隨著再生能源採集技術日趨成熟，綠色能源可望取代不夠環保的傳統電源。然而，我們對綠色能源的依賴度越高，電網面臨的穩定度壓力就越大。成功的電網必須能夠有效地在電力的供給與需求之間取得完美平衡；然而，綠色能源最麻煩的地方就是，它的不可預測性很高。因此，如果有任何技術能夠讓電網快速回應電力的波動，將可確保電網的韌性，使其能維持穩定運作。虛擬發電廠（VPP）便是在此情況下應運而生。

在 IT 與工業物聯網（IIoT）技術變得更為成熟後，電力產業提出了虛擬發電廠的概念，這是一種分散式「能源物聯網（Internet of Energy）」。不同於傳統的集中式發電廠，虛擬發電廠可透過各種資源（不再僅限於集中式發電廠）來採集能源。從再生能源發電廠、架設於屋頂的太陽能電池板、儲能電池，一直到電動汽車等，虛擬發電廠可從任何地方、任何設備採集能源。然而，如果想要靈活地透過傳統和新型資源來成功採集並配送電力，現場監控必不可少。毋庸置疑地，電動車將成為未來主要的交通方式。屆時，在用電高峰期，虛擬發電廠會提示停在充電中心的汽車將電力輸送回電網，以因應緊急需求。反之，如果產生了過多的再生能源，則電力可儲存在汽車中。

VPP 可在電力供需之間取得絕佳平衡，以便盡可能減少能源的浪費。說到能源浪費，最常見的狀況是，有些特定地區產生了過多再生能源，卻被棄而不用。虛擬發電廠可以避免這樣的浪費。舉例而言，假如某個特定地區的風能供應超過電網需求，就可透過時間價格（time-price）機制來壓低價格，藉以刺激電力用量。如此便可解決電源供需不均導致的電力浪費問題。

虛擬發電廠無疑是有效滿足未來能源需求的理想解決方案。然而，在實現此理想之前，業界需解決一些棘手問題。首先，為了強化電網韌性，虛擬發電廠需收集大量的即時資料。換句話說，它必須「看清」情況，才能發揮作用。VPP 必須找到下列問題的答案，例如：「有多少再生能源可以併入電網？」、「使用者需要多少能源？」、「目前有多少電動車正在充電？」等等，有了答案，才能「看清」情況。要回答這些問題，需要取得海量的資料。然而，能源產業建構 IIoT，可不像在智慧型手機中安裝 API 這麼簡單。為了接收資料，通訊設備可能必須安裝在沙漠中的太陽能發電站旁，承受著難以忍受的極端高溫；亦或安裝於海上風力渦輪機旁，不僅需承受湍流衝擊，同時還會遭受腐蝕性鹽分的侵蝕；有時甚至是安裝在容易干擾信號的高電磁波變電站中。除了要有可在惡劣環境中運作的現場設備外，還需要由專業人力來收集資料，並將它們整合於各種獨特的工業設計中，使得這項任務難上加難。接下來我們將探討虛擬發電廠如何藉助 IIoT 技術，來建立強大而持久的資料流基礎，以便「看清」一切。

「看清」一切的威力：揭開配電網路的神祕面紗

為了充分發揮電網的作用，配電系統業者（DSO）需即時掌握負載變化。在電動車逐漸成為主流的今天，這點尤為重要。德國一家配電業者曾面臨一項重大挑戰：一直到 2020 年，這家 DSO 都無法清楚查看低電壓電網的耗電量。為了克服這個難題，該公司轉而採用 IIoT 技術，以提高變電站電力資料的透明度。其目標是，將每分鐘從饋線收集到的 21 類資料，包括電壓、電流、頻率、有效與無效功率等，轉成發電廠可輕鬆檢視和理解的資訊。這些資訊搭配經最佳化的 EV 充電管理系統，可將現有配電系統的效能最大化，以便為 230 萬戶家庭輸送更多電力。

