〈工業技術與資訊〉分散式能源崛起 -
透過「虛擬電廠」整合再生能源、儲能設備、備援電力等分散式能源，已成為能源管理新顯學（09/26/2021 鉅亨網新聞）

逐年攀升的尖峰負載，讓臺灣的能源使用規劃，成為各方焦點。跳脫興建更多電廠的思維，透過「虛擬電廠」，整合再生能源、儲能設備、備援電力等分散式能源，已成為能源管理新顯學。隨著再生能源占比逐步升高，為了解決供電間歇性的問題，能長時間儲存電力的「液流電池」也備受關注。

數 10 年來，臺灣傳統電力供應以大型電廠為主，想要解決尖峰用電問題，除了蓋電廠外，是否還有更省成本、更有效率的解方？

攤開臺灣的用電分布，若以 1 年 8,760 小時來看，臺灣每年用電最多的 200 個小時，對於電力系統產生的額外需求大約為 2GW，相當於年度用電尖峰的 5%，且大多集中在夏季。工研院綠能與環境研究所組長梁佩芳認為，若要持續蓋電廠，得先思考 2 個問題：一是電廠投資大、建廠時間久，還會面臨環保抗爭行動；二是只為了每年 200 小時的尖峰需求興建新電廠，似乎也不太符合投資效益。

其實除了大型電廠之外，民間也暗藏不少中小型的電力資源，像是散落在企業、工廠、住家裡的太陽能、風力、儲能設備、備援發電機、UPS 系統和電動車等。隨著供電挑戰愈來愈大，未來必須要更加靈活善用這些電力資源。「虛擬電廠」概念應運而生，「就是將分散式的中小型資源聚合起來，變成可靠的電力供應來源，就像一個可受控制的電廠。」

用戶代理人扮演關鍵角色

當傳統以大型機組為主的集中式電力系統，走向分散式電力系統後，原先單純做為電力的消費者，同時也轉為電力供給的產銷者。正因為聚集了各種不同類型的用戶參與，虛擬電廠有著更大的調度彈性，能在短時間內提供尖峰負載電力，也能為電力公司提供輔助服務。

相比過去台電控制大電廠，只要一個指令；當眾多小資源集結時，該如何有效管理就成了關鍵。這造就一個角色興起，也就是所謂的「聚合者」或「用戶代理人」（Aggregator），「他必須聚合用戶資源，就像一個統一窗口，去台電或電力市場報價，未來代理人會是新的商機。」

「虛擬電廠有很多不同機制，有些可以做出一桌菜，有些就是很專業的一道菜，不同公司的營運策略都不一樣。」梁佩芳表示，目前虛擬電廠在國際已有不少成功案例，以全球知名的德國公司 Next Kraftwerke 來說，旗下聚合超過 1 萬個用戶，裝置容量達 8GW 以上，並依據用戶特性，設計不同方案，有些投入電力交易市場，有些則投入輔助服務市場；特斯拉（Tesla）也在加州聚集旗下家用儲能設備 Powerwall 的用戶，向電力公司提供電網服務，當加州電力不夠時，便控制電池放電。

滿足五大條件 虛擬電廠商機可期

梁佩芳認為，虛擬電廠必須具備 5 項條件才能發揮其優勢。第一是 ICT 的基礎建設，為了讓代理人清楚掌握每個參與者的狀況，需要導入智慧電表等 ICT 應用，才能即時掌握數據。

第二是預測。代理人需了解電力系統狀況，進行負載預測，事先讓參與者知道未來幾天的用電趨勢，讓用戶有心理準備，提高用戶的參與意願，不至於突然收到斷線通知，措手不及。

第三是打造客製化方案。因應不同參與者的特性，客製化電力的供應狀態，而非所有人一體適用的規則，甚至是調整用戶的生產行為。比如台電大多在下午 1 點到 3 點的尖峰時間，要求降低用電，或許就能和工廠討論改變生產排程。

第四是對市場的了解。代理人需對市場敏銳，針對用戶屬性，細分成不同群體，參與市場上的不同計畫。台電現已要求，未來代理人參與電力市場，必須取得「合格排程者」（Qualified Scheduling Entity；QSE）的資格，代表代理人對市場有基本了解。

第五是決策技術。如何安排出最妥適的方法，讓參與者的成本降低，在電力市場獲得比較高的回報；同時也要有預先準備，當執行期間發生意外的話，如何啟動緊急機制，這些都需要依賴精密的排程決策。

