AMI 與需量反應衍生服務效益及挑戰

© 2013 資訊工業策進會科文共裕創新開放

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1

科文共裕創新開放 © 2013 資訊工業策進會

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

2


資策會智通所在電力領域之定位

發電輸電配電用電行政院「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

3

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

4


AMI 先進讀表系統概分

5

低壓讀表系統高壓讀表系統

用戶少、用量大、位置分散

用戶多、用量小、位置集中分散兼具


高壓 AMI 挑戰

6

Firewall

Database

WANGPRS 、 WCDMA 、 FTTx

MIU

Serial

MDMS

高壓 / 特高壓用戶

Load Balance 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


低壓 AMI 挑戰

7

Firewall

Database

WANGPRS 、 WCDMA 、 FTTx

感測網路

Concentrator

MDMS

低壓 / 家庭用戶

Load Balance AMI

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


“Central Office”

“The Concentrator”

“The Home”

“The Meter”

AMI 組成元素Measurement Instrument

Communications Card

Home Area Network

Disconnect - Limiter

Home Gateway

In-Home Display / Portal

Controllers

Collector

Short Term Storage

WAN Communication Client

WAN Communication Headend

Event Manager

MDMS

Operator Consoles

Portal

Market Simulator

8


AMI 先進讀表反應速度與應用

9

1Standard

Billing(for example, monthly, bi-

monthly)

2Enhanced

Billing (for example,

info and advice,

household specific or otherwise)

3Estimated Feedback (for example,

web-based energy audits

+ billing analysis, est.

appliance disaggregation

)

4Daily / Weekly

Feedback (for example,

based on consumption measurement,

by mail, email, self-

meter reading, etc.)

5Real-time Feedback (for example,

in-home displays

pricing signal capability)

6Real-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 ImplementLow High資料來源： State of the Technology 2009, Electric Power Research Institute


AMI 先進讀表資訊整合需求高

10


AMI 未來將與衍生服務整合

IPv4 / IPv6

Hybrid Sensor Network (ZigBee / PLC)

DR 能源管理聰明用電管理智慧建築先進讀表與智慧電網

Complex Event Processing

Service Oriental Architecture

感測層

網路層中介層

服務層

低頻寬低成本控制與訊息小量節點

高頻寬大範圍、大量節點服務導向平台複雜事件平台

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

閘道 / 集中器

企業資訊匯流

11

http://images.google.com.tw/imgres?imgurl=http://img.diytrade.com/cdimg/723614/5823551/0/1210149424.jpg&imgrefurl=http://www.diytrade.com/china/3/products/4162931/%E5%A4%AA%E9%99%BD%E8%83%BD%E8%B7%AF%E7%87%88.html&usg=__GbkHy86minjpgjHtDSLkNT6J34M=&h=454&w=340&sz=17&hl=zh-TW&start=66&um=1&itbs=1&tbnid=DfnuVx0fKQXWtM:&tbnh=128&tbnw=96&prev=/images?q=%E8%B7%AF%E7%87%88&start=60&um=1&hl=zh-TW&sa=N&ndsp=20&tbs=isch:1

http://images.google.com.tw/imgres?imgurl=http://mag.chinayes.com/MagazineBase/Article_Images/200812091538191245595.jpg&imgrefurl=http://mag.chinayes.com/MagazineBase/M71/1542/20081209153846030.shtml&usg=__9gHnMinjvL0Inra6oLNtD-B6onE=&h=262&w=300&sz=65&hl=zh-TW&start=92&um=1&itbs=1&tbnid=mxLEnEe0PIolsM:&tbnh=101&tbnw=116&prev=/images?q=%E6%99%BA%E6%85%A7%E9%9B%BB%E8%A1%A8&start=84&um=1&hl=zh-TW&sa=N&ndsp=21&tbs=isch:1

http://images.google.com.tw/imgres?imgurl=http://image4.it168.com/2009/8/3/eff1220b-a058-495c-aeab-6f30d358d531.jpg&imgrefurl=http://tech.it168.com/a2009/0730/615/000000615693_2.shtml&usg=__dqK32MRrBzOSly-LrRUZ_R9EmpI=&h=320&w=349&sz=14&hl=zh-TW&start=31&um=1&itbs=1&tbnid=s9rxiW6I_djQAM:&tbnh=110&tbnw=120&prev=/images?q=%E6%99%BA%E6%85%A7%E9%9B%BB%E8%A1%A8&start=21&um=1&hl=zh-TW&sa=N&ndsp=21&tbs=isch:1


