摘要
　　我國產業結構由以往勞力密集產業轉向高科技技術密集產業，產業用電結構亦由早年可用電力轉為可靠電力，因此電力設計已由基本電力規劃，朝向電力有效管理控制及品質可靠之經濟效益。國內電力系統必需與世界先進國家接軌，因此系統之智慧型電網、電力品質及系統保護有必要加強研究。

關鍵詞：智慧型電網、太陽光電、風力發電、智慧電錶

Abstract

　　 The industrial structure has been transferred from labor structure to high technology structure, and therefore the structure changes the power network from usability to reliability. Consequently, the power, which including design and plan, is toward to control, management, reliability, and efficiency of quality for economic benefits, and then the power will have high quality and protecgtion with smart grid.

Keywords: Smart grid, solar power, wind power, smart meter

I. 前言

　　 科技日益進步的同時，也帶來氣候變遷對地球環境的各種衝擊，使得節能減碳的環保意識已成為目前最迫切的重大議題。為了更有效率地使用能源，並使能源消耗更具效益，各國紛紛提出開發新能源與節約能源之各種方案。但是，想要更有效地控管及使用電力，落實節能減碳，除了開發再生能源外，建構智慧型的電網，以及維持穩定的電力能源供應系統，成為所有國家及產業最重要的政策與目標。目前西歐、美、日等國皆積極發展智慧型電錶（smart meter），並透過發展先進電錶基礎建設（advanced metering infrastructure, AMI），以及進一步推動智慧型電網（smart grid）建置的規劃，來達到節能減碳的綠色能源環境目標。

　　 電錶是用電單位與電力公司之間連接點的一個量測裝置。電力錶計可靠度的提升，是電力錶計設置的目標，用來傳送累計用電，以獲得高度連續性無誤差數值。而智慧型電錶則是利用了網路通訊做電力公司與家庭之間的聯繫閘門。智慧型數位電錶傳送的是每個用電單位的用電資訊，而這個通訊很可能是借用 ADSL 、TV Cable、PLC或RF等通道。這樣的通道代表的是雙向溝通，也就在傳送用電單位的用電量資訊的同時，電力公司也可以進一步與用電單位溝通，透過某種協定來控制每個用電單位的用電量。與家庭節能系統的結合，可以排定每一個電器的用電優先序，甚至可以讓智慧型電錶不要完全斷電，而只停止非絕對必要的電氣的運作以達到電費最佳化的地步都是可能的。電費最佳化等於用電最佳化，用電最佳化將可使能源運用最佳化。

　　 因此為因應未來新型態輸配電系統智慧型電網所需，達到提供電力用戶更高品質的服務和節約電力之目標，應研擬建置適合我國社經環境之智慧電網與先進讀錶基礎建設方案。透過蒐集與分析國外智慧型電網之實施及佈設狀況，包括背景、政策架構、影響、方法以及應用案例等，探討我國電業的社經環境與電業自由化相關法案後，引進國外制度之可行性，並研擬適合我國社經環境與電業法的智慧型電錶裝設之優先順序、具體措施及配合方案，檢討與調整現行可停電力電價方案，研擬智慧型電錶用戶的時間電價價格策略，並進行各種方案的成本效益情境分析，以節約能源並提升電力用戶的電力需求面管理成效。

II. 國際節能省碳的努力

　　 美國規劃的振興經濟方案中，將投入110億美元，建置先進電錶系統及智慧型電網，其加州州政府更預計至2012年時，全州都將裝設智慧型電錶；英國則計畫在2020年前，為全國2,600萬戶安裝智慧型電錶；德國方面，全面使用智慧型電錶已納入德國政府氣候保護要點之一，並規定自2010年起，新建及翻修的建築物皆須加裝智慧電錶；義大利更早已投入21億歐元，完成3,100萬個智慧電錶的換裝，以上從各主要先進國家的投入不難理解建置智慧型電錶系統對節能減碳的重要性。而台灣在2009年的全國能源會議上，也確立了邁向「低碳家園」的共識，其中建設「智慧型電網及電錶」即是共識下的具體施政項目之一，在協助政府達成在2020年前至少將溫室氣體減量34％的目標上，智慧型電錶也扮演關鍵的角色。

