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分散式能源資源（DER）與微電網（Microgrids）正在重塑能源格局。結合太陽能、風力、儲能與智慧電網，施耐德電機助您打造去中心化、韌性且永續的電力系統，推動能源轉型與碳中和。
當今電力的生成與分配方式
亞歷山大·貝爾（電話的發明者）和湯瑪斯·愛迪生（電力的先驅）是歷史上最具創新精神的兩位科學家。試想如果他們今天還在世，見證他們的創新如何發展至今會是何種情景。或許貝爾對於智慧型手機會一頭霧水，但愛迪生設計的電力傳輸系統，卻依然是當今社會的基石之一。理解這兩位科學家所奠定的基礎，對我們現在身處的能源革命有重要意義——這場革命將徹底改變能源的生產、傳輸及儲存方式。
讓我們先快速回顧一下當今電力的生成與分配方式：
- 發電 是將其他形式的能量轉化為電力的過程。發電廠利用各種能源來源來產生電力，例如石化燃料、核能反應以及再生能源。
- 輸電 指的是將電力從發電廠經由長距離輸送到需要用電的社區與城市的過程。
- 配電 則是將電力從輸電線路傳送至住家或企業，這通常涉及較短距離的電力傳遞。
電網由輸電和配電系統組成，是為某一區域提供電力的關鍵基礎設施。儘管電力來自不同的能源來源，但一旦電力進入電網，這些電力便無法再區分其來源。可以將電網中的電力比作泳池裡的水—若數個人同時將水倒入泳池，水就會混在一起，無法分辨哪部分水來自哪個來源。
去中心化、脫碳和數位化趨勢推動變革
電力系統必須保持供需平衡，這意味著隨時供應的電力必須與使用的電力相等。若電力供應過多，可能導致電線過熱或設備損壞；若供應不足，則可能出現停電或電壓下降等問題。公用事業公司和政策制定者一致認為，老舊的電網系統必須升級，以應對日益增長的能源需求。 問題在於，當前進行中的數位轉型需要大量電力，且其增長速度前所未見。建築物的能源消耗是推動能源需求上升的主因之一，預計在 2018 年至 2050 年間，建築物的能耗將接近總能源需求的 50%。
電動車的普及是另一個推動能源消耗的重要因素。預計從 2020 年到 2027 年，充電站的年複合成長率 (CAGR) 將達到 48.6%，這意味著未來將有 50 萬個充電站，對比目前美國的 15 萬個加油站。而到 2030 年，預計將有超過 1900 萬輛電動車投入使用，這會進一步增加電力基礎設施和能源的需求。
在電力需求不斷增加的同時，平衡系統負載和實現永續發展也變得更加迫切。隨著再生能源的成本降低，政府對永續發展的激勵措施不斷增加，分散式能源資源（如太陽能和風能）的採用率將持續上升。北美地區對分散式能源的投資以每年約 10% 的速度增長。
此外，現代社會對「不間斷供電」的需求也越來越高。像加州的野火、波多黎各的颶風以及德州的冰雪災害等環境事件，對現有的電力系統造成了重創，導致長時間停電，凸顯了電力系統需要更高的韌性。
這些因素，包括老化的基礎設施、電力需求增長、對永續發展的推動，以及提升韌性的需求，正推動整個產業進行變革。電力與數位技術的深度融合，也就是所謂的「電力 4.0」，正在引領我們進入一個全新的電力時代。這將是維持穩健的電力價值鏈並達成淨零排放目標的關鍵。
分散式能源資源 (DER) 的成長趨勢
隨著大眾對企業負責任行為的期待逐漸提高，企業推動永續發展策略的壓力也相應增加。雖然「永續發展」這個概念早已廣為人知，但其推廣通常受到三大因素的阻礙：採用成本、所生產能源的價格，以及操作的複雜性。如今，這些問題正迅速被解決，成為市場加速採用永續策略的重要催化劑。
從成本角度來看，最大的推動力可能是由白宮政府提出的基礎建設計劃（美國就業計劃）。這項總額高達 2.3 兆美元的計劃，目的是升級美國老化的基礎設施，其中包括微電網，這將幫助企業和消費者更順利地轉向使用更潔淨的能源。這筆資金也將促進再生能源的投資，如風能、太陽能和電池儲能系統，推動新技術的發展，進一步降低採用永續能源的成本。