智慧電表佈建對傳統作業是一大變革研擬導入規劃現場建築型態勘查請佈建區域電力資料

建築資訊及配電室位置饋線開關及網路接口

通訊 Site survey 規劃通訊評估場勘規劃

現場勘查配電室及電表位置確認集中器位置選擇通訊品質測試

電表安裝前準備各通訊技術之設備數量通訊改善

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

規劃作業區域

1 2 3 4

5 6 7

建築場地確認

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

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實例 -- 台灣電力公司高壓 AMI

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

MM

MMMM

M M MMM M

M M

M M

MMM

M M

MM

M M

MM

M

M

M

MM

M

台中控制中心M

M

高雄區處台東區處

透過控制中心進行全台電表讀表作業

透過 Web 進行讀表/ 分析操作

電表透過通訊界面回報電表資料

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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

15


佈建參考案例

電表安裝位置集中器可能安裝位置測試選擇

松山區民生社區佈建作法，實際佈建需視場地而定

16


能源管理衍生服務

17


未來潔淨能源生活

5%

20%

9%

59%7%

能源管理與效率改善低碳混合燃料氫、生質燃料…

Integration of Information Technology with Energy Technology Delivers Environmental Benefits

智慧電網再生能源或潔淨能源發電

智慧電表家庭用電網路

插電式油電混合電動車

• 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

18


Home Area Network 家庭用電網路

19

智慧家電

智慧溫控能源使用資訊

CPPResidential

Single FamilyMulti Family

Residential


PTR

時間電價與優惠方案Residential


Residential


TOU RatesResidential


Residential


Small Commercial

1 kW – 20 kW

Small Commercial

1 kW – 20 kW

Small Commercial

1 kW – 20 kW

Medium Commercial

20 kW – 200 kW

Medium Commercial

20 kW – 200 kW

資料來源： SCE

Connected Home


未來家庭儲能與調節

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未來可結合充電式電動車，成為儲能裝置

雙向電表，整合太陽能發電模組，兼具用電或售電

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

Connected Home

資料來源： SCE


Energy Management System (EMS) 組成

ZigBee or PLC or RS485Sensor Network

iSocket

Internet

Energy iGateway

Energy Management

System

用電設備

電力公司計費表電力公司電網

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用戶端 EMS 重點在告知用電資訊Basic Enhanced Advanced

Simple high-low indicator

More comprehensive in-home displays (usage, cost, time)

Programmable Communicating Thermostat (PCT)

Fully automated intelligent energy management system

Other automated/ programmable appliances

Electric vehicle chargingDistributed generation Electric storage

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http://www.amazon.com/gp/product/images/B0009726GU/ref=dp_image_0/102-1883522-2689753?ie=UTF8&n=284507&s=kitchen

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In-Snergy EMS雲端智慧綠能管理系統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23


In-Snergy 運作機制提示與控制資料分析監測

下班未關電腦人數統計

下班未關電腦 / 未關燈 email 通知辨公室用電統計

24


In-Snergy 家庭用戶解決方案

多元人機介面

III In-Snergy 用戶端

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25


In-Snergy – Energy Saving

User Interface

Meters & sensors gather

utilization information

In-Snergy

Smart Energy Management Cloud

Processes and analyzes

information

Analysis

Alert

Anomaly detection

Environment

status

Relation Patterning for prediction

26


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27


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28


In-Snergy 自動分析用電浪費

照明用電資料分析，找出用電浪費

下班無關閉電腦設備

下班照明沒有關閉

29


In-Snergy 商辦空調智慧調控

空調用電資料分析，結合 PMV舒適度指數，找出用電浪費

同仁已下班，但空調持續運轉

30

科文共裕創新開放 © 2013 資訊工業策進會31

用電模式收集、分析、建立


遠端設備面板操作，與即時訊息顯示


Sensor Fusion 多迴路耗能分析比較


尖離峰用量分析，進行契約容量最佳化演算


網路無國界–布吉納法索太陽能發電監測

35


需量反應衍生服務

36


AMI 最大效益 - 需量反應服務

Internet Intranet

Concentrator

Smart MeterSmart Meter

MIUHome Energy

Gateway

OpenADR Server

用戶可調控設備

OpenADR Platform配電調度中心 (DDCC) AMI / MDMS

可排程設備可停用設備可減量設備

高壓 / 特高壓用戶低壓 / 家庭用戶37


尖峰負載移轉是 AMI 預期效益

In-premise Network

AMI / Smart Grid

GW

h

Time-shifting Electricity

Time of Day

電力公司：移轉尖峰用電時間，非減量不用資料來源： SDG&E

38

http://us.lge.com/products/model/detail/home%20appliances_cooking_electric%20ranges_LRE30755.jhtml


不同計費模式有不同效益

39

CPPResidential


Residential


SDP (Res)

Residential


Residential


SDP (Comrcl)

2008 2009 2010 2011 2012 2013 Pilots Launch

Programs>531 MW

> 72 MW

342 MW

78 MW

410 MW

53 MW

Incremental New DR = 883 MW

PTR

Rates

Residential


Residential


PCT-ZigBeeResidential


Residential


Small Commercial

1 kW – 20 kW

Small Commercial

1 kW – 20 kW

Small Commercial

1 kW – 20 kW

Medium Commercial

20 kW – 200 kW

Medium Commercial

20 kW – 200 kW

Residential


Residential


TOU RatesResidential


Residential


Small Commercial

1 kW – 20 kW

Small Commercial

1 kW – 20 kW

Small Commercial

1 kW – 20 kW

Medium Commercial

20 kW – 200 kW

Medium Commercial

20 kW – 200 kW

3K 703K 2.2M 3.7M 5.1M

資料來源： SCE


需量反應 vs自動化需量反應

40

自動化 (Automation)

縮短反應時間(Response Time)

Auto-DR人工操作DR

資料來源 : Akuacom Corp.


