我國智慧型電表及電網之應用與未來(上)

 

刊登日期:2020/6/15
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陳翔雄/工研院綠能所
一、前言  
歐盟委員會於2010年3月3日公佈的未來十年歐盟經濟發展計劃通稱為『歐洲2020戰略』,旨在加強各成員國間經濟政策的協調,在應對氣候變化的同時促進經濟成長,擴大就業。其中概括起來有3大發展重點、5大量化目標和7大配套計劃[1-2]。主要發展重點在於知識創新、發展綠色經濟及提高就業水平(消除貧困),而5大量化目標中,主要2項分別為:其一,使20歲至64歲的勞動人口就業率從現在的69%提高到75%、將溫室氣體排放量在1990年的基礎上削減20%;其二,將可再生能源在歐盟能源消耗總量中所占比例提高到20%,將能效提高20%。其中提升能源使用效率的措施中,除了發展綠能推動(再生能源及電動車等)外,就屬智慧電表及電網等公用事業計量及應用方案最為具體(一般又稱為智慧電表系統,簡稱AMI)。
 
歐盟建立電力組織POWERGEN致力於分享電力相關知識及經驗交流等,1993年在巴黎辦理首次電力展會,並在接下來的26年中,提供產業發展的重要資訊交流平台。公用事業自動讀表市場廣泛,包括電力、水力、熱能、燃氣等能源領域,近年歐盟各國為因應2020減碳目標,2019年的EUROPEAN UTILITY WEEK亦以輸配電網、水事業、瓦斯、再生能源應用及市場自由化等為主題展開相關議題探討,具體內容包括:智慧電表( Smart Metering )、智慧電網( Smart Grids )、數據管理( Data Management )、AMR&AMI、通訊&IT、能源零售( Energy Retail )等,使這場盛會亦成為國際智慧電網和智慧電表行業最具指導性和創新性的專業會議暨展會[3]
 
歐美日等國之AMI推動在政策驅力、政策使命、建置經驗及便民服務等支持下發展,如美國2008年的經濟再復甦方案,許多電力公司皆投入無線技術之智慧讀表系統發展,並採用ANSI系統一體成型設計的圓表概念;歐洲(法國、義大利、西班牙及瑞典等)基於2020減碳20%及供需管理等目標發展AMI,其中瑞典2003~2009年已完成全國520萬具建置[4];法國於2019年完成1,900萬具[5],預計2021年完成全數3,500萬具AMI建置;義大利2001~2011年完成第一代全國3,500萬具AMI建置,2017年啟動第二代AMI的建置規劃[5];日本是在2011年311事件後啟動大規模AMI建置,迄今已完成約4,200萬具(53%)建置[6]
 
歐美日等先進國家各有不同的發展背景與特色,如義大利第一代統一採用PLC技術,大規模推動以量制價降低建置費;法國建置及採購經驗不同於其他國家,係電力公司參與G3-PLC標準協會,由多家廠商參與擬定一套產業標準,再由電力公司開案採購,並透過30萬具AMI示範系統確認後續大規模建置策略等;日本則是參考IEC規範制定日本JIS規範,並採用模組化設計理念推動(計量模組及通訊模組分離)。
 
至於我國則在2010年9月23日行政院通過「智慧型電表系統基礎建設方案(簡稱AMI方案)」[7]啟動我國智慧電表建置規劃,透過AMI強化電網用電感知監控,以增加電網系統之供需彈性發展,達到電網智慧化的智慧電網應用。
 
圖一、智慧型電表系統架構概念圖
圖一、智慧型電表系統架構概念圖 
 
台灣的電力系統早期是於日治時代奠定基礎,戰後接受美援體系快速恢復輸配電、計量及計費等電力系統制度,故電表亦採用美規圓表電表系統。國際電表分為歐規、日規、美規等體系(簡單的說:方表、圓表體系),我國通過「智慧型電表系統基礎建設方案」,透過AMI強化電網用電感知監控,增進電網供需平衡調配等電網智慧化應用。2010年先採用美式做法(美規圓型電表含通訊一體化方式)建置首座AMI示範系統(約1萬戶),針對AMI系統功能需求、產業鏈建立、技術成熟度評估、採購及應用配套等問題進行技術研究。依首座示範系統建置經驗,發掘許多做法、制度及技術(通訊及系統)等皆有改良空間,故2016年參考日本模組化概念於美規計量電表體系改良為模組化系統建置,此為國際首例,但也綜合各家優點,目前大規模建置中。然而,大規模建置後,尚有許多執行面及推廣後續相關宣導及配套問題,需進一步研究與精進,尚需借鏡國際經驗,並考量台灣民情及系統需求等,以利增進AMI建置之相關衍生效益,如自動讀表之三表整合議題、資訊大數據應用、能源交易市場、需求面管理應用、再生能源及節能技術等相關應用。
 
本文主要介紹國際智慧電表推動經驗,包含政策規劃、技術發展、推動問題及應用發展等。透過2019 European Utility Week更新歐洲國家推動智慧電表之發展現況及蒐集展會上電表、水表、瓦斯表等公用事業自動讀表應用發展趨勢,以做為我國AMI後續發展之參考。
 
二、國外電力公司之智慧電表推動做法及趨勢觀察
智慧型電表系統建設主要組成是電子式電表加上通訊功能。其中通訊功能主要提供電表計量資料回傳控制中心,架構上可依住宅型態及用戶型式設定不同通訊技術---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
圖二、歐盟智慧電表時程導入規劃
圖二、歐盟智慧電表時程導入規劃
 

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