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德瑞克說碳金融》第二十六講 :大家都喜歡智能電表嗎?那可不一定!

傳統的電網是單向性的,電力流動的方向是從發電廠,經過輸電線路,到達家庭或企業。但對於追求低碳與可再生能源發電的今天來說,傳統電網已經跟不上時代的需求。

德瑞克

大家好,我是德瑞克,我對氣候變遷議題下的碳金融有高度興趣,同時也抱著高度質疑。

在未來的低碳世界裡,智慧電網是必不可少的一個重要環節。這一講開始,我們試著來講電力產業現狀與未來發展趨勢。

讓我們循序漸進,從簡單的用戶端,也就是智慧電表開始,然後逐步往智慧電網的核心邁進。

(圖片來源:https://pixabay.com/)

首先,我們想知道,什麼是智慧電網?

電網就是整個電力供應的網路,負責將發電廠所產生的電力傳送到我們的家裡或公司。電網是由輸電線路、變電站、變壓器等組成的。

傳統的電網是單向性的,電力流動的方向是從發電廠,經過輸電線路,到達家庭或企業。而對於用電的資訊,電力公司能得到整體的使用量,可是卻無法瞭解每個家戶的即時用電細節。

傳統電網是單向性的輸電。(資料來源:SmartGrid.gov)

但對於追求低碳與可再生能源發電的今天來說,傳統電網已經跟不上時代的需求。為什麼呢?

我們之前提過,可再生發電是未來的能源趨勢,主要來源是風力發電與太陽能發電,它們的優點是取之不盡用之不竭,而且發電過程不會產生二氧化碳。

但同時可再生能源發電有兩個特性,會讓電網的負荷與挑戰快速升高。

首先是分散性。單一片太陽能板,或是單一座風力渦輪,相較於一座火力發電廠而言,發電量都小很多,所以必須要很多的太陽能板或是多座風力渦輪,才能組成可觀的發電量。

再者,為了因應地形與環境,太陽能板與風力渦輪的設置,往往是數量眾多而且分散的。在2050淨零排放的規劃中,未來我們的主要電力來源,將會是這些容量小、數量多而且範圍廣的分散式能源。

這對電網規劃是大考驗。要知道,管理少量的大電源容易,而管理分散的眾多小電源很困難。

第二個特性是隨機性與間歇性。我們都說風是最自由的,捉摸不定;而太陽能板每天只有白天能接受到太陽能量,上午與下午還會因為太陽照射角度不同而影響發電效率。

可再生能源的電力供給端存在著這些不確性性,可是需求端卻不能接受隨時有跳電的可能,於是對於電網的調動配置來說,挑戰又拉高了好幾個層級。

所以,為了能做到電網的智慧即時彈性配置,電表最先需要被升級智能。

電表不只需要單向的紀錄用多少電,而要升級成雙向的紀錄電力的使用與賣出。而且隨著物聯網技術的進步,也讓即時將電表資料上傳到雲端成為可能。這些電力大數據,將成為往後智慧電網在彈性配置電力上的重要基礎。

智能電網的電力是雙向的,而且能即時將電表資料上傳數據庫。(資料來源:SmartGrid.gov)

因為智慧電表所取得的大數據,將是智慧電網的基礎,所以各國都不遺餘力地推廣。到2020年底為止,全球已安裝超過7.8億個智能電表:其中3億個在中國,1.2億個在歐盟,9500萬個在美國。要知道智能電表是以家戶計算的,若以一家平均3個人來計算,等於是全球已經有23億人口覆蓋在智慧電表下,覆蓋率真的滿高的。

讓我們先來看看實際的智能電表,以英國智能電表做為例子。

英國的智慧電錶包括了電表與天然氣表。能源公司同時會提供一個家用顯示器給用戶,上面會即時的顯示現在你用了多少的電與天然氣。

智能電表。(資料來源:SmartGrid.gov)

家用顯示器可以即時顯示用多少電。(資料來源:SmartGrid.gov)

