資源管理。目前各主要國家積極投入的主要為AMI,好處在方便電表管理、隨時計算電費,用戶停限電問題能盡速獲得改善。

以美國為例,智慧電網發展大致可分為三個階段:第一階段是○九年,各州政府計畫並著手發展;第二階段是二○一一年到二○年,家電設備能透過有線或無線方式遠距操作;第三階段是二○三○年,各種電器設備都能自行控制負荷量。

據美國電力研究所評估,到第三階段,全美用電量降幅可達到四%,換算下來,等於可節省二○四億美元的電費。
 

各國需求皆不相同


美國提倡智慧電網,是因為本身輸電網路脆弱。相較之下,日本的輸電網路健全,不像美國的感應器和網路控制功能較差,停電時復原須時較久。

東京電力公司指出,美國每年家戶平均停電時間是九十到一百分鐘,日本則是四分鐘,還不到美國的二十分之一。另外,東京電力一年的設備投資,有三到五成都用來投資輸電和配電網路,金額約六、七千億日圓;但美國小型電力公司多,又受到電力自由化影響,設備投資金額不會太高。

因此,日本智慧電網發展重點,在設法使像太陽能這種發電等不定時、不定量的能源,充分應用在電力上。例如,日本五月連續假期時工廠停工,電力需求減少,但若遇上大晴天,太陽能發電的電力供應量增加,供給遠超過需求時如何遠距調整,便是未來技術發展的重點。

大同公司能源事業處副總經理何明果指出,智慧電網範圍非常廣,各國都想做,但因為風土民情不同,每個國家努力的方向也不一樣。像美國的模式就很複雜,不但地大電網多,電力公司也多;中國政府則具壓倒性權力,情況單純許多,但仍有部分地區電力無法送達,所以標榜「堅強電網」,確保各地方都一定有電,且絕不中斷。

 

不過,電力相關產品畢竟與消費性電子不同,除了安全性要高,還要配合政策方向,最重要的是絕對不能「當機」。何明果說,資訊通訊產品容易當機,很多人的手機、電腦都有當機的經驗。但電力系統一旦當機,代價非同小可;除了造成像台積電這種世界級公司上億元損失外,嚴重一點還會鬧出人命,這也成為系統發展的門檻。

講得更直接一點,幾年前市場討論熱烈的「智慧家電」,也遇到同樣的問題。「原本電冰箱、洗衣機從沒有當機問題,交由電腦資訊處理後居然就當機了。」何明果說,就像家裡的電表鮮少更換,但電腦卻換過好幾台。把本來不會當機的東西,交給「容易當機」的電腦做資訊串聯,未來還有很多挑戰要克服。

 

系統規格整合是大問題

 

最大的問題,在目前智慧電表的標準不夠,百家爭鳴。電力公司要推動系統前,勢必要對此提出解決辦法,一旦投入大筆經費建置完成後,還要搭配電價機制等配套措施,才能真正發揮節能效應。

 

舉例來說,目前的電表主要功能在讀表,若要加入通訊功能,成為電子表,目前家庭所用的電表就必須全面換新。因為每一個電表都要經過檢定、不能拆裝,否則就違反度量衡法。

 

而現在廠商製造出來的智慧電表,規格各異。電力公司如何在採購法限制,及各廠商角力下制定出一套標準,是全面發展智慧電表的第一步。

 

再來,AMI建置完成後,電價就有調漲必要;例如搭配時間電價概念,利用尖離峰時段價格差異吸引用戶,達到節約能源目的。最重要的是,電價的配套措施,要為用戶與電力公司兩方面製造雙贏,才是真正可行的方案。

 

大同公司台電業務處處長葉斯雄補充,再生能源要看天氣的臉色,供電狀況不穩定。在歐洲,德國還會向法國買電,這中間涉及到的問題更廣,包括交易流程、電力穩定度,及網路協定等技術問題。像台灣夏季沒有什麼風,風力發電不足,但又非常缺電,未來在智慧電網架構下,就有辦法可解決。

 

目前市場上對智慧電網概念期待很深,但就算電表換裝完成,電力公司要提供什麼服務,現在也還沒有定論。像訊號傳輸方式究竟該採RFID(無線射頻辨識系統)或Zigbee(一種無線網路協定),也引起討論。

 

另外,中興電工專案經理林紳運指出,智慧電網技術門檻不是特別高,但整合問題大,非得政府出面搞定才行。就美國而言,電力公司不願釋出產電權,就是一大難題。
 

家計單位使用成本太高

 

龔俊光比喻,就像記帳本,透過智慧電表能提醒家庭用電量狀況,及用電需求等相關數據,用戶可輕鬆掌握每月電費額度。如果用電量太高或電費嚴重「超支」,智慧電表也能幫用戶找出原因,立即反映並調整用電模式,以達到節約目的。兩大軟體龍頭微軟及Google,就與系統整合商合作,開發電力分析軟體供客戶使用。

 

像近期微軟在美國就開發出一套免費軟體,只要使用者在網路上登記住家郵遞區號,並填寫住家建築形狀、坪數、房間數、電器及插座數量、家庭總人口數等資料,系統就能自動模擬算出每月家庭需要多少用電。輸入資料愈詳細,軟體做出來的用電需求分析就愈精準。

 

但就一般家庭而言,智慧電表最大意義在提醒用戶用電狀況,對節省電費幫助其實不大;尤其是如果政府不補助,民眾要自掏腰包,添購居家節能應用產品,像智慧插座、六至七吋顯示螢幕、溫度調節器,及資訊收集器等,整套設備買下來少說上萬元。但實際省下來的電費,卻可能只有幾十元,對用戶來說未必划算。

 

因此,目前智慧電表的應用仍以工業用途為主,像不少超商、學校、餐廳及醫院就導入節能管理系統;包括電力監控系統可針對特定區域,進行電力需量控制及時間控制。這樣下班時間一到,公司就開始分批斷電,讓工作分量較多、事情做不完的人擔心加班沒電可用,也會努力提高工作效率,一舉兩得。

 

拓墣產業研究報告指出,目前台灣現有電表超過一千萬具,一旦全面汰換,市場產值將超過二百億元。長期來看,對已取得台電認證的廠商,像大同、中興電,潛在商機龐大。但在此之前,還是得靠政府政策帶頭推動,克服各種挑戰,智慧電網產業才能築夢踏實。

 

全球主要國家推動計畫
加拿大
2010年前完成80萬台智慧電表裝設

美國
歐巴馬提出經濟振興計畫,將投資110億美元

英國
2017年前完成2500萬台智慧電表裝設

荷蘭
2013年前完成700萬台智慧電表裝設

瑞典
2009年展開500萬台智慧電表裝設計畫

義大利
2003年展開全面換裝,現已完成3100萬低壓用戶智慧電表

日本
規畫建置Ubiquitous Metering System

中國
十一五規畫,預計投入3000至5000億元人民幣

澳洲
換置智慧電表預計至2013年達100萬台

資料來源.資策會MIC

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