分散式能源資源技術持續發展，這使得近年來其生產的電力成本大幅下降。電池儲能系統 (Battery Energy Storage System, BESS) 的應用，讓太陽能或風能發電場可以儲存多餘的電力，讓再生能源無論在任何時段或天氣情況下都能使用。
最後，分散式能源資源的控制系統也取得了重大進展。過去，能源管理相對簡單，通常只有電網和發電機兩者的切換。電力韌性是主要目標，操作程序也很單一：當電網斷電時，切換到發電機供電，電力恢復後再切回電網。然而，對於分散式能源資源來說，電力韌性只是一部分目標。如今，能源的來源可以根據永續發展目標（如能源信用）或再生能源的可用性（如日照情況）來選擇。這些決策由雲端系統提供的數據分析來支援，使得能源管理與負載管理更加自動化和智能化。
如何解決未來能源挑戰
在充分了解傳統電力基礎設施的不足和新興能源系統的巨大優勢後，接下來的關鍵問題是：「我們如何從現狀邁向未來？」為了解答這個問題，我們需要理解不同環境處於各自的發展階段。
有些系統可能仍處於規劃或設計階段，有些正在建設中，而很多已經進入了操作和維護的階段。由於許多電力系統對穩定性的要求極高，通常無法容忍停機時間和風險，甚至在允許的情況下也必須降至最低。
微電網如何提升能源韌性
為了最大限度減少風險和停機時間，同時更好地控制分散式能源資源 (DER) 的運行，微電網解決方案變得至關重要。微電網能夠在與主電網連接和獨立運行之間靈活切換，並且可以平衡兩者之間的過渡。當再生能源供應不足時，微電網仍能保持穩定的供電，同時也減少碳排放。
分散式能源與智能系統的整合
微電網在這兩種模式之間切換可能是因為計劃中的維護、電力品質下降、主電網供應不足、本地電網故障，或者出於經濟原因。透過調整微電網內的能量流動，它可以實現再生能源的無縫整合，而不需要重新設計整個配電系統。此外，現代化的優化方法也可以整合到微電網的能源管理系統中，以提高效率、降低成本，並增強系統的韌性。
不論是新建設施還是改造舊有系統，開始採用可連接的系統至關重要。這些「智能」系統能夠捕捉數據，並將數據傳送到控制和自動化系統，從而提供可執行的決策。這些可連接系統將成為未來電力系統的基礎。只要有可能，這些系統應該在設計階段進行數位化處理，並在工廠內組裝和測試，從而確保系統具有最高的穩定性，並避免現場升級中的人為錯誤。施耐德電機的能源控制中心 (ECC) 就是這類整合、經過工廠測試的系統範例，它也是施耐德微電網解決方案創新的核心。ECC 系統具備全面連接功能，能夠大幅簡化源與負載管理配電系統的設計、安裝與運營。
ECC 系統內嵌的 EcoStruxure 微電網操作 (EMO) 和顧問 (EMA) 平台，這些控制與自動化解決方案能夠提高系統效能，通過機器學習來確保正確的電力來源與負載供電。這些工具簡化了分散式能源資源的管理，讓企業可以充分利用永續能源，同時確保系統韌性，並應對不斷增長的能源需求（如電動車充電站）。
微電網的簡化設計與應用
EcoStruxure 微電網建構器 (EMB) 的誕生，大大簡化了 ECC 的設計和應用。這款設計工具能夠在不到一小時的時間內完成分散式能源資源控制系統的配置。工具的輸出內容會被下載到 ECC 系統中，在受控的工廠環境中進行測試，隨後可以輕鬆地安裝到新建或改造的設施中。分散式能源架構的數位化和簡化，讓未來的應用更加容易。這些微電網解決方案幫助企業提高能源效率與永續性，同時降低傳統解決方案所伴隨的風險與成本。
為能源革命做準備的策略
