解析電能管理需量控制之節(jié)能效益臺灣能源技術(shù)服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)會課件

1、解析電能管理需量控制之節(jié)能效益2007/06/27演講者：吳清圳7/29/20221內(nèi)容大綱前言電能管理與需量控制之關(guān)連性 電能管理目的與效益 需量控制技術(shù)之探討一般電力需量監(jiān)視控制管理系統(tǒng)主要構(gòu)成電能管理需量監(jiān)控之實務(wù)重點技術(shù)案例介紹結(jié)論 2一、前言節(jié)能方式分二大方法：從硬體設(shè)備改善，如加裝變頻器、高效率馬達、進相補償電容器等等，進行節(jié)能。從軟體方面改進，製程改善、系統(tǒng)調(diào)整、管理調(diào)控等，可大幅降低能源費用，通常以軟體方式所投資的成本低，所產(chǎn)生的效益大，最值得大力宣導(dǎo)。採用智慧型電能管理監(jiān)控裝置，透過管理手段提高能源使用效率，達到合理用電降低用電成本支出。也是經(jīng)濟部能源局頒定節(jié)能經(jīng)濟措施推動計

2、劃中加強電能管理提高能源效率之方案執(zhí)行。3需量同步問題 執(zhí)行過程中由於臺灣電力公司未開發(fā)需量同步訊號介面，所以同步問題一直無法解決導(dǎo)致電能管理很難落實。 歷經(jīng)多次會商結(jié)果，在87-89年由經(jīng)濟部所屬之臺灣電力公司協(xié)助中小企業(yè)研發(fā)符合臺灣地區(qū)使用之本土化智慧型電力需量監(jiān)控裝置，由88、89二年度國科會電力科技產(chǎn)業(yè)學(xué)術(shù)合作研究計劃測試證實對空調(diào)設(shè)備之尖峰負(fù)載有抑低10-15%之調(diào)控效益以及需量同步誤差在0.5%以內(nèi)，值得全面推廣。 4全面推廣 本土化之智慧型電能管理監(jiān)控裝置軟/硬體研發(fā)成功後，從91年94年全面展開推廣業(yè)務(wù)也獲得良好的回應(yīng)。 95年底由綠基會完成了電能管理需量控器之Q&A手冊詳細內(nèi)

3、容可閱覽綠基會網(wǎng)站(.tw ) 。5節(jié)約能源及提高能源效益二項任務(wù)是降低用電成本最捷徑的方法，但必須有能源管理之專業(yè)技術(shù)，因此廿一世紀(jì)主流之新興行業(yè)就是能源技術(shù)服務(wù)業(yè)(Energy Service Companies /ESCO)。能源服務(wù)的項目很多，其中以空調(diào)設(shè)備之節(jié)能最有績效，因為空調(diào)設(shè)備所造成的尖峰需量高達30%以上?？照{(diào)設(shè)備之節(jié)能可從設(shè)備之性能及運轉(zhuǎn)方式來提高效益；其中以舒適度為運轉(zhuǎn)指令可節(jié)省1015%之電費正是ESCO業(yè)務(wù)之商機。6談到ESCO業(yè)務(wù)最有爭議的議題就是績效驗證M&V項目如何爭取兩方合意，除了建立互信互惠之基本原則，最好的認(rèn)定是有明確的數(shù)據(jù)佐證，為此可能花費很多量測之費用

4、增加建置的成本而影響整體效益，為著能議定最佳的基準(zhǔn)線(Base Line)所以建置前之資料儘量能完整。建構(gòu)智慧型電能管理監(jiān)控裝置，可完整的記錄用電之背景資料及建置後之節(jié)能績效核對，可以一目瞭然符合IPMVP OPTION-B之驗證方式，在未來ESCO業(yè)務(wù)推展上智慧型電能管理監(jiān)控裝置做為先鋒一點也不為過。7二、電能管理與需量控制之關(guān)連性 (1) 電能管理的定義 經(jīng)由儀表及時(ON TIME )量測用電趨勢之資料記錄(時、日、月、年之負(fù)載率及最大需量值(KW)日、月、年之總用電量(KWH)加以分析，然後透過管理手段適度調(diào)控負(fù)載，提高用電效率達到合理用電之管理，減少能源的浪費。舒適度控制模組8 (2

