Smart Grid 定義

Smart Grid 是將過去的電力系統結合現今的通訊網路架構，新興能源，電子電力科 技，並利用測量、分析、管理等軟體應用程式，改善電力品質，使其能夠更加有效率、

穩定、安全，並提供客戶更多的附加服務 。

今日的交流電力系統是以 Nicola Tesla 於西元 1888 年發表的設計為基礎，建立於西 元 1896 年，以發電廠、輸電系統、配電系統組成，將電力由發電廠傳送給終端用戶。

隨著現代數位科技以及資訊時代的來臨，所帶來的是更高的電力負載需求，要求不中斷 的電力供給，以及高品質，高附加價值的服務，很多當時所採行的技術，在沿用了一百 多年之後，已經不敷使用，由於電力需求超載，電力系統時常發生不穩定的狀況，突發 性的斷電、跳電，或是發電廠政策性的輪流限電，都對終端的商業或是工業用戶造成極 大的損失，甚至對一般用戶生活上也造成極大的困擾。根據美國電力研究協會的研究顯 示，電力不穩造成美國一年五百億到一千億美金的損失。

近年來急速發展的通訊以及資訊科技已經在現實生活中提供了完整的服務以及成 熟的架構，透過這樣的利基，是將過去的電力系統發展成智慧型的電力系統的最佳時 機，美國政府透過通過”Energy Independence and Security Act of 2007”法案，於 2008~2012 期間，每年撥款一億美金做為補償以及激勵 Smart Grid 建置的費用，而歐洲 各國也積極推動此一政策。

根據美國能源部(Department of Energy，DOE)的國家能源技術實驗室(National Energy Technology Laboratory，NETL)的定義，Smart Grid 應具備幾項功能:

1. 自我恢復(Self-healing): Smart Grid 透過感應器以及自動化的控制系統，傳送即 時的資訊，用以快速的感測、分析、對發生的問題提供立即的處理，透過這樣 的機制避免或減輕電力品質不佳以及斷電等問題。

2. 客戶授權(Empowering Customer): Smart Grid 在設計時將消費者的設備以及消 費者行為納入考量，不像過去電力系統單向的資訊，Smart Grid 透過雙向的溝 通，將電力做最佳的配置，例如，發電廠可以透過讀取消費者電表資料並分析 用電狀況來動態調整用電價格，以避免尖峰用電量超過發電負載；消費者也可 以透過即時價格資訊調整用電行為，減少非必需用電費用支出。

3. 對損害的容忍度: Smart Grid 面對實體以及資訊上的損害能夠將傷害減到最低 並立即恢復，在遭遇人為或是自然破壞所造成的電力影響時，能即時隔離受影 響的區域，並重新規劃電力配置，使其他區域不致於受到影響。

4. 提供符合二十一世紀使用需求的電力品質: Smart Grid 能夠提供持續以及高品 質的電力供應，以符合今日消費者以及工業上的需求。

5. 整合更多電力選項:對於各種形式的再生能源以及區域型發電所產生的電力能 夠完全相容，並透過電力管理系統將納入的電力做最佳的配置，提供消費者更 多的電力選擇並減少費用支出。

6. 資產最佳化:Smart Grid 透過資訊科技以及即時監控，將發電系統做最有效的利 用，並藉以減少營運以及維護的費用支出。

3.1.2 Smart Grid 發展

發展 發展 發展目標 目標 目標 目標

近年來，歐美開始正視能源短缺以及電力系統不敷未來需求的問題，結合政府、產 業界、學界所組成的組織，發表對未來電力系統的架構與願景。希望初步的將 Smart Grid 概念文件化，並開始推廣全球對 Smart Grid 的建置。電力系統是一個長期發展的建設，

必須提早規劃以因應未來的需求。

根據電力研究協會的預估，在未來的二十年，全球對於 Smart Grid 的投資將會到達 一千六百五十億美金，但是此投資將會帶來六千三百八十億到八千零二十億美金的整體 利益，支出收益比是四倍。

在發電的過程中，能源耗損高達 60%，電力傳輸配送過程中又會耗損 10%，終端真 正能供使用者有效利用的電力佔最初能源的比例只有 10%。根據商業圓桌組織(Business Roundtable)的研究，電力系統的更新，將會減少傳輸配送過程所造成的電力損失，一年 可達兩百五十億美金。

分 散 式 發 電 系 統 可 以 有 效 減 少 電 力 無 效 率 所 造 成 的 損 失 ; 突 觸 能 源 經 濟 組 織 (Synapse Energy Economics)的報告指出，Smart Grid 所增加的能源使用效率，再生能源 以及分散式發電將會帶來一年三百六十億美金的利益。電力系統的穩定性不佳，例如停 電以及電力品質問題，一年所造成的損失高達一千億美金。

Smart Grid 不僅僅可以帶來龐大的利益，而且可以大幅減少對傳統發電設備的投 資，根據太平洋西北國家實驗室(Pacific Northwest National Laboratory，PNNL)的研究，

Smart Grid 設備的投資將會產生超過傳統電力系統十倍的效率，因此，二十年後，絕大 多數的傳統電力基礎建設的投資將會停止，以今日現值來看，減少的傳統電力系統投資

金額高達一千一百七十億美金。此外，減少傳統電力投資也對環境有很大的幫助，減少

透過 21th 世紀電力系統的升級，Smart Grid 有以下目標:

更可靠 更可靠更可靠 更可靠::::

