搭配需量反應機制 智慧電網實現電廠/用戶雙贏
然而，在智慧電網的各種新興應用中，需量反應(Demand Response, DR)扮演關鍵角色。美國聯邦法制委員會(Federal Energy Regulatory Commission, FERC)甚至把需量反應形容為智慧電網的殺手級應用(Killer Application)；而在美國國家標準局(NIST)所列出的八個智慧電網應用領域中，需量反應及能源使用效率則是名列第一。
根據德州電力交易市場預估，美國藉著需量反應未來可望省下高達188GW的電力，或20%的全國尖峰能源使用量。研究機構Pike Research也預測，需量反應市場，從2010年2015年間，將有三位數的成長，需量反應將在2020年達到200億美元的市場。
有鑑於台灣是一個開放的小型島國經濟國家，天然資源並不豐富，產生電力的燃料資源大多仰賴進口，因此對電力供給的成本考量更加敏感。如每逢暑期的夏日電價調漲機制，以及一般家庭用電的節能獎勵措施，其實都是政府希望降低尖峰用電所採取的方法，而這些方法也都是屬於需量反應的一種措施。需量反應透過各種可減少尖峰用電的機制，降低電力公司須花費高成本的備用發電，以達到電力公司和用戶端雙贏的局面。
實現現代化電網 AMI系統建立為首要任務
節能減碳的落實面向很多，包括運用資通訊技術對整體的用電進行能源監控和管理，進而改善用電習性，提升能源使用效率。智慧電網便是在這個面向所產生的概念。智慧電網泛指運用資通訊技術，整合發電、輸電、配電及用戶端的現代化電力網路。它可即時偵測電力供應與使用狀況，對電力的輸送做最佳化的配置，同時讓使用者調整用電習性，降低用電量及提升能源使用效率。
建置智慧電網的首要步驟為布建智慧電表(Smart Meter)，建構進階讀表基礎建設(Advanced Metering Infrastructure, AMI)。智慧電表的任務包括量測、通訊與控制等三大部分，能即時記錄和提供使用者的用電量資料，作為計算電費、輸配電和其他用途。智慧型電表基礎建設主要包括智慧電表的安裝、建立雙向溝通網路平台(Two-way Communications Network)、設計電表資訊管理系統(Meter Data Management System, MDMS)和一系列的作業協調系統。
AMI系統的讀表通訊架構如圖1所示，由一階層式的通訊架構整合成完整的讀表通訊網路。其組成大略可分為靠近系統端的遠端通訊(WAN端)部分以及靠近電表端的區域網路(LAN端)部分等兩段，兩段網路以中介通訊裝置集中器(Concentrator)相接。
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| 圖1 AMI系統架構圖 |
WAN端的通訊選擇會以遠距的資料通訊方式為主，如無線的整體封包無線電服務/寬頻多碼分重接取(GPRS/WCDMA)，或是以有線的光纖網路(FTTx)；而LAN端的網路選擇也包含了無線的短距通訊技術，如ZigBee，以及有線的通訊技術如電力線通訊(Power Line Communication, PLC)等兩種選擇。此外，AMI系統尚包括用戶端的智慧型電表更換，以及系統端尚需有一通訊控制中心來進行讀表工作的操作，以及所收集電表資料的處理與分析。
AMI系統主要的功能要求是對用戶用電狀態進行量測及監視，包括用戶用電資料及電力品質資料。在取得資料後，處理這些量測資料，同時對資料進行有效管理，以提供其他系統使用。未來依照發展願景實際需要，AMI系統可提供必須的資料管理及通訊能力，協助系統電壓及電力負載潮流運轉，並支援時間及動態電價機制。
加入分散式電源 虛擬電廠可舒緩系統壅塞
此外，AMI系統也可提供通訊架構，遠端直接監控用戶端特定的負載或發電設備。電力公司為解決供電問題而興建新變電所，但常遭居民激烈抗爭，導致部分輸電瓶頸地區的變電所興建無法及時配合完成。在兼顧供電義務及供電安全的考量下，為了降低系統輸電壅塞情形，電力公司必須提出短、中、長期的因應對策。而在適當的地點加入分散式電源(Distributed Generation, DG)、進行負載端管理(Demand Side Management, DSM)，以建置虛擬電廠(Virtual Power Plant)，方為可行策略之一。
一般而言，在負載區域進行適當的管理，如在負載尖峰時段鼓勵客戶配合抑低負載，可舒緩系統輸電壅塞的情形。因用電尖峰嚴重影響電廠供電品質，且會大量提高發電成本，而需量反應即為提供對於用電端計費優惠誘因的機制，不僅可抑制用電尖峰，同時亦可藉由新的電價計費方式與電力卸載加以控制發電成本。
事實上，歐美各國因其智慧電網與自動讀表各式技術發展方向不同，需量反應的策略與系統技術亦有不同之解決方案。例如歐洲因各國電力公司與電廠採行的資訊化手段不同，多數提供需量反應的電力公司皆依其推動的智慧電表裝設而實施，目前尚未見標準化之措施。