這個智能電表的系統,會把家中的電表與天然氣表資訊整合完畢之後,透過電表上的通訊模組(Comms Hub),透過無線方式傳輸出去,經過運營商網路(英國北方為Arqiva,中南部為Telefornica),連結到數據中心(DCC),然後數據中心再把用戶用電的大數據資訊,實時的傳送到能源供應商。

英國智能電表的資訊流向。(資料來源:SmartGrid.gov)

中國是全球智慧電表覆蓋率最高的地區,已經有超過三億家戶安裝智慧計量表(包括電表、水錶,燃氣表、計量暖氣的熱量表),然後傳輸到採集器,再透過智能網關傳送到資料中心,運作架構與英國的類似。

中國智能電表架構,(圖片來源:作者中國友人提供)

所以,作為電力公司或是電網營運商來說,智慧電表的大規模部署是勢在必行,因為這是大數據的蒐集,沒有這些大數據的支撐,後面的智能電網幾乎無法展開。

然而對於用戶來說,我們能得到的好處卻僅是,智慧電表能為我們提供最即時的電力使用量,而讓我們可能有所警覺該節約用電。但是智能電表本身是不會主動幫我們省錢的。

英國智能電表的資訊流向。(資料來源:SmartGrid.gov)

我們能看得出來,智能電表對於電力的供應者來說是改革必經之路,但是對於電力的消費者來說,誘因似乎並不大。而且國外整理出智慧電表的幾大缺點,甚至有組織(Smart Meter Dangers)為了反對智能電表而專門建構了網站。

第1,網路安全問題。

現在的智慧電表是由安全專家討論設計的,而且電表讀數是透過加密的安全網路傳輸,但是網路攻擊日新月異,這部分的風險值得我們留意。

第2,個人資訊隱私。

我們活在大數據的時代,在便利與個資外流的平衡之間一直是個難解的問題。我們需要去瞭解這些智慧電表收集的資料,會被授權做哪些使用。

如果有不法人士能夠詳細的即時取得你家的用電資訊,那麼哪天你出遠門去旅行時,恐怕就得特別小心了!

第3,無線電波輻射對敏感人群的影響。

即使智能電表的無線輻射大約跟手機發出的輻射等級差不多,而且大部分的智能電表不會像手機一樣,隨時距離我們一公尺以內。只不過還是有研究機構認為會對人體造成一些風險。

第4,用戶在電表使用上不順利。

像是遭遇到智慧電表無法上網,或是智能電表停止運行之類的問題。這些屬於硬體的技術問題,我相信隨著技術的成熟與大規模部署,這些問題都將被克服。

第5,弱勢族群會有能源恐懼。

國外有人提到智慧電表可能會讓人困惑和焦慮,有些靠退休金過活的老人,看到不斷上升的用電數字會感到焦慮,甚至為了省錢而關燈與關掉暖氣。看著即時跳動的電費數字,就像看著手中的錢在流失,無形中增加了低收入弱勢家庭的能源恐懼。

因此,為了加速電網的智慧化,從長遠來看,電力公司應該提供更好的誘因,用創新的電力計價方式,讓用戶更願意使用智能電表,而且樂於配合電力公司做彈性用電調度的人,因為他們能取得更優惠的電費。

英國有一家能源公司Octopus Energy,就是因為配合智能電表推出了彈性電價,而快速吸收用戶,成為英國成長最快的能源供應商。

(圖片來源:octopus.energy網站)

Octopus Energy推出了三種彈性電價方案,其中agile Octopus,Octopus Go方案提供了電力離峰時段的超優惠電價,鼓勵消費者在凌晨0:30到4:30之間為電動車充電。

而ourgoing Octopus顧名思義,則是吸引安裝太陽能板的用戶賣電給他們,進一步成為Octopus Energy的用戶。

這一招大大奏效,用戶能實質從智能電表中,掌握到甚麼時候用電最便宜,進而得到誘因來支持電力公司的調度,也讓Octopu sEnergy成為英國第四大能源供應商,公司估值達到50億美金。

這一講,我們藉由智能電表做為入口,希望能窺見智能電網的世界。

下一講,讓我們來看看其他建構智能電網的基礎。

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