綠能節電 | 建置用戶智慧電表監控

【共26項行動項目】

舉凡一切與再生能源、建築節能以及設備節能相關之議題,均可歸類於綠能節電面向。其中再生能源則指理論上能取之不盡,用之不竭的天然資源,且同時取得的過程中不會產生污染物並能在極短時間內再生的特性;建築節能係將節能減碳之理念融入建築設計中的概念,包含加強室內採光、通風、空調、綠化措施等,以達成建築物節能之效果;設備節能則是指藉由採用高效能之設備,例如燈具與家用電器等,使運轉、維護管理時所消耗的能量最小化。

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高雄市

執行主體:【縣市】、實施區域:【縣市】
一、背景說明
        近年來台灣不只面臨了限水危機,同時也一直並存著限電危機,雖然經濟部能源局及台電公司提出五大因應做法,包括加強機組的運轉維護、台電檢討可延緩的機組移至夏月後再歲修、落實強化節電措施、推動需求面管理措施、大修如期完成等,同時也不斷地呼籲民眾加入省電一族,但是要如何讓民眾能主動意識到家中電器的耗能狀況,並進一步的自動自發地去調整用電量或進行省電的動作,就要提到智慧電錶了。
        智慧電錶,並不是一個能夠節電的設備,與傳統電錶的最大差異在於智慧電錶能夠提供用戶用電資訊,即時記錄每一設備的電力使用狀況,透過智慧電錶的通訊功能,可將用電情況即時傳送出去;對於使用端,就能藉由具有螢幕的顯示裝置,了解耗電量的變化與用電的效率,有了明確的數據與分析,就能提醒自己調整電器使用時間,或是思考改用更省電的電器,如變頻家電、LED 照明等,進而達到「主動」節電的效果。
        為建立高品質、高效率和環境友善的智慧化電力網,促進低碳社會及永續發展的實現及確保穩定供電、促進節能減碳、提高綠能使用、引領低碳產業,建置先進電表系統,以取代人工抄表,減少人力及往返交通,並透過時間電價機制,引導用戶主動節約用電,降低尖峰負載及用電量,高雄市環保局於104 年度開始針對契約容量用戶推動能源監控設備計畫,由市區的學校開始建立學校用電監測資訊,讓學校可以了解學校用電狀況,以減少因用電超出契約容量而招致台電罰款致增加用電成本,亦可隨時監視及分析用電異常狀況,以作適當的用電調整或離尖峰時段的用電調配等措施,做為未來校園用電設施節能規劃之參考依據。
二、工作內容與方法
  1. 作業內容暨執行方法

        高雄市政府希望透過節能減碳的方式減緩氣候變遷,以「營造永續綠色生態新城市」為目標,明確將低碳列為高雄市重要政策願景,期望建構高雄市成為藍天、淨水、綠地、低碳、寧適宜居的永續環境。因此104 年度的「高雄市低碳城市行動計畫」中除對學校單位進行節能輔導,針對校園中使用的電力、空調、照明系統等能源設備,提供有效的節能減碳改善建議作法外,同時也希望透過於5 家次示範場所掛設智慧型能源管理系統結合數位電錶,為示範場所執行深入節能診斷,了解主要耗電狀況及設施,以一併推廣正確用電觀念,由小範圍推廣,再逐步擴大至整個城市。本年度在可分為四大部分,說明如下:

    1. 預計施做學校規劃

        高雄市環保局104 年度首度針對契約容量用戶進行5 家次示範場所掛設智慧型能源管理系統結合數位電錶,為示範場所執行深入節能診斷,了解主要耗電狀況,5 家次掛設示範場所之挑選優先原則如下所列:
    (1) 學校用電人數較多者,即學校班級數、每班學生人數較多者。
    (2) 學校總用電量較多者。
    (3) 有高耗能設備者,如游泳池等。
    (4) 有不明情形大幅耗能狀況者。
    (5) 具有改善需求並具有高度配合意願者。
        依據以上挑選原則,並經過與有意願配合掛設之學校進行現場現勘訪談輔導後,挑選出之掛設示範場所之基本資料詳列如下,整理如表1

    (1) 五權國小

        位於高雄市苓雅區的五權國小,在1942 年日制時期即成立,1947 年搬遷至現址,校地總面積約為2.14 公頃,現有師生人數約為360 人。校園建築以四棟建物圍繞中心的操場所構成,校園內並設置有室內游泳池。

        該校電力契約容量為160 千瓦,功率因數為96%,並曾接受經濟部補助設置小型太陽能光電系統;電量使用較大區位為游泳池和活動中心;校內燈具已多數採用T5 型電子啟動式日光燈具,並於活動中心採用高效率投光型複金屬燈,且多數空調已使用分離式變頻冷氣減少耗電量。

