《圖一　我國歷年電氣火災統計》

節能從小做起　挖掘家庭用電面臨問題

整體來看，目前家庭用電常常面臨以下幾類問題：

• ●無法即時知道目前各項電器用電量，導致用電浪費：事實上，一般人認為越不起眼的小電器，反而耗電更可觀，以Sony Play Station 3和XBox為例，一年開機耗電量約是電冰箱的五倍，此外，電漿電視比一般電視多四倍。家庭各項電器個別用電情形，目前無法即時知道，只能等兩個月電費帳單來才能知道家庭用電總度數，然而也無法了解各種電器的耗電量；使用者對於用電資訊茫然無知時，無形的用電浪費就會發生。





• ●電器老化，察覺了嗎？家裡的電器目前大都是使用到無法運轉才予以汰換，可是老舊的電器因機件老舊，耗能早已超過額定值，有可能多消耗的一年電量就足夠更換一台新的電器設備，更有可能老舊電器耗能增加導致機件過熱，因而發生火災事故，造成生命財產的損失；無法得知耗能是否已超過額定值，就無法有效監控電器情況，電器火災就無法有效避免。





• ●電器異常、電線老舊、超載，有警覺嗎？導致電器火災的原因很多，主要是設備使用不當、超過負載造成線路短路以及電器老舊電流不穩、過熱起火；而在電器或線路發生異常時通常會有電流過大、過小、短路等異常發生，當電流出現些許不穩定的狀況時，使用者很難立即察覺，等到發生時通常已經釀成大災禍。





• ●拔除插頭才能關閉待機電力，便利嗎？國內家庭電器待機電力每年約有22億度（約花費55億元）之耗能，但是因為要完全關閉待機電力，就必需拔除插頭，或是更換具有定時功能的插座，均相當不便利，拔除插頭在國內已推行多年但成果始終有限；如果插座能根據需求自動斷電或是根據條件來開關電源，完全取代手動拔除插頭，必能大大降低待機電力的使用，創造可觀的經濟效益。

能源雲省電解決方案

為了解決以上問題，資策會提出在網路上架設一朵「能源雲」的具體作法，藉由此「能源雲」來掌握與控制家庭能源的使用，雲端能源服務架構圖如下；家庭使用者在原插座上安裝電力計量插座，透過此插座就可以隨時掌握此插座上的電器用電狀態，再利用能源閘道器透過網際網路Internet將各項電器之電力資訊傳送到「雲端能源感測平台」，而此系統如同便利商店7-11，24小時全年無休不間斷的掌握與紀錄家庭用電狀況，若電力或電器發現異常、電器耗電超過負載，系統將即時通知使用者，減少意外的發生；除此之外使用者若出門在外可以透過手機來掌握用電狀況，若發現電器未關閉，亦可以透過手機遠端開關電源，出門更安心。

《圖二　雲端能源服務架構圖》

而雲端能源服務平台未來亦可作為電力公司需量反應的控制系統；因尖峰發電成本為離峰發電成本兩到三倍以上，而且若尖峰超過負載太多將會對電力系統造成巨大的損害，因此國外電力公司會與家庭用電戶簽訂尖峰用電合約，用電戶提供可於尖峰卸載之電器給電力公司於尖峰用電吃緊時進行卸載，用電戶可以享受比較低的電費優惠。

目前國內外對於Advanced Metering Infrastructure（AMI）正如火如荼的建置。根據資策會MIC的研究報告指出，目前美國、歐洲、日本及中國大陸等地區正在積極的推動AMI，例如美國就計畫要協助4000萬個家庭更換智慧型電錶，預估未來僅僅在美國就會有1億台以上的智慧型電錶更新需求；而雲端能源感測平台可以根據雙方所簽訂的尖峰用電合約來進行電器開關控制，每週透過Email、簡訊發送電力公司尖峰用電規劃表、供電上限值、卸負載計畫、用電分析資料，而於尖峰吃緊時，雲端能源感測平台將根據尖峰用電規劃表自動卸負載電器，達到削減尖峰用電值，減少發電成本與保護電力系統。

基於能源資通訊是台灣重點政策，資策會於2009年研發一「雲端能源感測平台」（Cloud Energy Sensing Portal；CESP），藉由此平台將可更方便、隨時隨地掌握家庭能源使用狀況；CESP採用SOA（Service Oriented Architecture）概念設計，提供快速、可靠且具擴充性及安全性的Web平台，並提供Web Services可作為其他應用系統與不同系統與顯示設備的中介橋樑，如可和目前當紅的iPhone、Android手機整合，真正能作到Anytime、Anywhere、Anydevice的居家能源監控管理。系統架構圖如圖三所示。

