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需量反应技术掌握智能建筑能源信息

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使用资通讯技术监控能源状况,已成智能建筑的重要设计。DIGITIMES摄
使用资通讯技术监控能源状况,已成智能建筑的重要设计。DIGITIMES摄

工业革命后,「电」逐渐成为生活中的「必需品」,也因此在近年能源成本直线飙升的情况下,「节能」变成全球重要挑战,透过资通讯整合用电信息的应用模式,也成为用电节能的一项不可避免的发展模式,「需量反应」(Remand Response)技术也因此成为节能的杀手级应用。

在日本311大地震后的福岛核电危机后,能源的开源与节流更成为现在政府必须正视的问题,全球各国政府除寻找更多能源来外源,推动各类节能措施也成为重点策略。

各国政府对节能策略的重视,带动了能源管理商机,而透过资通讯技术管理的「能源资通讯」(Energy information and communication technology;EICT)技术,也因此成为此类的应用主流之一。EICT主要是导入资通讯技术的能源营运系统,用以量测、撷取、校对信息,再将之分析并制定决策,提供高效率与最适化的能源应用,以达成节能的目的;EICT系统中,开放式的自动化「需量反应」是其应用的最重要面向,此技术更是智能建筑的重点应用领域。

从需求面管理能源

「需量反应」简单的定义,就是从需求面来进行能源的管理,透过终端用户从正常消费模式中改变电力使用,以回应随时间改变的电价,或在高零售市场价格或系统可靠度损害时,抑低电力使用的补助。

以需求端来看,使用者透过供给端提供的优惠方案,将设备主控权交给第三方控制,以最简单的经济学供需原理来说,需量反应就是供应方用动态调整的计价方式,使用户需求量降低,减少用户的总电费,以舒缓供电压力。

需量反应是「本身不会产生能源,但可透过卸载或调度能源的方式,来达到供需平衡以达成节能」的技术。事实上,需量反应也是一种资源,或称为需量反应资源(Demand response resource,;DRR),美国联邦法制委员会甚至把需量反应形容为智能电网的杀手级应用;而在美国国家标准局所列出的8个智能电网应用领域中,需量反应及能源使用效率则是名列第一。

以技术端来看,需量反应是一套信息系统,藉着动态与及时的信息流与电力流双向沟通,平抑尖峰用电及改善离峰发电过剩等现象;但在服务上,需量反应是一套顾客导向的制度,藉着大大小小用户的主动监控,来进行调整负载。因此,需量反应可视为一种虚拟电厂(Virtual Power Plant;VPP),以美国佛州为例,透过需量反应应用,在执行过程中就省下了2,000 MW的电力,这相当于四座电厂的容量,显示需量反应技术的确具有极高的节能可行性。

但传统的需量反应主要是以「人为」来进行操控,它有点像是高速公路交通行控中心,当某些路段雍塞之时,行控中心会透过LED显示幕通知驾驶前方路况,以及闸道仪控灯号管制车辆行驶的做法。

由于这样的需量反应控管均是透过人工进行,不但沟通协调需要时间,如果判断负载状况错误,更可能会造成连锁反应产生问题,因此有厂商导入自动化设备监控,成为自动化需量反应应用;而近年来「开放互通」成为主流需求,希望透过共通的标准将不同共享事业的需量反应系统彼此兼容互通,因此整合资通讯的开放式自动化需量反应系统的规划,就此应运而生,这也成为能源资通讯发展的一项契机。

解决用电信息不对称

开放式自动化需量反应,可说是打破供给与需求面的信息不对称的技术,它由配电端到用户端建立统一而透明的需量信息,并让这些信息可以在多种通讯媒介间稳定而安全的传输,让双方可实时知道电力用户端的「可调节量」与「用电量」等相关信息,以自动化的技术进行备载的调整。

要达成需量反应的自动化与透明化,有3个项目需要被考虑,第1部分是「实时传感、蒐集与校对」,由于整合性控管的需求,必须蒐集建筑中每一设备之用电信息,并检查数据的有效性及合理性与修正超标误差,这些工作是通讯系统所能介入的层面;第2部分则是「分析决策作动」,透过已蒐集及统整的信息,分析建筑内各用户的用电行为来建立常态用电模式,并进行异常事件的判断与决策,由于包括分析、预测、决策及控制的反应必须于短时间内完成,要靠高效能的信息设备以达成目标。

至于最后一个层面,则趋于智能建筑内节能管理面向的最适化,在前端的信息及后端的分析架构健全后,用户端可针对其自身需求,与供电端来约定最适化的优先方案,不论是价格、效率、生产或是舒适要求,均可透过用电管理,达到「最适化」的目标,将无形的用电量「视觉化」,让使用者具体感受用电的状况,进而对用电行为提供具体精确的改善建议,利用资通讯技术让用电设备自行调节,这是开放式自动化需量反应控管的最重要精髓,透过互相沟通、协调来调整用电,产生系统化管理综效,将是整合能源资通讯系统与EMS的未来发展主要趋势。