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 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 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 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

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

高壓AMI挑戰 WAN 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 高壓/特高壓 用戶 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

低壓AMI挑戰 WAN 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 低壓/家庭 用戶 Load Balance MDMS Database AMI Firewall 低壓/家庭 用戶 Concentrator 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

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

(Provided after consumption occurs) Information Availability 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

3/2/2017 AMI先進讀表資訊整合需求高

AMI未來將與衍生服務整合 服務層 中介層 網路層 感測層 企業資訊匯流 閘道/集中器 彈性服務架構 能源需量與碳權交易市集 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 中介層 高頻寬 大範圍、大量節點 服務導向平台 複雜事件平台 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)

智慧電表佈建對傳統作業是一大變革 1 2 3 4 5 6 7 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 規劃作業區域 建築場地確認 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 現場勘查 5 6 電表安裝前準備 安裝佈建 7 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 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

PLC通訊Site survey電表與變壓器確認 變壓器側 受電開關 表前線路

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 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 14 14

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

松山區民生社區佈建作法，實際佈建需視場地而定 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

能源管理衍生服務

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

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

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 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 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

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

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 charging Distributed generation Electric storage

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 本技術提供一套高穩定、高擴充性、價格親民、易於安裝的能源監控解決方案 1.「雲端智慧能源感測與辨識平台」，透過「記錄用電」、「行為分析與辨識」、「智慧調控」三步驟， 讓民眾先掌握「知」，繼而「行」，實現該用則用，非必須用則停用，在不犧牲方便與舒適前提下， 達到「聰明用電」境界。 2.「雲端智慧能源感測與辨識平台」紀錄之訊息除常見仟瓦時 (KW/H，也是民眾慣稱用電度數) 之外，另包含電壓(V)、電流(A)、需量(W)、頻率(Hz)、功率因數(PF)、 視在功率(VA)…等進階資訊，另外國內工商用戶常會與台電簽訂契約容量，用電戶常會有超約問題， 能源平台，除了可以作契約容量最佳化、也可預測超約發生機率，進一步做有效控制，避免超約問題。 另外也發展迴路辨識技術，透過單一電力計，來分析辨識迴路上每個電器的狀態，用最低的成本 來掌握環境中每項設備用電狀況，進而達到節能省碳目標。 3.目前此平台已進入試運轉階段，與統一超商集團、那魯灣飯店、遠雄建設及 友達集團合作導入至實際環境運轉中，目前協助國內廠商積極研發相關產品， 預計明年應用面將更廣更普及。

In-Snergy 運作機制 提示與控制 資料分析 監測 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 專家規則 辦公室 a.下班要關閉電腦、相關設備 b.下班要關閉電燈(隨手關燈) c.無人時關閉冷氣 d.人較少時，調低冷氣出風量，調高溫度（ＰＭＶ） e.飲水機（廁所/公共空間）無人時自動關閉，有人時開啟 專家規則a,b 條件　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表示行為　 　 對應處理方式 非工作時間（白天），區域燈全關，電腦未關(待機/低度運轉狀態=>未使用) 電腦忘了關　 紀錄異常，提醒關閉 非工作時間（白天），區域燈全關，電腦未關(高度運轉狀態=>使用中) 　　 加班 正常， 無需處理 非工作時間（白天），區域燈未關，電腦未關(待機/低度運轉狀態=>未使用) 忘了關/加班 ??紀錄異常 非工作時間（白天），區域燈未關，電腦未關(高度運轉狀態=>使用中) 　　加班 正常， 無需處理 非工作時間（白天），區域燈全關，電腦全關　 　下班　 　 正常，無需處理　　　 非工作時間（白天），區域燈未關，電腦全關　 　電燈忘了關/加班??紀錄異常 專家規則c,d PMV 專家規則e 條件　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表示行為　 　 對應處理方式 非工作時間（白天），區域燈全關，電腦全關　 　下班　 　 關閉飲水機(相關公共設備)　　　 非工作時間（白天），區域燈全關，電腦未關(待機/低度運轉狀態=>未使用) 下班(電腦忘了關) 關閉飲水機(相關公共設備) 晚上（7:00以後），區域燈全關　　　　　　　 　下班　 　　　　要關閉電腦/此區域相關設備/空調設備 下班未關電腦人數統計

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 In-Snergy家庭用戶解決方案 III In-Snergy 用戶端 多元人機介面 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

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

商業EMS系統 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 iSocket用電資訊統計 空調用電資訊統計 照明用電資訊統計 ， 專家規則 辦公室 a.下班要關閉電腦、相關設備 b.下班要關閉電燈(隨手關燈) c.無人時關閉冷氣 d.人較少時，調低冷氣出風量，調高溫度（ＰＭＶ） e.飲水機（廁所/公共空間）無人時自動關閉，有人時開啟 專家規則a,b 條件　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表示行為　 　 對應處理方式 非工作時間（白天），區域燈全關，電腦未關(待機/低度運轉狀態=>未使用) 電腦忘了關　 紀錄異常，提醒關閉 非工作時間（白天），區域燈全關，電腦未關(高度運轉狀態=>使用中) 　　 加班 正常， 無需處理 非工作時間（白天），區域燈未關，電腦未關(待機/低度運轉狀態=>未使用) 忘了關/加班 ??紀錄異常 非工作時間（白天），區域燈未關，電腦未關(高度運轉狀態=>使用中) 　　加班 正常， 無需處理 非工作時間（白天），區域燈全關，電腦全關　 　下班　 　 正常，無需處理　　　 非工作時間（白天），區域燈未關，電腦全關　 　電燈忘了關/加班??紀錄異常 專家規則c,d PMV 專家規則e 條件　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表示行為　 　 對應處理方式 非工作時間（白天），區域燈全關，電腦全關　 　下班　 　 關閉飲水機(相關公共設備)　　　 非工作時間（白天），區域燈全關，電腦未關(待機/低度運轉狀態=>未使用) 下班(電腦忘了關) 關閉飲水機(相關公共設備) 晚上（7:00以後），區域燈全關　　　　　　　 　下班　 　　　　要關閉電腦/此區域相關設備/空調設備 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

