電網智慧化從調控電力輸配著手,加州新創事業推智慧電線

作者 | 發布日期 2015 年 05 月 11 日 16:06 | 分類 能源科技 follow us in feedly
FLICKR Chris Hunkeler

2009 年美國總統歐巴馬高調宣布,復甦方案中將包括出資 34 億美元投注智慧電網,從此激發智慧電網成為全球電業的熱門話題。智慧電網的部分需求來自於整合可再生能源,但其意義遠超過於此,歐巴馬及全球各國政府推動智慧電網,主要因應過去傳統電網老舊、無效率、調控工具不足、穩定性不佳,希望建立新的智慧電力調控方式,不僅為了整合可再生能源,更是為了提高電網自動化程度,提升整體輸配體系的效率、反應彈性、可靠性和安全性。



在市場需求下,智慧電網相關的新創事業也如雨後春筍發展,許多都提出創新的解決方案,自喬治亞理工學院育成獨立的新創事業智慧電線電網(Smart Wire Grid),提出智慧電線的概念,認為透過智慧電線調整電力在系統間的分流情況,可以更有效率、更便宜的協助電網調度與智慧化。

智慧電線電網的主要產品是「電纜守護者」(PowerLine Guardian),這個裝置就如同變電器一樣附掛在既有的電纜線上,只不過具有行動通訊能力,可以遠端操作改變電阻,進而將過載輸配線上的電力重新導向分配到電力網路的不同輸配線上。另有下一代產品「智慧電線路由器」(Smart Wires Router),此路由器應用更複雜技術,可將電力拉到尚有容量空間的輸配線上,將於 2016 年初面市,無論是哪種辦法,都能改善電網的穩定性。

智慧電線電網最先是與美國田納西河谷管理局(Tennessee Valley Authority,TVA)合作測試先行計畫,在 20 英哩長的 161 千伏特輸電線上安裝 100 個電纜守護者,2013 年,在美國先進能源計畫署(Advanced Research Projects Agency-Energy, ARPA-E)舉辦的先進能源計畫署高峰會上發表 TVA 測試結果,成為美國能源部所支持的早期研究計畫成功案例之一。智慧電線電網在 A 輪募資集資 1,000 萬美元,B 輪募資 1,800 萬美元,並得到先進能源計畫署 400 萬美元資金。

同樣在 2013 年,智慧電線電網開始下一個測試計畫,這次與喬治亞州電力公司合作,在 2 條 115 千伏特輸電線上安裝 33 個電纜守護者,持續運轉 16 個月,結果於 2015 年 1 月發表報告,33 個裝置中只有 2 個故障,而它們成功的達成控制電力流向的預設目標,成效卓著,使得喬治亞州電力公司在 2014 年增設了 1 倍。

2015 年 3 月,智慧電線電網進軍愛爾蘭,與愛爾蘭國營電力輸配公司 EirGrid 合作測試計畫;4 月,加州最大電力公司太平洋瓦斯電力公司發表新的電力投資先導計畫(Electric Program Investment Charge,EPIC),將測試智慧電線電網的電纜守護者對電網的功效。如今智慧電線電網已經與全球 25 家電力輸配組織合作,並有自信其產品在未來的動態電網時代將佔重要地位。

 

能有效達成電網的穩定

智慧電線電網的技術對發展大量可再生能源的地區,如德州西部以及美國西岸北部來說有重大意義,在這些地區風能的發展興盛,但電網不願為了支援風能饋電而擴充相對應電力傳輸線路的容量,結果是風能發電高峰時,輸配容量不足以安全輸送這些電力,反而是要求關閉部分風力發電機,造成能源浪費與風場經營業者的損失。然而,這其實是因為過去電網對線路上電力流動的調整工具不足,主要線路過載時,其實還有許多可用線路尚有相當多空間可供輸電,應用了智慧電線電網的技術之後,電力網路不需擴充輸配容量,可將電力引導至閒置線路,即能充分應用發電高峰電力,可提高電網對集中式風能的接受度。

像智慧電線電網這樣的概念,只是眾多智慧電網解決方案相關技術之一,過去電網解決各種問題,受限於工具缺乏,往往以純粹數量暴力解決:興建更多基礎建設,擴張輸配容量,興建更多電廠,但就在智慧電網的呼聲興起時,許多相關技術也剛好逐漸成熟,不論是大範圍的通訊技術、相關材料科學以及電力電子學都有長足的進展,能支持智慧電線電網的產品面市。

同時,美國的電力網路與世界許多國家一樣,已經逐漸老舊不堪使用,美國於 2003 年東北部大停電之後,有一段積極擴張輸配網路建設的時期,但之後又停止投資,美國土木工程學會於 2013 年報告中將美國能源基礎設施評為「D」級,並認為照這樣下去,到 2030 年時會有高達 370 億美元的能源基礎建設投資缺口。愛迪生電力研究所(Edison Electric Institute)則認為,至 2024 年需投入 606 億美元將電網現代化。

這些智慧電網相關產業的創業時機可說是再好不過,這些產品有助於電網不用進行驚人的純粹數量暴力投資,而是以更有效率利用資源的方式達成電網的穩定,如愛爾蘭 EirGrid 之所以與智慧電線電網合作,就是希望測試智慧電線概念可以如何整合風能,並免去新建電纜線的投資。

智慧電線電網的實際效果如何,尚待進一步擴大規模測試,不過,可以肯定的是,像這樣的智慧電網相關新創事業,在可見的未來內就會完全改變全球電網的樣貌,過去的「恐龍電網」時代將一去不復返。

(首圖來源:Flickr/Chris Hunkeler CC BY 2.0) 

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