老化電網面臨嚴峻壓力
想要成功實現全球能源轉型，首要之務是將使用集中式化石燃料來發電的老舊電網翻新。另一方面，傳統的電力基礎設施，也面臨著無法支援分散式再生能源的挑戰。若未進行大幅升級，電網恐將成為實現淨零排放目標的最大瓶頸。
為達成 2015 年《巴黎氣候協定》所訂下的 1.5°C 溫控目標，國際能源總署（IEA）估計，到 2040 年，全球必須新建或升級約 8,000 萬公里的電網1，相當於目前全球所有電網總長度的總和。如此空前的升級規模，為全球電網現代化的推展增添了更多變數與複雜性。IEA 指出，欲實現電網現代化，首先須克服三個重大挑戰：
1. 容量壓力
電動車（EV）、AI 資料中心與熱泵等技術的興起，使得全球能源需求攀升至新高峰。在許多地區，電網容量必須翻倍甚至增加至三倍，以因應不斷升高的需求，這對現有基礎設施造成了巨大的壓力。
2. 再生能源併網時程延宕
截至 2024 年 7 月，有 1,650 GW 的風能、太陽能光伏和水力發電容量，因法規障礙、基礎設施瓶頸及資金挑戰等因素，仍在等待併入電網批准2。
3. 地區性電網差異
不同地區的電網系統差異極大，因此各自面臨著不同的挑戰。例如，美國德州的電網幾乎完全獨立運作，與其他各州電網的互連程度有限，因此需要採用在地化與量身打造的解決方案，以提高電網韌性。
電網現代化的核心要素
儘管前述挑戰令人望之卻步，但仍須積極打造現代化電網，以便成功實現能源轉型。Moxa 指出可加速推動能源系統轉型的 3 大策略性要素：
1. 導入 IEC 61850 推動電網數位化
IEC 61850 最初專為變電站自動化而制定，如今已成為整體能源生態系統中不可或缺的基石。其標準化通訊協定，例如：製造訊息規格（MMS）、通用物件導向變電站事件（GOOSE）與取樣量測值（SMV），可促進資料的無縫交換、確保整體系統的一致性和可靠性，以提高部署效率。IEC 61850 框架可實現：
- 互通性：簡化多供應商設備的整合，降低系統複雜性。
- 一致的資料模型：支援即時運作，增強分散式能源資源（DER）的整合。
- 可滿足未來需求的系統：可加以擴充，以因應多方向能源流動和不斷變化的電網需求。
2. 以能源儲存作為穩定支撐
電池儲能系統（BESS）對於平衡間歇性再生能源的分配、維持電網穩定性，扮演至關重要的角色。
- 頻率穩定度：可在毫秒內迅速反應，藉由吸收多餘的電力或釋放儲存的能源，即刻修正頻率偏差，以維持電網的頻率穩定度。
- 動態發電與負載平衡：在非高峰時段儲存多餘的能源，反之在用電高峰時釋出電力以進行供電。
3. 讓消費者參與能源轉型
消費者的角色正從被動用電者，轉變為能源生態系統的積極參與者。
- 需求應變機制：鼓勵用戶調整用電行為，以減輕尖峰時段的電網負載壓力。
- 分散式儲能：讓社區能夠在當地儲存和使用再生能源，以提高電網的可靠度。
- 電動車整合：具備智慧充電管理功能的智慧 EV 基礎設施，正引領電動車成為具備儲能功能的移動資產，進一步強化電網靈活性。
全球電網轉型成功案例
1. 泰國：打造東南亞能源樞紐地位
泰國政府正透過智慧電錶來分析用戶行為，同時將變電站升級，以支援 IEC 61850 標準。這些措施不僅降低了停電次數，亦使再生能源採用率倍增，進一步鞏固泰國作為東南亞新興能源樞紐的地位。了解詳情。
2. 澳洲：再生能源與未來電網的交匯點
澳洲一直走在再生能源整合的尖端，不但將太陽能、風力、電池儲能，與傳統能源緊密結合在一起，還透過即時監控與智慧電網控制技術，大幅強化電網穩定性。了解詳情。
3. 德國：透過電網資訊透明化，推動電動車的持續成長
德國正積極執行低壓電網監控計畫，以蒐集變壓器效能的即時資料。這項計畫促進了電網透明化，可預防電網過載，同時還有助於推動電動車的普及。了解詳情。
未來之路：邁向穩健能源新時代
電網現代化是能源轉型的基石。藉由提升數位化、能源儲存和用戶參與的程度，全球電網可克服當今的挑戰，加速邁向永續發展的未來。
Moxa 是能源轉型的先鋒，提供各種先進的通訊解決方案，確保電網的可靠性、靈活性與效率。從 IEC 61850 整合到大規模儲能系統，我們擁有豐富的通訊專業知識，可協助能源業者實現高韌性的淨零排放願景。
了解 Moxa 如何推動能源系統的數位轉型。
1 Electricity Grids and Secure Energy Transitions (IEA, Oct, 2023): https://www.iea.org/reports/electricity-grids-and-secure-energy-transitions
2 Renewables 2024: Analysis and forecasts to 2030 (IEA, Oct, 2024): https://www.iea.org/reports/renewables-2024