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AMI 與需量反應衍生 服務 效益 及挑戰

AMI 與需量反應衍生 服務 效益 及挑戰. 智慧網通系統研究所 報告人：陳文瑞 策略總監 2013 年 3 月 1 日. 簡報大綱. 資策會智通所在電力領域之 定位 AMI 先進讀表系統導入 挑戰 能源管理衍生 服務 需量反應 衍生 服務 衍生服務未來 發展趨勢. 資策會智通所在電力領域之定位. 配電. 輸電. 發電. 用電. 行政院「 低碳能源系統改造」標竿方案已納入「推動智慧電網計畫」，並設定以「推動智慧電表基礎建設」及「規劃智慧電網與 智慧型電力服務 」為重點推動項目. 人均用電量逐年增加. 發電成本逐年提高. AMI 先進讀表系統導入 挑戰.

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Presentation Transcript

  1. AMI與需量反應衍生服務效益及挑戰 智慧網通系統研究所 報告人：陳文瑞 策略總監 2013年3月1日

  2. 簡報大綱 • 資策會智通所在電力領域之定位 • AMI先進讀表系統導入挑戰 • 能源管理衍生服務 • 需量反應衍生服務 • 衍生服務未來發展趨勢

  3. 資策會智通所在電力領域之定位 配電 輸電 發電 用電 • 行政院「低碳能源系統改造」標竿方案已納入「推動智慧電網計畫」，並設定以「推動智慧電表基礎建設」及「規劃智慧電網與智慧型電力服務」為重點推動項目 人均用電量逐年增加 發電成本逐年提高

  4. AMI先進讀表系統導入挑戰

  5. AMI先進讀表系統概分 高壓讀表系統 低壓讀表系統 用戶多、用量小、位置集中分散兼具 用戶少、用量大、位置分散

  6. 高壓AMI挑戰 Load Balance MDMS Database AMI • 用戶分散 • 電表資料量多，每具電表讀表時間長 • 不同廠商電表要能共存、互換 • 遠端更新電表費率表 Firewall WAN GPRS、WCDMA、FTTx MIU 高壓/特高壓 用戶 Serial

  7. 低壓AMI挑戰 Load Balance MDMS Database AMI Firewall Concentrator 低壓/家庭 用戶 WAN GPRS、WCDMA、FTTx • 用戶建築形態複雜，需有高度彈性網路架構 • PLC面臨實際配線無法預期與線材阻抗，影響傳輸效能 感測網路

  8. AMI組成元素 Measurement Instrument Communications Card WAN Communication Headend Home Area Network Event Manager Disconnect - Limiter Collector MDMS “The Meter” Short Term Storage Operator Consoles WAN CommunicationClient Portal Home Gateway “The Concentrator” Market Simulator In-Home Display / Portal “Central Office” Controllers “The Home”

  9. AMI先進讀表反應速度與應用 1 Standard Billing (for example, monthly, bi-monthly) 2 Enhanced Billing (for example, info and advice, household specific or otherwise) 3 Estimated Feedback (for example, web-based energy audits + billing analysis, est. appliance disaggregation) 4 Daily / Weekly Feedback (for example, based on consumption measurement, by mail, email, self-meter reading, etc.) 5 Real-time Feedback (for example, in-home displays pricing signal capability) 6 Real-time Plus (for example, HANs, appliance disaggregation and/or control) 「Indirect」 Feedback (Provided after consumption occurs) 「Direct」 Feedback (Provided Real-time) Information Availability Cost to Implement Low High 資料來源： State of the Technology 2009, Electric Power Research Institute

