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智慧電網技術專利分析報告
貳、傑出技術獲證專利說明

目前全球電力系統多為大電網形式,且布建數十餘年,面對現今高用電需求,應變能力有限,因此智慧電網因應而生。在瞭解智慧電網技術前,我們先來瞭解何謂「電網」?電網即我們耳熟能詳的電力系統,由輸電、變電、配電設備組合而成,過去由於電力以光速傳輸,因此「產生」與「消費」需要同時完成,電能難以大量儲存以備不時之需。

傳統電力系統,目前面臨最大的挑戰便是老舊升級維護不易、無法遠端控制、電能傳送轉換過程耗損率高等問題,因此在IA(Information Automation)及IT(Information Technology)技術高度發展的現代,利用上述科技蒐集電能供需資訊,架構「智慧電網」,做最有效的電能應用,成為各國發展電力技術的新選擇。

而「智慧電網」透過資訊與通訊科技,偵測和蒐集發電端電力供應狀況,及使用端的使用情形,進而利用此類大數據,修正電力的生產與配送,或者調整企業、個人用戶的耗電量,達到節省能源、降低損耗、增強電網可靠性等目的。而智慧電網的另一個特性便是「分散式能源」的運用,在地球能源有限、氣候暖化等現狀下,各國紛紛利用太陽能、風力、潮汐、海洋、天然氣、沼氣、焦爐煤氣等清潔資源發電,由於再生能源受氣候、環境影響,發電量較小且不穩定,與大電網併聯運轉勢在必行,故此等新能源使用上也需能融入未來的發電系統中,以逐漸補足或取代大型能源設施汰換的電能缺口。

智慧電網運作示意圖
圖二、智慧電網運作示意圖

在電力系統中,可區分為發電、輸配電、運作方式三大部分技術,傳統電網與智慧電網的差別如表二、「傳統電網vs.智慧電網比較表」所示。

表二、傳統電網vs.智慧電網比較表

類別 傳統電網 智慧電網
發電

電力系統之高速公路,將電力透過龐大基礎建設,如電桿、纜線、開關、設備與軟體等由發電端送至終端用戶。 智慧型電網技術是將數位技術應用至輸配電上,利用資通訊、電力電子與先進材料等進行電力基礎建設的現代化與最佳化。
輸配電

在台灣分成特高壓電網(SHV),高壓電網(HV)、低壓電網(LV)。全球電網基礎建設市場可分成電力線路(桿、電纜、裝配、感測器)、變電所與控制設施(變電站、變壓器、開關、軟體)、終端設備(連結設備、電表等操作軟硬體)等三個大分類。 同右。其中,在感測器、變電站、變壓器、連結設備、電表等設施中,可加上資通訊技術,讓用電資訊回傳至控制系統中,進行資訊記錄與分析。
運作方式

傳統電網屬集中式發電,單方向電力輸送。 於配電網中,先進行區域內的電力交換,若有剩餘或不足電力則在區域間進行交換,電力輸送方向不再固定,因此智慧型電網的分散式控制流程可由下而上的調度和控制,有別於傳統電力網的集中式控制流程。

鑑於全球重要國家已積極發展智慧電網技術,智慧電網也是本世紀重要、熱門的發展技術之一。故本案專利趨勢分析,將以「智慧電網」技術為主軸,製作美國、台灣、歐盟、中國之專利分析地圖,使國人掌握全球智慧電網技術的發展脈動,探索技術地雷區與處女地,作為研發策略擬定之參考。