5、)需量控制基本認(rèn)知 合理使用電力，降低基本電費的支出。 契約需量是電力公司為保障電力系統(tǒng)安全，要求用電戶必須依據(jù)需量的定義，計算負(fù)載所需的需量，並訂定合約；電力公司據(jù)此契約需量準(zhǔn)備電力，同時為保證用戶履行合約而訂定超約用電處理原則 。9 (3)需量之定義 臺電的需量單位以每15分鐘內(nèi)有效累積電力量值。 每十五分鐘為一週期瞬時有效電力kW瞬時需量值kW以有效電力的平均累積電力量值為需量值10 (4)最大需量之定義需量是電力公司為保障電力系統(tǒng)安全而定的，需量單位以某一特定時段內(nèi)有效累積電力量值以臺灣而言，每一需量週期為15分鐘，所以一天24小時共有96次需量週期，其中最大值就是當(dāng)日的最大需量。 假

6、設(shè)一天96次需量中其中只有一次最大需量為120KW，其他都是在100KW內(nèi)，當(dāng)日的總用電量2400KWH： 2400(KWH)/24小時 120(KW) 若將最大需量120KW控制在100KW時其負(fù)載率為100%，兩者相差近17%之效率。 負(fù)載率=X100=83%11 (5)何謂超約用電？每月最大電力需量超過與臺電簽訂的契約容量。超約用電：超約用電超出契約容量在10%以下部分，按適用電價之二倍計收基本電費；超出10%以上部分，按適用電價之三倍計收基本電費。12 (6)同步式與滑動式監(jiān)視之分別 同步式如臺電之監(jiān)視方式，滑動式又稱(ROLLING DEMAND)係最近需量監(jiān)視之潮流，連續(xù)性之滑動式

7、需量監(jiān)視，由於臺電之同步訊號尚未開放，所以滑動式需量監(jiān)視需要校對，使用上不方便。 13 (7)電能管理與需量控制兩者之關(guān)連性需量控制乃是電能管理的一環(huán)執(zhí)行需量控制時，必須以電能管理之資料分析後，再執(zhí)行才不會影響用電品質(zhì)及設(shè)備壽命，否則需量控制就失去控制之意義。就如同醫(yī)生看診必須有病人之身體檢查資料才能判定治療及藥方一樣，兩者之間是相輔相成。 14三、電能管理目的與效益 減少流動電費(kWh)：效益(10-15%)應(yīng)用智慧型電能管理監(jiān)控裝置(W.P.M.D.)之任務(wù)週期調(diào)控模組，在不影響空調(diào)品質(zhì)之前題下，執(zhí)行各空調(diào)箱之控制以及配合舒適度控制模組來調(diào)控主機減少流動電費。 減少基本電費(kW)：效益

8、(10-15%)應(yīng)用智慧型電能管理監(jiān)控裝置(W.P.M.D.)之預(yù)先演算需量值來調(diào)控各主機進行卸載抑低最大需量，可減少基本電費及超約罰款。 15 節(jié)省流動電費之策略(1)舒適度(PMV)控制程式之建立應(yīng)用任務(wù)週期控制程式整合界面與舒適度(PMV)控制程式(Predicted Mean Vote)結(jié)合，改變調(diào)控指令把一般以溫度為調(diào)控指標(biāo)之方式改用舒適度(PMV)為調(diào)控指標(biāo)。調(diào)控之常數(shù)包含室內(nèi)出風(fēng)口溫度、風(fēng)量、濕度、輻射熱及活動率等參數(shù)，經(jīng)調(diào)控後實際運轉(zhuǎn)之節(jié)能效益高達1530%之多。應(yīng)用上極大之突破。16舒適度(PMV)指標(biāo)17(2)舒適度控制策略 a.一般以溫度為控制指標(biāo)，長時間運轉(zhuǎn)並非最佳化運

9、轉(zhuǎn)模式，產(chǎn)生能源浪費，建立電能管理需量控制與空調(diào)舒適度，做到最佳化的對應(yīng)運轉(zhuǎn)模式。b.空調(diào)系統(tǒng)中，空氣中之溫濕度等多為非線性變化，空調(diào)舒適度屬多輸入多輸出之非線性、時變、不確定之耦合狀況。1819c.舒適度之指標(biāo)：有效溫度ET (Effective Temperature)d.人體熱平衡及舒適度的元要素以溫度、濕度、幅射溫度、穿衣量、氣流速、優(yōu)劣狀態(tài)等條件所決定。e.以舒適指標(biāo)值中之乾球溫度、幅射溫度與風(fēng)速三變數(shù)，作為輸入變數(shù)、控制輸出量的依據(jù)。f.將室內(nèi)溫度和濕度等非線性變數(shù)設(shè)立資料庫，利用程式計算空調(diào)負(fù)荷以自動決定有效溫度圖上，達到最佳工作點及溫、濕度設(shè)定值，輸出參考信號至電能管理需量控制