  10. AMI先進讀表資訊整合需求高

  11. AMI未來將與衍生服務整合 DR能源管理 聰明用電管理 智慧建築 先進讀表與智慧電網 • 彈性服務架構 • 能源需量與碳權交易市集 • 能源合理使用加值服務 服務層 企業資訊匯流 • 高頻寬 • 大範圍、大量節點 • 服務導向平台 • 複雜事件平台 中介層 Complex Event Processing Service Oriental Architecture 網路層 IPv4 / IPv6 閘道/集中器 • 低頻寬 • 低成本 • 控制與訊息 • 小量節點 感測層 Hybrid Sensor Network (ZigBee / PLC)

  12. 智慧電表佈建對傳統作業是一大變革 4 3 2 研擬導入規劃 現場建築型態勘查 請佈建區域電力資料 通訊Site survey規劃 1 • 建築場地確認 • 規劃作業區域 • 建築資訊及配電室位置 • 饋線開關及網路接口 • 通訊評估 • 場勘規劃 6 7 5 現場勘查 電表安裝前準備 安裝佈建 • 停電通知 • 更換電表 • 各通訊技術之設備數量確認 • 集中器安裝 • 安裝後通訊測試 • 配電室及電表位置確認 • 集中器位置選擇 • 通訊品質測試 • 各通訊技術之設備數量 • 通訊改善

  13. 透過PLC量測設備，建立電表與變壓器迴路相位關係表透過PLC量測設備，建立電表與變壓器迴路相位關係表 PLC通訊Site survey電表與變壓器確認 受電開關 表前線路 變壓器側

  14. 台灣第一套自行研發高壓用戶智慧讀表AMI系統，支援2.3萬高壓用戶，佔台灣總用電量60%台灣第一套自行研發高壓用戶智慧讀表AMI系統，支援2.3萬高壓用戶，佔台灣總用電量60% 特色 非專屬開放通訊介面：符合web service OGC standard介面，增加異質設備相容性與資料共通化 系統可用性99%以上 高互通性：通訊架構可支援不同廠牌的Meters 實例--台灣電力公司高壓AMI 透過控制中心進行全台電表讀表作業 M M M M M M M M M M 台中控制中心 M M M M M M M M M M M M M M 電表透過通訊界面回報電表資料 M M M M M M M M M 高雄區處 M M 台東區處 透過Web進行讀表/分析操作

  15. 能源局低壓AMI先導計畫 • 示範場域：民生社區 • 住宅類型：大樓、透天厝、公寓式住宅 • 通訊技術： • LAN: ZigBee, PLC • WAN: 3.5G • 低壓1萬戶已發包建置

  16. 佈建參考案例 松山區民生社區佈建作法，實際佈建需視場地而定 電表安裝位置 集中器可能安裝位置 測試選擇

  17. 能源管理衍生服務

  18. 未來潔淨能源生活 Integration of Information Technology with Energy Technology Delivers Environmental Benefits 再生能源 或潔淨能源發電 家庭 用電 網路 插電式 油電混合 電動車 智慧 電網 智慧 電表 能源管理 與 效率改善 低碳混合燃料 氫、生質燃料… • 動態電價 • 減少成本與價格壓力 • 滿足用戶附加價值期待 資料來源：SCE

  19. TOU Rates CPP PTR Home Area Network家庭用電網路 時間電價與優惠方案 智慧家電 Connected Home 智慧溫控 能源使用資訊 資料來源：SCE

  20. 未來家庭儲能與調節 未來可結合充電式電動車，成為儲能裝置 Connected Home 家庭能源儲存調節裝置，可提供再生能源發電可用性與尖峰負載調度 雙向電表，整合太陽能發電模組，兼具用電或售電 資料來源：SCE

  21. Energy Management System (EMS)組成 Energy iGateway Internet Energy Management System ZigBee or PLC or RS485 Sensor Network 用電設備 電力公司電網 電力公司計費表 iSocket

  22. 用戶端EMS重點在告知用電資訊 Advanced Basic Enhanced • Fully automated intelligent energy management system • Other automated/ programmable appliances • Electric vehicle charging • Distributed generation • Electric storage • Simple high-low indicator • More comprehensive in-home displays (usage, cost, time) • Programmable Communicating Thermostat (PCT)

