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永續發展與城市智慧節電

2016/05/05 經濟部能源局 點閱人次: 600

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撰文/馮明惠、吳建明、蔡家緯、吳瑞明、蔡坤成 資料、圖片提供/財團法人資訊工業策進會

面對城市人口快速成長所造成的能源消耗及效率降低等嚴峻問題,各國如何有效分配及運用其資源,需要仰賴事前審慎的應用規劃與導入,來降低人口快速集中所帶來之衝擊。為此,「智慧城市」的概念因應而生。

根據聯合國的統計資料,1950年全球只有30%的人口居住在都市,2014年此比例已攀升至54%,預估至2050年將超過70%;此外,1954年全球僅有2座城市人口達1,000萬以上,2014年已有21座,預估2050年將高達100座以上。

伴隨著全球人口持續增加、居住地點集中都會區等現象,城市運作效率的問題已逐漸浮上檯面。為此,各國政府莫不嘗試透過導入資通訊技術 (Information and Communication Technologies, ICT),帶動城市機能升級為「智慧城市」,期以科技結合相關城市建設,解決各種包含公眾服務、交通、環境、能源等問題,最終提供市民更好的生活品質,友善及永續發展的生活環境。

何謂智慧城市?

智慧城市的發展起源於IBM所提出的智慧星球(Smart Planet)概念,其後延伸出相當多不同的定義與名稱,包括資訊城市(Information City)、數位城市(Digital City)及無所不在的城市(Ubiquitous City)等。這些都希望透過資訊的傳遞及背後運算機制的開發,提供包含能源、環境的監控等各種相關服務,藉此提升城市競爭力及市民的生活品質。智慧城市的範疇與應用大致可分為9 個面向:智慧政府/智慧教育、智慧能源、智慧醫療、智慧安全、智慧建築、智慧交通、智慧建設、智慧科技、智慧市民。

綜觀各國智慧城市應用之主要佈建方向,以能源管理建設(如:智慧電網、居家節能等)最為普遍,其次為智慧運輸、智慧電動車等交通建設,至於智慧建築與智慧住宅也頗受各國所重視。本文將就智慧能源管理的幾個主要技術發展,做一詳盡的介紹。

SAVE智慧需量反應系統

我國現行電力環境遭遇區域供電瓶頸、核電將逐年除役與新能源開發不易等問題,備轉容量面臨不足之危機。2015年7月初正值用電尖峰期,因和平火力發電廠蒸汽水管破管停機,以及協和電廠供電下降,更讓備轉容量率掉到1.90%,供電情勢變得十分嚴峻,更凸顯抑低尖峰負載的重要性。

由於我國電力用戶的行為模式逐漸改變,低壓用戶用電量已超越高壓用戶,成為尖峰負載的主要來源。因此,如何針對低壓用戶研擬有效之自動需量反應服務,包括時間電價、夏季尖峰需量反應服務、直接負載控制服務,並協助電力公司進行大規模試行驗證,以發展符合我國電力系統尖峰負載管理之電力應用服務,是刻不容緩的事。

資策會近年來發展符合OpenADR國際自動需量反應技術規格之SAVE智慧需量反應系統(Smart and Valid Energy)(見左圖),成功取得4張技術認證,相關技術發展與國際電力技術先進公司並駕齊驅,為我國自動需量反應技術最完整之團隊。近年來資策會以自動需量反應技術與台電公司合作,由單一建築之智慧化需量管理建置開始,逐漸擴大到涵蓋多個建築的園區自動需量反應系統驗證,並得到很好的尖峰負載管理效益。2015年進一步與台電合作,在內湖及松山供電瓶頸場域進行空調自動需量反應試行,建立我國第1個實際用戶場域之自動需量反應系統,驗證我國能源資通訊技術之實力。

需量反應用戶群代表系統

在電力供應端開發不易的情形下,我國參考歐美日韓先進國家,積極推動需求端管理(Demand-side Management)措施;其中,需量反應用戶群代表模式(Demand Response Aggregator)(見上圖)為一重點項目,透過用戶群代表模式,可協助電業累積中小型用戶之卸載需量,發揮聚沙成塔效益,以進一步提高抑低尖峰之成效。

有鑒於此,資策會與國際用戶代表廠商EnerNOC合作,實際導入模式並於場域中進行實證,以協助我國電業與能源服務廠商瞭解實際的運作方式,藉由研擬能源資通訊互通性規範,藉此協助我國能源服務商之系統與國際廠商EnerNOC之系統介接。主要的系統介接策略,包含半自動化介接策略、直接介接策略與橋接式介接策略,以克服我國空調系統與控制設備的差異性與封閉性問題,並於4個場域中實際進行6次需量卸載聚合實證,平均達成率101.2%。