　　 我國在建制智慧電網進行成本效益分析，智慧電網13年的設置益本比約為1.2，在開始設置後須達6年方可損益平衡，設置智慧電網可產生許多衍生效益，故為一項政府應積極投資的建置方向。而這項與節能減碳趨勢相符之科技產業，在經濟有被探討可促進國內相關產業及經濟效益。

　　 英國市調公司針對智慧型電錶對歐洲及北美能源公用事業市場的影響進行相關調查分析及預測，包含了歐洲及北美地區智慧型電錶市場的現況，各國政府促進推廣利用智慧型電錶的辦法、制度等帶動智慧型電錶市場發展的因素，及智慧型電錶的設置對於減少二氧化碳排放量等效果，顯示智慧型電錶的普及率有助人類針對節能省探測的推動。

　　 另外，智慧電錶與電網配合電力價格分級服務之特性，為一種有效率的節能制度，透過電力分級服務，不僅可以大幅降低用電成本，並可有效結合需求面的使用者偏好和供給面的供電技術，可在電力供給上做最有效率的需求面管理，並且在長期的電力供給規劃上，可提供有價值的需求面資訊。未來，我國建構智慧型電網之目標，包含維護電網安全與可靠、提升能源效率、強化用戶服務品質、整合分散型電源、達到節能省碳促進綠能產業發展。電力公用事業需效法電信業之電信維運藍圖，建立標準化程序架構，使AMI資訊整合成本減到最少 。建立電力事業完整的AMI後勤系統，智慧型電錶數據管理系統標準化，強化顧客帳單事務、能源資訊等處理能力。

III. 節能方向與策略

A. 智慧型電網及電錶的建置及即時電價方案

　　 智慧型電錶為先進讀錶基礎及智慧型電網建設中的其中一項，另外還包括了雙向通訊網路以及自動讀錶控制中心，其中在AMI系統建置中，以智慧型電錶的成本占最大宗。而AMI建置的目的在於使消費者更有彈性的用電，使電力公司更有效率與經濟的發電。

　　 首先蒐集與分析智慧型電錶之實施及佈設策略，引進及開發新型電錶實施制度，並探討我國的社經環境與電業相關法案，研擬適合我國社經環境與電業法的智慧型電錶裝設之優先順序、具體措施及配合方案，檢討與調整現行可停電力電價方案，研擬智慧型電錶用戶的時間電價及可停電力之價格策略，並進行各種方案成本效益分析，以節約能源來提升電力用戶電力需求面的管理成效。瞭解國外電業實施智慧型電錶制度及推廣之成效，針對我國智慧型電錶裝設之電業與社經環境的特性進行分析，包括可停電力與時間電價方案分析；研擬規劃適合我國之智慧型電錶裝設方案。整合數位傳輸，與智慧型電子裝置作即時電流的偵測，完成最佳的全面自動化監控，以達到完整穩定的電力能源系統便是必行之步驟。

　　 智慧型電網是整合數位傳輸，與智慧型電子裝置作即時電能的偵測，完成最佳的電力全面監控，以達到完整穩定的電力能源系統及節能必行之步驟。其中，智慧型電錶提供電力測量並聯繫電力公用事業單位和用戶間的雙向通信，記錄每小時用電量、提供遙控復電與斷電及各項家電設備之能源消耗監測與遙控降載等功能，可以網際網路通訊協定為基礎，建立電力公用事業與用戶之配電IP網路，提供遙控抄錶及可停電力控制等能力。

　　 未來推動AMI可能面臨的問題包含：(1)尚未建立資料交換標準；(2)自動讀錶系統穩定性仍待考驗；(3)國產智慧型電錶須進行系統整合及穩定測試等方面。

B. 智慧型電力系統即時監控分析

　　 改善傳統電力公司的操作環境讓整個系統具備可觀察性，分析電力輸電系統裝設智慧電網監控點使設備最佳化，加強電網傳送電力狀態估計能力，設定電力傳送耗損的最低成本使得效能最佳化，保有可停及即時電力操作系統的經驗方法將加入權重以獲得更佳的狀態，利用智慧模型規劃新的電力監控系統，加強監控點量測裝置建立可靠的通訊系統，規劃穩定的通訊傳輸系統與系統的狀態分析，確保電力公用事業控制中心得到正確的節能資訊。利用狀態估計判斷電力系統的狀態，利用監控與資料擷取系統獲得電能傳送資訊再加以處理運用。整合資料管理系統，包含前置作業區域的原始量測資料線性估測計算，及可管理的量測資訊以減少通訊頻寬，提升系統資料的正確性及效率，進而獲得用戶端AMI的控制與節能。

