電力與能源革命：微電網 Microgrids 與分散式能源資源 DER 的未來發展

亞歷山大·貝爾（電話的發明者）和湯瑪斯·愛迪生（電力的先驅）是歷史上最具創新精神的兩位科學家。試想如果他們今天還在世，見證他們的創新如何發展至今會是何種情景。或許貝爾對於智慧型手機會一頭霧水，但愛迪生設計的電力傳輸系統，卻依然是當今社會的基石之一。理解這兩位科學家所奠定的基礎，對我們現在身處的能源革命有重要意義——這場革命將徹底改變能源的生產、傳輸及儲存方式。

讓我們先快速回顧一下當今電力的生成與分配方式：

• 發電 是將其他形式的能量轉化為電力的過程。發電廠利用各種能源來源來產生電力，例如石化燃料、核能反應以及再生能源。
• 輸電 指的是將電力從發電廠經由長距離輸送到需要用電的社區與城市的過程。
• 配電 則是將電力從輸電線路傳送至住家或企業，這通常涉及較短距離的電力傳遞。

電網由輸電和配電系統組成，是為某一區域提供電力的關鍵基礎設施。儘管電力來自不同的能源來源，但一旦電力進入電網，這些電力便無法再區分其來源。可以將電網中的電力比作泳池裡的水—若數個人同時將水倒入泳池，水就會混在一起，無法分辨哪部分水來自哪個來源。

電力系統必須保持供需平衡，這意味著隨時供應的電力必須與使用的電力相等。若電力供應過多，可能導致電線過熱或設備損壞；若供應不足，則可能出現停電或電壓下降等問題。公用事業公司和政策制定者一致認為，老舊的電網系統必須升級，以應對日益增長的能源需求。 問題在於，當前進行中的數位轉型需要大量電力，且其增長速度前所未見。建築物的能源消耗是推動能源需求上升的主因之一，預計在 2018 年至 2050 年間，建築物的能耗將接近總能源需求的 50%。
電動車的普及是另一個推動能源消耗的重要因素。預計從 2020 年到 2027 年，充電站的年複合成長率 (CAGR) 將達到 48.6%，這意味著未來將有 50 萬個充電站，對比目前美國的 15 萬個加油站。而到 2030 年，預計將有超過 1900 萬輛電動車投入使用，這會進一步增加電力基礎設施和能源的需求。
在電力需求不斷增加的同時，平衡系統負載和實現永續發展也變得更加迫切。隨著再生能源的成本降低，政府對永續發展的激勵措施不斷增加，分散式能源資源（如太陽能和風能）的採用率將持續上升。北美地區對分散式能源的投資以每年約 10% 的速度增長。
此外，現代社會對「不間斷供電」的需求也越來越高。像加州的野火、波多黎各的颶風以及德州的冰雪災害等環境事件，對現有的電力系統造成了重創，導致長時間停電，凸顯了電力系統需要更高的韌性。

這些因素，包括老化的基礎設施、電力需求增長、對永續發展的推動，以及提升韌性的需求，正推動整個產業進行變革。電力與數位技術的深度融合，也就是所謂的「電力 4.0」，正在引領我們進入一個全新的電力時代。這將是維持穩健的電力價值鏈並達成淨零排放目標的關鍵。

隨著大眾對企業負責任行為的期待逐漸提高，企業推動永續發展策略的壓力也相應增加。雖然「永續發展」這個概念早已廣為人知，但其推廣通常受到三大因素的阻礙：採用成本、所生產能源的價格，以及操作的複雜性。如今，這些問題正迅速被解決，成為市場加速採用永續策略的重要催化劑。
從成本角度來看，最大的推動力可能是由白宮政府提出的基礎建設計劃（美國就業計劃）。這項總額高達 2.3 兆美元的計劃，目的是升級美國老化的基礎設施，其中包括微電網，這將幫助企業和消費者更順利地轉向使用更潔淨的能源。這筆資金也將促進再生能源的投資，如風能、太陽能和電池儲能系統，推動新技術的發展，進一步降低採用永續能源的成本。
分散式能源資源技術持續發展，這使得近年來其生產的電力成本大幅下降。電池儲能系統 (Battery Energy Storage System, BESS) 的應用，讓太陽能或風能發電場可以儲存多餘的電力，讓再生能源無論在任何時段或天氣情況下都能使用。
最後，分散式能源資源的控制系統也取得了重大進展。過去，能源管理相對簡單，通常只有電網和發電機兩者的切換。電力韌性是主要目標，操作程序也很單一：當電網斷電時，切換到發電機供電，電力恢復後再切回電網。然而，對於分散式能源資源來說，電力韌性只是一部分目標。如今，能源的來源可以根據永續發展目標（如能源信用）或再生能源的可用性（如日照情況）來選擇。這些決策由雲端系統提供的數據分析來支援，使得能源管理與負載管理更加自動化和智能化。

在充分了解傳統電力基礎設施的不足和新興能源系統的巨大優勢後，接下來的關鍵問題是：「我們如何從現狀邁向未來？」為了解答這個問題，我們需要理解不同環境處於各自的發展階段。
有些系統可能仍處於規劃或設計階段，有些正在建設中，而很多已經進入了操作和維護的階段。由於許多電力系統對穩定性的要求極高，通常無法容忍停機時間和風險，甚至在允許的情況下也必須降至最低。

當前的電力基礎設施問題明顯—老化、頻繁故障、碳排放高，而且脆弱性逐漸顯現。在此同時，電氣化的趨勢越來越強勁，各行各業持續推動數位化，電子設備的使用量不斷增加，電動車的普及速度加快，對能源系統韌性的需求也日益增加。分散式能源資源 (DER) 現在已經成為一種具有商業可行性的解決方案，不僅成本更低，技術更先進，而且現任政府也準備投入數十億資金來促進其採用。
因此，問題已經從「是否」大規模採用 DER，快速轉變為「何時」會大規模採用。
既然「何時」成為大勢所趨，今天您應該採取哪些不同的行動來做好準備？首先，確保所有新建或現代化的系統具備連接性，即使當前還未部署 DER。這樣可以避免未來進行現場升級時的高額成本以及可能影響系統韌性的問題（工廠測試與現場測試存在差異）。接著，應在電力基礎設施中導入自動化與控制管理系統，利用收集的數據來進行智能決策和行動。最後，考慮使用微電網解決方案，這不僅能降低企業的風險和成本，還能推動永續發展和提高能源效率。
通過在您的企業中實行這些措施，您將能夠更好地迎接全新的能源格局，充分利用政府的激勵資金，同時提升能源系統的韌性——這些目標可以同時實現。

作者：Jason Dodier & Russell Senesac & Wendi Runyon | 原文連結 
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