智慧電網技術應用規劃

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