問題在於，每個變電站的饋線數量各不相同，而且具有不同的形狀和大小。同時，這些饋線分布在不同的區域。此外，為了避免安裝人員在進出變電站時意外接觸到其他設備，業者需對變電站進行嚴格控管。這帶來了兩個新的挑戰：第一，如何以更少的人力快速布建 IIoT 技術？第二，如何為分散在不同變電站的 IIoT 設備提供修補，以確保其安全性？有鑑於此，IIoT 基礎設施需符合「易於操作、安全，並可無縫升級」等基本要求，促使系統開發人員積極尋覓可克服挑戰的解決方案。

幸而，一家系統整合商提出了一種有效的端對端解決方案，可快速安全地部署 IIoT 設備，而且無需改變變電站設計。即便是不熟悉 IIoT 技術的業者，也可輕鬆無負擔地自行安裝這套系統，進而透過雲端設備管理平台，從遠端儲存並管理資料。通過安全認證後，這些設定可自動匯入現場設備中，省去了繁瑣的啟動步驟。除可透過專業人員和資源調度來解決問題外，此解決方案還提供遠端修補程式。這套強大的解決方案不僅顯著加快了電網升級速度，同時還有助於推動「能源物聯網」的發展。

穩定的電力調度：即時控制

過去，業者普遍認為再生能源發電很不穩定而且難以掌控。為了實現再生能源的永續發展，業者必須能夠控制並兼顧其供應與需求，而即時監控是其中的關鍵。不過，這件事知易行難。舉例而言，根據某些國家電網法規，再生能源發電廠需在 150 毫秒內完成併網功率的調整。在如此緊迫時間的要求下，以穩定可靠的方式即時收集資料至關重要。然而，由於資料儲存設備通常分布在遼闊的戶外站點，想要穩定地傳輸資料變得十分困難，因為在這些地區，惡劣的天候、鹽蝕或電磁干擾是司空見慣的事。為避免資料遺失，並確保資料能即時流暢地傳輸，該公司使用高階的網路備援技術，以便在某個網路無法運作時，透過備份網路持續傳輸資料，確保不間斷的資料流。如此便可建立準確、24 小時不間斷的即時監控系統。 （請點擊此處，以查看 DNV 集團旗下 GreenPowerMonitor 的成功案例。）

消費者與發電廠的雙贏方案

除了業者需監控戶外遠端站點外，消費者也可透過部署於家庭和大樓中的先進計量基礎設施（AMI）查看用電資料。AMI 讓用電量資訊變得完全透明。消費者可透過手機精確追蹤自己使用的電量，電網業者則可使用 AMI 即時發現異常狀況，無需等待使用者通報，如此可大幅縮短維修時間。此外，在取得即時用電資料後，便可計算每個家戶用電量的「波形」分布，以深入了解甚至預測每個時間間隔內的耗電量。有了這些資訊，消費者可關閉閒置空間的空調，以避免浪費電；電力業者則可利用這些資訊制定特定時段的電費。如果無法將用電量資訊準確地傳回發電廠的系統，一切等於空談。家用電錶的安裝環境雖不像戶外那樣惡劣，但每個部署現場的布局非常複雜多變，而且很容易受到人為因素的影響。任何一點疏忽，都可能影響通訊的穩定性。比方說，發電廠可能收到錯誤的用電量資訊，並且算錯耗電量。為避免遺失資訊，當通訊中斷時，會使用一種儲存轉送（store-and-forward）技術，也就是先將電錶資料儲存起來，待通訊恢復後再傳送出去，以保護使用者和業者的權益。

買賣虛擬電力

當資訊變得更透明、再生能源技術的價格變得更親民，消費者也可以變成生產者。換言之，他們現在可隨時將電力賣給業者。這種轉變使得供需調度變得更加靈活。然而，要實現這種靈活性，前提是要有安全的分散式網路。因此，越來越多國家開始將虛擬發電廠與區塊鏈相結合。區塊鏈具有去中心化、透明和不可篡改的特性，因此區塊鏈的智慧交易合約，有助於確保安全順暢的能源採購和轉移。事實上，未來消費者可自由選擇更便宜、甚至是非傳統的電力來源，例如他們的鄰居，而無需使用中間的聚合商。

透過 IIoT 技術，電網將從過去基於經驗的管理，轉變為以資料為依據的管理。在諸多平台和一般民眾共同參與後，網格將變得更壯大。如此可大幅提高電源利用率、減少能源浪費，進而打造一個真正的高能效世界。