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畫說Smart Grid智慧電網

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作　　者╱

郭策編著

出版社別╱

書泉

書　　系╱

圖(畫)說科學

出版日期╱

2013/05/01 (1版 1刷)

I S B N ╱

978-986-121-827-4

書　　號╱

3DF1

頁　　數╱

176

開　　數╱

25K

定　　價╱

280

Smart Grid這名詞似其實在歐美等先進國家早已是人人都耳熟能詳的用電方式，但對台灣的民眾卻非常陌生，而台灣其實早已開始悄悄發展智慧電網了，本書就是針對台灣目前的智慧電網發展趨勢做深入探討，並以圖畫搭配文字來解釋智慧電網，從智慧電網出發檢視地球的資源系統，再用以分析過去及未來的地球能源發展趨勢，讓您一次掌握完整的智慧電網資訊。

建核？反核?不要再吵了！智慧電網時代已來臨~
近幾個月，全台灣人民的焦點都集中在核電廠續建問題，新聞媒體吵的沸沸揚揚、官員們激烈爭論、人民群聚抗議、環保團體走上街頭，每個人都在問：核能到底可否被代替？而乾淨安全的環境與能源的發展又是否能夠共存呢？
現在除了核能之外，想要乾淨方便的能源或許還有另外一個選擇──智慧電網，提到智慧電網（Smart Grid）這個名詞，每當經濟不景氣或是選舉的時候，大家總會談論到這個字眼，到底什麼是Smart Grid呢？多了個「Smart」真的變的比較聰明了嗎？它跟我們的日常生活又有什麼關係呢？在政治人物大似宣揚以及專家學者的極力鼓吹之下，智慧電網一夕間變成了當紅炸子雞。但一般民眾卻摸不著頭緒，不知這名詞跟自己的生活有何關聯。工業界廠商不停的觀望，亦不知該從何下手才能分食這塊大餅，因此智慧電網教育勢在必行。
目前電力系統多為數十年前的建設，所面臨的難題要透過智慧電網（Smart Grid）來解決。它的定義如下：應用最新的IT（Information Technology）及IA（Industrial Automation）技術於現有的電力系統（Power Grid）中。用以解決目前既有電網系統老舊、無法遠端控管、不易升級及維護、能源消耗浪費、環境議題及全球暖化等問題。
在台灣，民眾對用電的知識明顯不足。關於電力系統發、輸、配、用的過程，必須深植於我們的教育之中，才是長久之道。當大家都能有意識的主動關心自己的用電情況與環境的連結，人們對電力的需求及依賴便可以獲得控制，進而「有感的」及「自發的」節約用電，以及愛護我們的生活環境。

郭策
國立台灣海洋大學系統工程暨造船學系畢，現任職於MOXA四零四科技。致力於工業自動化領域與智慧電網推廣多年，文章曾刊載於Control Engineering、機電整合、電工通訊等雜誌。

