近年來科技與數據應用的進步，讓「智慧城市」成為席捲全球目光的科技新議題。各國政府開始發展以物聯網、大數據為本的解決方案，以數據重新定義智慧城市風貌、也創造有別以往的方式解決都市發展議題。用更少時間、人力創造更大的價值，進而提升整體市民生活品質。
然而一個城市的運作包含能源、交通、教育、醫療、治安等層面，智慧化是無法一次到位的，必須先有基礎建設，才能架構以數據為基礎的城市藍圖，而其中穩定的能源供給，更是所有城市基礎建設的核心。
太陽不聽話怎麼辦？有能源物聯網就不怕
在智慧城市發展議題中，如何讓穩定能源供給與城市永續經營並行，便是城市智慧化的第一步。因此政府也積極推行發電模式的轉型。我國主要的火力發電（81.44%）及核能發電（11.79%）等等都屬於高依存度的 進口資源 ，加上島國環境，電力無法跨國支援，因此提升能源自主及多元至為重要。為此，政府制定了相關政策倡導能源安全、環境永續及綠色經濟，預估 2025 年綠能佔比將從 4.9% 上升至 20%。
然而，台灣目前所採用的能源調度機制「負載追隨」：即每當用戶多用一度電，台電就要多發一度電；用戶少用一度電時，發電機就要減少一度電。換句話說，透過改變發電的供給量來滿足用電的需求；但這是無法適用於綠色能源的，原因在於綠能屬於間歇性和隨機波動性的發電系統，發電量是相對無法調控的。以太陽能發電為例，當天氣不好或晚上時就無法供電，正所謂「靠天吃飯」，因此當綠能佔比提升，我們需要反過來透過「能源物聯網」即時的降低或提高用電需量，以配合綠能發電的情況，平衡供需曲線。
借鏡日本！台灣的智慧電表該如何起步？
以台灣一般家庭為例，傳統電表仍為主流，除了電費帳單以每兩個月為一週期外，其中資訊密度也不足以作為調整能源使用行為的依據。如此一來，用戶無法即時取得第一手電力資料，更難以發揮電力數據的延伸應用。因此，提高「智慧電表」的安裝率是台灣能源智慧化的第一步。
然而，智慧電表背後的價值鮮為人知，且節電對住宅電價位居世界第三便宜的台灣而言，較無關緊要，因此台灣低壓智慧電表系統的進展仍停滯不前。反觀日本，根據統計他們將在 2024 年全面導入智慧電表，預計佈署 8,000 萬台裝置。智慧電表的高普及率使得他們可以透過能源物聯網（IoE）快速取得電力資料並延伸應用，整合智慧城市等跨領域服務。例如透過非侵入式電力負載監測技術（Non-Intrusive Load Monitoring, NILM），便可以推測客戶在不在宅，光是這點就足以改善許多城市議題。
以物流業者來說，藉由收件者「在不在宅」的狀態可制定出最佳送貨路線，降低撲空率也增加作業效率；或是根據用電行為異常作為關懷獨居長者的警訊；甚至當用戶離家時偵測有用電行為時，便可以主動通報使用者家中可能遭竊等情報。
提升調整力，能源「好厝邊」
有了智慧電表，就能透過 IoE 閘道器與其連線蒐集電力數據，再運用資通訊技術（Information and Communication Technology, ICT）來維持電力供需平衡、提升再生能源調整力、建造穩定且智慧化的電力系統，—即「能源物聯網」。如此一來就能以數據應用為基礎，提升城市的競爭力。不但如此，電力設施「鄰避效應」（Not In My Back Yard, NIMBY）的問題也將迎刃而解，各場域都能成為彼此的「好厝邊」。
此外，地方政府積極推行智慧校園，將校園結合再生能源進行智慧化管理。運用能源管理系統（Energy Management System, EMS）建立場域型能源物聯網平台，採集電力數據的 IoE 閘道器、視覺化電力資料的後台網站、分析管理數據的雲端服務及演算法，使能源「可視」、「可控」、「可預測」、「可調度」。
藉由 NextDrive 的 AI 演算法與蓄電池的導入，能有效自動化管理校園需量，削峰填谷、平滑用電曲線。蓄電池內建智慧排程演算法，會自動餘電儲存、離峰充電並給予需量警示，擺脫隨時可能被超標罰款的風險，即便是教室冷氣數量大幅增加，也能有效因應。因此，校園不需依賴長時間人力手動調控，就能以最高效率發電、用電、儲電。
還在躉售？ 能源也要超前部署
目前台灣太陽能成長動能來自於政府提供的高額躉售回饋，換句話說，太陽能業者的營收多半來自賣電給政府。然而未來隨著太陽能發電占比逐漸提升，政府總有一天會停止能源補助，綠電發電將回歸市場機制。
如果綠電賣不了多少錢，才剛起步的綠能產業要如何獲利呢？答案是經濟部標檢局發出的綠電憑證（T-REC）。未來各區域將轉為透過自發自用太陽能，賺取綠電憑證，讓綠電回歸自由市場機制，以供給需求達到市場均衡。
當各場域從躉售轉為自發自用時，便能透過蓄電池、電動車匯集區域白天超額的能源。當黃昏太陽能供給劇烈下降時，提供給公共建設、商業辦公與商場場域等用電需求，便可有效降低電網低淨負載，建構城市級別的綠能服務（Energy as a Service），並將費用按投資比例回饋給共享電力之市民、廠商，建立善用每度電的正向經濟循環。
有「智」者，「市」竟成
為確保電網穩定，助功綠能發展與能源轉型，台電「輔助服務交易試行市場」預計於 2021 年第一季上線。民間的發電業、自用發電設備廠商、需量反應提供者，以及儲能系統擁有者可以參與此計畫，成為輔助服務供應商，隨時接受能源調度，以維持電網平衡。
不像現在場域間等能源設施都是獨立運作，未來的住家屋頂、學校、社區、商用場域、公有建築，或是大型光電場域，將透過電力交易平台串聯用電、發電、儲電資訊與設備調度能力。使商業模式不僅限於電力的自發自用、還能透過「基礎設施平台化」參與更多輔助服務等延伸應用。
多元的商業模式也有助於市民、社區等團體有信心共同參與能源市場，打造遍布各地的公民電廠生態系。未來各區域將連結起微電網，即時監控、調度能源，透過降低負載達到電力供需平衡，此概念我們稱為虛擬電廠（Virtual Power Plant, VPP）。緊急時候，城市中大大小小的能源裝置都可以透過 IoE 閘道器相互溝通，整合分散各處的設備調度力，提升需量反應速度與容量，打造以能源韌性為核心的智慧城市。
本文同時授權 BuzzOrange 報橘 刊登。