  23. 系統功能 自動即時資料收集能源資訊 多樣化能源使用分析報表 電力與事件異常通知 需量預測與智慧控制服務 行為分析與節能用電建議 優勢 便宜、簡易的能源監控方案 24小時線上即時掌握目前用電狀況 開放式標準資料通訊介面 In-SnergyEMS雲端智慧綠能管理系統

  24. 監測 資料分析 提示與控制 In-Snergy 運作機制 辨公室用電統計 下班未關電腦/未關燈email通知 下班未關電腦人數統計

  25. 多元人機介面 In-Snergy家庭用戶解決方案 用戶端 III In-Snergy 透過「記錄用電」、「行為辨識」、「調控與提示」三步驟，實現當用則用，不用則停的原則，達到「聰明用電」境界

  26. In-Snergy– Energy Saving SmartEnergy Management Cloud Processes and analyzes information Meters & sensors gather utilization information User Interface In-Snergy Alert Environment status Analysis Anomaly detection Patterning for prediction Relation

  27. 商業EMS系統 iSocket用電資訊統計 空調用電資訊統計 照明用電資訊統計 ， • 全時收集分析用電資訊 • 分析不合理用電行為，提示當事人改善 • 遠端調控，緊急事件遮斷

  28. 家庭EMS系統 家用節能管理系統 用電分析圖表 電器使用狀況分析 • 全時收集分析用電資訊 • 分析不合理用電行為，建議當事人改善 • 異常行為提示，緊急事件遮斷

  29. In-Snergy 自動分析用電浪費 下班照明沒有關閉 下班無關閉電腦設備 照明用電資料分析 ，找出用電浪費

  30. In-Snergy 商辦空調智慧調控 同仁已下班，但空調持續運轉 空調用電資料分析 ， 結合PMV舒適度指數，找出用電浪費

  31. 用電模式收集、分析、建立

  32. 遠端設備面板操作，與即時訊息顯示

  33. Sensor Fusion多迴路耗能分析比較

  34. 尖離峰用量分析，進行契約容量最佳化演算

  35. 網路無國界–布吉納法索太陽能發電監測

  36. 需量反應衍生服務

  37. AMI 最大效益 - 需量反應服務 OpenADR Platform AMI / MDMS 配電調度中心 (DDCC) OpenADR Server Internet Intranet 可排程 設備 Home Energy Gateway Concentrator MIU 可停用 設備 Smart Meter Smart Meter 可減量 設備 用戶可調控設備 低壓/家庭用戶 高壓/特高壓用戶

  38. 尖峰負載移轉是AMI預期效益 Time-shifting Electricity GWh Time of Day In-premise Network 資料來源：SDG&E AMI / Smart Grid 電力公司：移轉尖峰用電時間，非減量不用

  39. SDP (Comrcl) TOU Rates SDP (Res) CPP PTR 不同計費模式有不同效益 Pilots Launch 2008 2009 2010 2011 2012 2013 3K 703K 2.2M 3.7M 5.1M Programs >531 MW > 72 MW 342 MW 78 MW 410 MW 53 MW PCT-ZigBee Rates Incremental New DR = 883 MW 資料來源：SCE

  40. 需量反應 vs自動化需量反應 自動化(Automation) Auto-DR 人工操作 DR 縮短反應時間 (Response Time) 資料來源:Akuacom Corp.

  41. Open Automated Demand Response (OpenADR) Which utility service territories offer AutoDR programs? In California, Pacific Gas and Electric (PG&E), Southern California Edison (SCE) and San Diego Gas and Electric (SDG&E), currently/plan to offer Auto-DR to facilities through their own programs. “Direct-Access” industrial facilities customers are also eligible to participate in the DR programs offered within the service territories of these utilities.