當前的電力基礎設施問題明顯—老化、頻繁故障、碳排放高，而且脆弱性逐漸顯現。在此同時，電氣化的趨勢越來越強勁，各行各業持續推動數位化，電子設備的使用量不斷增加，電動車的普及速度加快，對能源系統韌性的需求也日益增加。分散式能源資源 (DER) 現在已經成為一種具有商業可行性的解決方案，不僅成本更低，技術更先進，而且現任政府也準備投入數十億資金來促進其採用。
因此，問題已經從「是否」大規模採用 DER，快速轉變為「何時」會大規模採用。
既然「何時」成為大勢所趨，今天您應該採取哪些不同的行動來做好準備？首先，確保所有新建或現代化的系統具備連接性，即使當前還未部署 DER。這樣可以避免未來進行現場升級時的高額成本以及可能影響系統韌性的問題（工廠測試與現場測試存在差異）。接著，應在電力基礎設施中導入自動化與控制管理系統，利用收集的數據來進行智能決策和行動。最後，考慮使用微電網解決方案，這不僅能降低企業的風險和成本，還能推動永續發展和提高能源效率。
通過在您的企業中實行這些措施，您將能夠更好地迎接全新的能源格局，充分利用政府的激勵資金，同時提升能源系統的韌性——這些目標可以同時實現。
作者：Jason Dodier & Russell Senesac & Wendi Runyon | 原文連結
延伸閱讀
常見問題
• 什麼是分散式能源資源？
分散式能源資源（英文：Distributed Energy Resources, DER）是指分布在電力使用端或靠近消費者的小型發電與儲能系統，例如太陽能光電、風力發電、儲能電池及電動車充電系統。這些資源可靈活接入電網，提升能源使用效率與韌性。
• 分散式能源管理是什麼？
分散式能源管理（英文：Distributed Energy Resource Management, DERM）是透過數位平台或能源管理系統，協調多種 DER 的發電、儲能與用電行為，以最佳化能源分配、降低成本，並確保電網穩定運行。
• 分散式電網與集中式電網有何不同？
• 集中式電網：依賴大型發電廠（如火力、水力、核能），由高壓輸電網將電力輸送到各地。
• 分散式電網：由多個小型 DER 組成，靠近用電端發電，降低傳輸損耗並增強韌性。
• 智慧電網與分散式能源的關係是什麼？
智慧電網結合感測器、通訊與自動化技術，能即時監控與調度分散式能源資源，讓供電更靈活、更具彈性，並支援再生能源的大規模整合。
• 微電網（Microgrid）與分散式能源資源（DER）有何不同？
分散式能源資源（Distributed Energy Resources, DER）：DER 泛指任何分散在傳統集中式電網之外、可獨立發電或儲能的能源資源。常見類型包括：
• 再生能源：太陽能光電、風力發電、小型水力、生質能等。
• 儲能系統：電池儲能（BESS）、飛輪儲能等，可平衡供需、調節頻率。
• 需求側管理資源：如可調節的冷凍設備、電動車（V2G, Vehicle-to-Grid）等。
DER 的特徵是單一資源單元，它們雖能接入電網並發揮作用，但彼此間並沒有高度整合。
微電網（Microgrid）：微電網則是一個小型獨立電力系統，能將多個 DER 整合起來，並具備智慧控制能力。其核心特色包括：
• 整合性：將多個 DER（再生能源、儲能、備用柴油機等）集中管理。
• 雙模式運行：能與主電網連接（並網模式），也能在主電網中斷時獨立運行（孤島模式），確保關鍵設施持續供電。
• 智慧能源管理：透過先進的 EMS（Energy Management System）或建築自動化系統，最佳化能源使用、降低碳排並提高韌性。
• 應用案例：醫院、資料中心、工業園區或偏遠社區常導入微電網，以提升能源自主性與抗災能力。
• 分散式能源資源有哪些例子？
常見的 DER 包括：太陽能光電系統、風力發電機、小型水力發電、儲能電池系統、電動車與充電樁（V2G 技術）、高效率熱電聯產系統（CHP）。
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