目錄　　　
序
第1章電網以及智慧電網
1 電的歷史
2 用電安全
3 談一輩子的戀愛
4 考生的前三志願：電子、電機、電腦資訊
5 人們的衣食父母
6 能源從那來？
7 熄燈一小時
8 電價漲與不漲？
9 除了草皮與柏油路之外，就它管最大
10 何謂智慧電網？
11 智慧電網的組成
12 智慧電網的關鍵技術
13 穿著西裝的黑手
14 變電站內的高速公路，高效能通訊網路
15 一隻滑鼠遊台灣
16 漫步在雲端
第2章電網優化
17 傳統火力發電
18 發電效率的提升
19 全年無休的壓力鍋
20 燃料、空氣、水，──火電廠的系統結構
21 神經中樞、分散式控制系統
22 企業好幫手，汽電共生廠
23 核能並不可怕
24 核能的未來
25 善用但不濫用乾淨的水力發電
26 你不可不知的變電站
27 統一度量衡──IEC-61850大變法
28 無人變電站
29 從南到北，400km接力賽
30 指揮若定的智慧電力調度系統
31 送電到你家
32 電筒爆炸
33 電力品質──洗澡不能忽冷忽熱，用電不能有時來
有時沒有
第3章分散式發電與微型電網
34 發電廠離我家好遠
35 日頭赤炎炎──太陽能發電
36 輕風涼呼呼──風力發電
37 微風力、水力發電系統
38 溫泉鄉的能源──地熱
39 搞懂化學實驗，高效率的燃料電池
40 當玉米都變成了燃料，那人們要吃啥呢？
41 人類能源的新希望──可燃冰
42 創新思維，沒有所謂的不可能！
43 自給自足──微電網
44 移動式電網
45 電力儲存大不易
46 Test Bed新技術測試場
第4章智慧用電
47 用多少電，電表告訴你──自動讀表系統AMI/AMR
48 省錢達人──即時電價、差異電價、獎勵電價
49 把家變聰明，智能居家
50 融入大自然，對地球好一點，綠建築
51 逛街吹冷氣，善用公共資源
52 節能電器
53 讓世界亮起來──LED
54 靜靜的⋯我走了！──EV電動車
55 到處找插頭？電動車充電站
56 Top Gear，電單車
57 鐵馬向前行
第5章智能化交通運輸系統
58 當城市越來越大，當地球越來越擁擠
59 e-Bus智慧公車系統
60 高速公路暢通無比──ITS城際交通系統
61 Smart Rail 城市軌道交通系統
62 坐高鐵比坐飛機好？
第6章智慧電網與全球暖化
63 碳足跡
64 碳交易
65 正負2度C──灣必須面對的真相
66 智慧電網能解決地球暖化問題嗎？
第7章結　語
67 智慧電網的未來
68 台灣智慧電網發展願景
第8章附　錄
69 全球智慧電網發展計劃
70 台灣智慧電網的發展沿革
71 台灣智慧電網的發展計劃
72 台灣智慧電網主軸計劃技術願景
73 台灣智慧電網主軸計畫執行目標
74 台灣智慧電網技術面與應用面規劃研究重點
75 台灣智慧電網的挑戰


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何謂智慧電網？
     目前電力系統多為數十年前的建設，所面臨的難題要透過智慧電網（Smart Grid）來解決。它的定義如下：應用最新的IT（Information Technology）及IA（Industrial Automation）技術於現有的電力系統（Power Grid）中。用以解決目前既有電網系統老舊、無法遠端控管、不易升級及維護、能源消耗浪費、環境議題及全球暖化等問題。
     電力系統可區分為發電（Generation）、輸配電（Transmission &
Distribution）與終端用戶（End User）三大部份。輸配電線路是電力系統之高速公路，將電力透過龐大基礎建設（Infrastructure）如電線桿、變壓器、纜線、開關、設備與監控軟體等，由發電廠送至終端用
戶。智慧電網技術就是將傳統的類比訊號（Analog）轉換為數位訊號（Digital）再應用於電力之輸配電系統中，也就是利用資通訊的整合與電力電子與先進材料等技術進行電力基礎建設的現代化與優化，進而達到減低能耗、提高效率、環保愛地球的目標。
     智慧電網能夠「聰明」的關鍵，在於它具有「雙向通訊」的能力：電力公司不只是單向將電賣給用戶，用戶端的用電資訊也能透過通訊網路，即時傳回電力公司，客戶的用電習慣可以被紀錄並分析且可畫出一個使用習慣曲線。電力公司利用遠端監控系統，了解各地區的用電狀況，並進行合宜的電量調配，以減少發電量及能源浪費。用戶端也能隨時掌握自己的用電情形，並進一步調節使用時間及電量，達到省電、省錢的效果。這是智慧電網希望達成的終極目標。此外，透過智慧電網還支援許多不同的應用，讓電力系統的設備管理，危機處理及風險控管評估更加清楚且精準，接下來的章節中將會做更詳細的介紹。

