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需量反應技術掌握智慧建築能源資訊

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使用資通訊技術監控能源狀況,已成智慧建築的重要設計。DIGITIMES

工業革命後,「電」逐漸成為生活中的「必需品」,也因此在近年能源成本直線飆升的情況下,「節能」變成全球重要挑戰,透過資通訊整合用電資訊的應用模式,也成為用電節能的一項不可避免的發展模式,「需量反應」(Remand Response)技術也因此成為節能的殺手級應用。

在日本311大地震後的福島核電危機後,能源的開源與節流更成為現在政府必須正視的問題,全球各國政府除尋找更多能源來外源,推動各類節能措施也成為重點策略。

各國政府對節能策略的重視,帶動了能源管理商機,而透過資通訊技術管理的「能源資通訊」(Energy information and communication technology;EICT)技術,也因此成為此類的應用主流之一。EICT主要是導入資通訊技術的能源營運系統,用以量測、擷取、校對資訊,再將之分析並制定決策,提供高效率與最適化的能源應用,以達成節能的目的;EICT系統中,開放式的自動化「需量反應」是其應用的最重要面向,此技術更是智慧建築的重點應用領域。

從需求面管理能源

「需量反應」簡單的定義,就是從需求面來進行能源的管理,透過終端用戶從正常消費模式中改變電力使用,以回應隨時間改變的電價,或在高零售市場價格或系統可靠度損害時,抑低電力使用的補助。

以需求端來看,使用者透過供給端提供的優惠方案,將設備主控權交給第三方控制,以最簡單的經濟學供需原理來說,需量反應就是供應方用動態調整的計價方式,使用戶需求量降低,減少用戶的總電費,以舒緩供電壓力。

需量反應是「本身不會產生能源,但可透過卸載或調度能源的方式,來達到供需平衡以達成節能」的技術。事實上,需量反應也是一種資源,或稱為需量反應資源(Demand response resource,;DRR),美國聯邦法制委員會甚至把需量反應形容為智慧電網的殺手級應用;而在美國國家標準局所列出的8個智慧電網應用領域中,需量反應及能源使用效率則是名列第一。

以技術端來看,需量反應是一套資訊系統,藉著動態與及時的資訊流與電力流雙向溝通,平抑尖峰用電及改善離峰發電過剩等現象;但在服務上,需量反應是一套顧客導向的制度,藉著大大小小用戶的主動監控,來進行調整負載。因此,需量反應可視為一種虛擬電廠(Virtual Power Plant;VPP),以美國佛州為例,透過需量反應應用,在執行過程中就省下了2,000 MW的電力,這相當於四座電廠的容量,顯示需量反應技術的確具有極高的節能可行性。

但傳統的需量反應主要是以「人為」來進行操控,它有點像是高速公路交通行控中心,當某些路段雍塞之時,行控中心會透過LED顯示幕通知駕駛前方路況,以及閘道儀控燈號管制車輛行駛的做法。

由於這樣的需量反應控管均是透過人工進行,不但溝通協調需要時間,如果判斷負載狀況錯誤,更可能會造成連鎖反應產生問題,因此有廠商導入自動化設備監控,成為自動化需量反應應用;而近年來「開放互通」成為主流需求,希望透過共通的標準將不同共用事業的需量反應系統彼此相容互通,因此整合資通訊的開放式自動化需量反應系統的規劃,就此應運而生,這也成為能源資通訊發展的一項契機。

解決用電資訊不對稱

開放式自動化需量反應,可說是打破供給與需求面的資訊不對稱的技術,它由配電端到用戶端建立統一而透明的需量訊息,並讓這些資訊可以在多種通訊媒介間穩定而安全的傳輸,讓雙方可即時知道電力用戶端的「可調節量」與「用電量」等相關資訊,以自動化的技術進行備載的調整。

要達成需量反應的自動化與透明化,有3個項目需要被考慮,第1部分是「即時感測、蒐集與校對」,由於整合性控管的需求,必須蒐集建築中每一設備之用電資訊,並檢查資料的有效性及合理性與修正超標誤差,這些工作是通訊系統所能介入的層面;第2部分則是「分析決策作動」,透過已蒐集及統整的資訊,分析建築內各用戶的用電行為來建立常態用電模式,並進行異常事件的判斷與決策,由於包括分析、預測、決策及控制的反應必須於短時間內完成,要靠高效能的資訊設備以達成目標。

至於最後一個層面,則趨於智慧建築內節能管理面向的最適化,在前端的資訊及後端的分析架構健全後,用戶端可針對其自身需求,與供電端來約定最適化的優先方案,不論是價格、效率、生產或是舒適要求,均可透過用電管理,達到「最適化」的目標,將無形的用電量「視覺化」,讓使用者具體感受用電的狀況,進而對用電行為提供具體精確的改善建議,利用資通訊技術讓用電設備自行調節,這是開放式自動化需量反應控管的最重要精髓,透過互相溝通、協調來調整用電,產生系統化管理綜效,將是整合能源資通訊系統與EMS的未來發展主要趨勢。