        游泳池熱泵製熱能力為30 千瓦,40℃關機;夏天採用太陽能熱水器,冬天則使用熱泵供應泳池與盥洗使用,熱泵冷氣出口朝向操場邊活動用地直接排放。

    (2) 四維國小

        四維國小鄰近高雄市國立師範大學與復華中學,於1963 年成立,校地總面積為2.2 公頃,校園建築總樓地板面積為36,430m2,校園建築物北面寬闊的青年一路,南面則隔苓雅一路與復華中學相接,因此呈現南北向較為開闊;目前師生人數約3000 人,是少數入學學生仍增加的小學。
        其年度用電情形自2011 年後逐年增長,2014 年度總用電量為833,600度,EUI 為23(KWh / m2‧y),主要耗電區位於禮堂和游泳池。校園已有接受經濟部補助設置太陽能光電系統。

    (3) 陽明國小
        陽明國小創校於1991 年,校齡約 24 年,校地面積約有2.6 公頃,共分為義德、誠正、陽明、修齊、格致及治平樓等6 棟建築物,目前班級數共計81 班,學生人數約2,102 人,教職員工172 人,屬高雄市大型國民小學。
        該校用電種類為需量綜合非營業用電,2014 年7 月至2015 年6 月總用電量花費為1,881,971 元,總用電度數為476,746 度,平均電價為每度3.95 元,主要耗電設備有游泳池。

    (4) 中正國小
        中正國小創校於1947 年,原址在鼓山區蓮海路68 號,1980 年遷入現址,占地約1.53 公頃,主要建築為6 棟,分別為忠孝樓、仁愛樓、信義樓、和平樓、四維樓及五育樓,主要辦公室分布在忠孝樓,級任教室大多分布在四維及五育樓,科任教室分布在和平樓及信義樓,目前信義樓租借日僑學校使用,學校班級數共54 班級,學生人數約1612 人,教職員工103人。
        該校用電種類為高壓需量綜合非營業用電,2014 年8 月至2015 年7月總用電量花費為1,735,414 元,總用電度數為484,000 度,平均電價為每度3.59 元,主要耗電區域位於禮堂,因中正國小有舞蹈班,每日需要於禮堂練習,使用率極高。

    (5) 光武國小

        光武國小創校於1985 年,校區建地面積2.1566 公頃,校地雖然不大,但校園規劃完善,學校建築共分為7 棟,分別為行政大樓、誠正樓、育英樓、思源樓、日新樓、勵志樓、勤樸樓,建築多,電路較為老舊,全校共有教師82 人,學生約1359 人。
        該校用電種類為高壓需量綜合非營業用電,2014 年8 月至2015 年7 月總用電量花費為1,342,514 元,總用電度數為355700 度,平均電價為每度3.77 元,學校年用電量一年中有8 個月用電量在3,0000~38,000 度之間,1月、7 月及8 月則在2,0000~25,000 度之間,2 月則在2,0000 度以下。

    表1、5 家學校基本資料彙整

    序號

    行政區

    名稱

    意願

    年用電電費

    學生人數

    耗能設備

    不明情況大幅耗能

    1

    苓雅區

    四維國小

    2,318,925

    2,850

    游泳池

     

    2

    三民區

    陽明國小

    1,881,971

    2,102

    游泳池

     

    3

    苓雅區

    中正國小

    1,735,414

    1,612

     

     

    4

    三民區

    光武國小

    1,342,514

    1,359

     

     

    5

    苓雅區

    五權國小

    972,219

    360

    游泳池

    2. 各掛設地點安裝現場勘查
        施工團隊先與各施作學校進行溝通,說明裝設內容、施工方法、施工步驟、未來效益、各學校需協助配合事項如提供固定IP 位置、協助與高壓電廠商聯繫、公告斷電時間等,再由學校總務組及資訊組陪同至示範點現場進行現勘,了解學校電盤及電路位置、及網路通訊設備裝設位置後,再備齊設備與施做學校協調施作時間後,再至現場協助裝設數位電錶及掛載智慧雲端能源管理模式。

    3. 掛設智慧型能源管理系統結合數位電錶
        智慧電錶係指含有量測功能、通訊功能等2 大部分所組成,除傳統的基本量測功能用以記錄消費者用電量之外,數位電表以MCU 分析所得電流與電壓值及其相位,可顯示三相電 壓值(V)、三相電流值(A)、耗電量 (kW)、伏安數(VA)、虛功量(VAR) 及功率因數(PF)等等數值,智慧電表的通訊功能可透過網路傳送用電資訊到電力公司和用戶端,用戶端可隨時知曉用電狀況,對大電力用戶而言,與台電訂有契約容量,當用電超過一定量,將被處以兩倍以上電費之罰款,大電力用戶使用數位電表,將可預先得知即將超約,進一步通知用戶降低非必要用電,達成電費節約之目的。