雖然目前臺灣的虛擬電廠概念在仍在起步階段，代理人角色也仍舊偏少，但可以預期，台電的電力交易平台正式上線後，「臺灣的市場就會打開，未來參與電力市場服務會比以前更加自由、開放，只要聚合資源就能去交易，許多業者都在準備，商機可期。」

四大優勢 液流電池成儲能新星

在分散式能源系統中，再生能源和儲能設備不僅是其中的重要一環，兩者也有高度相關。隨著再生能源的占比逐漸增加，面對「看天吃飯」的間歇特性，更需要長時間的儲能設備，才能 24 小時供應綠電，而安全性更高、儲能時間又長的「液流電池」開始受到關注。

工研院綠能所組長張文昇指出，液流電池顧名思義「就是電池裡有液體流動」。液流電池包含 2 個大型的電解液桶槽，內含可儲存電力的活性物質，將電解液以管線輸送到中央元件，稱其為「電堆」。當需要充放電時，便透過泵浦將液體輸送至電堆，產生電子轉移，以此進行放電或儲電。根據電池種類不同，液流電池可使用多種不同金屬元素組成，目前最成熟的便是採用釩離子的液流電池系統。

比起傳統鋰電池，液流電池具備更多優勢。第一是安全，挑選電池首重安全考量，用水溶液安全性高，無爆炸跟自燃風險。第二是設計更有彈性，由於能量是儲存在液體裡，桶槽愈大，能提供的能量就愈多，根據不同應用情境，只要增加桶槽與電解液，儲存的能量與時間就能更多、更久。

第三是使用壽命長，深度充放電循環可超過 2 萬次，至少用 20 年沒問題，平均儲能成本攤提下來，在長時間儲存上比鋰電池更划算。第四活性物質在液體裡容易回收，即使電池長期使用後，裡頭的有價金屬也不耗損。

「液流電池屬於長跑型的選手，潛力上就是適合做連續長時間的放電和儲存，」張文昇說。這也是為什麼液流電池特別適合作為長時間儲能用途，面對間歇性的再生能源，可將綠電安全、穩定的儲存起來，扮演重要的調節角色。

由於能量是儲存在液體裡，桶槽愈大，能提供的能量就愈多，根據不同應用情境，只要增加桶槽與電解液，儲存的能量與時間就能更多、更久。

打造電堆 2 倍功率 創國際領先水準

早在 2008 年，工研院便意識到儲能會是未來電力系統的要角，率先進行小型的前瞻計畫，評估各種不同的儲能方法。直到 2017 年正式投入，在沙崙綠能科技示範場域打造液流電池系統。

張文昇指出，液流電池有幾個研發關鍵。第一也是最重要的，便是位於中央位置的電堆，「電池所有的功率跟充放電效率，都在那裡決定。」第二是電解液性質，由於活性物質儲存在液體裡，就像泡咖啡，水加太少，底部就會有很多顆粒沉澱，若能在相同體積中，溶解更多活性物質，就能儲存更多能量。第三是系統整合介面，如何讓液體流動的最好、耗電最低，牽涉到系統設計問題。

工研院在電堆上花最多心思，除了在結構設計面讓能源效率最大化，材料也經過最適化調整，比起市面上相同體積的電堆，工研院可輸出 2 倍以上的功率，居於國際領先水準。

應用範圍廣 積極導入產業

目前工研院已在沙崙打造一套 200 度電的儲能系統，近似於 2 萬顆手機電池的容量。未來沙崙場域希望可以達到電力自給自足達 50% 的程度，儲能系統能調節尖峰負載，也能支援夜間用電，甚至在停電時做為緊急備援電力。

工研院也將此套系統投入產業使用。工研院綠能所總監楊昌中指出，2019 年，工研院和中油攜手打造首座多元電力供應及儲能系統的智慧加油站「臺南前鋒路示範站」。因應未來的電車趨勢，中油率先啟動轉型，著手布建百分百使用再生能源的全綠能站體，提供加油站本身與電動機車充換電需求，其中的儲能系統便是採用安全性更高的釩液流電池。

今年 1 月，政府也通過「一定契約容量以上之電力用戶應設置再生能源發電設備管理辦法」，俗稱「用電大戶」條款，規範契約容量 5,000kW 以上的用戶，必須在 5 年內設置契約容量 10% 的再生能源，而液流電池也很適合推展至工業區和住商大樓。

