導入加密機制/微電網架構　智慧電網安全/可靠性升級

在世界各國積極投入智慧電網(Sｍart Grid)基礎建設之際，利用資通訊(ICT)技術達成智慧節電的應用也日趨成熟，尤其對企業用戶而言，能省下可觀營運成本，因而備受業者期待。

不過，儘管智慧電網相關關鍵技術已漸趨成熟，但如何確保用電資訊的安全性，以及利用微電網架構達成更可靠、更有彈性的電力配置，將是未來智慧電網進一步普及的重要課題。

拓展智慧電網　智慧空調大有可為

由於結合智慧節能系統的空調設備，具有顯著的節能效益，可為企業節省可觀營運費用，因而激勵市場導入意願，讓智慧型空調系統成為資通訊業者拓展智慧電網商機的最佳墊腳石。

圖1　工研院綠能與環境研究所電控與感測技術組組長梁佩芳表示，目前智慧電網的應用當中，智慧空調系統是最具備潛力的一塊市場。

工研院綠能與環境研究所電控與感測技術組組長梁佩芳(圖1)表示，由於空調的用電量通常占企業總用電量的30～40%，因此智慧空調系統是目前最被看好的智慧電網商機。以工研院自行研發的智慧節能系統為例，已成功導入在全家便利商店的空調系統，並透過智慧電網與資通訊技術，為該公司省下一筆可觀的電費，降低營運成本。

梁佩芳進一步指出，智慧節能系統不但可讓能源使用資訊透明化，並具備空調需求之動態評估、負載調度最佳化等技術優勢。以工研院系統中的智慧型空調控制策略而言，即可依據顧客量動態調整，大約能為企業節省20%夏季用電，平均節省8～10%的電費。目前全家便利商店已導入的分店約為六百家，預估今年底將會有超過一千零五十間分店完成智慧節能系統的建置。

此外，因應智慧生活時代來臨，建築自動化也將是智慧電網發展的重要環節，例如自動化照明、空調等設施都可智慧化節約電費。目前已知柏眾網控、柏翔網控與中華電信皆已在建築自動化市場有所布局。

由於台灣資通訊產業在全球具有優勢地位，廠商擅長開發成本、功能與品質並重的商品，加上產品開發速度快，只要建立一套完整且精密的控制系統軟體，照明自動化、智慧空調的商用化可望能快速普及。

梁佩芳指出，智慧電網的興起，有助刺激台灣資通訊產業的成長，但現階段智慧電網仍面臨諸多發展關卡，如台灣資通訊業者的軟體開發能力較弱，不熟悉電力市場的相關標準，且缺乏大規模的智慧電網設置實績，產業國際化程度較低，均是亟待克服的挑戰。

關鍵技術相繼成熟　智慧電網蓄勢待發

事實上，隨著相關關鍵技術相繼成熟，電網智慧化的發展腳步已日益加快。透過數位化雙向溝通、即時準確訊息與能源使用效率的優化，達到節約能源、降低成本與提高可靠性等智慧化生活，已指日可待。

圖2　台電綜合研究所電力研究室蒲冠志表示，構成智慧型電網的關鍵技術已日漸成熟，落實節能省碳的智慧生活指日可待。

台電綜合研究所電力研究室蒲冠志(圖2)表示，未來智慧型電網是由穩定可靠的系統融合再生能源與資訊通訊技術所形成，為實現此一目標，須具備智慧型感測、通訊網路、儲能、資訊整合與判斷、設備控制與開關及用戶顯示等關鍵技術，藉此完善智慧型電網中的各種應用。

蒲冠志進一步分析，為了讓用戶獲知用電資訊後，做出應對的節費措施，因此需要有各式各樣的智慧型感測設備收集用電資訊，接著再經由強健穩定的通訊網路使感測設備與其連結，進行用電資訊的傳輸與交換。資訊傳送至系統後，軟體就會整合相關用電資訊，做出良好的判斷與建議提供用戶參考。此外，還必須具備可靠的控制設備與開關，才不會導致硬體突然失控造成電力與安全上的損失，最後，則是透過顯示設備將訊息輸出。

挑戰即商機　儲能設備潛力無窮

值得注意的是，目前大部分智慧電網的關鍵技術都已趨成熟，唯獨儲能技術至今仍停滯不前。蒲冠志指出，由於目前儲能設備的效率過低，導致蓄電不易，再生能源因此無法有效的運用。此技術上的瓶頸，在5年之內恐怕都難有所突破。然而，雖然面臨挑戰，卻同時也暗示其商機可期，若能有效提高儲能效率，不止可更加完備智慧電網的布建，更能帶來可觀的商業利益。

蒲冠志強調，隨著智慧型電網的興起，市場上也開始掀起一股能源資通訊產業(Energy Information and Communication Technology, EICT)的發展風潮，因此國內業者可善用成熟的資通訊技術，順勢進入能源資通訊產業，並且進行跨界合作，建立完整的產業鏈，強化國際競爭力。

保密到「家」　用電資訊嚴防外洩

正當各國加緊投入智慧電網發展之際，家庭用電資訊傳輸的安全問題亦逐漸受到市場關注。因此，在智慧電網端對端設計架構中，導入完整的安全與隱私保護機制，並透過加密技術，將用戶的用電資訊進行加密，防堵有心人士攔截用電資訊或侵入系統，甚至盜用與不當調配電力，已成為現今智慧電網發展的重要課題。

