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EMS讓能源管理更智慧
精準掌握用電行為

【作者: 王明德】   2017年12月29日 星期五

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今年的8月15日下午,台灣忽然發生無預警大停電,雖然事後調查發現是台電承包商未按標準流程所導致,不過對台灣各產業的能源管理帶來重大衝擊,過去雖然每逢夏天,政府與台電一再說備載容量不足,不過即便限電也多屬於小範圍、短時段,相對於其他開發中國家,台灣的電力供應仍算相當穩定,也因此,無論是一般家庭、商用建築、工廠廠房,對能源管理的重視度並不高,而這也反映在導入比例上,然而隨著地球氣候的快速改變,全球的能源使用協定如巴黎協議等,開始強制規範碳排放量,台灣雖非巴黎協議的參與國家,不過也有自己的能源步調,節能已成為台灣政府的既定政策,也因此如何聰明用電,將是未來各類型建築的設計重點。


EMS發展潛力雄厚

根據資策會的統計,在各國都市化加快的趨勢下,住家和商用建築的用電比例節節高升,目前主要發達國家的住家與商用建築耗能已占整體耗能的30~40%,為使能源需求端可以有效管理,同時也回饋電力公司供電狀況與用電需求分析,因此際間對居家與建築節能觀念越來越重視,國際能源署IEA就將能源管理系統(Energy Management System,EMS)的相關技術與應用發展列為21世紀最具發展潛力的節能應用之一。


EMS現在的主要應用可以區分為居家與建築兩大範圍,居家能源管理(Home Energy Management System,HEMS)著重於需求端管理,目的是希望改變電力用戶的用電行為,規劃出一個符合用戶需求與提高電力公司管理效益的用電型態,根據歐美的研究機構及日本省能中心ECCJ研究,針對小型住商用戶,只要提供即時的能源使用資訊,即可觸發其自發性的節能意識與行動。


建築物的使用能源中,有超過50%為電力,因此如果確實進行節能減碳的計畫,在節省能源成本上將有極大的潛力。以歐盟之推動為例,能源、環境保育的規範已開始應用在建築設計上,例如能源管理系統、智慧型電表、固態照明及智慧型感測器等。


建築能源管理(Building Energy Management System, BEMS)則是利用大樓現有資訊網路系統,將建築物或建築群內的變配電裝置、照明、電梯、空調、供熱、給排水、能源使用狀況及節3能管理實行集中監視、管理和分散控制。其系統是由能源計量裝置、資料獲取器和能耗資料管理軟體組成;通過即時的線上監控和分析管理實現節能效果,可達成之效益包括:1.對設備能耗情況進行監視,提高整體管理水準;2.找出低效率運轉的設備;3.找出能源消耗異常;4.降低峰值用電水準。


市場人士指出,未來EMS的發展關鍵課題在於,開發及應用開放式平台架構,使得大樓中央安全監控系統、防災系統及節能系統等皆可透過此開放式平台,以達到資訊的交流,及遠端監控管理功能。


製造業將是節能重點

對於EMS的發展潛力,伊頓(Eaton)電氣事業台灣區銷售總監林鈺培則相當看好,他指出在節能、非核家園、企業責任、成本等眾多因素考量下,智慧能源管理概念成為製造產業智慧化布局的第一步,智慧能源管理不但可協助企業降低成本,同時也有助於自然環境的保護,對社會和產業來說是雙贏。


就目前看來,建築是能源使用比例最高的領域,而建築中又以廠房的用電量最高,林鈺培表示,製造業是全球能源消耗最大的產業,尤其是電力,過去電費支出一向是製造業的沉重負擔,智慧化用電概念開始出現後,開始有企業透過完整的用電資訊,制定出能源管理策略,用更聰明的方式使用電力,大幅降低電力費用,他以伊頓的客戶為例,這家台灣半導體大廠透過智慧管理系統,將用電量平均分攤在各時段,同時監測廠房個時段的用電量保持在設定區段,避免因瞬間用電超過特定標準,而被電力公司收取超額費用的情況,透過此一智慧管理機制,該半導體廠每年省下的電費支出,預估可達新台幣2億4千萬元。



圖1 : 伊頓(Eaton)電氣事業台灣區銷售總監林鈺培指出,智慧能源管理不但可協助企業降低成本,同時也有助於自然環境的保護。(攝影/王明德)
圖1 : 伊頓(Eaton)電氣事業台灣區銷售總監林鈺培指出,智慧能源管理不但可協助企業降低成本,同時也有助於自然環境的保護。(攝影/王明德)

