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以智能电表为核心 形成智能能源管理大局

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智能电表是一套用以建立按使用时间计算电价(TOU)的智能系统,可支持线上遮断或复归。ET&T
智能电表是一套用以建立按使用时间计算电价(TOU)的智能系统,可支持线上遮断或复归。ET&T

肇因于全球暖化问题日趋严重,以及地球库存能源逐步耗竭,导致近几年来「节能减碳」议题始终是举世瞩目的焦点;在此前提下,如何藉助有效的管理工具与技术,实现用电需量抑制及用电量的减少,实为现今重大课题。

对于重视节能减碳的人们而言,若持续接收相关信息,理当深觉忧喜参半。随着政府祭出阳光屋顶百万座计划,近年来已有不少政府机关或公立学校热情响应,随时都有类似喜讯;比方说,日前彰化县政府便与业者签约,将县内180所学校的校舍屋顶加以出租,藉以装设太阳能板,预计未来一年发电量可望达到6,000万度,相当于1.6万户家庭全年的用电量总和,堪称是令人欣慰的信息。

然而同样在2015年,也有足以让重视节能减碳人士为之气馁的事件发生。5月期间,台电一度对外宣布将暂缓家用智能电表安装计划,主要是受制于经费不足所致,且表示当时虽已累积装设1万户低压电表,但却只有700余户愿意参与节电记录,也有不少家户反应信号传输不稳、节能效益不显着等种种问题。

所幸经济部旋即灭火,强调政府推动智能电表的政策依然不变,且由经济部成立「智能电网推动小组」,持续针对智能电表及智能电网相关议题进行讨论与检讨,以落实台湾智能电网建设目标。

智能电表市场缓涨  年复合成长率维持3.2%

经由这段波折,也让人们对于智能电表重新燃起兴趣与关注,亟欲了解这项几年前便已大张旗鼓推广的技术方案,迄今推动进展究竟为何。

可喜的是,全球智能电表市场并未出现雷声大雨点小的窘况,市场规模仍然缓步增长。根据市场研究机构IHS所提出的报告显示,2015年全球智能电表市场规模可望达到1.32亿台,预估至2019年将增长至1.5亿台,年复合成长率约3.2%;尤其值得一提的,综观一般电子系统产品,往往会随着时序演进、产量递增,使得平均售价(ASP)趋于走跌,但智能电表似乎反其道而行,至少在未来几年,ASP将随产量增加而同步走高。

探究智能电表产品要价上扬的主因,乃在于市场上的主流产品结构,已从过去成本偏低的8位元微处理器(MCU),进阶到价格相对较高的32位元MCU,藉以置入更多的记忆,以及具有更高安全性的SoC元件;由此观之,电表不仅走向智能化,且蕴含的功能愈来愈丰富,不仅能游刃有余地发挥数据随选、线上升级等功能,并可轻松支持可变电价,而业主一旦面临紧急状况、或者用户未付费等情形,亦可从线上加以遮断。

持平而论,为有效贯彻节能减碳,最有效的解决方案便是智能电网(Smart Grid),正所谓万丈高楼平地起,智能电网赖以成型的核心基础,即是先进智能电表基础建设(AMI),意欲落实AMI,先决条件就是安装智能电表;因此有人比喻,AMI就好比整个智能电网的神经系统,至于智能电表,则是神经系统当中最为关键的细胞。

深究智能电表的主要内涵,算是一套赖以建立按使用时间计算电价(TOU)的智能系统,可支持线上遮断或复归,因此内含内电表通讯界面(MIU),借此与用电管理系统EMS有效串联。而智能电表与传统机械式电表的最大差异,在于前者标榜多功能设计架构,以及相对较长的使用寿命,同时能够支持实时双矢量测,可量测并记录诸如无效功率、谐波等电力品质参数,终至展现负载曲线。

藉由智能电表  使用电信息走向透明化

论及智能电表与节约用电之间的关系,可以这麽说,如果单就智能电表的功能来看,并不能直接帮助用户实现节电目标,但是它可以发挥「知己知彼、百战不殆」的功效,也就是让能耗信息可视化,如此一来,用户即可借此洞察其电力使用状况,进而知所检讨用电行为。

根据英国牛津大学气候变迁协会的研究报告显示,无论一般家庭、社区、工厂或办公大楼等各类型能源消费者,如果能够自行掌握用电信息、改变用电习惯,即使并未采取其余任何节能措施,仍可望减少5%~15%用电量,成效堪称显着,意谓AMI与智能电表等机制确实重要。

着眼于智能电表潜力无穷,亦与公众利益、福祉有着莫大关联性,因此放眼全球,许多国家政府都将智能电表的推广视为相当重要的计划目标。例如美国总统欧巴马,以往在竞选过程中,即曾多次强调信息通讯透明化、能源再利用的重要性,因此走马上任后,便斥资34亿美元藉以落实政见,借此更新3,000英里电力线路,并安装200万台智能电表;而在英国方面,更规划在2020年以前,针对全国所有家户完整装设智能电表,而在2015年底,预计先完成100万个家庭的装设动作。

观察与台湾邻近的日本,因为电力市场逐渐走向自由化,故而包括东京电力、关西电力等企业,都纷纷投入智能电表的装设计划,期盼未来能藉由智能电表、家庭能源管理系统(Home Energy Management System;HEMS)的整合运用,使家庭用户有能力掌控自身的能耗信息,有了清楚认知后,面对电力公司所提供的各种电力供应方案,才会有感。

2014年底,日本经产省投入40亿日圆推动「大规模家庭能源管理系统信息平台整备计划」,自当年9月起完成1.4万户HEMS的装设作业,并据此扩及家用太阳能余电收购、水电瓦斯诊断、时间电价规划与优惠、及老人守护与健康诊断等4项服务。

而在上述有关于日本电力公司的描述之中,我们看到了另一个重要辞汇,也就是HEMS,其与智能电表相同,皆拥有很高的发展潜力,都算是智能电网公共建设以外的重要市场领域。

HEMS结合节能设备  推动智能化电力控管

所谓HEMS,算是电力系统当中的一环,先将能源传感元件装载于空调、冰箱、照明…等等家庭电器设备,再经由网络让彼此互连,汇总不同传感器各自蒐集到的信息,终至呈现完整的电力使用信息,而相关数据亦可上传云端平台,以便外部专业团队能针对各系统状态进行深入剖析,甚至动用大数据分析技术产生运算结果,接着回馈给用户,以作为电力控管的参考依据。

综上所述,HEMS明显具备能耗感知的能力,可帮助使用者了解实际能源消耗的分布状态,包括各个家电设备分别耗用多少能源、在什麽时间点产生能耗,以及这些总能耗将衍生何等电力支出,种种信息,用户都能透过HEMS而一目了然。专家预估,举凡家庭能源管理、家庭区域网络、智能家电、联网家庭等相关技术,目前在市场上都处于萌芽阶段,未来进步的空间相当大,因此至少还需要历时5~10年的琢磨,才可望臻至成熟。

近期有一则新闻,指出日本的夏普,即将把全球第一款采用直流电的空调设备推向市场,标榜此产品固然名为直流电空调,但仍同时支持交流电与直流电,所以能够连接电力公司透过电网转送而来的交流电。这点与一般空调设备并无不同,然而差别在于另可直接采用来自于太阳能板或蓄电池的直流电力,得以省却交流电与直流电转换过程所产生约5%的电力耗损;此外若将直流电空调、HEMS二者整合运用,用户即可视实际状况而切换电源,例如在白天日正当中之时,采用太阳能板或蓄电池的直流电,发挥十足的智能节能效益。