以電子元件的力量支持棄用化石燃料的轉型
微電網：促進可再生能源的當地生產與當地消費
有效利用太陽能和風能等可再生能源是實現碳中和的重要因素。根據2023 年世界能源統計回顧根據英國能源研究所 (Energy Institute) 發表的報告，包括水力發電在內的可再生能源已佔全球電力供應的 30% 左右。可再生能源的總量為 8,539 太瓦時。這意味著它已經比 1985 年的 2,058 太瓦時增長了四倍多。
談到充分利用可再生能源的方法，許多人可能會想到在充滿自然能源的地方進行大規模發電。例如，在沙漠或草原等廣闊的地方進行太陽能發電，以及在海上進行風力發電。然而，即使在任何大城市的中心也有可再生能源的形式。事實上，人們正積極推動在城市地區引入可再生能源發電。例如，在日本，建築物的屋頂和住宅的屋頂上都安裝了太陽能電池板。這些太陽能板產生的電量很小。這意味著它們被定位為輔助電源。儘管如此，這些太陽能板仍被有效利用。此外，還在努力開發和引進在建築物牆壁和窗戶上的太陽能發電技術，以及利用人們走路時產生的震動來發電的技術。
從全球的角度來看，許多中小城市都在努力實現當地生產當地消費，即當地所消耗的電力是由當地的風力、太陽能、水力和其他形式的可再生能源所提供。此外，越來越多的公司也參與 RE100。RE100 是一項國際倡議，其目的是讓企業以 100% 的可再生能源供應其業務所使用的電力。這些公司積極地在工廠和其他設施中引進發電設備，盡可能地自行發電（圖 1）。
微電網：支援可再生能源的當地生產與當地消費
我們可以將通過將可再生能源轉換為電力來實現當地生產當地消費的努力稱為一種極為有效的能源利用方式。這是因為它可以將電力系統在傳輸和分配過程中總是會發生的電力損失減到最低。
大型發電廠遠離城市，而在目前的電力系統中，大量的電力被消耗在城市中。這些發電廠所產生的電力被傳輸和分配到用電地區，以用於日常生活和社會經濟活動。然而，在發電廠產生的電力中，約有 30% 會透過輸配電網絡 (也稱為電網) 在使用過程中浪費掉。這是因為電力線和電力轉換器負載會導致大量電力以熱能或電磁波的形式耗散。電力傳輸與分配的距離越短，電力轉換的次數就越少，使得減少電力損失成為可能。因此，我們可以利用周圍的自然能源作為分散式電源，實現就地生產、就地消費，從而最大限度地減少電力損失的發生。
資料來源：經濟產業省（日本行政機關）第四屆地方社區導入永續再生能源資訊聯絡委員會資料
*此連結頁面為日文。
旨在實現本地生產本地用電的小型電力網路稱為微電網（圖 2）。除了有效利用可再生能源之外，微電網還有其他好處，因為它們是分散式電力系統。例如，即使在災難等緊急情況下發生大規模停電，微電網也能為社區穩定供電。這可讓我們維持日常生活和商業活動。
運作電力系統的主要先決條件：平衡原理
微電網的概念很簡單。然而，實現微電網卻沒有那麼容易。這是因為電力系統的建立和運作有一個主要原則，稱為 「平衡原則」。
平衡原則是指不論在任何電力系統中，發電廠的供電量必須始終與電力需求量相匹配。如果我們違反此原則來操作電力系統，電力的電壓會變得不穩定，設備也可能會發生故障，導致大規模停電。
然而，太陽能等可再生能源所產生的電力來自於不穩定的自然現象。因此，我們無法方便地調整發電量。因此，僅靠社區產生的電力很難供應我們所使用的電力，也很難完全使用。這表示有必要運用先進的運作與管理機制，例如微調社區內的供需平衡或利用大型能源儲存系統 (ESS)，來因應剩餘與不足的電力。
智能電網：實現微電網的主要先決條件
智慧電網是一種自動控制必要電力的機制，透過智慧電表和其他電信裝置，即時顯示每個家庭、企業或其他設施的電力需求，以確保電力供應不致過剩或不足。
微電網和智慧電網是不同的概念。儘管如此，如果不引入智慧電網機制，就很難實現微電網高效率、高效益地實現本地生產本地用電。智慧電網即時且詳細掌握分散式再生能源發電設施的發電量與日常生活及商業用電量，以達到兩者的平衡，同時管理多個分散式ESS的充放電。如果僅根據已安裝的 ESS 的充電和放電許可值所產生的電力不足，智能電網會從更廣泛的電網中採購和釋放電力，以保持平衡。
虛擬電廠(Virtual Power Plant, VPP)」是利用物聯網技術控制電力供應的技術，猶如將微電網中的多台發電設備與ESSs視為一個發電廠，同時利用智慧電表即時掌握家庭與企業用電狀況。從全球的情況來看，智慧電表正在迅速普及。2014 年，日本大東京都會區開始在家庭中安裝智慧電表。到 2020 財政年度末，幾乎所有家庭和商業機構都已完成安裝。全日本的智慧電表安裝計畫於 2024 財政年度結束前完成。換句話說，我們可以說，推動微電網建設的基礎工作正在穩步進行。
直流電輸配電系統以進一步提高效率為目標
人們也在嘗試利用微網進一步提高能源利用率。這種直流微電網將傳輸和分配直流電，而不是商業電源使用的交流電。
太陽能電池和蓄電池等直流電源通常用於微電網的供電端。另一方面，從用電端的角度來看，使用半導體和電子元件製造的通訊設備以及使用變換器製造的節能電子產品都是使用直流電源運作的。這意味著兩邊都要處理直流電。
但目前，交流電正在進行傳輸和分配，因此在傳輸和使用電力時都必須進行轉換。這時就會發生電力損耗。直流微電網是一種旨在將這種浪費降到最低的技術。根據構想，將鋪設約 400 V 的直流匯流排，以取代傳統的交流 200 V / 100 V 電力線，並透過雙向 AC/DC 轉換器連接高電壓商業電網。除了微電網外，直流電力傳輸系統也被用於長距離傳輸電力。在歐洲和美國已有實際應用此技術的例子。
微電網的建置與運作無疑會隨著可再生能源使用設定的擴大而同步發展。預計對於能處理各種使用設定的更高效、更靈活的微電網，以及支援這些微電網建置的電子元件的需求將進一步增加。