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掌握用電安全 智慧建築更有保障

  • 李雯娟

智慧電網的發展與智慧建築息息相關。DIGITIMES

智慧電網由於其分散式管理,成為降低供電風險的解決方案,也成為目前世界各國政府積極布局發展的重要建設之一,更是智慧建築能否有效做到能耗監控的關鍵。但智慧電網設置不但會直接影響建築設計,智慧建築中的電力品質及安全維護,更是廠商必須注意的重點。

如日本311大地震後,由於福島核能發電廠災情擴大,造成電力供應陷入危機,民間甚至提出節電計畫,促使電源能被平均利用;而台灣的電力來源有70%依靠火力發電,同樣是「一條鞭式」的供電設計,當遭遇到嚴重災害,可能會造成全面性的斷電,這對依賴智慧電網甚深的智慧建築來說,將帶來難以估計的影響與損失。

分散式電源設計 提升用電安全

由於智慧電網是透過「分散式電源設計」,整合資通訊、電力電子以及先進材料等設備,進行電力基礎建設的現代化與最佳化,將發電、輸電、配電形成完善的能源循環,不僅可提升智慧住宅的能源使用效率,並且降低其因能源密集度所帶來的風險,滿足現代社會對能源的需求量。

特別在面臨重大災害時,其孤島型運轉設計可自動隔離外部,自主調控供電模式而不受發電廠斷電影響,這是近年來,發展智慧電網的重要原因之一。相較於歐美國家,台灣的市場規模相對較小,但因台灣擁有極佳的機電整合能力,同時也因為規模小,投資風險也較小,因此被業界視為更有機會成為智慧電網建置的示範運行與研究地區。

集所有功能於一身的智慧電網,從電量讀取、雙向溝通、電量區間計量到遠端管理,似乎是無所不能,十分適合現在智慧建築的訴求,但這些優勢與功能,其實也同時具有潛在的高度安全風險。

智慧電網的潛在風險

智慧電網以分散式的電源設計,透過智慧型的調控提高用電的效率,並減少人類對石化燃料的依賴。由於現今對於電力的依賴,「再生能源」成為新的替代選項,尤其是風力發電與太陽能的互補性,更被大多數人認為有能力取代石化能源,成為新一代乾淨能源。

但此一願景無疑過於一廂情願,風能與太陽能發電,並不如一般人想像的穩定,在不同的月份,風能與太陽能並不會完美互補;在無法互補的矛盾下,如果盲目大量投入風能或太陽能發電,並無法達成所想像的目標,如何調控電力規劃,就成為發展再生能源的重要課題,也讓智慧電網的發展,因此與再生能源的發展,成為共依共存的兩個互補技術。

以台灣為例,台灣長期處於缺電的窘境,在缺電的同時,政府的方案就是多蓋電廠,但電能並不是越多越好,許多電力安全的問題,常存在於太專注「發電效率」,電能太多,並不見得是一件好事,電能問題就像水壩,儲存愈多的水,就可以提供更多的用戶使用;但水壩都有其容量,超過容量就會潰堤,電力的蓄載也是相同的狀況,當電力儲存的同時,正負極電壓會愈來愈高,高到一個程度之後,電網有可能因此崩潰。

智慧電錶扮演關鍵角色

智慧電網的能夠成功的調度電能,主要是靠建築中必備的智慧電表來扮演「核心調度員」的角色。智慧電表之所以能「調控」建築體內的電力,必須有幾項功能,包括可以呈現挹注及消耗的電量,以及顯示電量區間的計量,在資料透明化的呈現上,可協助用戶規劃其用電模式,達成用電效率的最佳化,電力資料的呈現,絕對是電力調控的最基礎架構,像是未來電動車的充電規劃,也是用電調度的需求呈現。

此外,由於電表的智慧化,雙向溝通成為其重要的發展特性,從發電端到用電端的「可操控性」,讓所有電子設備都可以雙向溝通,甚至是遠端管理,因為可控制,所以可確實防止電力浪費,在此狀況下,通訊能力也成為智慧電表的必要需求,未來的智慧電網也因此可能會成為城市中最大的網路系統,甚至承載其他網路通訊功能。

智慧電表因為需要達成上述功能,加上原有的電力顯示功能,讓智慧電表功能需求的安全規範日益複雜,是否有足夠的負荷量乘載電能數據?家中人員碰觸是否有電擊危險?智慧電網若要建置到建築物中,就得面臨電氣安全、防火安全、電磁兼容、耐候性、可靠度、併網安全、控制安全、資訊安全等各大面向的考驗。

由於智慧電表必須蒐集用戶端資訊,才能做出反應,因此通訊安全也是一大考驗,如家中的智慧電表若遭到有心人士獲取用電的資訊,便可從中推斷該用戶的作息狀態,甚至侵入行竊,尤有甚者還可改變電網配送,從中謀取不當利益之類,過去的建築物中的電網是獨立網絡,未來的智慧建築中的電網由於可能要承載網路通訊的功能,必須轉變為開放網路,資安問題及安全控制功能的可靠性,也因此成為重要課題。

小標:變頻器安全需重視

此外,除了調控性的要求外,智慧建築中的電力品質及安全維護也是一大課題,而智慧電表外,變頻器的安全要求也不可忽視。在電力品質上,包括無效功率的降低,以及諧波與低電壓穿越的問題;安全維護方面,防止電網出現持續供電的孤島防護,都必須靠變頻器克服,因此變頻器的安全標準要求,也是智慧建築導入智慧電網時必須考量的議題。

智慧電網能夠提高配電效率,固然是帶領未來能源科技發展的新興產業,而智慧建築要成功導入智慧電網,必須仰賴智慧電表與變頻器的能力,因此,智慧電表與變頻器的穩定性與安全性,也是掌握智慧建築安全的關鍵。