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廖慧燕:智慧建築是智慧電網發展的關鍵基石
 
撰編:王奕超 最後更新時間:12月 | 13日 , 2022
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專家
 
建築師雜誌 廖慧燕主編
˙成功大學建築系、美國天普大學(Temple University)建築及都市計劃碩士
˙研究成果榮獲4屆行政院傑出研究獎、8屆內政部自行研究獎。
近年來因極端氣候變遷以及石化能源枯竭的危機,喚醒了人們對於環境和能源妥善處置的正視,導致節能減碳成為全球致力的發展態勢,能源使用的管控於是成了各國共同重視的議題,其中「智慧電網」(Smart Grid/ Smart Electric Grid/ Intelligent Grid)的規劃與建設,更成為各國積極投入的方向。
 


什麼是「智慧電網」?
所謂的「電網」,指的是從供電端輸電、配電到用電端的所有設備,可分為電力線路、變電所與控制設施、終端設備三大類,傳統的電網在運作上是單向供電,而「智慧電網」則是透過感測器連結,讓電力線路成為多向溝通的網路,並藉由位於各使用端的智慧型電表系統(Advanced Metering Infrastructure,AMI)和能源管理系統(Energy Management Systems,EMS),收集、分析完整、即時的用電資訊,讓電力調配達最佳化。這樣的電網能達到節約能源、降低損耗及增強電網可靠性的目的。提高用電效率、降低用電成本、,如與再生能源發電裝置連接,更能達減少碳排放的環保目的,既可滿足全球在面對環境劣化與能源枯竭情勢下的能源政策發展趨向,也能因應社會對供電可靠度的要求。台灣政府在2010年起,也開始傾力投注於此項發展。

智慧建築是「智慧電網」的基礎
那「智慧電網」與智慧建築之間有著什麼樣的關係呢?內政部建研所環控組組長廖慧燕表示,其實智慧建築就是「智慧電網」的基礎,因為「智慧電網」的最基本設備是智慧電表和能源管理系統,沒有它們收集、分析用戶電力的使用數據,根本不可能了解最真實、最即時的用電情況,也就不可能做到電力的最佳配置,電網也就談不上是「智慧電網」,而智慧電表和能源管理系統正是一棟智慧建築的基本標配,無論是當前的智慧建築標章的評估內容規範,或者是今年年底將公布、明年7月將實施、規則簡化的新評估內容規範,這方面的建置都是基礎的門檻要求,因此智慧建築正可作為「智慧電網」的關鍵基礎建設。

目前建研所正積極推動「智慧綠社區」的實證計畫,廖慧燕說,已挑選了一些地點,做了點調研,也聽取不少廠商的意見,預估明年進行前期規劃,明年下半年將先進行試辦計畫,後年再進行較大規模之正式實施。這個計畫中的「社區」,建研所將其定義為兩棟以上的建築,因此可能是一個建築群,也有可能是一個街廓,或者是一個鄉鎮、一個離島,該計畫目標是以社區為單位作為智慧建築、智慧生活的試驗場域,由於是標榜注重環境的「智慧綠社區」,因此「低碳節能」會是其智慧化的重點,「智慧電網」將是其中的重要規劃,該試驗場域可望一併成為社區型「智慧電網」的示範點。



借鏡北九州
一般對於擁有「智慧電網」的社區想像,莫過於是社區內各建築建有各種再生能源的發電裝置和蓄電設備,而這一棟棟建築,透過這些裝置成為一個個分散的發電體,在「智慧電網」的串聯下,形成一個可以互通有無、自給自足、不須依賴電力公司的「能源自主的社區」。不過,廖慧燕特別澄清,這樣的社區在未來也許有可能實現,但是以現階段的技術,再生能源發電成本偏高,而且並不穩定,再加上蓄電裝置價格也昂貴,電力儲存時又會造成損耗,要達到這樣的目標有其困難,也不是很划算。

建研所現階段所推動的「智慧綠社區」,最主要借鏡的典範是日本北九州市八幡東田地區。該地區是日本經濟產業省所選出的「新一世代能源及社會體系實證計畫」的示範點,該地區除了設有太陽能、風力發電、汽電共生等再生能源發電設施,仍以火力、核能發電等作為基礎供電,但透過再生能源發電的導入,提供多元的電力來源,也降低了對於非再生能源發電的依賴。除此之外,參與試驗的家戶也設有蓄電池,但主要是用以儲蓄多餘的用電,而不是預先囤電。

八幡東田地區最大特色是設有以「地區節電所」為中樞的「智慧電網」,電網一方面將地區各家庭、大樓、廠房的智慧電表、能源管理系統與「地區節電所」聯繫,另一方面也將地區的各發電設備與「地區節電所」連結,「地區節電所」每日透過電腦評估氣象狀況、各戶的用電情況、計算電力供應量變化後,會傳送訊息至各用戶的智慧電表,預告使用者隔日5個時段的電價,由於該地區採用的是,用電尖峰電價高昂,離峰時段電價低廉的「浮動電價」機制,因此能促使用電者調整用電時間,避開用電高峰,甚至在平時注意儲蓄餘電,做到平衡高峰和離峰的電力需求,減少尖峰時段所需的備載發電成本,並讓使用者擁有靈活、可掌握的電價選擇。

廖慧燕認為,現階段「智慧電網」的規劃,應參照北九州市的模式,再生能源應與市電併聯為宜,而蓄電池至多是作為儲蓄餘電的工具和萬不得已的備用電源,倒是透過智慧電表與「浮動電價」的搭配來促進節電,是當前「智慧電網」發展最可行的方向。因此,建研所在智慧建築標章的評估手冊上的規範,都積極要求智慧電表與能源管理系統這樣的配置。為了讓系統在用電資訊的擷取上更為精準,甚至會要求在一定規模以上的建築,在空調、照明、動力設備等不同項目的用電都要分開。不過,目前面臨的最大問題在於台灣現行的電價仍不夠彈性,並非如同八幡東田地區那樣的「浮動電價」機制,因此對於用電戶來說,不免缺乏避開尖峰時段的誘因,實踐起來效果可能會大打折扣。這也是他們一直在與台電溝通協商的。

不過即使缺乏離峰時段的便宜電價作為誘因,廖慧燕相信,就單單智慧型電表系統和能源管理系統的採用,還是有可能改變用戶的用電習慣,因為智慧型電表系統和能源管理系統最大的好處是讓「能源可視化」,透過系統介面,用電者能看到或者是換算得出當下即時的用電情況,譬如燈光、電視、冰箱、冷氣負載多少電力,當用電者能清楚看到或算出電器所造成的能耗,那在用電上可能就會較經考慮,即使未必如同「浮動電價」具有直接性的節電動力,無形間仍會改變用電習慣。

推廣建築智慧化,促成電網智慧化
然而,就現階段而言,這些好比智慧電網的神經細胞的基礎系統,在台灣的普及程度仍極為不足,雖然經濟部與台電早有布建智慧電表的計畫,但是因為建置成本比起原本人工抄表的成本更高,再加上試辦時少了經濟誘因,民眾意願缺缺,所以在執行上頗為猶疑,至於能源管理系統方面目前仍多運用於辦公大樓,而少落實在一般居家社區,因此廖慧燕也坦言,「智慧電網」要具可觀的規模恐怕還要好一段時間。但是,她也認為,透過建築智慧化的推廣,將能夠加速它的早日實現,而這也是建研所這些年來一直在努力的目標。
 
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