  42. OpenADR需量管理系統參考架構 XML 需量管理伺服器 (DR Auto Server) DRAS Internet 使用SOAP/REST Web Service方式 傳遞XML訊息 operator 需量管理操作者 (電力公司或電力資訊服務業者) Internet XML Simple DRAS Client XML 用戶A EMCS EMCS EMCS 用戶B EMCS Smart DRAS Client Control network Control network Control network Control network W W W W W W W W W W W W

  43. 發展需量反應共通服務平台架構 Facility Manager Aggregator Manager Utilities ISOs • ISO: Independent System Operator • OpenADR: Open Automated Demand Response Utility/ISO Interface Participant Interface DR Program DR Event Notification DR Bidding Process Client Interface Demand Shifting Strategies Specific Electric Reduction Demand Response Automation Server Dynamic Pricing …… Simple SOAP OpenADR2.0 Common information Model Program Configuration Use case scenarios Program Execution Program Maintenance

  44. 價格策略主導能源管理與需量反應 資料來源：Lawrence Berkeley National Laboratory • DR options include Price-based DR (time-varying electricity tariffs) and Incentive-based DR (programs that pay for load reductions)

  45. Potential peak load reduction by customer class in 2006, 2008 and2010 • Wholesale market participants also had the largest increase in potential reductions: from 12,656 MW in the 2008 Survey to 22,884 MWin the 2010 Survey. 資料來源：Federal Energy Regulatory Commission, February 2011

  46. Potential peak load reduction by type of program and by customerclass • The top four demand response programs, (1)Emergency Demand Response, (2)Interruptible Load, (3)Direct Load Control, and (4)Load as Capacity Resourceaccount for 79 percent of the total U.S. 資料來源：Federal Energy Regulatory Commission, February 2011

  47. 衍生服務未來發展趨勢

  48. 我國能源資通訊市場概況 中型EICT業者： (以CHT為例)本身有建立平台的專業+業務但缺乏節能專業及設備，需與具節能專業業者整合 大型EICT業者：已有平台+節能專業+設備+業務 EICT廠商 EICT大廠/國際廠商台達電、康舒、大同Honeywell, Siemens,SchneiderElectrics. 大型 企業 大型 企業 內部化 連鎖百貨超商飯店醫院集團企業大學政府學校幼稚園 平台經營商 中華、遠傳、台灣大 竹科 中科 南科 中型 企業 中型 企業 設備商(+平台) 威電承研、鈞元 小型設備商 小型EICT業者： 本身有節能專業+設備+業務但缺乏開發平台工具 小型 企業 小型 企業 家庭 廠辦用戶 住商用戶

  49. 能源資通訊市場機會 • 訪問廠商、消費者、研發人員： 機會評估 應用場域 客戶平台應用核心價值 市場別 B2B 市場 EICT業者 協助EICT業者進行客戶端之電能管理及設備保全服務 目前已有業者採用平台為其能管基礎，商業化可行性高 設備商 協助設備商進行客戶端之設備維修及保固 太陽能 市場仍處於待開發階段，非EICT商業化首要切入重點場域 太陽能目前 發電效率不佳 協助進行太陽能發電效率追蹤 路燈市場 發展潛力有限 路燈管理 協助業者進行多點路燈管理 隨電費漲價議題及民眾對智慧家庭之期待，產品商業化可行性高 B2C 市場 家庭 協助家庭用戶達成電力資訊可視化、家電遠距控制、幼童與年長族之行為監測、電器健診等 家電通路商 藉由平台電器資訊蒐集，觀察家電狀況，以判斷是否需維修，加強消費者對通路黏著度

  50. 能源資通訊之國際推動趨勢 建構節能系統整合服務：例如需量反應服務、用戶需量管理服務、雲端能源管理服務… Interoperability (Metadata and Info Exchange) 系統化 Connectivity (Network and Communication) 建構節能減碳系統：智慧智慧家電、家庭自動化、用戶端能管理系統… 服務化 Control Profile (Hardware Integration) SAANET SEP 2.0

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