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若想知道未來系統整合的方式,可以從電網未來數十年的演變一探究竟。要整合電網非常困難,以致於過去百年來變化很小。有一個笑話是說:如果發明電話的貝爾(Alexander Graham Bell)活過來,看到我們現在用的電信網路和行動裝置,一定會大為震驚;但是換成愛迪生活過來,看到現在的電網,他會說:「對,我臨走前就是這樣子。」

改良電網有困難,是因為影響太深遠了,得從現有發電廠和客戶連結的軸輻式系統(hub-and-spoke),轉變成類似資訊網路那樣方便和綿密的結構。雖然大規模變革必然會衝擊到大公司,電網的例子,卻能讓每間公司清楚看到所面臨的改變和機會。

在我們探索電網整合的過程,就會看到商業模式的新可能,資源革命帶來的變化太大,新的商業模式也會隨之而生。

我們需要的是智慧電網,不是多蓋電廠

現在的電網,大概跟一九四○年代的電話系統差不多,以前打長途電話要在事前兩小時前預約,接線生才能先手動連線,一通長途電話可能要先花十五分鐘的時間設定。

這種事聽起來可能很誇張,但是我們的公用事業系統,常常要在二十四小時前先設定好發電和傳輸方式,而且在發電廠,若要人工強制執行,得預留十五分鐘的作業時間。

現代的電網可以回溯自一八八五年的春天,當時愛迪生和威斯汀豪斯一同競爭,設立電力的全國標準。興建電網被稱為二十世紀的工程奇蹟,但是打從愛迪生和威斯汀豪斯之後,電網的基礎科技就幾乎沒有變動過。

現在很多公用事業仍然不知道電網出了什麼問題,或是出問題的點在哪裡,一般找管線毛病的方式,是看申訴的用戶群在哪個區域,而不會直接收到問題訊號。各地分局常常要派遣維修工人去現場操作開關,才能處理好電網的問題,無法從辦公室下達指令。理想的方式,是讓電網偵測問題,然後自動修復,或是繞道傳輸電力。

一般情況下,電網內的傳輸量和配送量只有用到二○到四○%,發電廠只發揮三○到四○%的效能,很多發電廠一整年中其實只運轉數十小時,其他時間都閒置不用,只為了在夏天最熱的那五天可以啟動,支援冷氣的尖峰用電量。

順道一提,要維持這些發電廠的成本太高,就算在用電尖峰時刻,向消費者加收看似驚人的電費還是划不來。發電廠耗費燃料所產生出的電力,只比燒掉燃料產出的能源一半再多一些些,而且輸送過程中,又浪費了一○%,這被稱為線路損失。

公用事業不只需要克服龐大又沒效率的作業,也需要適應快速變遷的現代環境。因為現在住宅屋頂可以裝設太陽能電板,不但會流失客源,還必須想出辦法,讓居家所收集到的能源,納入電網的運用。

目前有一些地方,只有在配電網路負載量過大、無法供電時,太陽能和風力發電才會派上用場,這代表再生能源平時都用不著。而工程師正在研發控制房子的尖端科技,已經有建築師設計出更有效率的房屋,會趁離峰的時候運用電力,舉例來說,像是美國德州的奧斯丁市(Austin),會在晚間電費便宜時,將水冰凍起來,然後白天的時候,送風吹到冰塊上面,讓房屋涼爽舒適。

新的空調系統同樣也可以利用蒸發原理讓房屋涼爽,不用再開冷氣機,削減至少五○%的用電量。美國電網主要的設計目的,是為了供應熱天午後的尖峰用電需求,如果改變空調,就會大幅降低用電量。而照明也能變得更有效率,和白熾燈泡相比,LED燈泡可以減少八五%的用電量。公用事業還可以繼續推動改善電器用品的表現,從插孔到除草機,每樣東西都可以改善。

當人們大量採用電動車之後,隨時隨地都會有龐大的用電需求,耗電量等同商業大樓或是小型工廠,而且還會接電、移動再接電,公用事業必須發展強大的整合能力,不只要處理現在的業務,也要能提供其他業者協助。

很多科技能夠協助人們二度發明,舉例來說,如果將電池分布在電網中,讓電力得以儲存,發電就會更穩定順暢,成本也降低,發電廠的運轉效率也能拉高,只有在需要用電時,才從電池中提取。這樣一來,就不需要發電廠整年待機,卻只有少數幾天裡的幾個小時需要運轉。

