能源管理是物聯網重要的組成要素之一,
而將能源進行智慧化自主分配,更是打造物聯網的關鍵任務,
配合分散式再生能源網路,將在實體世界掀起數位革命。
物聯網存在的主要目的,是讓萬物都能透過網路的連接,方便識別和管理,甚至進一步自主運作。在物聯網的架構之下,『物』都將透過感測節點和通訊連線來與互聯網連接,而『人』則可便利地進行控制和管理這些物,以方便並提昇人們的生活、生產乃至整個社會的發展。
這樣的概念,用在智慧城市的框架之下,是非常適合的。特別是智慧城市的能源網絡,所需要的正是物聯網這樣的精神:自主管理、有效分配、聰明使用。
事實上,能源管理是物聯網重要的組成要素之一,大到整個國家與城市的輸送電網,小到一個建築物中的配電節能系統,都可以涵蓋在物聯網的能源管控範疇之中。
![圖二 : 物聯網的設計,是分散式的,是相互合作、夥伴導向的,透過橫向的連結,來達到規模經濟的最大化。](/art/2014/11/121742003180/p2S.JPG)
圖二 : 物聯網的設計,是分散式的,是相互合作、夥伴導向的,透過橫向的連結,來達到規模經濟的最大化。 |
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能源的節約與分配
目前物聯網最常被提起的應用,正是智慧家居環境之下的智慧電表。Silicon Labs亞太區MCU資深行銷經理彭志昌表示,與傳統的電表相比,新一代的智慧電表所能做的,可不只是測量電量與功耗而已這麼簡單,還能讓消費者家裡的電表與電力公司即時連線,被動分析即時用電資訊,且主動進行用電調節。
例如在電費較為昂貴的用電尖峰時段,逕行關閉或調降高耗能的電器產品,例如冷氣等。這種作法,不僅可消極地節省家庭電費方面的支出,更可積極減輕電力公司的供電壓力,特別是尖峰用電時間的負載量可減輕不少。
更重要的是,物聯網還可將整個電網中的電力進行重新分配,這規模可從一個家庭、一個社區、一個城市到整個國家,甚至是國與國之間的跨國電力輸送。
簡單來說,在同一電網中,一定有些用電較為密集的區域,也一定有些地區較為寬裕。又有些地區可以自行產生電力,有些地方則需電孔急,物聯網就可針對這些不同地區的用電需求,來進行重新分配與管理。
在物聯網的能源網絡之下,電能過剩的區域,就可將多餘的電力轉往需求更高的地方,例如夏季白天的商業區域,用電需求可能是其他區域的好幾倍,而此時住宅區的用電量則大為減低,甚至部分住宅還因為擁有自行發電的能力(如太陽能發電)而擁有多餘電力。此時就可以將住宅區的用電大量轉往商業區,來減輕電廠的供電負擔。
能源的有效分配,讓每一度的電力都能在最低的成本之下,達到最大的使用效益。不論是家庭用電、社區配電、城市供電、或者國家電力網絡,甚至國與國之間的電力販賣與輸送,在物聯網的架構之下,都能讓電網發揮出更大的價值。
台灣物聯網聯盟副秘書長何明豐指出,將能源進行智慧化的自主重新分配,是物聯網的終極目標。當然這一切願景的實現,都還是要等這些『物』的智慧能力達到一定的可靠度才行。畢竟要是在分配的過程中出了差錯,導致需電的區域缺電,不需電的區域電力過剩,可就失去了原有的美意。
而且,在『物』自主控制的過程中,必須能不受到駭客的攻擊與侵擾,亦即電網不會成為一種被脅迫利用的工具與對象。否則未來的恐怖攻擊,就像電影中那樣由駭客直接控制網路,進而擾亂整個國家的日常生活秩序,反而會讓一般百姓對於物聯網的電力網絡產生恐懼,這可不是一件好事。
![圖一 : 在物聯網與再生能源結合之下,全球的電網將是平的!](/art/2014/11/121742003180/p1S.JPG)
圖一 : 在物聯網與再生能源結合之下,全球的電網將是平的! |
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要能有效降低能源的成本,最好的解決方案,
其實就是以再生能源搭配物聯網的使用。
智慧程度是成敗關鍵
在物聯網中的能源網絡,除了要有效的生產與分配之外,節能也是十分重要的一環,畢竟沒人希望物聯網成為消耗電力的怪獸。根據梅特卡夫定律(Metcalfe’s Law),網路的價值正比於網路節點數的平方。這些節點說穿了,其實就是遍布於物聯網終端應用環境之中的各式感測器。梅特卡夫認為,與其為了應用物聯網而特別去設置物聯網,倒不如讓『物』自己來做它們本來就該做的事。