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.

41


OpenADR 需量管理系統參考架構

42

operator需量管理操作者( 電力公司或電力資訊服務業者 )

用戶 A 用戶 B

DRAS 需量管理伺服器(DR Auto Server)

EMCS

W W W

Control network

EMCS

W W W

Control network

EMCS

W W W

Control network

EMCS

W W W

Control network

SmartDRAS Client

XML

Internet

Internet

XML

使用 SOAP/RESTWeb Service 方式傳遞 XML 訊息

XML

Simple DRAS Client


發展需量反應共通服務平台架構

DR Program

OpenADR 2.0Common information Model

Dynamic Pricing

Client Interface

Participant Interface

Utility/ISO Interface

Demand Response Automation Server

ISO: Independent System Operator

OpenADR: Open Automated Demand Response

Facility ManagerAggregator Manager

UtilitiesISOs

Simple SOAP

……

Demand Shifting StrategiesSpecific Electric Reduction

DR Event Notification

DR Bidding Process

Program Configuration

Program Execution

Program Maintenance

Use case scenarios

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價格策略主導能源管理與需量反應

DR options include Price-based DR (time-varying electricity tariffs) and Incentive-based DR (programs that pay for load reductions)

資料來源：Lawrence Berkeley National Laboratory

44


Potential peak load reduction by customer class in 2006, 2008 and 2010

Wholesale market participants also had the largest increase in potential reductions: from 12,656 MW in the 2008 Survey to 22,884 MW in the 2010 Survey.

資料來源： Federal Energy Regulatory Commission, February 2011 45


Potential peak load reduction by type of program and by customer class

資料來源： Federal Energy Regulatory Commission, February 2011

The top four demand response programs, (1)Emergency Demand Response, (2)Interruptible Load, (3)Direct Load Control, and (4)Load as Capacity Resource account for 79 percent of the total U.S.46


衍生服務未來發展趨勢

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我國能源資通訊市場概況

大型企業大型企業

中型企業中型企業

小型企業小型企業

竹科中科南科

廠辦用戶

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住商用戶

小型設備商

EICT廠商EICT大廠 /國際廠商台達電、康舒、大同

Honeywell, Siemens, Schneider Electrics.

設備商 (+平台 )

威電承研、鈞元

平台經營商中華、遠傳、台灣大

大型 EICT業者：已有平台 + 節能專業 + 設備+ 業務

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

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家庭

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能源資通訊市場機會訪問廠商、消費者、研發人員：

EICT業者設備商

協助 EICT 業者進行客戶端之電能管理及設備保全服務

太陽能

路燈管理

B2B市場

B2C市場

協助設備商進行客戶端之設備維修及保固協助進行太陽能發電效率追蹤協助業者進行多點路燈管理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、電器健診等家庭

應用場域客戶平台應用核心價值市場別

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路燈市場發展潛力有限

機會評估

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

目前已有業者採用平台為其能管基礎，商業化可行性高

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家電通路商49


能源資通訊之國際推動趨勢

50

Inte

rope

rabi

lity

(Met

adat

a an

d In

fo

Exch

ange

)

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…

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…

系統化

服務化 Con

nect

ivity

(Net

wor

k an

d C

omm

unic

atio

n)

Con

trol

Pr

ofile

(Har

dwar

e In

tegr

atio

n) SAANET SEP 2.0


結論 -- 能源資訊互通性將是衍生服務關鍵

2. 網路互通性3.語法互通性4. 訊息與事件語意認知5. 商業情境感知6. 商業流程7. 商業標的

1. 基礎產品互通性

8.經濟與管制政策政府、公協會、聯盟

應用推動單位

技術研發單位

主導單位推動分層能源資通訊互通性技術規範應聚焦帶動系統整合

產業、學界、法人已有累積資產及能量技術持續研發中，本計畫以現有技術為主體，研發中技術採協助方式進行

美國 NIST 建立Smart Grid Roadmap ，並透過優先行動計畫 (PAP) 分工協調， IEC也有PC-118 進行標準制定，重點在建立資訊互通性

商業模式、價格策略、政策要求、清算機制是廠商推動應用之動機

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簡報結束敬請指導

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AMI 與需量反應衍生 服務 效益 及挑戰

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