能源的智能管理需求漸增，智能電網(wǎng)發(fā)展加速

微電網(wǎng)（Micro Grid）將使能源管理產(chǎn)業(yè)全速邁向智慧化（圖1）。美國、歐洲、日本等先進(jìn)國家，以及中國大陸、印度及沙烏地阿拉伯等新興國家，正全力布建智慧電網(wǎng) （Smart Grid）和太陽能系統(tǒng)，以提高能源利用和管理效率。由于電網(wǎng)輸送的是交流電（AC），而再生能源系統(tǒng)則產(chǎn)生直流電（DC），為有效整合兩種不同形式的電力，業(yè)界正興起太陽能、智慧電網(wǎng)與儲(chǔ)能叁大系統(tǒng)互相整合的新型微電網(wǎng)概念，激勵(lì)相關(guān)系統(tǒng)業(yè)者投入布局新一代智慧能源管理技術(shù)。

　　圖1 智慧微電網(wǎng)建置概念圖　圖片來源：Altera

　　微電網(wǎng)系傳統(tǒng)電網(wǎng)邁向智慧電網(wǎng)的過渡型結(jié)構(gòu)，主要用途為串連分散式再生能源系統(tǒng)與主電網(wǎng)，達(dá)成區(qū)域性智慧能源管理的目的，因此須與外部電網(wǎng)併網(wǎng)運(yùn)作，同時(shí)也要具備孤島運(yùn)轉(zhuǎn)能力。相較于智慧電網(wǎng)須肩負(fù)發(fā)、輸、配、用的電力傳導(dǎo)流程，微電網(wǎng)規(guī)模較小，僅負(fù)責(zé)區(qū)域性的配電與用電管理，初期將應(yīng)用于動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)再生能源供應(yīng)比例，避免主電網(wǎng)電壓浮動(dòng)等安全問題。

　　現(xiàn)階段，功率元件商與系統(tǒng)廠正加緊改良微電網(wǎng)變電站（Substation）、太陽能逆變器（Inverter）電力控制與資訊運(yùn)算方案，并導(dǎo)入電力線通訊（PLC）、無線區(qū)域網(wǎng)路（Wi-Fi）和ZigBee等聯(lián)網(wǎng)模組，以擴(kuò)展微電網(wǎng)的無線感測(cè)節(jié)點(diǎn)，建置更即時(shí)、有效的配電管理平臺(tái)。

　　微電網(wǎng)醞釀新商機(jī)　半導(dǎo)體元件需求引爆

　　微電網(wǎng)已成為今年能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)；由于其須具備即時(shí)監(jiān)控、雙向功率控制、區(qū)域用電預(yù)測(cè)與協(xié)調(diào)等功能，因而也帶動(dòng)通訊模組、高速開關(guān)及隔離功率元件導(dǎo)入需求，吸引相關(guān)供應(yīng)商蜂擁搶市。

　　核能研究所核能儀器組智網(wǎng)分組長張永瑞表示，再生能源系統(tǒng)供電量變動(dòng)劇烈，且須透過直流對(duì)交流（DC-AC）轉(zhuǎn)換機(jī)制才能順利併入主電網(wǎng)，一旦應(yīng)用比重增加，勢(shì)將造成主電網(wǎng)電壓浮動(dòng)和頻率穩(wěn)定性不佳等問題；所以，隨著再生能源滲透率持續(xù)增長，各國能源主管機(jī)關(guān)也已配合展開結(jié)合主電網(wǎng)、太陽能及儲(chǔ)能系統(tǒng)的微電網(wǎng)試點(diǎn)計(jì)畫，以確保供電品質(zhì)。

　　目前歐美及日本皆正加快微電網(wǎng)布建腳步，其中，歐洲地區(qū)裝設(shè)的太陽能系統(tǒng)瞬間總發(fā)電量已占整體電網(wǎng)40%以上，儘管部分系統(tǒng)備而不用，但平均發(fā)電量占比仍趨近10？20%；而美國再生能源發(fā)電比重亦超越10%，預(yù)計(jì)于2020年更將倍增至20%；至于日本則響應(yīng)非核家園理念，積極推廣再生能源建案。

　　張永瑞也透露，現(xiàn)階段美國施行微電網(wǎng)政策的腳步最快，近期已發(fā)布2013？2015年的微電網(wǎng)研究計(jì)畫，并已設(shè)置六個(gè)試點(diǎn)運(yùn)行示範(fàn)區(qū)，做為未來全面落實(shí)智慧電網(wǎng)的試金石。

　　一般而言，電網(wǎng)可分為發(fā)輸配用四個(gè)階段，而微電網(wǎng)主力負(fù)責(zé)配電與用電的中后段管理，覆蓋能力大致在100kW~5MW範(fàn)圍，等同一個(gè)千戶等級(jí)的區(qū)域電網(wǎng)。由于微電網(wǎng)結(jié)合太陽能與儲(chǔ)能等直流電系統(tǒng)，以及交流電主電網(wǎng)，故著重于電源切換、雙向控制、聯(lián)網(wǎng)管理與電網(wǎng)隔離保護(hù)機(jī)制，與傳統(tǒng)電網(wǎng)或一般太陽能系統(tǒng)的元件需求不盡相同，可望帶動(dòng)新的功率半導(dǎo)體與聯(lián)網(wǎng)模組需求。

　　張永瑞指出，微電網(wǎng)中的電力轉(zhuǎn)換與控制設(shè)備須導(dǎo)入耐上千伏特高壓的功率半導(dǎo)體、支援實(shí)虛功率補(bǔ)償和低電壓穿越（LVRT）功能的拓?fù)?，以及高階脈衝寬度調(diào)變（PWM）控制元件，分別因應(yīng)電力控制與開關(guān)需求，才能在大量直流電瞬間涌入主電網(wǎng)時(shí)，自動(dòng)解除併網(wǎng)狀態(tài)并切換至孤島運(yùn)轉(zhuǎn)模式，改由太陽能或儲(chǔ)能設(shè)備直接供電，以確保配用電機(jī)制正常運(yùn)行。

　　此外，微電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施也須透過PLC技術(shù)、ZigBee或Wi-Fi通訊模組，即時(shí)監(jiān)控并回報(bào)區(qū)域用電，以及再生能源及儲(chǔ)能系統(tǒng)電量資訊，以利進(jìn)行配電調(diào)度，發(fā)揮微電網(wǎng)的智慧能源管理效益。

　　瞄準(zhǔn)電網(wǎng)通訊需求　PLC技術(shù)陣營展開角力

　　意法半導(dǎo)體（ST）技術(shù)