舉例來說,不論居家環境或者辦公室中,都有許多的裝置是不斷地在消耗電力的,例如電視、電燈等。這些設備有時候既使無人使用,仍然繼續開啟著,持續耗用電能,最多能夠吃掉家庭總用電量的15%。而物聯網的美意,當然是希望能讓這些吃電怪獸在無人使用的狀況下,能夠自行偵測、並自動關閉,達到節能的效用。
只不過,如果為了要為了實現物聯網的目的,而特地在室內環境安裝各種感測器(溫度感測、動作感測、影像感測),來檢查該空間中是不是有人,並以此來決定是否要關閉電源,怎麼看都是一件不划算的事情,畢竟安裝這些感測設備的成本,可能並不低。
但是,如果這個電燈或者電視,能夠在不另行安裝感測器的狀況下,自行透過網路來連結並控制既有的感知系統(例如透過家庭安全系統的感測器、或門口的人行出入偵測器),以判斷目前該空間是否有人,並決定是該繼續供電或者直接關閉電源,如此不僅能夠省去基礎設備的安裝成本,也才能發揮出物聯網的真正價值:自行感知、自行運作的智慧能力。
邁向零邊際成本的綠色能源
物聯網結合能源的應用,最重要的目的,還是在於讓能源建置與產生的成本,能夠降到最低。而要能有效降低能源的成本,最好的解決方案,其實就是以再生能源搭配物聯網的使用。著有《零邊際成本社會》(The Zero Marginal Cost Society)的作者Jeremy Rifkin便指出,目前在歐洲,已可製造出接近零邊際成本的太陽能和風力等再生能源,可見這已經不再只是理論而已。
![圖三 : 在物聯網中的能源網絡,除了要有效的生產與分配之外,節能也是十分重要的一環。](/art/2014/11/121742003180/p3S.JPG)
圖三 : 在物聯網中的能源網絡,除了要有效的生產與分配之外,節能也是十分重要的一環。 |
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事實上,包括太陽能與風力發電技術的建置成本,目前都還偏貴。不過,就和電腦晶片一樣,再生能源的價格也正經歷著革命性的變化曲線。在1960年時,電腦晶片的價格是無法想像的昂貴,正如同1970年時太陽能發電的成本一樣,每1W高達60美元,然而今日,太陽能發電的成本已經降至66美分每W,而且還在下降。這些科技,都在經歷一個20年週期的指數曲線,未來將會向我們目前所擁有的手機一樣便宜。
Jeremy Rifkin認為,在這整個過程中,邊際成本就是觀察的指標。當在屋頂上安裝太陽能板,或架設風力發電機組的同時,要能夠達到固定成本的回收,通常需要3~8年的時間。只不過,就邊際成本來看,在安裝好這些再生能源設備的當下,邊際成本就趨近於零了。因為不論陽光、風力、地熱、潮汐與生質能,都是免費且源源不絕的能源。
能源產業的顛覆性革命
德國一向都是再生能源發展最積極的國家。在7年時間的努力之下,目前德國已綠色能源的使用比重已經達到25%,預計再過四年將達到35%。這些綠色能源的來源,就是上百萬間擁有太陽能發電設備的建築物,包括中小企業,與自有住宅,這些建築都在生產電力,它們都是微型電廠。
儘管單一建築物上所能獲取的能源雖然少,但聚少成多,上百萬的小參與者,再以合作的方式將能源聯繫在一起,再生能源加上物聯網,就可製造出邊際成本趨近於零的能源電網結構。
物聯網的設計,是分散式的,是相互合作、夥伴導向的,透過橫向的連結,來達到規模經濟的最大化。這樣的模式,有可能讓大型的能源企業提早消失,過去只發生在唱片業、媒體業的狀況,未來都將一步步發生在能源產業上。
觀察目前德國的大型電力公司包括EnBW、E.ON等,所提供的新電力已經少於7%,並且還在不斷地降低,已經稱不上有規模,甚至可能在7年內就消失了。這就好像是上百萬年輕人分享音樂,使得唱片業逐漸凋零;或者幾百萬人在維基百科分享知識,抹殺掉了大英百科全書。目前這種正發生在德國綠色能源上的事,用『顛覆性革命』(Disruptive Revolution)這個詞來形容最為恰到。
結語
在德國,當做到10%的綠色能源時,也創造出35萬個工作機會。未來,將進一步建立並改變整個能源系統,從石化燃料和核能,都將轉變為可再生能源,而全球的每一棟建築也都將成為一座微型電廠。再生能源的顛覆性革命,正在發生,也正在改變整個世界。在未來的30到40年,這樣的建設,將會不斷地進行。而深入生活各角落的物聯網,就是整個革命過程中,最終的產物。