固態變壓器運用先進半導體科技,現在也用在高速鐵路和軍機上,比傳統變壓器更可靠,價格卻低得多。此外,傳統變壓器是笨重的銅基設備,以後微型發電站只需要一間小機房的空間,不用再占據大片土地。

當用電需求低時,電網可以降低發電量,用最有效率的方式產生電力,而電動車也可以充當電網一環。以後,電網內的感應器可以發現問題、自動修復,或是讓電力繞道傳輸,就跟現在資訊網路處理資料一樣。

家裡和辦公室會安裝整排的智慧型電表,電網的供應平衡,不再只是製造更多電力而已,還可能由減少尖峰消耗量達成。電力將能雙向傳輸,從供電充沛的地方傳到需要的地方,不像現在由幾座中央發電廠供應所有的電力。

電池能改變電網,但是還沒有人將這種模型計算出來。有一連串還未釐清的問題,而且這還只是開端而已。一九四○年代的電話網路,原本用一大批的接線生轉接,公司必須願意不斷實驗,才能跳脫傳統模式,轉變到現今的資訊網路,並從中獲益。

公用事業和他們的供應商得加強合作的關係,而非各自忙自己的事情。和電網相關的公司必須投入研發標準規格,這樣每間公司、每部儀器和每位客戶才能彼此聯繫溝通。如果電訊公司、無線路由器的製造商和手機、平板電腦的開發商,只是各自改善傳送訊號的方式,那麼無線通訊的成效大概無法達到目前的十分之一。

無線上網的優勢是在早期就建立好標準規格,所以使用者和設備可以跟其他的使用者和設備連線。有時候,標準格式會自己出現,就像當年索尼(Sony)的VHS規格,打敗JVC公司的Betamax,成為家用錄影系統的標準格式。有時候,標準格式是由政府設定的,就像資訊網路一樣。

電力公司必須彼此配合,並且在計畫、資本設備升級和時程方面,與其他種類的公用事業合作。美國電網會不穩定,大多是因為兩種情況:一、暴風雨吹倒樹木,因而弄到電線;二、在傳輸過程或是各分區的配電流量出現問題。

第一種問題比較容易解決,把線路地下化,像是日本和歐洲大部分的國家就做到了。但是美國面臨的挑戰與技術無關,而是在財務,因為把線路地下化要花很多錢。不過,只要大家合作,就能解決問題。

本書作者之一史蒂芬住在紐約的時候,就曾看到街道被當地的電力公司聯合愛迪生(Con Edison)挖開,然後由政府運輸部鋪回街道,而在珊迪颶風過後,威訊通訊(Verizon)又把馬路挖開,埋進光纖電纜,強化處理基礎建設。如果光纖電纜、電話線、電力線和有線電視管線都可以一同鋪設在導管內,馬路只要開挖一次就好。

紐約市做過溝通協調,若馬路才剛鋪好又開挖,會被罰暫停使用開挖的路證,期間為五年,以減少重複開挖的情形。但是這個方式明顯無法發揮作用,因為公用事業單位無法同步整合彼此的維修和改良作業。

同樣地,因為缺乏協調整合,生產和配送電力的單位都受到波及。目前,公用事業各單位獨立開發自己的擴建計畫,而單單在美國,電力公司就有超過三千家,其中兩百家是大型電力公司,其他則是社區型或是由市政府經營的電力公司。

此外,美國的東、西部和德州的電網沒有連結,各自有效率地配送電力到獨立的電網。很多城市擁有電網,卻只有部分的電網連結至該州或其他地區。

如果協調控制配電的範圍可以更大,要平衡電網也就變得更容易、更便宜,光是利用各地的風勢、陽光和溫差就可以相抵平衡,而只要連結不同的時區,也能平衡電網,因為每日的尖峰用電時間和上班日有關,不同時區就會有差異。

再生能源平常被視為不可靠的供電來源,因為風跟陽光不會一直持續;但是我們的模型顯示,如果電網涵蓋的範圍直徑超出好幾百英里,而且發電來源超出一千個,就算夾雜著再生能源,攤平計算下來,供電量也會和核能發電廠一樣穩定。

數千間美國的公用事業公司,是由五十個州各自的公用事業委員會管轄,委員會幾乎不會跟其他州合作,試著用更經濟的方式讓產業升級。系統為了確保輸電穩定會超額供給,也就是以電力需求為基準,再多供應所謂備用容量(reserve margin),也就是多供應二到六%的電力,但是這是過往的做法,在資源革命時代,公用事業公司和模式必須跟上時代。

