智慧化管理 讓電力用在刀口上

前言：能源短缺造成全球電力吃緊，各地的電費節節高升，為解決此一問題，智慧電網成為近年當紅議題。智慧電網顛覆傳統電網單向、不透明的作法，讓各類再生能源如太陽能、風能可以併網連結，而散居各處的用電設備也被納入智慧電網架構中，所有的用電資訊將透明化、可視化，讓電力管理更具智慧。

內文：根據經濟部能源局統計資料，工業部門的能源消耗量占整體消耗量的50%，是目前最主要的能源消耗單位，也是最需智慧管理用電的產業。一般來說，廠區耗電設備種類繁多，其中以空調系統所占比重最高，約為整體耗電量50%~60%，因此，工廠節能應從用電量最大的設備，也就是空調系統開始，成效才會最顯著。

精準控制空調  節能不只有一套

廠區空調系統大多根據最高使用量來設計，一般是設定在夏天外氣溫度最高、廠內工作人員最多、生產線產能最大的時候，但根據過往資料顯示，一年365天裡，很少有機會遇到這種最高標準的情況，甚至根本不會發生。

這也使得絕大多數冰水主機都在低負載的狀態下運轉，這種運轉模式不只可能降低機器壽命，更會造成無謂的電力浪費；再加上每部主機的性能不一，運轉時間愈久，性能差異愈大，電能浪費也就更多。尤其電子廠這種大型空調用戶，其空調負荷冷凍噸數大都破萬，主機數量多、容量又大，無謂的電力消耗也就更多，如果能做好節能控制，讓冰水主機維持最佳運轉效率，自然也就減少電力支出成本。

傳統工廠是透過PLC進行空調控制，整合感測器及變頻器進行控制，通常會使用的感測器有外氣溫度、外氣含值、流量等三項。感測器將感測數值上傳至PLC進行運算，再驅動變頻器運作，由變頻器去控制馬達運轉效率。由於PLC只單純具備控制功能，必須整合人機介面，才能提供管理者瀏覽各項資訊。

為提升空調控制系統的用電效率，必須整合PLC與HMI，以達節省系統空間與降低建置成本目標。另外就系統整合面來看，早期控制器、變頻器、及馬達三者間走硬體整合的模式，透過實體拉線讓三者可以互相傳遞資料，如今隨著網路技術成熟，三者倘若改走通訊整合模式，將能省去佈線作業，惟前提條件是必須支援開放式通訊協定，而Micro Box具備支援乙太網路通訊協定的特性，可以有效簡化系統整合作業，比起傳統PLC具備更高的擴充彈性。

空調控制器的種類相當多，在建築自動化領域裡，最常見的就是數位邏輯控制器(Digital Logic Controller；DDC)，不過DDC的控制精準度與整合能力不比嵌入式電腦或PLC。

導入空調節能控制系統  效益大幅提升

先就控制精準度來看，建築空調系統當機並不會產生太嚴重的影響，最多只是造成大樓內工作者的抱怨及不舒服感受，但工廠空調系統當機就會影響生產進度，損失可能以新台幣百萬元或千萬元為單位，所以工廠對於控制器的穩定性及精準度要求相當高，這是工廠採用PLC控制空調系統的第一個原因。

至於第二個原因則是考量到控制器的整合能力。工廠的驅動設備與控制系統未必是同一個廠牌，這意味著其所採用的通訊協定也都不同，而DDC通常都走封閉式通訊協定，不易整合不同廠牌的驅動設備，而嵌入式電腦整合能力較高，即便與驅動設備使用不同協定，也可以透過序列式通訊埠整合，達到空調節能控制目的。

工廠在導入空調節能控制系統後，將有三點效益：

1.降低用電量：平均而言，冰水系統用電量可以節省9.5%~28%，這得視各工廠情況而定，有些工廠原本就已經有節能措施，例如：定期保養冰水系統、加裝變頻器等，使用節能控制系統的效益就會比較不明顯。

2.節省電費支出：用電度數下滑，最直接的影響就是節省電費支出。UPS大廠伊頓飛瑞曾比較過兩個規模差異不大的廠房，在廠房面積、作業員數量、冰水主機數量、及產能都相近的情況下，導入節能空調控制系統前後的電費差異高達新台幣800萬元，當然這個數字也是因工廠而異，並沒有絕對標準。

3.調整契約容量：以往企業總認為超約罰款是件不好的事情，所以在跟台電簽訂契約容量時，通常會設定在最高用量，但真正做法應該是設定在平約值。

雖然節能對企業、對社會都有幫助，但昂貴建置成本常會令企業裏足不前，尤其經歷金融風暴衝擊後，企業對於投資的態度轉趨於保守，連帶讓系統整合商在推動節能控制系統上變得較為辛苦。

因此採用ESCO(Energy Service Company)營運模式，由系統整合商提供硬體設備，企業不必負擔建置成本，待節能控制系統發揮效益後再來付款。

ESCO的具體做法是，SI廠商必須每月驗證節能效益，首先比較空調系統處於一般模式及節能模式的耗電量，透過用電量差異來計算電費，此即為企業導入空調控制系統的節能成效，之後再根據節能效益收取一定的比例做為收入，當總收入達到原先設定的金額時，客戶就不必再付款。

舉例來說，在一般模式下，某甲工廠空調系統的電費支出為100萬元，節能模式下為80萬元，兩者相減得出節能效益為20萬元，假若最初設定的收款比例為節能效益的10%，總金額為100萬元，那麼某甲工廠要支付的金額就是20萬元x10%=2萬元，當付出總額達到100萬元後，某甲工廠就可以不必再付款，也同時取得空調節能控制系統的所有權。

對系統整合商而言，ESCO模式雖然可以吸引客戶，但自身卻得揹負龐大的資金壓力，惟有加快成本回收速度、才能減輕資金壓力，因此，在選擇控制器時最好以高效能產品為主，控制器效能愈好、節能效益愈顯著、成本回收速度就愈快。

從需求面出發  方能打造最適化系統

不過不管選擇哪種控制器或系統，系統整合商都必須謹記，智慧電力管理系統必須從使用者需求層面出發，從需求端出發，才可看出各階層電力使用者遇到的困境，進而發展出相關解決方案。

就目前來看，各階層電力使用者中，最常遇到的困境，包括在建置期間的資本投入、持續營運的開銷及能源成本、環境議題的能源需求短缺，以及系統裝置連結性與保全等問題，這些都要從最直接接觸的使用者需求面，來解決相關的問題。

以現在全球各國競相投入的智慧電錶為例，傳統的電表，分為機械式與電子式兩種，機械式多用於家戶端，而電子式則在高壓範圍的工廠端領域為主；不論是電子或機械式，傳統的電表多為單向傳輸，也就是將用電的資訊記錄起來，給電力公司做為計費的基準，說是資訊，其實也就是用電量而已，但智慧電網的興起，從智慧電表的變化中，的確可以清楚的看出端倪。

在傳統電力系統架構下，遊戲規則基本上是電力公司說了算，尤其在台灣，繳付的用電費用，通通都在一個封閉的公式中；但智慧電表卻不一樣，智慧電表可以讓使用者「看到」電力是如何被使用。

智慧電表的三個特徵，就是「可以看到」、「可以量測」，更「可以互動」。與傳統電網單向的輸送電力不同，透過智慧電表，可以將無形的電力轉化成有形的介面，當然，因為資訊的透明化，爭議也將會愈來愈多，這對用電習慣將造成衝擊，但也是必要之痛，因為唯有透過電力數據的擷取與監控，才有可能制定出完善的用電策略，電力管理也才能智慧化。