10、設(shè)備，以維持最佳的冰水主機運轉(zhuǎn)之主控出水溫度。 2021 節(jié)省基本電費有效控制技術(shù)電腦根據(jù)用電戶依照契約電力設(shè)定之目標(biāo)電力值，在依目前使用中之電力變化傾向及對應(yīng)已使用過之電力變化資料，應(yīng)用智慧型CPU之FUZZY演算，可即時計算出電力需量預(yù)測值，並依設(shè)定指令適時發(fā)出執(zhí)行(或解除)、警報及負(fù)載調(diào)控。22應(yīng)用智慧型電能管理監(jiān)控裝置（W.P.M.D.）之預(yù)先演算需量值來調(diào)控各主機進行卸載抑低最大需量，可減少基本電費及超約罰款。目標(biāo)現(xiàn)在電力現(xiàn)在電力預(yù)測電力限界電力目標(biāo)電力警報解除點警報發(fā)生點效益：1015%23四、需量控制技術(shù)之探討 (1)一般需量控制器預(yù)測型態(tài)之方式利用用電增加率預(yù)測利用過去電力狀況

11、及目前發(fā)生的量測值利用某段時間內(nèi)有效電力的均值預(yù)測利用正在進行的需量值預(yù)測 (2)規(guī)劃性的需量控制技術(shù) 尖峰消除(Peak Clipping)負(fù)載轉(zhuǎn)移負(fù)載曲線谷底填充能源節(jié)約24 (3)強迫性的需量控制技術(shù)若預(yù)測到可能超約時，可經(jīng)由事先設(shè)計的控制方式，將負(fù)載預(yù)先且暫時的停用。 (4)空調(diào)負(fù)載之控制技術(shù) 中央空調(diào)系統(tǒng) 箱型空調(diào)機之控制技術(shù) 窗型及分離式冷氣之控制為直接或間接控制壓縮機電源方式與箱型空調(diào)機大致相同，視用途來規(guī)劃。 (5)電熱負(fù)載控制佔電力負(fù)載比率很大，是非常值得控制設(shè)備。25(6)動力馬達之控制列入負(fù)載需量情況之分臺分組分區(qū)或分段控制(Step Control)，有顯著效益。 (7

12、)電爐負(fù)載之控制所以如何有效的控制是視運轉(zhuǎn)功能做適當(dāng)之操控管理，可獲得相當(dāng)節(jié)電省錢成效。 (8)照明節(jié)電控制 規(guī)劃全面照明及重點照明，分區(qū)/分室/分迴路，依使用需求規(guī)則可人控或時控或配合光度計及感溫計自動控制之操控管理，可節(jié)省可觀節(jié)電效益。 26五、一般電力需量監(jiān)視控制管理系統(tǒng)主要構(gòu)成 需量控制系統(tǒng)主要構(gòu)成 :(1)需量管理用計器 (2)PULSE轉(zhuǎn)換器 (3)需量控制器(4)KW顯示器 (5)PC電腦 (6)印表機(7)磁碟機 (8)終端監(jiān)視器(9)電力量計KW(10)KW合成器(11)其它類比信號(12)負(fù)載控制器(13)警報輸出(14)尖峰用電控制管理及可停機次要負(fù)載2728六、電能管理

13、需量監(jiān)控之實務(wù)重點技術(shù) (1)成敗關(guān)鍵技術(shù)主要內(nèi)容確實有節(jié)能效益並可隨時查驗續(xù)效。準(zhǔn)確度高，總誤差在1%以內(nèi)。性能穩(wěn)定，不易受干擾檔機或故障。設(shè)備壽命週期長10年。完整的單機系統(tǒng)，操作簡單。29價位適當(dāng)，投資報酬率2.5年內(nèi)收回。維護費用少。系統(tǒng)擴充性佳，可隨著用電成長調(diào)整，不必更新設(shè)備。有法人單位驗證。 30(2)節(jié)能績效驗證 (IPMVP；International Performance Measurement and Verification Protocol) M&V選項節(jié)能效益計算OPTION A選項：以測量設(shè)備的性能為主，測量或約定操作的因素，和每年驗證的覆行的潛力。工程計算OP

14、TION B選項：設(shè)備或系統(tǒng)在整個合約期間內(nèi)，定期或者連續(xù)的量測。使用量測數(shù)據(jù)的工程計算OPTION C選項：以整個大樓或大廠的公用儀錶或分錶數(shù)據(jù)為主，讚天氣和或其它因素作為調(diào)整因子。公用儀錶數(shù)據(jù)的分析OPTION D選項：以大樓或者製程的電腦模擬計算為主，用量測數(shù)據(jù)來校正模擬計算。比較不同的模型31(3)節(jié)能看板範(fàn)例 (省錢看得見) 32七、案例介紹 (臺南市XX文化中心效益報告) (1)概述 智慧型電能管理監(jiān)控裝置主要用途是：提升電能使用效益(kW)。提升電能使用效益可做合理用電需量(kW)調(diào)控，避免或減少超約受罰。節(jié)約電能(kWh)。節(jié)約電能可以節(jié)省流動電費(kWh)。 前二項用途均能達