系統整合,一點巧思就能更省更快

雖然其他產業面臨的問題,沒有電網這麼複雜,系統整合的重點仍然適用,零售商需要更努力付出心力,讓貨架上的商品尺寸、樣式和顏色都維持正確,才能刺激銷售、減少浪費;計程車公司要改善排班和出車的方式,讓對的車輛在對的時間,出現在對的地方;醫院治療病患的方法要更有效率,不同症狀的疾病,就該找不同醫生。

奧的斯電梯公司發展出一套高度整合的方式,讓電梯運轉效率達到最高。每台電梯都能和中央服務中心聯繫,不只能夠回報錯誤訊息,也能通報使用時間、纜線耗損,以及乘客按下按鈕、到電梯抵達的等待時間,這麼一來,系統就可以運用這些資料改善服務。

奧的斯的軟體可以重新設定空電梯的預設位置,這樣電梯在中午到下午兩點的時間,就會到大樓的餐廳樓層待命,而不會像一大早的時候,預設停在一樓。資料也可以反向傳送,從中央服務中心傳到電梯:控制中心的專員可以從遠端處理很多電梯的問題,例如讓電梯避過施工中的樓層,甚至不用趕到現場,就可以快速地搭救因停電受困在電梯裡的人。

很多公司都能做到系統整合,奇異電氣就在二○一二年,決定把生產線從中國搬回美國,在肯塔基州路易維爾市(Louisville)製造節能熱水器。目的是要降低運輸成本,以及利用頁岩油和頁岩氣革命所帶來的低電費,另外還能縮短下訂單到交貨給美國工頭的時間,因為以前從中國運送熱水器到美國要花四週,通關又再一週。現在從熱水器工廠運到倉庫,只要三十分鐘。

在中國製造熱水器的時候,奇異電氣的設計工程師只做出規格書,然後承包商要自己想辦法做出東西來。一旦製造作業回到自己手上,奇異電氣的設計師、工程師、製造專家、生產線工人、業務和行銷人員聚在一起,才發現在現有的設計裡,有一個地方要將銅管捲起來,讓焊接更困難,而且會減損熱水器的耐用度,維修也不容易。

後來,奇異電氣重新修改了設計圖,並且在過程中減少二五%的材料成本,製造時間也從中國製造的十小時,降到二小時。雖然美國的工資比中國高出很多,但是美國製熱水器的零售價,和中國製的相比,還是能降低近二○%。

由於焊接的問題解決了,品質提升,保固期內的維修次數也隨之減少。因為設計和製造方面,採用了整合的方式,奇異電氣根據這些早期的成功經驗,花了八億美元擴增在路易維爾市的製造規模。

在二○○八年,安賽樂米塔爾(ArcelorMittal)用比利時根特(Ghent)工廠的先進設備,「改造」美國一間表現不佳的工廠,而且讓這間位於印第安納州勃恩港(Burns Harbor)的工廠進步神速,達到符合比利時工廠系統整合的標準。

這間工廠淘汰以往用電話、表單和人力的系統,改成用感應器和電腦控制系統,新的系統會通知工人種種作業步驟,像是:現在要把鐵倒入熔桶裡、攪拌金屬合金,以及把鋼鐵鑄成平板狀等等。原本工人會從線圈旁邊裁掉多餘的鋼鐵,現在經過系統改良,每年可以節省下等同一萬七千輛車的鋼鐵量。由於生產過程更加順暢,要讓鋼鐵先冷卻、然後又要再加熱的支援作業也減少,生產量增加了二○%。在鋼鐵廠裡,溫度就是金錢。

勃恩港的工會代表說:「鋼鐵廠的工作以前是八○%靠體力,二○%靠腦力。現在情況相反。」《華爾街日報》的記者問工廠的經理,有沒有可能以後只要他用iPad,一個人就可以讓工廠運轉了,經理的回答是:「這個問題目前還沒有答案。」

未來的成功方程式,想破壞現況你才找得到

公司一方面要處理複雜的整合問題,也要願意讓現行的商業模式接受試驗。舉例來說,因為住家和辦公場所的屋頂加裝太陽能板,就會有越來越多的能源因此產生,電力公司必須同時扮演電力的買家和賣家。用戶使用的度數勢必會明顯減少,而維持電網的成本卻很龐大,所以必須從不斷電系統收費,不能只靠用電度數收費。

一般來說,在資源革命期間,商業模式更需要多費心力。提出「破壞性創新」(disruptive innovation)的哈佛大學教授克雷頓.克里斯汀生(Clayton Christensen)形容,創新者進退兩難,這很類似我們所談的問題核心。