　　 由於目前的系統安全分析已經無法因應未來的智慧電網大量資料，而且整個電力互連系統與AMI即時用電資訊需要大量的計算與分析能力，為了幫助電力公司可以在系統即時地調整電力潮流，應建立即時系統智慧型安全分析預警制度，當系統在線上發生電力不穩定的徵兆時，系統可以即時特過AMI做出是當電力控制以避免各種停電的危機，進而獲得有效控制節節能作用。

C. 再生能源電力與孤島用電

　　 智慧電網構成另外的重要元素是與分散式發電系統如風力發電、太陽能發電、燃料電池等相互結合運作以便提供住戶、商業區、工業區雙向的電能供給。當一群組負載、分散式發電系統和分散式電。

　　然而，當分散式發電系統因為主電力系統故障或是電力品質低於規定的範圍而與電網隔離時，此時系統進入到所謂的 「孤島模式」，但目前電力系統偵測到孤島效應時，分散式發電系統皆需要關閉。為因應地球暖化和能源短缺，再生能源為主的分散式發電系統在電網的比例也越來越重，而關閉這些分散式發電系統不僅不符合經濟效應也有安全和穩定的問題。因此，各先進國家的重要電力系統研發機構和單位都開始著手能使孤島繼續穩定運行的控制系統。台灣每年幾乎都會受到颱風和地震的侵襲，因此分散式發電系統是非常重要且有實際應用的可行性。智慧電網之偵測孤島效應裝置和控制器，應能與主系統結合或分離運作，結合智慧型電網及AMI做負載管理，降低用電量維持孤島系統運作供電，加強其不平衡和不明確的負載仍能提供不斷的電力供應。

IV. 結論

　　 所謂的智慧型電網指的是整合發電、輸電、配電及用戶的先進電網系統，兼具自動化及資訊化的優勢，能達到自我監視、診斷及修復等功能。而要達到智慧型電網的理想世界，重要的是先進讀表基礎建設的完備度。先進讀表基礎建設主要是由智慧型電錶、雙向通訊網路及自動讀表控制中心所組成，其建置的主要目的為用電端更有彈性的用電，而在供電端又能更有效率與經濟的發電。使用AMI系統可自動連結家中的各項智慧家電，了解用電資訊，亦或能進行節源提醒；而對電力公司而言，可依尖離峰資訊的運算，重新調配發電與用電結構，以確保能源節約與電業的永續發展之目的。

　　 智慧型電錶與電力系統在通信部份的整合，將有助提升節能省碳的成效，並與停電管理系統系統加以整合，進行用戶停電自動回報成效更佳。低壓用戶時間電價與需量反應可藉智慧型電錶整合，進一步達用抑制尖峰負載與節能減碳的效果。智慧型電錶之硬體及軟體可結合電力公司提出用戶端控制，可實際達到抑制尖峰負載的需量管理系統，如用戶負載之分類、負載控制及遠端調整等技術。結合用戶用電特性分析，設計可行之需量管理系統。

　　 智慧型電錶對整個配電系統的資產管理與應用率將有很大的改善，可以具體瞭解饋線最大用電量、及其持續時間與區域等資訊。此外可以結合預防性維護及故障管理與即時整合等方式，隨時根據智慧型電錶回報之停電，推估最可能的故障設備，加速搶修速度以提升供電可靠度。智慧型電錶對系統資產的利用率及改善與擴充將有很大的幫助。提升節能省碳率有正面且實質的功效。

V. 誌謝

　　 感謝陳教授南鳴、王博士京明、郭教授明哲及連教授國龍對本文相關探討議題的指導。