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能源資通訊應用─智慧節能控制技術

2015/09/05 經濟部能源局 點閱人次: 603

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撰文/梁佩芳、陳俊宇 圖片、資料提供/財團法人工業技術研究院

隨著社會高度開發,人類耗用能源的速度也越來越快,生活中的食衣住行育樂每一項都要消耗可觀的電力。如今,先進國家已紛紛導入資通訊科技,用最新科技協助達成節能績效,而我們,也正準備迎頭趕上。

能源資通訊之定義與應用範圍

能源資通訊(Energy Information and Communication Technology, EICT)係指利用資通訊技術對能源使用進行即時監控,達成最佳化管理,以節約能源或提高能源使用效率,技術應用範圍主要包括電力系統之輸/配電自動化系統(Transmission and Distribution Automation System, T&DAS)、智慧電表系統(Advanced Metering Infrastructure, AMI) 及能源管理系統(Energy Management System, EMS)等。

國際發展現況

智慧電網為能源資通訊技術應用的整體呈現,近年來全球主要國家均投入智慧電網的發展,以擴大再生能源的占比並帶動電力系統之效率提升。智慧電表系統被視為智慧電網系統建置的切入點,是連結電力供應端與需求端的基礎架構,為啟動下一代節能減碳所需。目前瑞典、義大利及芬蘭已完成全國布建,歐盟多數國家、美、日、韓等國均展開大規模建置,其他國家亦多啟動示範計畫。智慧電網之發展與全球減碳之趨勢亦帶動能源管理之需求,各國政府透過政策推動建築物能效提升與產業節能,除系統大廠施奈德(Schneider)、西門子(Siemens)、漢威(Honeywell)、江森自控(Johnson Controls)等既有領導廠商外,亦吸引資通訊、電信、建商、保全、家電等多元廠商投入。EnerNOC、Opower 及Energy Pool等新興廠商透過能源資訊整合與分析決策管理用戶負載,協助電業進行供需調度。

我國發展現況

一、智慧電表系統

智慧電表除了用電量測外,另具備雙向通訊功能,可定時將用電資訊回傳電力公司,用戶可透過APP或網站獲得用電資訊,以利用戶進行能源資訊分析與用電管理。AMI之系統架構如圖1所示。我國電表產業已有相當之基礎,為協助產業爭取國際AMI建置之市場商機,能專計畫發展符合歐規(IEC 62056)及美規(ANSI C12.22)之通訊軟體堆疊、電表網路通訊與安全技術及電表資訊管理系統,完成自主化AMI全系統建置方案,相關技術成果技術移轉予國內廠商,團隊授權廠商發展之歐規智慧型電表請見圖2。

二、工業節能管理應用─工業燃燒系統優化操作

工業耗能可區分製程耗能與非製程耗能(公用系統)兩大部分,然而其次系統種類眾多,各次系統之耗能型態與特性又因業別差異會有所不同。依據美國能源部ITP(Industrial Technologies Program) 計畫統計,工業能源使用的生產製程耗能約占35%,而公用系統(Utility System)則占約65%。能源局為提升工業加熱系統能源效率,發展不同波長光強度校正與換算技術,以可見光攝影機達成二維場域之溫度量測,溫度量測範圍涵蓋攝氏700度至1,200度,可根據實際溫度量測資訊進行自我校正,平均相對量測誤差≦3%;並對工業燃燒系統之需求,發展自我優化操作技術,透過尾氣濃度量測,自動推斷燃燒狀態資訊,並自動建議最佳操作策略,以解決傳統操作所遭遇的問題,包括量測資料延遲、火焰行為資訊不足、手動操作無法即時及系統化運作等,透過優化提升燃燒效率在1%以上。本技術已應用於石化業之燃煤鍋爐,藉由自動化的總燃燒空氣調整,在兩批不同煤源之測試期間,可提升汽煤比0.6 ∼ 3%,對於60百萬瓦(MW)汽電共生爐,每年約可減少1,000噸的用煤量與2,500噸二氧化碳排放,相當於節省新臺幣500萬元/年,優化操作流程如圖3。

三、建築節能管理應用

2014年建築耗能約占我國電力總消費的19%,其中用電最高之次系統包括空調與照明。為即時掌握各次系統之用電狀態,用戶多以電力盤表量測設備耗能,分析其耗電量、累積用電、運轉效率,以調整其操作方式或維護保養排程,為進一步提高系統之運轉效率,能專計畫針對空調冰水系統之特性,發展優化操作技術,首先建立空調整體能耗模型,以室內影響能耗之關鍵因素進行參數分析,並持續進行模型之自適應修正。依據現場需求,優化平臺將自動調整空調設備運轉狀態,在維持室內舒適度之條件下,降低中央空調系統之運轉能耗,單位能耗(kW / RT)可由1.3 ∼ 1降至1.0 ∼ 0.75。目前已應用於多家企業總部,並與廠商合作發展適於物聯網應用之能源管理套件,系統功能架構如圖4。

四、智慧家電互通協議

家庭能源管理系統之架構設計與建築能源管理系統類似,但由於家電缺乏共通通訊界面,以致系統整合工序複雜且成本高昂,使得用戶導入家庭節能應用之意願不足。為了建立跨廠牌之智慧家電聯網互通性,能源局自2012年與家電大廠共同推動智慧家庭物聯網通訊協定,至2014年,累計完成冷氣機、除濕機、冰箱等15類家電通訊協定草案。該草案交由台灣智慧能源產業協會進行產業標準之研議,於今(2015)年1月30日發布「智慧家庭物聯網通訊標準TaiSEI 101」,協會會員包括家電及網通廠商,而國內五大家電廠商包括大同、東元、台灣日立、台灣松下及聲寶,已依循此一標準,陸續推出合乎產業標準之產品,產品類別包括冷氣、熱泵熱水器、除濕機等。

資通訊為我國產業之優勢領域,能源局引領資通訊產業投入能源服務之發展與應用,並觸發智慧電表與能源管理應用之成長,產值規模由2008年新臺幣80億元成長到2014年新臺幣224億元,未來將持續投入關鍵技術之開發與應用推動,協助達成我國之產業發展與節能減碳目標。


關鍵字:能源資通訊,智慧電網,智慧電表,節能

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