當前的公司無法把握破壞性創新的好處,原因不是經理人不好,而在於經理人太優秀,遵行以前行得通的方式。「漸進式創新」(incremental innovation)可以快速擴張規模和採用。而「破壞性創新」改變的範圍卻很廣,牽涉到客戶區隔、商業模式或是效能評估量尺,全部需要變革,因為以前可以成功的方式,現在已經行不通了。

克里斯汀生教授所描述是單一產業會碰上的變化,舉例來說,電弧爐和小型煉鋼廠取代了傳統鹼性氧氣煉鋼法(Linz-Donawitz)的過程。但是資源革命影響的範圍更大。譬如藉由消費性電子產品的方式,大幅改進電池,擴大電動車的市場,因而打破汽車市場,然後汽車可能變成了蓄電裝置,進而改變了原有電網的結構,因為以後可能在家裡就可以直接替汽車充電,或是將汽車電池拿到家裡使用,而且在晚上趁電費低廉時充飽。

美國智慧電網供應商銀泉電網公司(Silver Spring Networks)是業界的領導者,他們就證明了供應商可以利用改良過的電網,採用新的商業模式,這樣一來,到處都有提供電力的服務機會。

銀泉電網公司創辦人艾瑞克.德賽修(Eric Dresselhuys)其實是從超市得到了靈感。有一次他幫寶僑做超市的專案,才從條碼掃描機發現一件重要的事,掃描機對櫃台結帳的準確度和效率,並沒有太大的助益,反倒是對供貨的作業很有幫助。條碼掃描機讓零售商可以更準確地測量顧客需求,並且預測銷售,反映賣場的變化。

德賽修將這種邏輯運用到電網上,銀泉電網公司的電表特色,並非提供更精確的個人用電數據,而是更精確呈現電網的整體表現。當用電爆表時,電力公司即時就能掌握,對電網負載變動做出預測和反應。花錢更換帶有自動化系統的讀表器很值得,不過影響最大的地方在於,電網更可靠,同時又降低了營運成本和資本需求。

在二○一二年,珊迪颶風侵襲美東期間,安裝智慧電表的客戶比較不會停電,而且停電的時間會比傳統電表客戶短得多,因為後者得用很笨的方式,一個個幫客戶恢復供電。

另一家名叫自動電網(AutoGrid)的新創公司,則與銀泉電網公司合作,提供另一種新的商業模式。自動電網公司利用最新的資訊科技,分析智慧電表的資料,提供電力公司詳盡的用電量計算,讓他們可以為電網的變化做好準備。

C3能源管理公司(C3 Energy)有遠見,更向前邁進一步。公司的創辦人湯姆.賽伯(Tom Siebel),他在一九九○年代中期創立了賽伯系統(Siebel Systems),創先發明了銷售流程自動化(Sales Force Automation)的工具,後來在二○○五年,以五十八億美元的價格將公司賣給了甲骨文。

C3能源管理公司利用收集而來的大量資訊,幫助公用事業改善顧客滿意度、降低成本,並改善網路的效能。現在業務經理可以研究客戶的用電模式,提供很明確的反饋,改善用電效能,例如電力公司可以打電話通知大型賣場,告訴他們店都已經關了,可是冷氣卻還開著;或是店裡的用電量出現波動,表示空調的壓縮機快要壞了。

電網輸送過程中,電流若有不規律的增減,會造成電力的浪費,C3的工具也可以減少這種情形,而且全美國電力流失率現在大約為一○%,若能降低至三到五%,就相當於減少數十座發電廠的需求。(摘錄整理自第5章)

公司若想從資源創新中得到最多的好處,必須致力於整合系統。例如:改良網路效能,如果能夠了解網路各個環節的合作方式,就能將運作效率提升到最高。

 

資源革命:如何抓住一百年來最大商機

史蒂芬‧海克(Stefan Heck), 麥特‧羅傑斯(Matt Rogers)/著

黃庭敏/譯

大是文化出版

售價:340元

 

作者簡介

史蒂芬‧海克 Stefan Heck

加州大學聖地亞哥分校認知科學博士、史丹佛大學教授,專長為企業創新、資源經濟學、再生能源、物流運輸改良、跨國生產。

 

麥特‧羅傑斯 Matt Rogers

耶魯大學商管碩士,麥肯錫公司舊金山分部董事,曾任美國能源部長資深顧問,負責管理復甦法案三百五十億美金的款項,專精於油電資源、再生能源等。


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