環境與生態

台大公共論壇:推動大樓及住宅智慧節電(二)

全民智慧用電新時代來臨!台灣將在未來數年內逐步完成智慧電錶安裝與佈建,智慧電網也在遠程計畫之內。身為現代人,一定要認識這兩項基礎建設如何為我們寶貴的電力資源聰明把關。

撰文/呂怡貞
審稿/傅立成(台灣大學資訊工程學系、電機工程學系特聘教授)
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環境與生態

台大公共論壇:推動大樓及住宅智慧節電(二)

全民智慧用電新時代來臨!台灣將在未來數年內逐步完成智慧電錶安裝與佈建,智慧電網也在遠程計畫之內。身為現代人,一定要認識這兩項基礎建設如何為我們寶貴的電力資源聰明把關。

撰文/呂怡貞
審稿/傅立成(台灣大學資訊工程學系、電機工程學系特聘教授)
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  要落實推動大樓及住宅智慧節電,除了產學研各界積極研發無線感測器、物聯網、群體行為辨識、人工智慧及機器學習等關鍵技術與方法(見〈台大公共論壇:推動大樓及住宅智慧節電(一)〉)以達成自主節能調控之外,一些公共基礎設施如智慧電錶(smart meter)與智慧電網(smart grid)也應逐步建置,取代傳統電力資源管理設施,以符合全球能源管理新趨勢。



智慧電錶 回報用電更省電


  傳統電錶只能單向累計從發電端輸送到個別用戶的電量,不但數值變動緩慢,且顯示的非數位化單一數據,也無法提供或轉換成其他有用資訊。智慧電錶則具備智慧讀取與網路傳輸功能,雖然顯示的也是讀值,但能夠較傳統電錶進一步即時且忠實記錄用戶在各時段的用電情形,取代電力公司以往費時費成本的人工抄錶方式,讓讀錶更便利。而且電力公司也能以智慧電錶隨時檢測全國電力供應狀況,如漏電、竊電、跳電與復電等。


  智慧電錶無法直接節電,但用戶可從電力公司網站得知自家智慧電錶的數據,或直接將電錶數據下載到個人電腦或智慧型手機上,並透過分析軟體進一步轉換成用電趨勢圖之類的圖表資料,得到清楚的用電回報資訊,如此一來,用戶能更加了解自家用電量變化,進而調整用電習慣。根據調查,光是讓使用者得知用電資訊就能有效改變使用者的生活用電行為,節電10~15%。



智慧電錶的外觀。(影像來源:台灣電力公司)


智慧電網讓電力供應你來我往


  智慧電錶是智慧電網的重要組成設備之一,除此之外,智慧電網還包含配電網路、能源儲存設備與中央控管軟體等軟硬體設備,可結合動態資訊交換的ICT技術,形成用戶端與發電端綿密完整的用電網路,整合分析網內所有電力資訊。


  在台灣,有些規模較大的產業,其工廠或公司本身具有汽電共生系統,白天廠房需要大量用電使鍋爐高溫運作,到了夜間停工時,則可將多餘的熱能轉做他用,例如轉換成電能賣回給台電;將此觀念擴大就是未來智慧電網的核心機制,也就是「電力雙向傳輸功能」。


  現今全球積極發展再生能源,未來必然會有越來越多住宅、大樓、工廠等個別用戶具有成熟的再生能源系統,當這些自身設有再生能源系統的用戶或聚落(如大樓、社區甚至是整個城市),其能源供應不但足夠自給自足、甚至還有餘電可儲存下來時,用戶端也可成為發電端,透過智慧電網將多餘電力賣回給電力公司;若再生能源供電不足,也可使用電力公司的輸配電(或稱市電)。如設有太陽光電設備的一般用戶,產電量不足以轉賣,則可在白天使用自有電,晚上則自有電與市電轉換混用,如此一來家家戶戶將不再只是完全仰賴市電的負載單位。


  電力公司也可依照個別用戶需求,在發電、輸電、變電等各階段,實施不同用電與節電措施以及各項電力管理,例如不同區域或性質的用戶需要在不同時段輸配市電,輸入的市電量也可能因雙方訂定的契約內容而不同。智慧電網讓電力供需兩端均能達到有效能源配置與管理,也為再生能源引入大樓及住宅後提升應用效益。


