【日本有的,台灣也能有】能源也要超前部署!一窺「智慧電表」背後的價值

(本文經 NextDrive 聯齊科技 授權刊登,並同意 BuzzOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題 〈如何利用能源物聯網打造理想中的智慧城市〉。首圖來源:NextDrive 聯齊科技提供。)

【我們為什麼選擇這篇文章?】

物聯網(IoT)推動產業革命,同時也掀起新一波的城市革命;而想要進入智慧城市的其中一的關鍵是:穩定的能源供給。

穩定能源不僅與「綠能」占比連動,與智慧電表的應用更是習習相關,台灣若想要跟上國際腳步架構能源物聯網,該要如何起步?(責任編輯:徐子捷)

圖片來源: NextDrive 聯齊科技提供。

文/NextDrive 聯齊科技

近年來科技與數據應用的進步,讓「智慧城市」成為席捲全球目光的科技新議題。各國政府開始發展以物聯網、大數據為本的解決方案,以數據重新定義智慧城市風貌、也創造有別以往的方式解決都市發展議題。用更少時間、人力創造更大的價值,進而提升整體市民生活品質。

然而一個城市的運作包含能源、交通、教育、醫療、治安等層面,智慧化是無法一次到位的,必須先有基礎建設,才能架構以數據為基礎的城市藍圖,而其中穩定的能源供給,更是所有城市基礎建設的核心。

太陽不聽話怎麼辦?有能源物聯網就不怕

在智慧城市發展議題中,如何讓穩定能源供給與城市永續經營並行,便是城市智慧化的第一步。因此政府也積極推行發電模式的轉型。我國主要的火力發電(81.44%)及核能發電(11.79%)等等都屬於高依存度的 進口資源 ,加上島國環境,電力無法跨國支援,因此提升能源自主及多元至為重要。為此,政府制定了相關政策倡導能源安全、環境永續及綠色經濟,預估 2025 年綠能佔比將從 4.9% 上升至 20%。

然而,台灣目前所採用的能源調度機制「負載追隨」:即每當用戶多用一度電,台電就要多發一度電;用戶少用一度電時,發電機就要減少一度電。換句話說,透過改變發電的供給量來滿足用電的需求;但這是無法適用於綠色能源的,原因在於綠能屬於間歇性和隨機波動性的發電系統,發電量是相對無法調控的。以太陽能發電為例,當天氣不好或晚上時就無法供電,正所謂「靠天吃飯」,因此當綠能佔比提升,我們需要反過來透過「能源物聯網」即時的降低或提高用電需量,以配合綠能發電的情況,平衡供需曲線。

借鏡日本!台灣的智慧電表該如何起步?

以台灣一般家庭為例,傳統電表仍為主流,除了電費帳單以每兩個月為一週期外,其中資訊密度也不足以作為調整能源使用行為的依據。如此一來,用戶無法即時取得第一手電力資料,更難以發揮電力數據的延伸應用。因此,提高「智慧電表」的安裝率是台灣能源智慧化的第一步。

然而,智慧電表背後的價值鮮為人知,且節電對住宅電價位居世界第三便宜的台灣而言,較無關緊要,因此台灣低壓智慧電表系統的進展仍停滯不前。反觀日本,根據統計他們將在 2024 年全面導入智慧電表,預計佈署 8,000 萬台裝置。智慧電表的高普及率使得他們可以透過能源物聯網(IoE)快速取得電力資料並延伸應用,整合智慧城市等跨領域服務。例如透過非侵入式電力負載監測技術(Non-Intrusive Load Monitoring, NILM),便可以推測客戶在不在宅,光是這點就足以改善許多城市議題。

以物流業者來說,藉由收件者「在不在宅」的狀態可制定出最佳送貨路線,降低撲空率也增加作業效率;或是根據用電行為異常作為關懷獨居長者的警訊;甚至當用戶離家時偵測有用電行為時,便可以主動通報使用者家中可能遭竊等情報。

有了智慧電表,就能透過 IoE 閘道器與其連線蒐集電力數據,再運用資通訊技術(Information and Communication Technology, ICT)來維持電力供需平衡、提升再生能源調整力、建造穩定且智慧化的電力系統,—即「能源物聯網」。如此一來就能以數據應用為基礎,提升城市的競爭力。不但如此,電力設施「鄰避效應」(Not In My Back Yard, NIMBY)的問題也將迎刃而解,各場域都能成為彼此的「好厝邊」。

此外,地方政府積極推行智慧校園,將校園結合再生能源進行智慧化管理。運用能源管理系統(Energy Management System, EMS)建立場域型能源物聯網平台,採集電力數據的 IoE 閘道器、視覺化電力資料的後台網站、分析管理數據的雲端服務及演算法,使能源「可視」、「可控」、「可預測」、「可調度」。

藉由 NextDrive 的 AI 演算法與蓄電池的導入,能有效自動化管理校園需量,削峰填谷、平滑用電曲線。蓄電池內建智慧排程演算法,會自動餘電儲存、離峰充電並給予需量警示,擺脫隨時可能被超標罰款的風險,即便是教室冷氣數量大幅增加,也能有效因應。因此,校園不需依賴長時間人力手動調控,就能以最高效率發電、用電、儲電。

能源也要超前部署!有「智」者,「市」竟成

目前台灣太陽能成長動能來自於政府提供的高額躉售回饋,換句話說,太陽能業者的營收多半來自賣電給政府。然而未來隨著太陽能發電占比逐漸提升,政府總有一天會停止能源補助,綠電發電將回歸市場機制。

如果綠電賣不了多少錢,才剛起步的綠能產業要如何獲利呢?答案是經濟部標檢局發出的綠電憑證(T-REC)。未來各區域將轉為透過自發自用太陽能,賺取綠電憑證,讓綠電回歸自由市場機制,以供給需求達到市場均衡。

當各場域從躉售轉為自發自用時,便能透過蓄電池、電動車匯集區域白天超額的能源。當黃昏太陽能供給劇烈下降時,提供給公共建設、商業辦公與商場場域等用電需求,便可有效降電網低淨負載,建構城市級別的綠能服務(Energy as a Service),並將費用按投資比例回饋給共享電力之市民、廠商,建立善用每度電的正向經濟循環。

為確保電網穩定,助功綠能發展與能源轉型,台電「輔助服務交易試行市場」預計於 2021 年第一季上線。民間的發電業、自用發電設備廠商、需量反應提供者,以及儲能系統擁有者可以參與此計畫,成為輔助服務供應商,隨時接受能源調度,以維持電網平衡。

不像現在場域間等能源設施都是獨立運作,未來的住家屋頂、學校、社區、商用場域、公有建築,或是大型光電場域,將透過電力交易平台串聯用電、發電、儲電資訊與設備調度能力。使商業模式不僅限於電力的自發自用、還能透過「基礎設施平台化」參與更多輔助服務等延伸應用。

多元的商業模式也有助於市民、社區等團體有信心共同參與能源市場,打造遍布各地的公民電廠生態系。未來各區域將連結起微電網,即時監控、調度能源,透過降低負載達到電力供需平衡,此概念我們稱為虛擬電廠(Virtual Power Plant, VPP)。緊急時候,城市中大大小小的能源裝置都可以透過 IoE 閘道器相互溝通,整合分散各處的設備調度力,提升需量反應速度與容量,打造以能源韌性為核心的智慧城市。

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