家庭EMS系統 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 家用節能管理系統 用電分析圖表 電器使用狀況分析 專家規則 辦公室 a.下班要關閉電腦、相關設備 b.下班要關閉電燈(隨手關燈) c.無人時關閉冷氣 d.人較少時，調低冷氣出風量，調高溫度（ＰＭＶ） e.飲水機（廁所/公共空間）無人時自動關閉，有人時開啟 專家規則a,b 條件　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表示行為　 　 對應處理方式 非工作時間（白天），區域燈全關，電腦未關(待機/低度運轉狀態=>未使用) 電腦忘了關　 紀錄異常，提醒關閉 非工作時間（白天），區域燈全關，電腦未關(高度運轉狀態=>使用中) 　　 加班 正常， 無需處理 非工作時間（白天），區域燈未關，電腦未關(待機/低度運轉狀態=>未使用) 忘了關/加班 ??紀錄異常 非工作時間（白天），區域燈未關，電腦未關(高度運轉狀態=>使用中) 　　加班 正常， 無需處理 非工作時間（白天），區域燈全關，電腦全關　 　下班　 　 正常，無需處理　　　 非工作時間（白天），區域燈未關，電腦全關　 　電燈忘了關/加班??紀錄異常 專家規則c,d PMV 專家規則e 條件　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表示行為　 　 對應處理方式 非工作時間（白天），區域燈全關，電腦全關　 　下班　 　 關閉飲水機(相關公共設備)　　　 非工作時間（白天），區域燈全關，電腦未關(待機/低度運轉狀態=>未使用) 下班(電腦忘了關) 關閉飲水機(相關公共設備) 晚上（7:00以後），區域燈全關　　　　　　　 　下班　 　　　　要關閉電腦/此區域相關設備/空調設備 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

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

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

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

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

Time-shifting Electricity 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

不同計費模式有不同效益 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Incremental New DR = 883 MW 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 SDP (Res) SDP (Comrcl) PCT-ZigBee Rates CPP PTR TOU Rates Incremental New DR = 883 MW 資料來源：SCE

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) 效益: 縮短反應時間 同時通知多個用戶端 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.

OpenADR需量管理系統參考架構 DRAS Internet 需量管理操作者 (電力公司或電力資訊服務業者) 需量管理伺服器 (DR Auto Server) XML 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) Simple DRAS Client 用戶A 用戶B Smart DRAS Client EMCS EMCS W Control network EMCS W Control network EMCS W Control network Control network W W W

發展需量反應共通服務平台架構 Client Interface Participant Interface DR Program OpenADR 2.0 Common 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 Manager Aggregator Manager Utilities ISOs Simple SOAP …… Demand Shifting Strategies Specific Electric Reduction DR Event Notification DR Bidding Process Program Configuration Program Execution Program Maintenance Use case scenarios

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)

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

Potential peak load reduction by type of program and by customer class 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. 資料來源：Federal Energy Regulatory Commission, February 2011

衍生服務未來發展趨勢

EICT大廠/國際廠商 台達電、康舒、大同 Honeywell, Siemens, Schneider Electrics. 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, Schneider Electrics. 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 中型 企業 竹科 中科 南科 中型 企業 設備商(+平台) 威電 承研、鈞元 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 設備 商 小型 企業 小型 企業 家庭 廠辦用戶 住商用戶

市場仍處於 待開發階段， 非EICT 商業化首要 切入重點場域 能源資通訊市場機會 訪問廠商、消費者、研發人員： 市場別 應用場域 客戶平台應用核心價值 機會評估 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 協助進行太陽能發電效率追蹤 太陽能目前 發電效率不佳 路燈管理 協助業者進行多點路燈管理 路燈市場 發展潛力有限 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 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 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

能源資通訊之國際推動趨勢 系統化 服務化 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 Control Profile (Hardware Integration) SAANET SEP 2.0 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 (Network and Communication) Connectivity

結論--能源資訊互通性將是衍生服務關鍵 能源 資通訊 互通性 技術 規範 應聚焦 帶動 系統 整合 主導單位 推動分層 政府、公協會、聯盟 8.經濟與管制政策 能源 資通訊 互通性 技術 規範 應聚焦 帶動 系統 整合 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 7.商業標的 6.商業流程 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 應用推動 單位 5.商業情境感知 4.訊息與事件語意認知 3.語法互通性 技術研發 單位 2.網路互通性 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 產業、學界、法人已有累積資產及能量 1.基礎產品互通性

簡報結束 敬請指導