《圖三　Cloud Energy Sensing Portal 架構圖》

CESP主要包含了能源使用即時資料收集與使用分析功能、用電警示與通知功能、計畫性用電功能、Web Services功能。即時資料收集與使用分析功能，能夠即時的收集家庭的用電資訊，包含用電量、用電時間、用電位置並提供分析功能，如電力負載分析、歷史用電分析、電價分析、用電建議等等；用電警示與通知服務技術，能夠觀察與量測每一電力計量插座的用電多寡、計量、電力健康、異常監控，當警示事件發生時進行應變措施，例如用電過量，另外也針對某些緊急事件提出警告，如電力不穩、斷電、電力超載等；計畫性用電功能，於規劃時間內針對電力插座作關閉或開啟電源排程服務，減少待機電力消耗。

CESP系統核心是由七個模組所組成：Services Center、EnergyML Translator、Services Manager、Event Manager、Energy Management Services、Data/Log Manager、Home Energy Gateway Adapter，各模組彼此交互合作組合成雲端能源感測所需之服務，各模組之詳細說明請參閱表一。

其運作流程為，當雲端服務使用者（Service Requester）透過Web Services存取此平台時，Services Center會將其外部軟體傳送過來之XML格式指令轉送給EnergyML XML Translator，EnergyML XML Translator會將XML格式指令轉換為ServiceMessages，並將其傳送給Services Manager；因XML是採用有意義的格式和語法來描述資訊內容，可以使文件容易處理，對於系統整合有莫大助益，但也因太過詳盡的描述，造成訊息過大的問題，資源有限的電力計網路將無法負荷，透過EnergyML XML Translator將可避免封包過大的問題也可以保持系統高度整合性。

最後Services Manager接收到此ServiceMessages後，再根據內容執行Energy Management Services模組內相對應的服務，Energy Management Services此平台所提供之服務如表二。除了執行相對應服務外，Services Manager 亦會透過Data/Log Manager將相關資料存入DBMS中，相關紀錄可作為EAS（Energy Analysis Service）資料來源。而最後再透過Home Energy Gateway Adaptor連接能源閘道器，與電力計量插座溝通，相關流程圖請參閱圖四。

《圖四　CEMS系統運作流程圖》 - BigPic:599x211

此平台除可應用一般居家環境，亦可應用於商辦環境:此平台已實際建置於資策會民生科技大樓7F，系統畫面如圖五所示，從系統中可以完全掌握同仁用電狀況；系統也提供分析功能，從圖六可以看出待改善之用電行為，如下班未關閉電腦與照明，系統於判斷出不當用電行為後，即透過email提醒用電人與管理者，減少浪費。

《圖五　CEMS系統畫面》 - BigPic:599x380

《圖六　CEMS 分析圖畫面》 - BigPic:599x370

目前家庭插座本身並無量測與超載保護功能，目前資策會與國內業者合作發展一電力計量插座iSocket，如圖七，iSocket可以量測功率因數、電壓、電流、伏安、瓦特、瓦時、用電時間累計、用電量累計等資訊，採用Zigbee無線通訊，可以直接安裝於電器上，若要測量迴路上電力資訊亦可藉由外接CT來量測，另外若電力超載，iSocket亦可自動切斷電源，減少火災意外發生。

《圖七　iSocket外觀》

而要將iSocket所收集之電力資訊送到CESP，就要透過一能源閘道器，資策會亦發展此閘道器iGateway如圖八，iGateway可管理iSocket所形成之Zigbee網路，可偵測與管理節點網路連線、節點斷線等狀況，其與CESP的通訊可藉由固定IP、動態IP與PPPoE方式透過TCP/IP網路與其溝通，一般家庭與商辦環境均可輕易完成設定；透過iGateway可將iSocket所感測之電力資訊定期主動傳送至CESP，若遇到緊急事件，iGateway亦可於第一時間將警訊送出，其並可接收來自CESP能源管理指令，達到遠端管控功能。

《圖八　iGateway外觀圖》

結語

傳統的電力量測通常需要在待測點，安裝量測軟體，電力量測儀等，軟體安裝、管理費用都相當高，另外電腦也需要花費大量電力，因此用途都僅限於工商業、特殊需求使用，一般家庭或是小型公司行號大多無緣使用。但藉由雲端能源服務，使用者可自行安裝電力計量插座，藉由雲端能源服務，來達到居家安全能源管理，大大降低居家能源管理的進入門檻，使用者出門在外即可藉由手機掌握家庭電力使用狀況，而雲端能源服務所提供之用電分析資訊，亦可幫助使用者時時檢視自己的用電狀況，達到安全、智慧、便利用電目標。

---作者現任職於資策會網路多媒體研究所---