        數位電表監控裝設實體及雲端系統報表畫面如圖所示,雲端用電系統至少含下列功能:

    (1)電表總覽: 將所有電表的電力資訊在一個畫頁上ㄧ次預覽,並有台電契約容量及即時的總用電度數做比較,可供操作人員做即時的預覽。

    (2)用電報表:當使用者欲瞭解某ㄧ時段所有電錶的kWh 用量時,可設定kWh 報表的開始及結束日期,並可按電力契約型式(二、三段式契約用戶)區分尖離峰用電度數,可自動整理出選擇時間範圍所有電錶的kWh 值,能繪製用電統計圖(包含圓餅圖及長條圖)或轉出至Excel 檔案。

    (3)歷史資料:系統能將歷史資料依月份定期備份,不讓資料庫的單一檔案過大,當使用者要看歷史資料時,監控軟體能從備份的資料調出歷史資料。

    (4)密碼管理:具多階密碼管制,以確保系統操控之安全性。

    圖1 數位電表監控裝設實體及雲端系統報表畫面




  2. 法規制度暨配套方案
    1.行政院99 年6 月23 日核定之「智慧型電表基礎建設推動方案」,分階段完成並進行效益評估後,逐步擴大建置。預計2015 年高壓智慧型電表布建完成並啟動低壓智慧型電表建置工作,2020 年達成600 萬戶低壓智慧型電表系統建置(布建率50%),2030 年達成具效益之全國高低壓智慧電表系統建置。

    2.本行動項目為「104 年度高雄市低碳城市行動計畫」補助推動低碳永續家園認證評比綠能節電運作機能之用戶端智慧電表監控行動項目(學校/社區)。

  3. 參與執行單位暨作業人力配置
    1.指導單位:高雄市政府環境保護局,負責監督、整合、驗收。
    2.執行單位:方達科技股份有限公司,負責規劃、進度控管、聯繫推動。
    3.民間單位參與:
        (1)財團法人成大研究發展基金會,負責學校現勘、節能改善輔導評估。
        (2)殷佑科技股份有限公司,負責學校現勘、監控設備安裝、監控數據分析彙整。
        (3)四維國小、陽明國小、中正國小、光武國小、五權國小等5 間示範國小,負責校園配置及場地提供、協助能源監控相關事宜
三、執行期程與經費

    (一)執行期程

    本行動項目於104 年8 月起開始規劃執行,相關推動期程如表2 所示。


    表2、工作執行時程表

    工作內容

    9

    10

    11

    施做學校規劃確認名單

    * *

     

     

     

     

     

    各掛設地點安裝現場勘查

     

     

     

     *

     *

     

     

     

    掛設智慧型能源管理系統結合數位電錶

     

     

     

     

     *

     *

     

     

    監控結果分析

     

     

     

     

     

     

     *

     *

    (二) 經費
        每間學校之輔導、智慧型電錶設備安裝、通訊設備安裝、雲端能源管理系統架設、系統使用教育訓練、一年設備系統保固等經費約為100,000 元,5 間學校共計500,000 元,由高雄市環境保護局以環保署經費補助設置;後續的維護及管理經費,將由四維國小、陽明國小、中正國小、光武國小、五權國小等5 間示範國小自行籌措。

四、成效分析與建議
    1. 可透過即時收集之電力資訊,讓學校瞭解用電狀況,做為日後學校節能規劃之參考依據。
    2. 可偵測個別用電迴路之電流量並設定臨界告警值超過臨界值透過DO 連動避免各迴路使用電流過高產生之風險,確保學校之用電安全。
    3. 監測各迴路之電壓、電流、功率因數、有效功率、無效功率等資料,有效確保校園用電品質。
    4. 透過即時監控機制,可提早發現校園用電異常情形,除可避免超約罰款外,也可避免不必要之用電浪費。
    5. 可透過每日各時段用電報表,作適當的用電調整或離尖峰時段的用電調配等措施,可有效運用能源,並能避免超約狀況。
五、評等得分之要求
    本工作為「104 年高雄市低碳城市行動計畫」補助推動低碳永續家園認證評比綠能節電運作機能之用戶端智慧電表監控行動項目(學校/社區),為村里社區配合中央政策努力推動社區低碳作為之行為。