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研華利用工業自動化的無縫整合打造綠世界

綠能產業涵蓋的技術與系統相當廣,要讓不同系統順暢運作,不但需要穩定設備,高相容性的通訊標準更是不可或缺。

MyAdvantech Magazine No.18

能想像一向燠熱的印度,竟然飄下鵝毛大雪,以往在春天盛開的櫻花,竟然在冬天就花滿枝椏嗎?工業設備帶來的大量排碳,讓地球環境驟變,氣候開始異常,面臨此態勢,發展綠能成為世界各國難得的共識,當然也同時帶來龐大商機。

風力發電有效管理

近年來,工業電腦的應用觸角由原本的工業製造,逐漸延伸到其他垂直產業,其中綠能領域的應用比例已逐步提高,研華公司工業自動化協理葉長泰表示,工業電腦產品延續以往應用於製造設備的穩定特性,再加上後來逐步導入的連網功能,這些特色都成為工業電腦在綠能產業發展的利器。

以大陸位於內蒙古的風力發電場為例,風力發電需要夠大夠穩定的風場,才能提供持續而固定的電量,然而適合的風場都在極為空曠且多半惡劣的環境,一般不是在海邊,就是在一定高度的山坡或高原,這些環境對運作的系統設備與維修的專業人員,都帶來相當嚴苛的挑戰。

由於現在風機高度都在150公尺以上,要到塔頂維修或變動風機參數,其工作十分繁重,因此目前的作法都是在塔底設前置機,而研華工業自動式業群所生產UNO及TPC系列嵌入式產品就非常符合前置機的應用環境。而隨著風向風量的改變控制系統必須即時的調整參數,直接控制器控制上端的變槳或葉片角度,使其受風角度最佳化,提升發電效率。而APAX系列可程式自動化控制器的高速運算功能則可滿足系統的效能響應。

特別報導Special Report為簡化維修工作,同時又能提升效率,現在的風機都採用遠端監控,利用光纖串連結各風機,同時導入智能視頻監控(Intelligent Video System;IVS)平台,後端系統可由遠端查看前端系統狀況,簡易故障或參數改變可從遠端直接維修調整,重大故障也可由系統擷取的資料,在後端判讀故障原因,減少維修人員在現場的作業時間。

至於在風場管理方面,李守仁指出,現在大多是將數個風場連結起來統一管理,並進行發電量的統一分析與比較,這就需要大量的工業自動化技術,以研華的應用案例來看,2011年7月,大陸的聯合動力公司在山東濰縣設立了第1個離岸型發電風廠發電量達48MW正式進行商業運轉,往後風場的管理不再是單一風場數十台風機而是將數個風場加以串連管理,但各風場的風機數量龐大,以聯合動力為例,由研華協助在北京新設立的風場管理系統就有超過1,000台風力發電機組,資料採擷點多達36,000個,為有效管理這些龐大數據,研華透過旗下的軟硬體設備結合WebAccess透過遠程管理,將資料加以分析、控制,降低管理難度,讓客戶產生巨大的效益。

IEC 61850讓電網更有智慧

在輸配電端,智慧電網改變了以往的系統型態,傳統的輸配電系統相當龐雜,各子系統之間的訊息不一定能互通,在智慧電網架構中,美國電力研究機構(EPRI)、公用通訊架構(UCA)及IEC 60870-5委員會制定出IEC 61850標準,用以統一各子系統的通訊協定。

葉長泰指出,IEC 61850規範了智慧電網中,輸配電部分的通訊協定與硬體規格,在通訊協定部分,電網下層系統設備可透過特殊通訊埠連結Substation Gateway,Substation Gateway會將各IED間不同的協定轉換為IEC 61850標準通訊協定,如此一來整體輸配電系統各子系統間的通訊協定一致,有效提升系統的控管效率與維護。

除通訊協定外,IEC 61850在硬體方面則制定了IEC61850-3規範,用來保護硬體內的訊號不會因外部干擾而流失,研華在硬體方面提供完全符合IEC 61850-3標準的平台,I/O與通訊產品,讓客戶設備可與國際標準系統無縫接軌。

就整體來看,智慧電網與傳統電網的主要差異有二,一是讓原本僅從電廠到用戶的單向電流變成雙向,二是讓用電資訊可視化,由單向變成雙向是指原本只為受電端的用戶,也可架設如太陽能板或風機等再生能源電機為己用,若有剩餘電量,則可透過電網回賣給電力公司,用電資訊可視化,則是利用智慧電錶,詳細記錄家中各設備的用電量,分析累積起來的數據,就可制定最佳用電方式,以減少電費開支。然而智慧電錶需要用到特殊規格的I/O控制器,同時傳遞訊息的通訊協定也不同,目前全球仍無公認的一致標準,多由國家主導,各國所採用的標準也未必相同。

智慧電表在綠能產業中,位居輸配電與用電兩個領域的交界,研華在智慧電表商機中亦積極與相關廠商搭配合作推出可信賴解決方案如資料收集器與工業級網通產品等,同時也能針對不同需求,進行一定程度的客製化。

聰明打造智能建築

建築物的節能減碳,一般都是因內外兩邊同時施力才開始有動作,所謂的「內」是內部誘因,透過節能減碳來降低能源使用費用,「外」則是外在壓力,這部分多是政府的政策規定,例如台灣教育部規定各院校每年需達一定的減碳標準,否則來年補助將會降低,大陸則是總面積2萬坪以上的公共建物,會納入能耗計量管理,因此新設建築必須以同一緯度的最新能耗標準來作為設計基準,用此來強制建築物主落實節能策略。

李守仁表示,建築物的節能目標,一般鎖定燈光與空調兩種系統,在大樓施工中,這兩系統並沒有整合在一起,因此節能系統必須要將兩者同時納入,才能有效管理,這種異系統的整合,必須有大量的客製化設計能力,而研華在此投注了龐大資源,研發各種燈光與空調的協會標準,同時再搭配研華本身的SCADA軟體產品WebAccess,以控制設備硬體與資料擷取軟體組成完整解決方案。

綠能是全球未來極為重要的產業,不過由於涵蓋的產業面積極廣,設備不但對穩定性有高要求,而且各子系統的必須鏈接互通,方能讓系統效益最佳化,工業電腦過去應用於各垂直產業的技術,正可無縫轉移到綠能領域,研華作為全球工業電腦龍頭,也早已積極跨入發展,並已有多起成功案例,未來研華仍將密切關注市場動態,打造綠能地球。(林稼弘 / 整理)

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