過去多數製造業者都認為,能源管理效益必須在達到一定規模的系統才會浮現,不過林鈺培表示並非如此,以該公司的產品為例,各類型的UPS都有智慧管理功能,使用數量不多的中小企業,仍可透過相關功能,達到智慧用電的目標,他也指出,相較於其他智慧製造設備績效必須經過足夠的使用時間才會浮現,能源管理系統的KPI更為清晰且客觀,在下個月的電費帳單中就可看到系統帶來的效益,也因此此一系統目前已逐漸成為製造業者導入智慧工廠的首選,而隨著環境議題的持續加溫,他認為智慧能源管理將成為製造業未來的必要系統。


不過現在多數EMS平台多只有數據顯示,數字背後的意義必須靠管理者或觀看者的專業判斷,西門子指出EMS應該依據現場操作與後端管理分為兩套系統,這兩套系統必須因其功能需求而有不同設計,例如西門子就將該公司的EMS設計為前端用的Desigo CC與管理端使用的Navigator兩套系統,Desigo CC主要是定位在強調TBS(Total Building Solution),採用開放式整合系統架構,能輕鬆整合不同樓宇系統,包括暖氣、通風設備、空調產品、電梯、發電機系統、排水系統、安防系統、照明控制和電力監控等。


依需求設計EMS系統

西門子樓宇科技事業部專業工程處認證專案經理譚振波表示,Desigo CC採一個開放式設計,支援各式開放式系統通訊協定及IT標準;採用模組化的設計,可因應設施需求擴充成長,適應從大到小、從繁到易的各類項目,


譚振波指出,Desigo CC主要的應用對象為現場操作人員,因此除了即時數據外,還有一定程度的控制功能,讓操作者可根據現場狀況即時反應,而除了能源管控外,此系統還將空調、火災警鈴、監控攝影機等建築設備一併納入。



圖2 : 西門子樓宇科技事業部蔡忠信(左)和譚振波均表示,EMS應該依據現場操作與後端管理而有不同設計。(攝影/王明德)
圖2 : 西門子樓宇科技事業部蔡忠信(左)和譚振波均表示,EMS應該依據現場操作與後端管理而有不同設計。(攝影/王明德)

至於Navigator平台的使用者則設定為大樓擁有者與經營階層,西門子樓宇科技事業部維護處副協理蔡忠信表示,透過長期累積的歷史數據,分析內部和外部的資料,改善大樓運作以及預估營運預算,Navigator將可使得潛在的問題可被提前預估、偵測和診斷出來,以防患未然,同時協助使用者分析水電帳單,藉以找出潛在的數據錯誤,提高資料品質,其行動應用程式,可以隨時進行能源稽核,並製作稽核報,Navigator平台還可依客戶需求客製化,能夠在單一的大樓、園區或整個不動產內,更有效且高效率地監控大樓系統效能與能源供需。


隨著智慧用電意識的抬頭,蔡忠信表示,能源管理系統運用資訊產品之資料收集、彙整與分析能力將來越重要,EMS必須可以相容不同通訊協定的網路通訊系統與自動化控制技術,以達到居家及建築物的最適化節能控制,未來也必須整合智慧插座或智慧電錶蒐集的電力使用數據,經由閘道器彙整之後,監測用電系統電力品質,收集與分析電力使用狀況,進一步規劃節能對策,或整合應用自動化控制功能達到設備卸載以節約能源消耗。


用資訊建立優勢

能源管理系統的主要目的,除了提醒用電端之使用者節能之外,也可提供給供電端進行電力供需預測與調度管理,對於家庭成員、商用辦公室之人員或管理建築物之管理人員,EMS提供之用電資訊可以幫助他們調整用電習慣,進一步主動達到節能,對於供電端(電力公司),則可以調整供電調度規劃,或針對用電行為分析使提供更為有利之電價方案。



圖3 : 建築物的使用能源中,有超過50%為電力,因此如果確實進行節能減碳的計畫,在節省能源成本上將有極大的潛力。(Source: One Step off The Grid)
圖3 : 建築物的使用能源中,有超過50%為電力,因此如果確實進行節能減碳的計畫,在節省能源成本上將有極大的潛力。(Source: One Step off The Grid)

至於未來市場發展,在節能訴求與智慧電網商機帶動下,EMS將刺激資通訊硬體廠商開發相關元件與設備,同時也將激勵軟體廠商與系統整合商發展更即時與精確之資訊分析技術,不過,由於居家與建築能源管理系統屬於用電端之能源管理應用,在智慧電網等基礎建設未完成之前,主要應用需求將以用電量大、電費較高之商用與製造業用戶為主。


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