實現節能低碳願景的智慧電網
- DigiTimes企劃
-
隨著經濟的快速發展，台灣的電力消費比重逐年增加，根據經濟部能源局統計，預計至2025年時，電力需求將佔總能源消費需求之55.7%；然而，台灣傳統能源的蘊藏量極為缺乏，進口比重達99%以上。為了確保台灣未來能源供應的安全性、避免能源供應短缺情況發生，以及減少對環境的衝擊，除了持續追求全新、低汙染之再生能源及替代燃料外，尋找更有效率的供電方式及管理技術，更是當務之急。
台灣電力來源主要為火力(包含燃油、燃煤和燃氣)及核能，佔總發電量之96.5%，加上部分的水力與再生能源，佔總發電量之3.5%。由於發電廠與用戶端距離遙遠，必須藉助輸變電系統提高電壓、透過電力線輸送、最終變壓供給用戶使用，過程常會造成大量的能量耗損。此外，由於都會區及工業區的負載集中、電力需求急速成長，但變電所尋址及興建困難，時常遭遇民眾抗爭，集中式電源無法輸送到電力需求端，造成地區性供電瓶頸。
更重要的是，由於遠距離輸電與大電網互連，往往讓系統難以快速追蹤負荷變化，故障問題容易透過電網擴散，進一步造成電力系統癱瘓，且龐大的電網和過於集中的發電廠，極易遭到攻擊而造成國安問題。因此，為考慮國家安全及能源問題，導入分散式電源及提高電網效率，便成為我國的既定政策及發展方向。
此外，劇烈氣候對電力供應的影響，也是與日俱增，如11月初的珊蒂颶風重創美國東部，導致紐約和紐澤西州部分地區超過10天不能正常供電，更讓用電網路的問題再度受到重視，智慧電網(Smart Grid)，也因此成為今日科技最重要的課題之一。
全球紛紛投入智慧電網建置
2012年IEEE智慧電網通訊國際會議主席、成功大學工科系教授莊哲男指出，智慧電網是指將供電端到用電端的所有設備，透過感測器連接，形成綿密完整的用電網路，並對其中資訊加以整合分析，以達到電力資源的最佳配置，藉此降低成本、提升可靠性、提高用電效率；如果我們能有效的分散供電，就不怕天災地變，美國因為遭受珊蒂颶風，造成紐約大停電，最主要是因為電線都被吹倒了，如果發展風能、太陽能，就不怕電線被吹倒的問題。
2009年十月，美國總統歐巴馬宣布提撥34億美元的預算在美國49個州建構智慧電網，並協助1800萬個家庭裝設智慧電表。此外包括大陸、日本、義大利、加拿大、澳洲等國也正積極推動智慧電網的試行計畫。美國政府大力推動的智慧電網政策，已經成為業者眼中的新商機，目前市場預估智慧電網20年內全球商機高達1830億美元，台灣許多業者也已紛紛宣布跨入智慧電網產品研發。
而在亞洲市場方面，中國大陸、日本及南韓智慧電表和先進讀表系統(AMI)市場滲透率也將大幅增長。如日本震後修正能源環境基本計畫，以積極推動智慧節能措施，已將智慧電表、AMI、家用能源管理系統(HEMS)及大樓能源管理系統(BEMS)列入推動智慧電網的需量反應(Demand Response)管理措施的指標；且為推動需量反應，2012年日本政府補助5,794億日圓，針對家庭用戶計畫於5年內完成AMI建置達80%，至2020年將全面導入；至於企業用戶則力推需給調整契約，計畫於5年內AMI安裝量達100%。
工研院產業經濟與趨勢研究中心(IEK)能源研究組產業分析師黃雅琪表示，分析，在日本311核災後，為達能源供需安定，日本政府從無強制性轉向積極推動安裝AMI，甚至開放國際廠商競標，顯見有投入的急迫性。
至於中國大陸，今年則已將智慧電網正式納入十二五計畫，中國國家電網則計畫將在2020年前全數轉換為智慧電表，亦即至少有1億個以上傳統電表汰換的商機，估計投入人民幣2,000億元。南韓亦發布5年期智慧電網計畫，預定於2016年實現智慧電表普及率達50%(約1,000萬戶)，以確保1,200百萬瓦(MW)需求管理市場規模，提升電網可靠度10%。
值得注意的是，智慧電網的建置過程，不僅有助於提升電力應用的價值，更可能因此形成新一波的產業發展趨勢，如中國大陸廠商目前正致力與國際大廠展開策略結盟，以厚實技術能量，如中國西電和奇異(GE)成立戰略聯盟、Echelon及華立儀表集團合資成立公司等；另一方面，中國國家電網也藉由收購外商及與外商結盟模式，協助國內製造商掌握更多海外的訂單，如中國國家電網收購西班牙ACS下屬的七家巴西輸電特許權公司100%的股權、購併葡萄牙國家能源網(REN)25%股權成為大股東、及與巴西國家電力調度中心(ONS)簽署合作備忘錄等。
面臨挑戰的電力系統與產業
根據「能源國家型科技計畫－智慧電網與讀表主軸計畫」報告指出，台灣電機產業市場對整體製造業之產值貢獻率約2.1%，約新台幣2251億元。然而由於國內電機產業所需關鍵技術或零組件大部分自國外引進，在國際市場上，品質和成本難與國際大廠競爭。而加入WTO後，電機產品國產化政策將改變，因此需使國內技術升級或建立自主性技術。
我國資訊電子產業的蓬勃發展，使得國內傳統電機技術人才難覓，加上缺乏電力產業相關標準測試平台與研發平台皆為電力產業發展的障礙。根據美國智慧能源中心(CES)的推估，全球整體電力基礎建設市場於2005年約為810億美元，其中約有一半是智慧型電網產品未來可發展的項目。如何將既有的資訊電子產業利基擴大至電力產業，發展電力自動化與其它新興電力產業與相關衍生服務型產業，將是智慧電網乃至於整個電力產業發展的重要課題。
