云端能源管理系统规划及案例

云端能源管理系统规划及案例•中大型能源监控平台•

微型能源管理系统•

人工智能电力解析技术•

其他应用

2报告大纲•能源之定义–包括电力、燃料、蒸气、热能、压缩空气及其他类似介质–建物内以电力为主要耗能来源•建物能源管理系统内涵–以电力监控系统为基础–以其他设施智慧控制作延伸

3能源管理系统中大型能源监控平台-iAuto

4智慧监控SCADA厂务

节能制程

优化•

5智能型自动化监控系统iAUTO管理保养•

用电KPI管理•

需量预测与卸载•

用电统计分析•

契约容量最佳化•

效能指标管理•

ISO

50001基线工具预防能源•

实时监控•

虚拟IO计算•趋势管理•

事件管理•

条件/排程控制•

警报管理•

报表管理•

马达设备振动与趋势诊断•

冰机设备异常诊断•

空调水系统效能诊断•

SPC统计管制制程优化模拟器(找出最佳生产条件)

制程最佳化实时控制维持/提升质量，减少能耗>10%空压系统节能优化控制(~25%节能)

废水处理节能优化控制(~

30%节能)空调水系统最佳化控制(~

35%节能)

空调箱AHU优化控制(~30%节能)•

•

•

••

••全区/各区用电统计•全区/各区节电统计•目标达成率、排行分析

•Google电子地图•实时能耗信息•年月用电/节电趋势•实时需量与预测•节电KPI管理•系统用电比例•建物效能指标(EUI)•空调水系统效能指标

(含冰机/水泵/水塔)•设备效能指标•系统/冰机基线建置•节能绩效验证•节能用电分析•建物能耗分析

6云端版iAUTO-EMS能源管理•月用电分析•日用电分析•实时用电分析•电力分析工具•契约容量最佳化分析•I/O异常警报•能耗异常警报•警报设定•Mail/SMS/Line发送警报管理统计分析效能指标管理报表管理建物用ISO50001

工具•实时能耗信息•年月日用电趋势•24hr实时用电曲线•用电基线建置与分析系统iAUTO-EMS•能源报表•自订报表•报表设定

•Email发送/设备

用电管理区域用

电管理电管理

iAuto系统架构(多建物)n

透过云端iAuto-web平台，进行各建物或工厂iAuto-X之整合，并具有智慧能源管理与智慧维护保养

之功能选项。区域端服务器A建物或工厂iAuto-X空调系统PLC/DDCPLC/DDCiAuto-web平台liAuto-SCADAliAuto-EMSliAuto-MMSEthernetiAuto-X区域端服务器建物或工厂通讯传输资料，

7本系统以软件为主，硬件可搭配前端任何品牌PLC或DDC，透过ModbusTCP系统架构弹性高、成本低且维护方便。iAUTO-EMS能源管理iAuto-X区域端服务器C建物或工厂iAuto-X区域端服务器B建物或工厂云端服务器电力系统D建物/厂区用电管理n

建物/厂区之实时用电、再生能源、储能、预测等信息呈现(可自订)。n

建物/厂区之年用电、月用电、累计节电量等视觉化呈现。n

建物/厂区之节电量、节电目标、目标达成率等KPI管理数据呈现。n

建物/厂区之需量、耗能因子、次系统用电统计等呈现。区域用电管理n多区、多建物之用电、节电等数据图型化KPI管理。nKPI管理项目包括目前节电量、节电目标、目标达成率、排行分析等。n结合Google电子地图，展显能源地图概念。

8云端版iAUTO-EMS能源管理建物/厂区用电管理n提供能源信息显示、历史资料查询、用电统计分析、契约容量最佳化、需量预测控制、ISO

50001能源基线、警报

管理与自动报表等服务。

9云端版iAUTO-EMS能源管理月

用

电

分

析契

约

容

量

最

佳

化用

电

排

行

比

较

ISO

50001

能

源

基

线

10空调水系统排程与情境设定

多参数历史曲线绘图与输出单机版iAuto-X

监控画面图层式监控主画面化(含动画呈现、颜色管理等)设备管理信息查询与输出事件与警报查询与输出OptimalControlStrategyINV.CoolingINVchiller•

多冰机自动加减机控制•

水泵并联模糊控制•

水塔并联模糊控制(湿球+趋近温度)•

水系统全域最佳化控制•针对多冰机设备之中央空调系统进行最佳化节能演算策略，可实时调整设备台数及运转频率，整体空调节能可达30%以上。•功能包含负载预测、设备能耗预测（含冰机、水泵及水塔）、运转操作预测

…

等。•基因最佳化算法进行整体空调水系统最水能耗操作点搜寻，使设备于最佳效率运转。INV.iAUTO-空调水系统最佳化控制策略

11应用服务产品特色外气温度(℃)总功率(kW)总冷冻吨(RT)效率(kW/RT)Fuzzy单独控制(kW)32.7845.3342.150.99GA最佳化控制(kW)33.1139.8939.950.93差异量(kW)5.44节能率(%)13.6%目的分析空调水系统GA最佳化控制相对