15、到節(jié)能目的。33落實電能管理之監(jiān)控裝置研發(fā)由經(jīng)濟部所屬事業(yè)協(xié)助中小企業(yè)推動研究發(fā)展計劃由臺電公司補助交給臺北科大在八十九年完成符合臺灣地區(qū)供電系統(tǒng)專用的”智慧型電力監(jiān)控裝置”及”中央空調(diào)主機降載控制器”。經(jīng)行政院國科會於八十八年度電力科技產(chǎn)業(yè)學(xué)術(shù)合作研究計劃進行實際測試及系統(tǒng)調(diào)控，證實有1015%實質(zhì)效益；能源局於九十年開始全面推廣並將研發(fā)成果轉(zhuǎn)移民間企業(yè)執(zhí)行業(yè)務(wù)。 34 12個月以來用電情況統(tǒng)計資料如下：35 (2) 95年度用電歷史資料圖表 36 (3)用電資料分析目前契約容量：1,000 kW。經(jīng)統(tǒng)計 貴中心在95年7月產(chǎn)生輕微的超約罰款金額共計NT$7,155元。95年最大需量發(fā)生在7

16、月份為1,016 kW，最小需量發(fā)生在3月份為342 kW，相差674 kW(佔契約容量約67%)。 37(4)分析報告依據(jù) 貴中心所提供之資料，於95年最大需量發(fā)生在7月份為1,016 kW，超過契約容量16 kW。 依據(jù) 貴中心所提供之資料，能配合調(diào)控負(fù)載設(shè)備約可提撥105 kW之調(diào)控容量。中央空調(diào)主機 60 噸 12臺箱型冷氣機 10 噸 5臺分離式冷氣 3 噸 11臺冷卻水塔風(fēng)扇馬達 10 HP 10臺 38為臺電的最大需量記錄方式是每15分鐘為一週期，以有效電力的平均累積電力量值為需量單位，臺電之電費計價是以每個月為單位，所以以30天計算每天有96次週期X 30天共計2,880次的1

17、5分鐘需量週期，只要其中有一次是最大值就是以此次為當(dāng)月的最大需量值。調(diào)查研究報告每個月的最大需量值都沒有超過5%，所以建構(gòu)W.P.M.D.調(diào)控轉(zhuǎn)移尖峰負(fù)載是當(dāng)務(wù)之急。依據(jù)國科會於八十八年度電力科技產(chǎn)業(yè)學(xué)術(shù)合作研究計劃進行實際測試及系統(tǒng)調(diào)控，證實有10-15 %實質(zhì)效益；能源局為著提高能源使用效益從九十年度開始全面推廣落實電能管理監(jiān)控裝置。39(5)綜合效益節(jié)電調(diào)控105kW減少基本電費 NT$ 245,000.需量調(diào)控70kW減少流動電費 NT$80,000.全年度綜合效益可達約 NT$ 325,000.電能管理監(jiān)控系統(tǒng)裝置使用壽命約十年以上。十年內(nèi)可節(jié)省電費約為 NT$ 3,250,000.

18、 40(6)效益曲線圖 改善後最大需量契約容量 1000KW節(jié)能效益：105 KW改善前最大需量41 (7)節(jié)能績效驗證(IPMVP OPTION B; International Performance Measurement and Verification Protocol) 談到ESCO業(yè)務(wù)最有爭議的議題就是績效驗證 M&V (Measurement and Verification) 項目如何爭取兩方合意，除了建立互信互惠之基本原則，最好的認(rèn)定是有明確的數(shù)據(jù)佐證，為著能議定最佳的基準(zhǔn)線(BASE LINE)，所以建置前之資料儘量能完整，此時建構(gòu)智慧型電能管理監(jiān)控裝置，可記錄用電之背景資料及建置後之節(jié)能績效核對，可以一目瞭然，符合IPMVP OPTION B之驗證方式，在未來ESCO業(yè)務(wù)上智慧型電能管理監(jiān)控裝置做為先鋒一點也不為過。42八、結(jié)論化石燃料逐漸耗盡所帶來的全球能源危機與二氧化碳溫度氣體排放的”地球環(huán)保問題”將是廿一世紀(jì)初期二項最大嚴(yán)重的問題。我國能源短缺97%以上依賴進