用戶端再生能源智慧調度技術

我國當前所推動的再生能源政策,期望藉由開拓太陽光電、風力發電、儲能系統等多元化新電源,彌補不足的電力。但因現有用戶端再生能源的應用方式未能與電力公司的負載管理整合搭配,以致對抑減尖峰負載的效果不大。其解決方式,可將用戶端再生能源智慧調度技術與負載管理結合進行整合應用,開創1種新型應用模式。

依據電力公司時間電價的尖離峰費率價差、契約容量電價結構、以及需量反應/需量競標的獎勵回饋方案,經由對太陽光電的發電量、儲能設備的充放電、以及可控負載設備的卸/復載的整合運用,應用資通信技術與智慧運算,做最佳化調度運轉,除可降低用戶對市電的尖峰負載需求外,並可利用電力公司所提供的多種優惠電價與獎勵回饋。

應用智慧調度技術將再生能源應用在負載管理上,除可降低整體用戶的尖峰負載需求,協助減緩我國所面臨的缺電危機外,並可提升再生能源經濟效益與投資誘因,加速相關產業與應用的發展,提升再生能源發電量佔比,降低碳排量,協助政府推動及落實綠色能源政策目標。

In-Snergy智慧綠能聯網共通平臺(Intelligent Energy Management System)具有高效能、高可靠度、高穩定度的特性,可以有效地整合軟硬體產業,協助節能社區、節能工廠、節能大樓、節能校園等多元發展,使企業更有效管理能源使用,提昇國內外市場的競爭力。

In-Snergy內含多種國際級解決方案,包含「智慧綠能家庭管理」、「企業能源管理」、「智慧照明管理」及「再生能源監測管理」,透過精準的電力監測、雲端智慧統計分析及遠端遙控,提供一系列完整的智慧綠能聯網平臺(見上圖)。此外,透過In-Snergy平臺所提供的We bAPI,廠商亦可自行開發雲端綠能應用服務(Stratus),彈性化的架構,以滿足不同的商業需求。

In-Snergy特別針對企業用戶設計「企業能源管理解決方案」,能具體協助中小企業,導入Ectuary系統(企業能源精算師系統)(見下圖)分析企業的用電習慣,進而找出可能的節能空間,再藉由調配尖、離峰的用電習慣、需量控制、卸載等方式,減少超約罰款的可能。此系統已導入國內、外超過300家的工廠及營業場所,成功協助企業透過有效的能源管理與運用,省下10∼20%的能源,此方案在2015年更前進菲律賓,協助臺資企業成功省下12%之能源。

針對家庭用電管理所開發之「智慧綠能家庭管理解決方案」目前已累積逾3,000戶的家庭使用經驗,透過整合一系列硬體設備、簡單安裝設定即可使用的系統,消費者可藉由APP了解家中即時、歷史用電狀況,亦可藉由智慧插座,針對設備進行排程的控制、電力超載的斷電保護、遠端遙控,協助每位消費者輕鬆打造智慧綠能家庭,讓能源的使用更加smart!

最後,「智慧照明管理解決方案」提供有別於以往需仰賴人力巡邏、或是居民回報路燈異常的狀況。此平臺可配合日照時間設定路燈自動開、關、調整亮度,甚或透過系統診斷了解路燈的運作及異動狀況,更有效率地同步管理數以萬計之路燈。

有鑑於再生能源是現今環保議題中重要的一環,但使用者或業者往往不了解所架設的再生能源生產電量、用電量及發電效率等問題,由資策會智慧網通系統研究所團隊所研發之「再生能源監測解決方案」即是一監測再生能源的管理系統,此系統現已與國內業者攜手合作,並成功導入國內、及國外日照最為充足的布吉納法索、南非、尚比亞、羅馬尼亞、奈及利亞等國,協助建置在當地學校,藉由監控太陽能供電狀況,讓需要仰賴太陽能電力的教室照明、打水系統、多媒體電腦設備,能夠持續及穩定地運作,此系統堪稱是真正的臺灣之「光」。

結語

資策會智通所研發之「SAVE智慧需量反應系統」、「需量反應用戶群代表系統」、「用戶端再生能源智慧調度技術」及「In-Snergy智慧綠能聯網解決方案」,目前已透過技術授權、共同開發等方式,協助廠商整合解決方案進軍國際市場,未來企盼能藉此帶動臺灣智慧綠能相關產業鏈業者整廠輸出、以臺灣資通訊科技能量做後盾,推動產業打造創新營運模式、開創產業新願景。


關鍵字:智慧城市,資通訊技術,智慧需量反應系統,再生能源

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