Fuzzy独立控制之节能效益运转设备冰机*1台、冰水泵*1台(变频)、冷却水

泵*1台(变频)

、水塔*1台(变频)测试地点工业技术研究院

一次侧系统测试时程Fuzzy独立控制

:

09/25-09/29GA最佳化控制

:

08/14-08/18

12案例：工研院院区○○馆空调节能改善

13近期案例最佳化控制更换冰机+最佳化控制更换冰机+最佳化控制•高雄OO汽车旅馆•

新竹OO饭店•彰化OO工厂

导入项目:n

新北OO店、桃园OO店、台南店、台东店n

大楼监控SCADA系统，包括电力、空调及一般I/O。n

节能优化控制，包括新增冰机一台及附属设备优化控制、空调箱AHU、预冷空调箱PAHU、小型送风机FCU等节能优化控制。

14案例OOO量贩店四间l全院中兴/光复/六甲/南创共82栋建物之电力监控整合平台与大型数据库，电表安装3000颗以上

,每3分钟可收集3万笔资料。l具电力信息显示、查询、统计、分析、预测、报表等管理功能。

15案例:ITRI建物能管系统建物能源管理光复院区(约25栋建物)中兴院区(约50栋建物)六甲院区(约3栋建物)南创园区(约4栋建物)iPOWER平台建置项目

全院多通道电力信息广播系统建置

全院82栋建物无线电力监控系统建置

全院30栋建物智能型建物能源管理系统iBEMS建置

全院6000台计算机智慧休眠软体iSleep导入(节能10-20%)

全院50间会议室智慧控制系统建置

(节能12.5%)

全院10栋建物空调水系统智慧控制系统建置

(节能20-35%)

全院1栋建物空调FCU无线智慧温控系统建置

(节能10-20%)

16案例:ITRI建物能管系统建物能耗分析(EUI)

节能用电分析(kW/kWh)建物能源管理电力信息广播系统沙仑院区

17微型能源管理系统l

国内现况：

国内小坪数建筑(<10,000

m2，空调吨数

<500RT)为主流，占92%以上

小坪数建筑空调场域的用电量不高，传统能源管理系统(EMS)成本过高、

ROI过长

国外亦有相同状况，

英国BSRIA资料统计(2016年)，

低楼坪面积建筑装有建物自动监控系统(BACS)

的占比很低小于

5%

，有能源管理者更少。

目前国际法规标准(如ASHRAE90.1)趋势，空调机房须给予效率量测与优化控制。

国际冰机大厂图控系统倾向于经营大型场域，

小型机房能源管理目前仍是蓝海市场冰机吨数<500RT>=500RT型式容积式离心式容积式离心式台数97,5453163,0275,401总计台数97,8618,428占比92.07%7.93%

18l2010年用电444,109度，约132万元/年l2012年改善后，节省8%约10.4万元/年l建置成本50万元，ROI=4.8年(过长)工研院10馆(90RT冰机)空调监控改善案例英国BSRIA资料统计(2016年)国内20年冰机累计台数统计BACS:

BuildingAutomation

andControl

System背景建置成本过高•传感器如电表、流量计等材

料、施工、校验等成本过高•采用传统集中式监控系统，PLC

、计算机(O.S.)、数据库、

监控软件等成本过高•整体改善一次性费用太高须高操作专业•系统建置复杂度高

，须将空

调、网络通讯、数据库、控

制、图控软件等技术整合，需要专业图控公司•系统运转时，

需要专业人力

进行操作与维护•软件厂商大多为中小型企业，

常发生无法服务或公司关闭，

使得业主后端支援中断。•软件多为封闭不开放

，难以

与其他系统进行整合。

19小坪数建筑空调导入EMS监控节能的障碍解决方案：微型能源管理系统(μBEMS)问题分析与解决对策服务支援中断传统能管系统

微型能源管理系统系统架构云端Server中央图控PC嵌入式设备(gateway=server=pc)导入时间14天7天控制方法PID

+

FuzzyAI智慧+优化控制建置成本50万20万元回收年限4.8年2年l

微型能源管理系统

弹性功能设计、缩短导入时间与人力。

智慧化统计能耗、有效掌握耗能设备

快速客制自动变频控制系统，提升节能潜力~30%

完整支援非侵入式电力传感器(Tab

Sensor)EMB-CTs

EMB-ZPs

EMB-Chillers水塔组

区域泵组

冰机组TAB

SENSOR户外温溼度

温度计

超音波流量计

人工智能电力解析Web智慧节能控制箱应用情境能源管系统控制箱

Ethernet*以60RT空调系统为例MYSQL资料分享(IOT)EMB-HVACEMB-BEMS水系统RS48520

硬件规格

最大连接装置数：

32个装置

最大IO数量：

512个点位(单一装置最多100点位)

