資策會/能源資通訊技術應用案例

資策會/能源資通訊技術應用案例
當務之急,是發展能源資通訊技術,朝向提高能源效率的方向來邁進。
 

近年來由於地球溫室效應帶來全球氣候極端異常所引發的災害日益嚴重。造成溫室效應的氣體中,最主要的是二氧化碳,其次是氧化亞氮、甲烷和氟氯碳化物及臭氧。根據世界資源研究所之研究統計,能源消耗是溫室氣體的主要來源,約占世界溫室氣體排放總量之66% 。因此,施行『節能減碳』政策,已經成為世界各國不可避免的國際責任。但由於新興國家對能源的需求量

仍然逐年高漲,為減少溫室氣體的排放,除了抑制能源使用量之外,當務之急,是發展能源資通訊技術,朝向提高能源效率的方向來邁進。

能源資通訊技術(Energy Information and Communication Technology, EICT)係指結合網路通訊技術、能源資訊分析技術、能源應用控制技術,以達到優化能源使用效率、安全性與便利性之目的。能源資通訊技術應用範圍主要在於用戶端與能源供給端,本文將就需量反應服務與電力用戶代表(Aggregator) 營運模式等應用案例進行說明。

元智大學需量反應服務實施案例
需量反應一直是電力領域重要議題。各國的電力公司均透過制定各式需量反應措施來達到負載移轉、尖峰抑低或季節性用電抑制之效果。現行最常見需量反應措施為時間電價(Time Of Use,簡稱TOU),透過劃分尖峰、半尖峰、離峰不同時段提供不同價差,誘導用戶將負載分配到離峰時段,此措施在我國實施非常成功。

我國現行電力環境面臨區域供電瓶頸、核電將逐年除役與新穩定能源開發不易,將對備轉容量造成危機。面對我國未來非核家園的遠景,為維持穩定用電,持續經濟成長動能,提升用電戶尖峰負載管理技術與應用,已經成為刻不容緩的工作。

資策會近年來發展OpenADR自動需量反應國際標準系統,並且於2013年通過OpenADR (Open Automated Demand Response) Alliance技術認證,成為台灣第一、亞洲第二個完成OpenADR 2.0 A/B VTN Server Nodes (Virtual Top Nodes)與VEN Client Nodes (Virtual End Nodes) 認證之研發單位,充分展現我國在能源資通訊領域具備與世界先進國家並駕齊驅的科技研發實力,為智慧電網相關產品與服務發展鋪路。

資策會發展符合 OpenADR 國際標準的「自動需量反應平台」(Smart and Valid Energy, SAVE),應用於元智大學三館教室的空調系統作為驗證場域,建置模擬雲端電力節能之管理系統,其系統架構如下圖所示。其中,在三館空調系統採用之氣冷式冰水主機共八台,其廠牌型號、安裝時間與容量也相異,而由冰水主機與教室的對應關係得知負載分配故並不均等,因此難以利用計算方式由單一冰機的耗能分析推估整個三館教室空調的整體行為,故本研究之驗證方法將八台冰水主機全納入實驗,作為需量反應節能方法之實施對象。





實施之節能策略由系統控制之功能模組依照課表於課堂開始前五分鐘將供應欲上課的教室之冰水主機啟動,並於課堂結束前十分鐘將所有冰水主機進行卸載;若能源交易模組接收到來自於主動式需量管理伺服器發布之卸載命令,則透過功能模組於課堂開始前五分鐘將低於回水溫度設定以下之欲啟動的冰水主機根據卸載等級進行卸載。而卸載等級之部分參考自OpenADR 2.0 所訂定之規範分為低、中及高三等級。而考量教室內之舒適度,將以溫度較低之冰水主機為優先,並於每十五分鐘輪流卸載,冰水主機在卸載切換時,應先卸載再復載,以避免重複用電時間產生電力高峰的現象。以下詳細列出元智大學原有節能策略與本研究提出之節能策略之特點比較。



 

在元智大學示範場域中,本研究依據「102 年4 月中央氣象局桃園觀測站量測之實際溫度」與「元智大學三館八台氣冷式冰水主機之實際總用電度數」進行回歸分析,預估約可節省2 萬6 千度用電量。以此迴歸分析為基礎為負載預測與產生用電度數基線之依據,並在103年4 月11、15 ~ 18 日實際進行需量反應實驗。並且根據三館教室之冰水主機省下的用電量約占三館整體總用電量1.58%,推估未來元智大學全校實施的節能效益約可節省31 萬度的用電度數,如下表所示。

中山大學Aggregator 應用實施案例
電力基礎建設攸關國家經濟、社會發展和民眾生活便利。因此,各國政府皆積極投入電力系統研究,其中智慧電網被是為未來主流,它具有效整合分散式能源功能,進而提高能源效率。

利用需量反應與智慧電網互補,可達到電能最大應用效益。以美國需量管理方式為例,大學總務處可做為電力用戶代表(Aggregator) 營運模式,此技術與整套系統國內尚未提出解決方案,亟需實驗場域進行相關技術與商業模式試驗。因此,資策會與中山大學合作,參考國外電力用戶群代表(Aggregator) 之營運模式,建立一套營運機制透過系統建置與實地實證。系統應用混合式感測網路資產管理技術,建置Aggregator 服務平台,管理前端訊號收集器與設備資訊,並透過能源即時感知技術,收集電錶每分鐘即時用電資訊、太陽能發電資訊、電動車充電資訊,再由資訊異常狀態感知服務控制冰水主機的輸出功率。



 

Aggregator 服務平台整合即時電能監測系統、智慧型太陽能停車場、中央空調用電需量反應控制系統,發展即時能源系統異常感知系統技術,透過視覺化管理介面,提供網路效能與通訊安全狀況異常監測與分析技術,可即時監控一萬個以上之能源設備與資通訊設備,即時呈現與監控廣域網路之設備、狀態及效能,並透過系統分析結果,提供管理人員系統異常狀況之回報與異常狀況肇因分析,提升管理人員異常狀況排除效率。

結語
資策會研發之能源資通訊技術已逐漸應用於校園、企業、工廠,並且促成產業鏈進行垂直整合,當中包含了硬體設備商、網通產品製造商、系統整合商,進而提供客戶能源監控管理系統整合方案,提昇相關業者產品價值與市競爭力。未來資策會將透過技術授權、共同開發等方式,協助廠商整合解決方案進軍國際市場,企盼能藉此帶動台灣能源資通訊相關產業鏈業者整廠輸出、以台灣資通訊科技能量做後盾,促產業打造創新營運模式、開創產業新願景。

撰文/財團法人資訊工業策進會 智慧網通系統研究所 馮明惠、蔡坤成

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