除了國內的產業化進度外，目前也有國際電池材料公司，委託工研院進行測試工作，顯示技術已被國際認可。工研院也積極將技術技轉給臺灣電池和儲能業者，「透過扶植臺灣有潛力的廠商，讓此技術做到電堆百分之百 MIT，」楊昌中說。在分散式能源和再生能源的發展下，工研院持續以扎實技術力，協助臺灣迎接能源新時代。

完整內容請見：
https://news.cnyes.com/news/id/4729870

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是廠商太保守？還是系統有優化？🤔
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萬物聯網有效益也有威脅　建立可信任安全生態刻不容緩

掌控資訊基礎架構風險　5G物聯網未來前景可期

2021-01-26顏志仲

物聯網作為近年來最熱門的議題之一，在這個萬物聯網的時代，隱私與安全是不可或缺的。然而，物聯網的安全並非是靠單一廠商一蹴可及，必須由各生態鏈的廠商共同建立可信任的安全生態方可成功。

新世代5G高速網路的佈建，再次讓物聯網的應用飛速成長。隨著物聯網設備進一步深入我們生活周遭，物聯網的安全更必須被高度重視。而物聯網的安全，需要整個生態鏈包含系統晶片、機板、OEM以及其上的系統軟體開發商共同努力方能達成。

工業物聯網之安全要求大不同

2020年各大電信業者5G陸續開台，隨著「高速度」、「低延遲」、「多連結」的網路到來，各式應用場景的討論絡繹不絕，熱鬧異常。軟硬體廠商均卯足全力，希望藉由新的網路型態在低迷的景氣中打造全新的商業機會。然而，在這樣各類新型態的應用即將面市之時，更應回頭關注一下物聯網的基礎架構風險。

物聯網資訊基礎架構風險地圖。

與傳統的資訊科技（IT）及運營科技（OT）相較，物聯網的安全則集其大成，強調隱私（Privacy）、安全（Safety）、資安（Security）、可信賴度（Reliability）以及資訊韌性（Resilience）。對傳統IT而言，生命財產安全的要求是相對陌生的，但別忘了，2010年Stuxnet造成了伊朗核電廠的高度破壞，到了現今汽車、家電、各式感測器連網的IoT時代， 不安全的資訊基礎架構能對日常生活造成什麼樣的破壞？隨著破壞的「所需成本」與「其影響層級」的重新再平衡，隱晦式的資訊安全（Security by Obscurity）早已不該成為唯一的安全機制。

物聯網之資安風險控制框架

那麼在萬物聯網的時代，物聯網的安全相較於傳統IT/OT會有哪些重點？參考工業網際網路聯盟（Industrial Internet Consortium，IIC）以及相關先進的建議，以下的物聯網資訊基礎架構風險地圖可以作為初步的參考。

端點與嵌入式系統層

物聯網興起之後，安全上最大的不同即落在端點及嵌入式系統這一端。這部分近年討論熱烈即是信任根（Roots of Trust），亦即將安全之信任基礎建置於硬體上，減少韌體遭竄改而導致的安全風險，其常見技術包含現場可程式化邏輯閘陣列（FPGA）、信賴平台模組（TPM）以及可信執行環境（Trusted Execution Environment）等。

總的來說，這些技術均透過端點硬體晶片上內建的安全設計，提供其上的系統軟體安全憑證、安全基礎認證、加密資訊儲存等基礎的安全功能。以此為基礎，就可以實作簽章以認證並授權核可的使用者或應用程式進行系統操作、比對Hash值嚴格控管開機程序，減低惡意程式預先載入系統的風險，或是以信任根驗證系統更新是否合法等等，進行各式端點的安全控管。必須特別注意的是，這樣的安全功能有賴各供應鏈包含系統晶片、機板、OEM以及其上的系統軟體開發商將其導入並實作，才能完備整個信任鏈的健全。

然而，現今許多正在進行的IoT專案有兩個共同難題，一是專案大多建置於多年前的基礎架構（Brownfield），難以將新式安全架構完整導入；另一難題則是受限的端點資源（Resource-constrained Endpoint），專案常因端點載具體積、耗能以及成本等多方考量，無法建置應有的安全功能。這時，只好仰賴資訊基礎架構風險地圖裡其他層的控管機制來緩解端點的安全疑慮。