  資策會的研究報告指出,智慧電網可達到15%以上節能減碳效益,因此許多先進國家都已將智慧電錶與智慧電網視為基礎設施而開始佈建,例如2009年美國政府已宣佈投入110億美元建構智慧電網,國會也通過將對250萬戶住家進行節能改造,歐洲各國也都預計在近年內完成國內百萬用戶智慧電錶的裝設目標。


  台灣方面,經濟部能源局研擬的「智慧型電錶基礎建設推動方案」在2010年獲行政院核定,2012年進入佈建階段,預計2014年全國的工業用戶(屬於高電壓用戶)將全面實施智慧電錶,而一般家庭用戶(屬於低電壓用戶)目前則以社區示範系統建置,預計在一年內完成一萬具智慧電錶安裝與技術驗證,2013~2015年擴大裝設到100萬戶,2016年為500萬戶。待佈建率達50%,政府將考慮家庭用電全面實施時間電價方案,並陸續將全台1200萬戶低壓電錶換成智慧電錶。至於智慧電網,則預計在2020年左右完成佈建。



未來若家戶均具有小型再生能源系統,便能利用智慧電網的電力雙向傳輸功能,在電力供應足夠自用之餘,多餘電力還可賣回給電力公司,讓能源達到有效的配置與管理。圖為屋頂上鋪設有太陽能板的德國鄉間小屋。(影像來源:郭雅欣)




智慧節電需政府與全民齊響應


  目前推動住宅智慧節能所面臨的種種問題,包括營建業界缺乏設計與技術研發能力以及對ICT專業領域的認識、建築相關法令機制不符合產業創新需求、智慧綠建築產業缺少消費市場及實質誘因等。


  台灣大學電機工程學系、資訊工程學系特聘教授傅立成表示,無論是進駐家庭的智慧感知與節能系統,還是公共基礎建設的智慧電錶或智慧電網,發展大樓及住宅智慧節電遇到的主要困難在於老舊建物的佈線複雜,加上這是屬於跨領域的新科技,因此培訓專業人才非常重要,包括加強佈線人員訓練並建立證照制度、加強營建業者對ICT的掌握等。


  他建議政府目前除了著力於開發新能源,也應加強塑造節能環境,這是現階段較容易進行的方向。例如,針對業者方面,應落實綠建築與耗電設備的節能標章、利用獎勵政策鼓勵業者研發具有上網功能的電器用品且將耗電量透明化、整合家電商、系統商及網路設備商以將全面化技術引入到居家環境等;針對用電端方面,應引導與增強大眾的省電意識與用電責任,常態辦理不同場域的智慧節電示範應用以宣傳與推廣,並提供獎助。此外,還應積極建置基礎設施,並進一步研擬相關輔導措施與商業運轉機制,如動態電價方案與智慧電網的雙向交易制度等。唯有政府與全民有節電共識並做出實際節電應用,才能將你我住的空間更聰明也更環保。



圖為未來新時代的夢想屋。應用ICT技術,結合了可供應自身用電的再生能源與接收電力公司輸配電的智慧電網,除了既有的大型儲電電池(接上定時開關,可在電價較高時段切換供電來源),電動車本身也可當作具機動性的儲電電池,配合智慧節能系統隨時自主調控電器使用,以及智慧電錶顯示各時段的用電量,還有建築本身使用環保建材和具有特殊結構設計,整體就成為未來大樓與住宅所呈現的智慧綠建築。(電腦繪圖:姚裕評)




延伸閱讀

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〈台大公共論壇:推動大樓及住宅智慧節電(一)〉,呂怡貞撰文,科學EasyLearn網路版

〈我的城市,我的未來〉,科學人編輯部撰文,《科學人》2011年10月號

〈在台灣,電動車較優〉,李名揚撰文,《科學人》2011年1月號

〈向停電說再見〉,安明(Massoud Amin)、施維(Phillip F. Schewe)撰文,《科學人》2007年6月號

〈節約能源刻不容緩〉,龐中培撰文,《科學人》2006年10月號

〈綠建築,預約節能新生活〉,張孟媛撰文,《科學人》2006年10月號

〈點亮智慧住宅〉,葛申菲爾德(Neil Gershenfeld)、克里科里安(Raffi Krikorian)、科恩(Danny Cohen)撰文,《科學人》2004年11月號