一個可靠的電力系統應提供消費者持續不斷以及品質穩定的電力，面對電力上 的狀況，應該有能力發出警告且有能力處理大多數的狀況而不至於發生電力中斷等 問題，在多數消費者被影響到之前，應採取正確的處置行動。根據電力研究協會的 估計，美國一年因為電力不穩所造成的損失約有一千億美金，透過 Smart Grid 可以 達到改善:

1. 感應器以及新進的測量技術能夠及時的回傳電力狀況的有效資訊以供分析，當 發生電力負載過大而即將發生斷電時，決策系統會快速的採取降低用電負載的 程序。

2. 當發生斷電的情形，Smart Grid 將會迅速隔離問題點，重新規劃電力配置，使 情況不致影響其他區域，並對問題點進行自動恢復。

3. 分散式能源系統(Distributed Energy Resources，DER)會在電力超載的時候呼叫 其他供電系統的電力支援，以達到供電平衡。

更堅固 更堅固更堅固 更堅固::::

美國在遭遇 911 恐怖攻擊時，因電力中斷造成極大的損失。

1. 分散式的輸電系統可以避免單一攻擊所造成的傷害。

2. 多角化的分散式能源系統在面對危機時有更多的電力資源選擇。

3. 即時的監控也能在第一時間發現受到攻擊，並快速採取正確措施。

更安全 更安全更安全 更安全::::

電力設備的工作被指稱是最危險的工作，根據研究報告，因為從事電力設備的相關 工作，一年造成 1000 人死亡，7000 人被閃電擊傷。

1. Smart Grid 自我修復的功能，能減少許多人力維修的機會，也降低了維修所造 成的安全顧慮。

2. Smart Grid 監控以及決策的功能，能提前發現問題並且避免因設備損壞而造成 對社會大眾人身的傷害。

更經濟 更經濟更經濟 更經濟::::

採用 Smart Grid 的負載管理系統，分散式發電(Distributed Generation)，以及需求回 應機制，可以達到:

1. 減少集中式發電廠、變電所、輸配電纜線的投資。

2. 降低尖峰用電需求，及尖峰電價。

3. 因為電力系統更加穩定，將降低整體電力成本。

更有效率 更有效率更有效率 更有效率::::

採用 Smart Grid 的資產管理程式(Asset Management Program)以及監控系統，

1. 可得到動態的設備狀況，藉此計算出最佳的設備使用率。

2. 規劃最適的設備負載。

3. 隨時監控電力狀況，可以避免設備損毀以及電力品質不佳所造成的損失。

對環境更友善 對環境更友善對環境更友善 對環境更友善::::

1. Smart Grid 鼓勵更多小型分散式能源系統的配置，例如風力發電，太陽能發電 等再生能源的潔淨科技，可以大幅減少二氧化碳的排放量。

2. 根據商業能源研究報告指出，在美國，目前風力發電量為 9.65 GW，預估在 2025 年可達 20 GW;而太陽能發電量在 2025 年也可達 4.5 GW，再生能源發電量占總 發電量的比例也將從 2%提升到 4%。

3. 透過需求回應(Demand Response)的機制，消費者將會對電價更為敏感，也將會 更有效率的使用電力，減少不必要的電力浪費;將再生能源發電與電力系統相 連結，將再生能源發電做更有效的利用，並可藉此刺激再生能源發展，達到再 生能源組合標準(Renewable Portfolio Standards)清淨能源的目標。

4. 大幅減少對集中式發電廠，傳輸管線，配送管線，配電場投資。

3.1.3 Smart Grid 技術應用

技術應用 技術應用 技術應用

為了達成未來電力系統的目標，Smart Grid 必須掌握以下關鍵技術，並藉此形成諸 多應用:

1.

1.1.

1. 通訊整合通訊整合通訊整合:通訊整合:::

Broadband over power line、RF、Wimax、Wifi、CDMA 等通訊方式都是既有的 應用，只是應用的產業並非電力系統而是其他的產業，例如手機通訊、無線網路等。

Smart Grid 可以將這些既有的通訊網路整合並使用在電力的應用上，再根據通訊標

電表 智慧閘

道器 智慧家電

調溫器

節電器

Smart Grid 家庭網路

服務 提供 者

準開發電力系統上的設備，使電力網絡上的設備相互溝通，達到高速通訊、充分整 合、雙向溝通，使系統上的設備可以得到即時資訊。通訊整合將形成開放式的標準，

未來電力設備將依據這個標準開發，電力系統上的設備將溝通無阻。設備資料經由 通訊傳達到控制中心，並加以分析、控制使電力系統將更加穩定，有效率。

2. 感應與量測感應與量測: 感應與量測感應與量測

現代科技加強了電力系統的感應以及量測能力，使資訊可以透過數據化的傳 輸，加強各方面的電力管理系統。透過數據，可以評估設備的狀況，電力系統是否 正常。透過自動電表讀取，除了可以節省人工抄表的人力，也可以避免偷電的情形 發生；加入需求回應的機制，可以避免電力負載過大的情形，也可使消費者更節約 有效率的用電。感應與量測技術又可分消費者端技術，與設備端技術來探討。

現代科技加強了電力系統的感應以及量測能力，使資訊可以透過數據化的傳 輸，加強各方面的電力管理系統。透過數據，可以評估設備的狀況，電力系統是否 正常。透過自動電表讀取，除了可以節省人工抄表的人力，也可以避免偷電的情形 發生；加入需求回應的機制，可以避免電力負載過大的情形，也可使消費者更節約 有效率的用電。感應與量測技術又可分消費者端技術，與設備端技術來探討。