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功率技術/新能源  

智慧電錶可能巔覆智慧電網?

上網時間: 2015年07月29日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:智慧電錶  智慧電網  太陽能  可再生能源  差別電價 

在全球許多地區(如德國),智慧電錶(smart meter)是新建築物的強制性配備——智慧電錶是智慧電網(smart grid)的重要部份,能夠讓能源供應商配合能源的產生與消耗實施差別電價,而且也有助於用戶最佳化能耗配置。

不過,德國不來梅大學(Bremen University)的科學家質疑這一途徑能否順利進行。他們認為,廣泛部署智慧電錶,將會造成電網反應混亂,從而導致更嚴重的停電。

智慧電網的基本概念是因應發電量調整電力消耗。可再生能源是電網中的主要因素,發電量將根據不同的情況而異,例如陽光產生的太陽能,以及風力則來自風力渦輪機。相較於陽光較弱或未起風的時間,在有較多能源產生時的電費將會變得較便宜。用戶可自行設定家中洗衣機等各種電器,在發電量高而電價低的時候啟動電器作業。然而,來自不來梅大學理論物理研究所(Institute of Theoretical Physics)的一群科學家們指出,這個概念可能過於短視,最終將會失敗。

由該校教授Stefan Bornholdt主導的研究團隊模擬了大量導入智慧電錶應用的市場情況。他們的研究結果十分令人驚訝:智慧電錶的使用將會造成易於泡沫化的人為能源市場,甚至導致像金融或房地產市場崩盤的情況。

Bornholdt觀察,電力能源向來無法被均勻地饋入電網中,總是隨著時間而起變化。而風能與太陽能由於存在陽光與風力強度等自然參數,更顯著地增加這些變化。強制規定建置智慧電錶的想法在於根據能源供需調整不同的電價,從而抑制電量波動。例如,用戶在操作洗衣機以前,可先行設定機器,使其只在電價降低到某一預設價格點時才啟動。Bornholdt表示,這個基本概念來自於根據市場供需調整價格的經濟學理論。然而,這個理論並不完整,尤其是大量消費者爭相利用最佳價格點之際。因為,每個人都想在價格最低點時洗衣服。

隨著用電時間增加,可接受的最高價格點逐漸降低
個別電錶的動態模式:隨著用電時間增加,可接受的最高價格點逐漸降低
(來源:American Physical Society)

然而,這個模式可能無法正常運作:根據研究人員的模擬顯示,在一個競爭的環境下,市場行為將會失控、不穩定且混亂。例如,如果能源供應低而價格高時,大部份的用戶將傾向於延遲用電。Bornholdt解釋,但他們也無法永遠這麼做。當越多的機器等待啟動,潛在的需求就越高:泡沫因焉形成。等到最近一次的價格微幅下滑時,這個泡沫就破滅了。因為有許多消費者延遲了洗衣時間,導致無數台洗衣機都在同時間忽然開始洗衣。Bornholdt強調,這將引發極度用電的集體崩潰機制,更可能導致嚴重的大停電。

連續一段時間的價格密度
連續一段時間的價格密度;平均價格以帶多個標準差(點線)的直線表示
(來源:American Physical Society)

根據研究團隊的結論,大規模部署智慧電錶其實是未經全盤考慮的急就章。根據該研究的運算模式,研究人員們利用人們在此情況下實際採取的行動作為變數重新加以建構。在這些情況下,個別用戶並不知道自己的動作在成倍增加後所造成的結果。遺憾的是,那些提供能源的單位也並不知情。

不來梅大學科學家的這項研究已經發表於美國物理學會的《物理評論》(Physical Review)中。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Smart meters can destabilize grid, study says,by Christoph Hammerschmidt)





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