圖3　工研院資訊與通訊研究所視訊與光通訊技術部光通訊網路技術部技術副理徐彬海表示，用電資訊牽涉到隱私權與人身安全，因此資訊傳輸時的加密保護至關重要。

工研院資訊與通訊研究所視訊與光通訊技術部光通訊網路技術部技術副理徐彬海(圖3)表示，由於智慧電網的特性是必須蒐集用戶用電資訊才能進行反應。因此，在用戶端的智慧電表與電表資料管理平台之間的資訊交換安全至關重要。而良好的安全機制必須同時具備可用性(Availability)、完整性(Integrity)與機密性(Confidentiality)，才能確保電網資訊的安全無虞。

所謂可用性，意指確保網路必須足夠強健，使資料與電力傳輸不會中斷；完整性則是防止資訊遭篡改、認證對方身分以及資料來源的確認；至於機密性是指針對用電資訊的加密，由於機密性對於用戶的隱私權與人身安全息息相關，因此特別受到業界重視。

徐彬海進一步解釋，為達成機密性目標，一般會採用兩種加密系統，即對稱式加密(Symmetric Cryptography)與非對稱式加密(Asymmetric Cryptography)。對稱式加密主要是利用換位及取代等特殊方法將資訊給攪亂，已達到加密目的。由於此種加密的結構較簡單，因此運算速度快，消耗資源少，適合用於大量資料的加解密。一般常用的對稱式加密演算法有DES、TripleDES、IDEA、Blowfish、RC5、AES等。然而，因為其加密與解密為同一把金鑰傳輸，因此金鑰的傳遞安全與否相當重要，且使用同一把金鑰容易遭偽造，無法確認此資訊是否真為對方所發出，因此無法達到不可否認性。此外，由於只能一對一互相加解密，因此若出現多方裝置想互相通訊，例如智慧電網的應用，則會造成金鑰數目太大而難以管理等缺點。

至於非對稱式加密系統，加密跟解密係分別為不同金鑰，其中加密與解密的金鑰又可再分為私鑰與公鑰，並可利用公鑰或者私鑰兩種方式來進行加密，因此具有安全性較高與不可否認性的優點。此外，在金鑰管理上，非對稱式加密由於只要有一把自己的私鑰與公鑰，所以可以與多方裝置進行便捷的通訊，而毋須像對稱式加密那樣打造多把金鑰，造成金鑰管理不易。

徐彬海指出，雖兩種加密系統各有優劣，但具備鑰匙方便管理與不可否認性等優勢的非對稱式加密系統，較能符合智慧電網的應用需求。不過，如何補強非對稱式加密系統資訊交換的安全性問題，則是未來重要的設計課題。

日震缺電效應　微型電網重要性彰顯

除要防範用電資訊遭人為竊取外，電網還得面臨天然災害的挑戰。例如，日本311大地震導致嚴重的斷電情形，即突顯出現今電網難以防範人為攻擊與天然災害的重大缺陷，因而讓可獨立運作、降低電力輸送損失的微型電網(Microgrid)架構逐漸受到產界關注。

圖4　台灣科技大學電機工程系教授陳在相表示，智慧電網與微型電網的整合，可使電力運用更有效率。

台灣科技大學電機工程系教授陳在相(圖4)表示，微型電網可強化電網供電的可靠度，其主動式發電與儲能系統將比目前使用的備用柴油發電機更為可靠，且供電不會中斷，並可使用多種燃料發電系統，降低對大型電網的依賴程度。

日前日本大地震造成東北地區大停電，許多工廠也因此停擺，甚至造成全球供應鏈受到極大衝擊，因此，電網防止自然災害與人為攻擊的能力開始受到業界重視。而微型電網平時雖與大型電網併網運轉，然而一旦大型電網停電時，則能獨立運作(孤島運轉模式)，並在斷電瞬間仍能無間斷地供應電力，以提升供電可靠度，降低工廠營運風險。

除可在災害發生時維持獨立發電外，微型電網亦能解決傳統電網能源轉換效率不彰的問題。陳在相指出，只從用戶端才開始做節能，成效必然有限。應從發電源頭進行節能措施，即提升能源轉換效率、降低線損與變電損失雙頭並進，才是治標之道。

由於當前傳統電網經由輸電、配電等過程中，消耗近60～70%的能源，而最終至用戶端只剩不到40%，其轉換效率過低造成許多能源浪費。因此，藉由分散式能源系統相互連結而成的微型電網，利用主動式發電就近供應負載，可減少電壓層級所造成的變電損失，並同時縮短輸配電線路，以減少線損提高能源轉換效率，方可真正達到發電源頭的節能目的。

陳在相進一步解釋，微型電網可充分利用再生能源發電，並搭配高能源轉換效率發電機等設備就近供電，減少輸變電能源損失，提高電力輸送效率，再藉由智慧化配電，減少尖峰用電量、增加資源利用率及使用各種發電能源與燃料源達到節能目的。而微型電網主動式發電特性則可強化電網可靠度，不因大型電網停電而斷電，可分散傳統電網易受人為攻擊與天然災害等風險，提高用電安全性與供電可靠性。

現今電網已逐漸無法滿足節能省電與防災應變等需求，唯有改變現有電網架構才能夠在用電的效率、安全與品質上有進一步的突破。而結合智慧型電網與微型電網的新架構，則能符合未來電網在能源效率、系統效率、可靠度與安全性等四大目標的要求。