需量反應運作成本高昂 小規模商辦、家庭難以負擔
至於台灣的台電為促進電力資源之有效運用，則加強電力需求面管理，亦於2008年5月訂定「台灣電力股份有限公司需量反應計畫實施要點」，推行需量反應措施，希望用戶於電力系統需要時配合抑低用電負載，增加系統調度彈性及可靠度。在需量反應方案中的獎勵方式局限於電費優惠，而當實際抑低容量低於最低契約容量時，用戶的電費扣減額會是負值，亦即須繳罰金。
綜觀國際需量反應策略及架構，幾乎全數偏向以發電端觀點的需量機制。基於需量策略下幾乎使用端的用電行為及品質都會受到影響。而且面對複雜的計價以及罰款措施，經常會使用戶因為操作的學習門檻以及擔負罰款風險，而影響其參與需量反應的意願。一般需量反應多被較大規模的用電戶採用，其原因為大規模用電戶採行需量反應較能彰顯其節費效益，且大規模的用電戶有能力負擔複雜的操作成本及運作其私有的節費措施。但一般用戶如家庭或小規模的商辦在技術與人力上無法負擔需量反應計費運作的成本，這部分的問題至今依然是需量反應自動化的缺口。
能源管控一手掌握 資料交換方法至關重要
能源管控一手掌握 資料交換方法至關重要
目前國際間AMI架構皆與發電端(Utility)或需量自動化伺服器(DRAS)對用戶端的電表進行自動讀表，以及其他資料交換動作，欠缺用戶端自主的用電監控以進一步進行節能或節費的管控，因此需要一套資料交換方法讓用戶端的能源管控設備，得以接收AMI所能提供的監測訊息，並且根據用戶端的使用行為及用電特性，進行節能或節費的優化用電調控。
目前國際需量反應主流規格為OpenADR，而OpenADR是由LBNL＊s DRRC(Lawrence Berkeley National Laboratory DR Research Center)所制定，於2009年4月正式提出V1.0版本，其分為Server Side與Client Side標準。其中，Server Side標準定義與Utility或獨立系統操作員(Independent System Operator, ISO)的介面關係，Client Side標準定義與控制設備之間的介面關係。除介面規格外，OpenADR也以附件方式對需量反應平台(Demand Response Automation Server, DRAS)所應提供的功能，諸如如何支持七種需量反應程序進行應用方法解說。
而OpenADR採用類似於CIM中IEC 61968的技術。將所須交換資料以物件導向方式塑模後，再訂立各式的訊息格式規格，把資料由模型中導入以建立訊息，透過網路服務形式來進行主動式需量反應服務所需的各式功能，其架構如圖2所示。圖2顯示了一個DRAS的介面架構，其中含有DRAS服務器、DRAS客戶端、DRAS參與者以及電力公司及電力服務商等，而服務器透過加密的網際網路連線來和各方以訂定的共通訊息來溝通。
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| 圖2 即時需量架構圖與需量自動調配 |
而整個智慧電網生態系統角色與相互間關係又分為電力公司/電力服務商部分、DRAS服務器部分、DRAS用戶端部分以及DRAS操作員等四方面共通訊息。
電力公司/電力服務部分
電力公司與電力服務包括在電力公司對需量反應服務和動態價格進行管理操作的人員；以及負責向DRAS系統的有關各方通知需量反應事件及有關資訊；依據各DRAS系統使用者的用電量，對DRAS事件與價格進行合理設置，同時負責向帳單系統回饋。
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| 建立智慧電網可有效抑制電費高漲的問題 |
DRAS服務器部分
至於DRAD服務器則包括負責向使用者通知電力公司發出的需量反應事件；負責向使用者通知即時價格(RTP)資訊的RTP通知子系統、負責向使用操作者通知各種與需量反應事件和動態價格有關資訊的服務通知子系統，以及作為需量反應程式與動態價格的自動化命令處理器，要求用戶向電力公司發出命令的命令代理子系統。
DRAS用戶端部分
用戶端部分則有負責向設備廠商的自動化子系統通知需量反應事件的事件用戶端、負責向伺服器反饋設備廠商對特定需量反應事件作出反應和措施的回饋用戶端，以及為DRAS市場開拓的DRAS操作員和使用者。
未來AMI全面布建完成後，其主要效益為用戶端共同參與需量反應機制，若政府願意進行動態電價的制定、合理價率的制定等不同的情境方案，分析更多、更詳細的使用者行為測試(Behavior Test)，測量需量反應所帶來之節約用電，以及降低尖峰用電量之效益，將可開創新興智慧能源服務。智慧電網亦可結合台灣過去所累積的感測網路與電力線通訊技術為基礎，發展微電網資通訊管理系統，開發適用於能源事件處理與感知網路資訊分析之能源資訊與事件分析引擎，建構智慧能源基礎架構(Smart Energy Infrastructure)，形成智慧能源生態系統。
