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智慧電網技術應用規劃

2015/11/05 經濟部能源局 點閱人次: 819

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撰文/陳翔雄 圖片提供/工業技術研究院綠能與環境研究所電能組

為實現節能減碳目標,確保再生能源大量應用下兼顧供電品質,推動智慧電網建設已成國際趨勢。自2009 年美國將智慧電網建設納入「經濟復甦與再投資法案(ARRA)」中的重要投資項目後,各國政府也群起效尤,包含歐盟國家、日本、韓國、中國大陸與澳洲等,均已提出智慧電網發展政策,以建構智慧型電表基礎建設為第一步。我國行政院於2010 年核定「智慧型電表基礎建設方案(AMI 方案)」,並於2012 年完成「智慧電網總體規劃方案」,故本計畫主要在協助國際政策趨勢蒐集、效益分析、AMI 通訊技術測試、資訊安全研究、人才培育及智識宣導等,俾協助我國智慧電網政策推動。

國際智慧電網發展趨勢

根據國際智慧電網組織ISGAN(International Smart Grid Action Network)對全球22個國家研究調查,發展智慧電網主要驅動力,包含改善系統運作效率、實現再生能源標準或目標、改善電力系統可靠度、培育新產品與服務、提供消費者多元選擇及參與電力市場之機會、優化電力公司資產利用率等6大項,其中以改善系統運轉效率為最為重要。

觀察國際發展趨勢,雖然智慧電網發展面臨諸多挑戰,但各國建設腳步仍不停歇。美國ARRA智慧電網示範補助計畫已進入尾聲,然而,為因應電網老化、氣候變化、新能源融合等挑戰,將持續推動電網現代化建設,智慧電網發展由快速成長進入穩定成長階段,且範圍由城市拓展至鄉村地區。另依歐盟聯合研究中心(JRC) 統計, 2002 ∼ 2014 年歐盟國家累計已投入共31.5億歐元、執行共459項智慧電網計畫,在8大智慧電網技術應用中,智慧電網管理(包含變電站自動化、電網監測與控制等電網管理技術)投資金額居冠、智慧消費者與家庭居次。日本則以智慧社區(Smart Community)為核心概念推動智慧電網建設,在橫濱市、豐田市、京都府、北九州市4個地區進行典範實證計畫,目前在技術可行性與需量反應社會實證等方面取得階段性成果,並積極將計畫中取得成果擴散至國內外地區,同時也正在加速推動AMI建設,預計2024年底以前完成全國建置。中國大陸是亞洲地區智慧電網建設投入資金最多的國家,2009 ∼ 2014年累計智慧電網示範完成建置305項示範計畫,智慧電表累計建置2.48億具,配電網升級是中國大陸智慧電網建設下階段重要努力目標,今(2015)年7月中國大陸能源局發布「配電網建設改造行動計畫(2015 ∼ 2020年)」, 目標2020年配電自動化普及達90%。

我國智慧電網總體規劃架構

我國於2010年6月核定「智慧型電表基礎建設推動方案」,為推動智慧電網之基礎建與開端。2012年9月再通過「智慧電網總體規劃方案」,在推動上共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個構面。

我國智慧電表及時間電價試驗計畫

經濟部能源局為推動負載管理措施,深入研究住宅用戶推動時間電價方案與需量反應方案之效益,已於2010年到2012年完成智慧電表示範系統建置(臺北、新竹、臺南等地);台電公司亦於2013年完成高壓AMI全數建置(2.4萬戶)、低壓1萬戶之AMI 建置工作, 於2013、2014年進行相關時間電價試驗計畫,今(2015)年再次推動「尖峰回饋試驗計畫」,供裝設智慧電表的用戶體驗不同的電價方案,鼓勵用戶在試驗電價誘因之下,盡可能減少白天尖峰時段用電,將用電移轉到非尖峰時段使用,便可節省電費。