通訊連接層

談到物聯網通訊，首先得提到其無所不在的網路（Ubiquitous Network）特性，亦即其網路已非傳統IT的多層式架構；再來就是其應用的通訊協定，多使用Fieldbus等通訊協定來連接各種不同的設備，這些歷史悠久的通訊協定因早期封閉式網路有著實體隔離的特性，極少內建安全機制。根據國外的研究，內建通訊加密與安全認證的工業用通訊協定不到十分之一。試想不安全的通訊協定連接上網際網路後可能對關鍵基礎設施（例如電廠、水壩）造成多大的安全風險？

然而，物聯網的趨勢總是得走下去，還是有一些方法來控制這些問題，包含網路實體隔離、透過虛擬機隔離作業系統核心、應用程序隔離等方法來控制風險，在架構允許的情況下，也應建置加密通道（例如MPLS）或是使用IPSec等加密技術來建立安全的傳輸通道。

此外，傳統的Gateway端防護依然是有效的，只是須特別注意的是，傳統的防火牆僅針對IT環境常見的設備建立預設的防護，對於工業用通訊協定的支援相當有限，另外也欠缺第七層應用層的關聯規則，這部分未來將有賴IT廠商、OT大腕及各業界專家們通力合作來完成了。

雲端平台與應用

基於地域性與可擴充性考量，現今越來越多的應用放置於雲端服務業者，這時候可以思考使用雲端安全聯盟的CAIQ（Consensus Assessments Initiative Questionnaire）來評估自身導入雲端服務的安全水準。而在系統開發的過程中，也必須遵行Security by Design的精神，早期將安全需求內建於系統中，其中，Right-size Security是相當重要的，必須考量安全遭破獲的嚴重性與影響層級，建立相對應的系統安全控制，方能說服主管機關與投資者。

而在最後的安全測試上，也必須著重End-to-End的安全測試，也就是從雲端平台一路到端點的安全測試，而非只是針對端點產品的安全測試與認證。需要知道的是萬物聯網的時代，任何一個節點的安全漏洞均可能導致整個系統全面性的破壞崩解。台灣身為ICT產業大國，資通產業標準協會（TAICS）業已參考國際標準制定網路攝影機等設備之資安檢測標準，政府亦積極發展物聯網資安認證標章，我們樂見各應用領域之安全檢測基準能夠順利地推展開來。

風險治理流程

在整體風險治理架構上，首要之務是進行風險評估，工業網際網路聯盟（IIC）已經建立IoT Security Maturity Model，將安全要求分為風險治理、安全功能與系統強化三大面向協助組織進行深度評估。另外，建立完整的安全組織與流程亦是絕對必要的，須知物聯網可能牽涉的是生命財產的安全議題，因此安全組織不能只是產品與IT人員，還須包含法務、公關、總務、客服等各單位，並進行完整之緊急事件應對演練，以備不時之需。 而在具規模的組織，建立相當的風險智能功能團隊亦是必要的。需要了解的是，物聯網設備多是專業領域之特殊應用，因此資料需要大量的領域專家進行分析解讀，這時亦可以應用機器學習技術使用監督式學習尋找錯誤資料，並進行風險評分，甚至可進階使用非監督式學習進行資料分類與異常分析，尋找系統優化之契機。

最後，這些風險分析的規則，最好能適度轉換成Machine Policy，建置安全智能於端點，使資料中心與端點通力合作，形成一個正向輪迴，持續強化安全偵測，阻擋威脅於機先。

物聯網安全之未來

物聯網作為近年來最熱門的議題之一，在這個萬物聯網的時代，隱私與安全是不可或缺的。然而，物聯網的安全並非是靠單一廠商就能一蹴可及，必須由各生態鏈的廠商共同建立可信任的安全生態方可成功。這個生態鏈中包含硬體製造商必須建立信任根，解決方案商基於硬體安全方案實作安全功能，系統維運商精實管理維運安全，最後加上安全認證的導入方能健全。

現今，已經看到硬體製造商提出多樣的安全晶片，政府亦積極推展物聯網安全標準，目前包含視訊監視器、無線路由器以及智慧運輸等，均有相對應的檢測單位。

放眼未來，樂見更多資源投入，發展更多領域的安全基準，更重要的是希望民眾能提高安全意識，方能促使廠商將相關安全要求導入產品與日常維運中，建立起更為安全、便捷的物聯網新世界。

資料來源：https://www.netadmin.com.tw/netadmin/zh-tw/viewpoint/26443E6FD1EE49CEB4A565A6F3A5A0FF?fbclid=IwAR0r3Vk8jZ784d2FzIyFT0tO03sJlt3wjh4K-eTxX6e70GSoVigky4HPFF4