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文章分類 > 智慧生活應用
能源資通訊交流會專輯-智慧電網添增生活智慧
   
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  作者:資通訊產業聯盟 發表於2011/6/28 下午 04:44:08
 

 ~ 能源資通訊交流會-專輯 ~

智慧電網添增生活智慧

康舒科技股份有限公司 楊俊德

淺談電網演化

我們的日常生活與大部分行為幾乎離不開用電,電力需求已成為維持人們日常生活的必要元素,電力供需與民眾的基本生活、產業經濟發展、甚至與國家建設都息息相關。自從西元1882年特斯拉設計出第一部交流電機,西元1896年尼加拉瀑布水力電廠成功商轉,並經由輸電線傳送到數十公里外的城市營運開始,迄今各國政府將輸電網鋪設的哩程數視為城市發展與經濟建設的重要指標。

科技的進步與經濟的快速成長,人類對能源的需求與依賴程度急遽加深,能源開發與生態遭破壞的衝突議題已被廣泛提出討論,在有限資源條件下如何進行最有效的能源開採與利用,已成為電力系統業者與民眾相互角力的嚴肅課題。

資通訊領域技術發展目前十分成熟,專家們正在思索,如何透過各項資訊的傳遞將各類能源做最有效的統合與運用,透過節能資訊的傳遞協助人們進行有效率的用電以平衡電力需求負荷減少投資浪費,智慧電網概念的題出正悄悄帶領著新一波的產業革命的進行。

智慧電網 Smart Grid

目前許多的參考文獻中對有關智慧電網敘述眾說紛紜且十分抽象,智慧電網一詞並非是遙不可及的理想與全新科技,而是一種存在我們週遭的能源資通訊技術。其應用範疇從發電、輸電、配電到用電;涉及技術領域從系統、電力、通訊、計量、監測、決策、控制、演算法到資訊安全皆有所觸及,從施工範疇而言智慧電網基礎建設包含有:

•           家庭能源資訊顯示與需量管理

•           先進讀表系統基礎建設

•           配電室遠程監控

•           輸電網自動調度系統

•           智慧變電站

•           分散式發電系統

•           再生能源(太陽能、風能)併網系統

•           區域微電網

•           汽車充電站 V2G & V2H

其中以先進讀表基礎建設(Advanced Metering Infrastructure簡稱:AMI)與一般民眾生活最為攸關。

比較智慧電網與傳統電網存在差異,在傳統電網電廠所產生的電力流向十分固定,電力透過輸電線路輸送到電網內的各用電戶,而各用電戶等待一段時間才會收到電力公司的帳單通知,告知用戶在過去一段時間用戶實際使用了多少的用電量。而智慧電網技術,在電網中除了傳統的大型電廠,還可能混雜包括區域企業戶或住戶所設置的太陽能、風能等新能源進行併網作業。而這些新能源除提供自用外,剩餘的電力還被允許回售給電網業者,因此電網中的電力與資訊流向將變得多元而不再是單一流向,電能的交易資訊將變得即時而且重要。所以我們不難發現智慧電網建設重點在於資通訊基礎架構建立(圖1)。

Chart: Traditional Grids vs. Smarter Grids.

圖片來源:http://www.ibm.com/smarterplant/us/en/smart_grid/article

圖1 傳統電網與智慧電網的差異比較

智慧電表 Smart Meter

傳統電網電力在轉換與傳輸過程存在高額的損耗與備載容量維運成本,各類開發的新能源亦潛藏著電能轉換效率不佳與供電品質受氣候、地理位置與時間因素欠缺穩定等嚴重問題,能源開發的速度永遠趕不上因經濟快速成長所導致用電需求激增,透過節約用電來達成為節能減碳是無法迴避的議題,能夠幫助各用電戶達成節約用電最主要的工具就要靠安裝在民眾家中的智慧電表(圖2)。

智慧電表與數位式電子式電能表在設計上最明顯的差異是:智慧電表除具備基本分時電價(Time of use)計費功能外,還具有雙向計量與即時通訊能力。所謂雙向計量是指智慧電表可分別記錄用戶用電與回售電力給電網的計量資訊,此外用電戶可透過安裝於家中的電能資訊顯示器(In-Home Display簡稱:IHD)得知當下用電費率以及過去一段時間如:24小時、一周或一個月的用電數據統計分析,用戶可依據不同時段的用電費率進而調整家中電器設備的使用排程,以簡單的需量控制手段來達成智慧用電的計畫目標。我們不難明白智慧電表最主要的任務就是透過網路或通信方式,即時將所紀錄的各項用電資訊告知用電戶與電力公司。

圖2新發展的智能電表

電力線載波通訊技術

在網路世界中唯一分布密度高於網際網路的只有電網,我們家中或許沒有申裝網際網路,但絕大部分都會有電線,透過電線來提供每日生活照明與一般用電所需。電網較網際網路更早就已深入我們日常生活中。因此,要布建智慧電網的最佳通信手段就是運用電力線載波通信技術,電力線載波通信技術已有數十年的發展歷史,早期被用於電力公司內部維運通信。在台灣,雖然無線通信技術十分普及,但無線通信存在溢波、干擾與信號遮蔽等問題。而新一代電力線載波通信技術多採用OFDM調變技術,除可抗噪音干擾與傳輸衰減外,由於實體線路產權屬於電力公司管轄,無需太多額外建置成本,便可運作在低壓與中壓電力環境中,再搭配電力公司內部的鋪設的電力光纖,可快速形成完整的傳輸骨幹。

目前在歐洲與中國大陸雖廣泛運用窄頻電力線載波通信技術來實現遠程電表集採集抄,但寬頻電力線載波技術亦陸續申請試點與驗證,未來要達成即時通訊所需的傳輸頻寬仍不容輕忽。

圖3 具電力線載波通信功能的資料集中器

結語

台電公司將自民國100年起分階段陸續完成總數約600萬具低壓智能電表的換裝計畫。我們試想未來無需等待每月的電費帳單,透過網際網路或IHD我們可隨時查詢當月累計的用電讀數與費用,並可協助用電戶進行電費試算與建議最佳用電時段。但最重要的是,合理的分時電價政策的落實與實施。目前單一費率其實潛藏許多不合理政策與補貼機制,也使得未來智能電表換裝效益難以彰顯。透過分時電價政策可促使用電戶正式用電行為與方式達成節約用電降低費用支出,對電力公司而言更可以平衡發電負荷,降低備載容量以節約營運成本。

除開發高效率各式電源供應器外,近年來亦積極投入綠色LED照明、智慧電表與智慧電網相關傳輸設備新事業開發,希望藉由新一波產業革命推動兼顧產業與生態平衡發展,以善進企業社會責任。

 
分類:智慧生活應用/節能減碳
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