今年上半年，美國西部遭遇1,200年以來的超級旱象。水力發電廠蓄水量隨之創下新低，導致缺電；六月期間，部分地區的一週電價甚至飆漲五倍之多。
同時，乾旱期間流失了水力發電，又只能依賴天然氣與燃煤生產的電力彌補，導致更高的二氧化碳排放量，形成惡性循環。
美西面臨嚴重旱災，水力發電廠蓄水量創下新低，連帶影響發電量，今夏可能爆發大範圍停電的危機。圖為加州的胡佛水力發電廠。圖片來源：https://bit.ly/36By4Lq
回想今年二月，美國德州同樣經歷百年一遇的極端嚴寒氣候，風雪癱瘓了大型發電機組，造成450萬用戶在嚴寒天氣中無電可用。今年五月，台灣也因歷史高溫、雨季延緩，導致電力分配失衡而分區限電。
可見全球氣候變遷早已不單是環保議題，它對各地能源供應的影響，將超乎以往想像。面對極端氣候越發頻繁的現況，我們在能源結構上該如何應對？
能源韌性是什麼？
韌性是什麼？關於「韌性」的定義，可以追溯到霍林（C. S. Holling）在著作《生態系統韌性與穩定性》（Resilience and Stability of Ecological Systems）。
他提出，觀察特定物種回應環境變化（例如森林大火），而韌性就是物種受到哪些衝擊與損害、又如何恢復到新平衡狀態的過程——若一物種受到較少的影響，或較快進入一個新的平衡，或兩者兼具，就稱之為較具有韌性。
對比「能源韌性」，就是指面對極端氣候、天災或能源危機等不確定性事件時，是否具備「容受力」及「回復力」兩項指標：
- 容受力：電網將衝擊影響最小化的能力。
- 回復力：在受衝擊後，達到新平衡所花費的時間。
具備容受力與回復力的能源機制：分散式能源
我們能不能找到更符合韌性的能源機制？
目前，由上而下的集中式能源，遇上不確定性事件等潛在風險，只要單一節點出問題，供電就可能全面停擺，復原也較為耗時費工。
相較之下，分散式能源則是透過多個發電容量較小的中、小型發電設備，也包括風力、太陽能等再生能源，搭配儲電設備，分散在電網各處。一但有供電機組發生問題，其他設備與機制仍可以繼續供電，在容受力與回復力上更具優勢。
舉例來說，福島核災、815全台大停電，便是極端事件所造成的能源危機。一但發生，便可能對城市產生毀滅性的打擊。但是，由於極端天災的強度與頻率都是高度不確定，用工程手段來因應不僅所費不貲，也無法確保城市能得到百分之百的保護。
而從能源策略規劃的角度，就能運用跨領域的分散式能源結構，提供多元且全面的因應措施，例如需量反應（註1）、微電網（註2）、家用型蓄電池與太陽能系統；同時，也可以從制度面上分散風險，回應極端事件的高度不確定性，降低衝擊。
日本能源智慧城市怎麼做？
日本神奈川藤澤市Fujisawa SST以能源物聯網創造能源韌性城市。圖片來源：Panasonic
日本自311地震後，就面臨災區重建、電力不足等挑戰。因此，日本地方政府與企業紛紛積極合作，開發具備能源韌性的智慧城市。其中，最為成功的範例便是松下（Panasonic）與神奈川藤澤市共同打造的智慧能源社區。
這座能源韌性社區有哪些特色？
- 600戶淨零耗能住宅
社區中，每家每戶都具備獨立太陽能、蓄電池與燃料電池系統，透過家庭能源管理系統（Home Energy Management System, HEMS）的調度，盡量以綠能作為日常用電基礎，實現能源自發自用、自給自足的生活方式。
若有多餘的電力，也可以販售給城鎮設施的建築能源管理系統（Building Energy Management System, BEMS）。透過連接各家戶與城鎮的能源管理系統，達成可獨立、可共享的能源生態。（延伸閱讀｜哪項電器最耗電？免加裝設備，新北靠「它」就能抓出偷電兇手｜智慧城市懶人包#109）
- 共享電動車服務
居民藉社區服務系統，就能預約租借共享電動車與電動自行車。租車公司會在指定時間將車輛開至住家附近，即使沒有自駕車的住戶也可以自在移動。而且，發生緊急停電事故時，所有共享車輛都可以透過V2H（Vehicle-to-Home）技術，將車輛電力轉化為家中用電。
- 不間斷供電服務
停電事故時，用戶可以運用HEMS家庭能源管理系統，設定家中剩餘電力該優先供給給哪些電器，例如提供照明、冰箱、電視和其他日常生活的重要設備。因此，即使停電，家庭也可以透過太陽能發電和蓄電池、燃料電池產生的電力，滿足日常所需。
日本電力市場自由化，激發多元能源方案
思維轉變並非一朝一夕，亦非一己之力可以完成。
以日本為例，過去的電力調度，主要由十家電力公司統一主導發電、輸配電、售電業務。但電力自由化市場開放後，約700家電力零售業者一同加入，來自不同背景的業者結合過往產業優勢，推出各式各樣能源解決方案。
例如，建築業者爭相推出以「零耗能住宅」為主的社區建案，透過家庭能源管理系統調度住戶用電，參與能源市場輔助服務；太陽能板業者則開始轉型成為電力供應商，住戶不必負擔高額硬體費用，而是根據太陽能用電度數，從電費單中繳納。另外也有能源零售商，以100%再生能源為訴求吸引消費者，提升綠電使用效率。
透過能源管理系統，家戶也能參與需量反應，讓口袋裡的智慧型手機成為改造城市的一份子。
唯有讓整體市場更加多元，我們才有夠多能源選擇來面對極端氣候。日本近年來在能源制度上的調整，以及近期通過的2050年碳中和目標，值得我們參考與借鏡。（延伸閱讀｜在家工作讓用電量創新高！疫情、缺水又限電，台灣電力有解方？｜顏哲淵專欄）
註1：「需量反應」是透過改變用電需求，使供電量滿足用量。傳統電力系統主要是調整電力供應端的輸出來滿足用電，然而，某些發電機組有操作限制，且尖峰備用機組的成本較高。不同於過去從供應端調整的方法，需量反應從供應端來調整。
註2：「微電網」是將傳統電網的發電、輸電、配電與用電規模縮小，再輔以科技調度與管理，以達成地區特定需求為導向。隨著分散式能源與儲能系統的技術快速進步，小型微電網可從智慧家電、家庭能源管理、家用儲能、電動車、家庭再生能源組合成家用型微電網，擴大至結合大型再生能源、大樓能源管理系統、緊急發電系統、大型儲能系統及地區配電系統，形成社區型微電網或城市型微電網。