用多少電，電表告訴你─自動讀表系統AMI/AMR
     電表，就是家家戶戶門邊都可以看到的圓球狀物體，上面還有許多的指針跟數字。電表平常就靜靜的待在家家戶戶的門口或是地下室，沒有人會特別注意到它。只有當每個月收到電費帳單時，懷疑自己眼睛所看到的數據之後才會去自己親自去查詢電表度數。就好像家中的滅火器，只有需要時才會被多瞧個兩眼，要不然連過期了都可能不知道要更換。
     從這裡就可以知道，傳統的電表過於依賴人工抄表導致精準度與即時性都不佳，容易造成錯誤與紛爭。智慧電表（Smart Meter）在智慧電網系統中是一個相當重要的基礎建設，當資訊的收集可以深入
到每個用戶時，精準度與即時性才能有所提升。此外，透過雙向（Bi-Direction）資訊網路的加值，智慧電網不但可以收集用戶使用的資訊也能加以管理及更改設定等，這樣的系統才可稱得上「聰明」。
     電表裝置跟用戶的荷包有直接的連結且重要性高。夏令時節，冷氣常常一開就捨不得關，電費的累積往往十分嚇人。自動讀表系統（AMR）以及自動讀表基礎建設（AMI）就成了智慧電網中最熱門的話題。透過資訊收集器（Data Acquisition Sensor）或集中器（Concentrator）可以將各終端用戶的資訊加以收集，再透過通訊模組將資料傳送到遠方的伺服器。而遠方的伺服器也不光是做資料收集及儲存，透過資料庫軟體將客戶的資訊長期累積並加以分析，透過軟體功能再繪製成該用戶用電曲線，讓客戶可以一目了然用電習慣及使用狀況，還可以配合時下最流行的手持式裝置應用軟體（Apps.）將用戶的用電資訊即時傳遞，讓用戶可以對其用電情況更加的關心。此外，知之為知之尚且不足，知之要節約之才是最終的目標。

省錢達人─即時電價、差異電價、獎勵電價
     在智慧電表的應用中，即時電價資訊與差異電價是相當重要的部份。在雙向通訊網路的建置之下，差異電價就能得到實現，使用者可以利用減價時段用電來節省電費的支出。目前在台灣的電價區分為住宅用
電、商業用電以及工業用電等，比起臨近各國尚稱合理。此外、台灣電價亦區分夏月電價及非夏月電價，且有離峰與尖峰時段之分。倘若電力公司都能讓用戶們清楚了解這些的差異點，讓其能夠專注於自己的荷
包，節約能源的效果才會展現。
     網路時代，訊息的即時性是相當重要的，像是臉書（Face book）、MSN等能夠進行即時溝通及傳遞訊息，讓忙碌的現代人能夠即時掌握最新消息及溝通情感。當然，在資訊爆炸的年代，人們所關心的事情是有所選擇性的，有人希望即時掌握股票資訊，有人希望即時知道情人在做什麼，有人希望即時知道小朋友或長輩的健康及安全狀況等。即時電價相較於天氣或每日星座運勢，在現代人眼中似乎沒那麼重要。美國電網營運公司（PJM Interconnection）和賓州大學都市研究所共同架設的網站，取名為電價計時器（Electricity Price Ticker），提供美國賓州東南部區域的批發電力價格資訊，以每5分鐘更新一次的速度加上生動的圖示讓消費者了解電力如何生產以及如何連接到日常生活，也達到教育民眾的目的。未來再加上移動式裝置上的Apps軟體加值，相信會更有效的提醒民眾，鼓勵節約能源以及強化能源使用效率。
     有了差異電價的設計，加上即時電價資訊的傳遞，最後就是如何提振士氣的部份了。獎勵電價是政府單位配合電力公司所提供的。當用戶能越來越省電節約，自然得反應在帳單的數字上。若是一個馬拉松比賽，拼了老命拿第一名，卻只能得到一個擁抱，大概沒什麼人想參加吧！