為讓目標用戶可以對方案有更深的認識,提升民眾參與意願,除了寄送文宣外,並於臺北、新竹、臺南3地舉辦說明會。經統計後,約3成的與會民眾願意參與試驗計畫。希望藉由試驗推動的方式,提高用戶對於節能減碳之意識,並瞭解用戶對於方案的看法。

智慧電表發展之國內、外技術發展趨勢

我國已完成高壓用戶AMI全數建置,而低壓用戶部分亦完成1萬戶建置工作,目前已掌握全臺60%以上之用電資訊。因高壓AMI用戶棟距較大採GPRS行動通訊技術、低壓AMI採用階層式資訊傳遞方式,以降低通訊成本,而高壓AMI通訊運維及低壓AMI的通訊選用工作,仍待進一步探討。

未來將持續蒐集國際智慧電表通訊架構及技術發展趨勢,研究國際技術需求及通訊解決方案。目前已蒐集廠商技術,如Itron公司主推Openway技術,可支援電表、水表及瓦斯表等,應用2.4GHz或900MHz的RF通訊技術;elster主要做計量表的公司,後來併購了energyICT擁有了系統,因此又更深入系統整合,可支援電表、水表、瓦斯表等讀表技術及900MHz之通訊技術;中國華為與電表商威盛合作,由華為提供資訊系統加入威盛公司生產之電表投入AMI技術開發;而Sensus、GE等類似技術,主要是透過無線長距離通訊進行資訊整合,同時可支援小通訊模組進行通訊技術轉換,如特定頻段轉換到Zigbee技術。

典型智慧電表系統衍生支援架構—智慧三表整合技術的探討

智慧三表能即時記錄用戶能源使用資訊,省去了定期人工抄表的工作。目前國際間自動讀表的方式多以集中抄表為主:集中器統一收集該區域比較之資訊後,再統一傳送回控制中心。集中器到表計之間的LAN端通訊,可採取無線或有線的傳輸方式,如:Zigbee、Wi-Fi;而集中器至控制中心之WAN端通訊,則採行常見之GPRS、GSM、ADSL、光纖⋯⋯等。詳盡的能耗資訊除可協助公用事業做為營業調度之用外,用戶亦可透過瞭解自身的使用習慣進行自主管理節能。

我國首座智慧電網示範場域在澎湖

澎湖智慧電網示範場域係併同「建置澎湖低碳島專案計畫」需於2015年完成建置,其目的在於結合智慧電網相關技術及產業,以驗證智慧電網效能,並做為我國產業發展之基礎,重要成果如下。

  • 建置國內第一座智慧電網整合型展示平臺,協助民眾進一步瞭解智慧電網。
  • 布建國內首先符合智慧家電標準(TaiSEA 101)的100 戶社區,協助廠商實證相關產品與標準。
  • 首次採用OpenADR2.0b標準建構家庭聯合需量代理平臺,協助國內推動需量代理人(Aggregator)制度。
  • 促成大同、台達電子、宏碁、數位資安、盈正、豫順、新望、東元、日立、聲寶等公司參與示範。

杜絕駭客入侵,打造智慧電網資安新架構

世界各國無不積極發展智慧電網,以提升能源使用效率。然而,在電網智慧化的過程中,可能面臨駭客攻擊的威脅,如何控管資安風險將是左右成敗的關鍵。電力公司將網路分成電力網路與企業網路,須確保電力網路無法被駭客入侵。傳統資安防禦架構採用軟體解決方案(如防火牆),對網路流量進行監控,將可疑封包阻擋在外,即便如此還是會有漏網之魚,存在可能造成大規模停電的危機。本計畫研究世界各國智慧電網資安防禦技術,發現一種稱為「單向傳輸閘道器」的網路設備已經被大量採用,杜絕軟體漏洞的可能性,只允許網路封包從電力網路向外傳輸至企業網路,杜絕駭客入侵的威脅,同時符合電力資料傳輸的需求。未來本計畫將與台電公司進行場域測試,打造我國智慧電網資安新架構。


關鍵字:智慧電網,智慧電表,智慧電網總體規劃方案,AMI

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