電網邊緣的智慧化和可見性
電網邊緣的智慧化和可見性
作者:ADI智慧電網解決方案產品線總監Dermot O'Keeffe
分析師預測,至2050年時,全球能源需求可能較目前的水準成長逾兩倍。1 要在保持此一成長態勢的同時實現電網去碳化,全球必須將可再生能源的部署規模擴大9倍,並將電網效率提升一倍。2 因此,對涵蓋能源生產、分配、儲存和消費的全流程進行即時、整體的監測和掌握,已不再是可有可無,而是不可或缺的要素。
極待彌補的可見性缺口
電網的現代化絕不僅是增加可再生能源或儲能設施,而是從根本上重塑電網對即時能源需求的感知、分析和回應能力。儘管太陽能、風能和儲能系統(ESS)等去中心化能源資產加速成長,但資產和能源流的可見性有限依然是一個核心挑戰。此一可見性缺口已成為公用事業公司的主要痛點,直接影響資本支出(CAPEX)、營運支出(OPEX)和安全規範的有效執行。
舊有系統和架構的演進
電網常被稱為全球最大的機器裝置,其誕生於一個多世紀前,當時採用「中心輻射式」設計,電能主要是從大型發電站單向輸送至用戶端。這種集中式模式適合昔日較為簡單且可預測的能源環境。
然而,這種集中式電網模式已越來越不適應時代的發展。因為其既無法滿足日益成長的能源需求,也難以整合分散式能源資源(DER),同時在因應突發中斷時也顯得韌性不足。於是,去中心化電網應運而生:它將小型、分散式發電資源融入大電網中,因而輸電網絡的互聯程度更高。此一架構支援能源雙向流動,傳統消費者升級為產消者, 能夠將多餘的電力賣給電網,進而催生出全新的能源市場。
這種去中心化的電網架構雖然提升了電網的強韌性,但同時也帶來了嚴苛的可見性挑戰。數量龐大的表後資產,使得電網營運業者難以進行有效監測、準確預測和即時因應突發中斷。
可見性:改善能源管理的關鍵
可見性使洞察成為可能,進而推動智慧化。為了管理日益複雜的能源生態系統,全面的電網級智慧化必不可少。可見性對於實現以下目標非常重要:
- 平衡能源的生產、使用和儲存:確保能源資源得到有效利用,實現營運能力最大化。
- 監測資產健康狀況:檢測、定位、預測故障,避免停機並確保安全。
- 整合分散式能源資源(DER): 在連接新資產的同時,維護電力品質和電網穩定。
- 發揮產消者作用: 藉由電動車(EV)等技術,使得消費者能夠參與電網運作。
電網必須具備快速回應能力,以因應不斷變化的能源消費模式、突發中斷和異常情況。隨著電網複雜性的攀升,尤其是隨著DER連接規模的擴大,對電網的物理和電氣連接進行準確建模變得不可或缺。這要求電網管理系統必須加強各環節間的協調、實現不間斷的監測,並具備即時智慧決策能力。
集中式控制與分散式控制
傳統智慧系統依賴於具備高頻寬連接的集中式資料中心,在處理資料密集型計算任務時能夠實現規模經濟效益。然而,面對智慧電網對超低延遲、高能效和即時性能的嚴苛要求,傳統系統便力有未逮。此外,這種集中式系統在資料隱私保護和安全性方面也存在侷限性。
在此背景下,在電網邊緣部署分散式智能將十分重要。邊緣端是類比感知與數位化融合的地方,支援多點決策,進而實現更靈敏、更高效、更安全的解決方案。讓決策能力更貼近能源源頭,有助於優化電網運行,提升系統強韌性。
要實現可靠的電網智慧化,必須識別集中式控制與分散式控制的互補優勢,發揮協同效益,透過彈性的網路架構優化處理能力。
更智慧的解決方案:實現電網邊緣智慧化
可再生能源發電機、儲能系統、電動車、居家設施、工業設施等現代能源資產的分散式特徵,推動了智慧邊緣的興起。在此一架構下,來自感測器和設備的資料可以在本地處理,進而實現更快速、更精準的決策。在變電站、電池包、工廠、資料中心等能源網路關鍵節點部署邊緣智慧,可獲取即時洞察,進而增強整個系統的強韌性、回應能力和 運作效率 。
將高效能源管理拓展到表後應用,為個人和企業參與能源轉型打開了廣闊空間。從資料中心到微電網,再到家庭能源管理系統,邊緣智慧不僅能提升能效、保障電力品質、節約成本,還能為產消者提供一套先進完善的解決方案。
能源管理已不再是單純的集中式控制,而是讓設備、感測器和系統能夠在需要的時候自主決策,進而推動電網優化邁向新的高度。
以資料驅動的方法推進電網現代化的大規模落地
電網現代化是一項龐大而複雜的系統性工程,但也蘊含著透過資料驅動決策釋放潛在價值的機遇。我們必須充分利用現有基礎設施,同時整合新技術,以推進數位化和平台化,促成多方價值共創。
以資料為中心的電網現代化方法,要求實現對電網全層級的可見性,從輸電網絡一直到最小的配電節點和計量點全都涵蓋在內。透過收集和分析資料,我們能夠識別低效環節,優化投資,確保更準確地評估現代化改造帶來的影響。
此外,在每個節點上部署智慧後,會形成一個回饋迴圈,進而持續推動現代化升級,並改善投資回報率(ROI)。
實現電網現代化的關鍵機遇高效推進電網現代化,充分提升電網利用率。
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源於現實場景的創新,引領電網邁向具有韌性和永續性的未來
能源的未來取決於我們如何利用電網邊緣的智慧技術來推動創新,以及如此創新將對世界產生什樣的影響。以下技術已被應用於實際場景:
可再生能源發電
優化輸出並整合風能、太陽能等不穩定能源。
儲能系統
確保可再生能源的高效儲存和調度。
輸配電
監測和管理龐大網路中的能源流動。
先進計量基礎設施(AMI)和分表
向消費者和公用事業公司提供即時消費資料,並監測電能品質。
電動車充電基礎設施
將電動車充電環節納入整體電網體系。
資料中心
藉由更彈性的能耗管理和與電網的雙向互動,推動資料中心持續發展。
為未來能源生態系統注入動力
為將智慧化延伸到電網邊緣端,能源產業需要在非接觸式感測、本地處理、互動式軟體、模組化系統設計等方面實現創新。透過發掘集中式智慧與分散式智慧的協同潛力,可以加速電網數位化進程,並推動可再生能源發電、儲能、輸配電、智慧電錶、電動車充電設施、資料中心等領域的新一輪技術進步。
電網現代化已是必然趨勢,因此必須透過系統化方法加以推進。在能源電網交叉領域擁有豐富經驗的領先企業,將能夠協助加速此一轉變,將電網打造成分散式智慧中心。
產業發展的下一階段將是要求持續創新,並堅定實踐永續發展理念。能源生態系統必須更加彈性、高效、智慧,在保證電力可靠供應的同時,還能促進全球社群在快速變化的時代背景下蓬勃發展。
參考文獻
1 Global Energy Perspective 2024”, McKinsey & Company. ,2025年9月
2ADI的分析,所依據的數字出自“The economic transformation: What would we change in the net-zero transition”一文, McKinsey & Company. ,2022年1月24日。