支援通讯界面：

RS485、RJ45、WiFi、USB

支援通讯协定：

Modbus、ModbusTCP(推荐)、ITRIZigbee

原始感测资料可保存至少6个月

系统功能

感测资料实时显示、感测资料历史查询、感测资料汇出

完整支援ITRI非侵入式电力传感器系统建置

支援MQTT发布感测资料

可弹性分工组合架构，可以是资料收集器、也可以

是管理系统平台

21技术规格微型能源系统核心l

系统能效评估

配合数位电表架设，可进行冰机用电信息监测，历史数据搜集，效

率监测

…

等，可取代一般冰机监测面板。

将原本区域化之冰机监测系统升级为网络端图控系统。

1天完成能管系统导入

22冰机电表及嵌入式设备架设

嵌入式能管系统高雄○

○饭店-微型能管系统l

设备能效评估

配合数位电表架设，进行冰机用电信息监测，历史数据搜集约2~3个月。

设备冰机1号及2号期效率介于2kW/RT~2.8kW/RT之间。

由于量测数据平均kW/RT均大于2，可评估汰换之可行性。

23桃园○

○食品制造-微型能管系统冰机电表及嵌入式设备架设冰机数值纪录l

办公室用电监控

配合数位电表以及非侵入式电力传感器架设，进行长期辨公室所有用电

电力信息量测/信息输出/用电需量预测

共导入三间办公室，完成120颗非侵入式电力传感器架设用电需量预测

24桃园○

○信息业-微型能管系统微型能管

微型能源管理系统可弹性组合延伸基础架构，针对场域特殊进行系统演化及功能扩充，可以单纯是资料收集器、或是管理系统平台，也能进阶成为自动化智慧控制系统，均可依实际现场需求进行不同的模块组合。(备注:

部分模块之间会因实际限制只能择一导入)u耗电量自动分析统计(选配)u自动化排程条件控制(选配)u支援外部装置读取感测资料(ModbusTCPGateway)(选配)u可扩充为卸载控制器(视实际场域条件限制)u可扩充为简易型图控系统(视实际场域条件限制)

马达(水泵、水塔)智慧变频控制器u导入Fuzzy及GA算法进行马达自动变频控制，有效达到实时最佳化运转频率控制并提升节能效率。

空调水系统智慧控制器u整合Fuzzy及GA算法进行空调水系统运行优化，针对系统内之冰水泵、冷却水泵及水塔风扇自动变频控制，提升水系统节能潜力。

25微型能源管理系统-延伸应用l

嵌入式小型水系统控制器EMB-HVAC

小型水系统图控功能：

具备实时监测、排程控制、历史查询、警报告警..等功能。

节能优化控制：

以Fuzzy控制器为主进行冰水泵、冷却水泵及水塔风扇自动变频动

作。l规格

嵌入式小型水系统控制器EMB-HVAC*1

可控制冰机、冰水泵、冷却水泵及水塔风扇各*1

之小型空调水系统

输入：水泵/水塔频率、水泵/水塔启停点、温度

点*4

输出：水泵/水塔频率、水泵/水塔启停点温度计水塔INV.

延伸应用-小型水系统控制器

EMB-HVAC

26智慧节能控制箱EMB-HVAC讯号转换器RS485讯号EthernetAI讯号温度计温度计温度计水泵水泵冰机webINV.INV.MODBUS

TCP协定MySQL数据库1台系统水塔不控2台系统水塔独立1台系统水塔需控2台系统水塔并联

延伸应用-小型水系统控制器

EMB-HVAC

27设备通讯模板台达变频器

东元变频器

宁茂变频器

堃霖冰机

立霖冰机可建立设备通讯模板，减少通讯建置时间。可建立水系统界面图库，减少界面建置时间。算法模块模糊控制演算

基因算法

设备并联优化

设备能耗预测1.

整合多种节能算法，提升空调系统节能量。通讯与资料

交换模块设备传感器

信息(DI/AI)进行设备控制(AO/DO)网页UI设定

与显示功能

系统特点：水系统界面图库功能设定与

信息显示2.

3.控制读取建物类型区域泵规格供给场域空调使用时间测试时间板桥○○

医院商办建物20Hp冰水区域泵x3(1备用)B3整层24hr2018/11/13~l

导入项目

嵌入式能管系统，包含1颗电表安装与建置。

空调水系统节能控制策略，包含区域泵智慧变频。

总建置费12万

28嵌入式设备

图控界面

变频区域泵*3板桥○

○医院-嵌入式节能控制控制策略场域条件平均运转频率区域泵耗电kW相对节电率手动变频末端压差0.12~0.15kg/cm2高负载时48.01Hz6.898Na末端压差0.11~0.13kg/cm2低负载时39.884.625Na自动变频末端压差于0.11kg/cm237.343.96231.2%手动变频自动变频11/1311/14454035302520154:489:36

14:24

19:120:00

4:489:3614:2419:12lROI计算

节电量：平均每小时节电1.8度，1年节5807度电约4.4万元

成本：总建置费12万(含一颗电表、能管系统与水系统控制，不包含水泵变频器)

ROI=2.7年

。

29板桥○

○医院-嵌入式节能控制TimeHz建物类型系统规格供给场域空调使用时间测试时间xx○○

教会商办建物60RT冰机7.5hp冰水泵

10hp冷却水泵

5hp水塔风扇B1整层600坪9:00~20:002019/07/16~l

导入项目

嵌入式能管系统，包含12颗电表安装与建置。

空调水系统节能控制策略，包含冰水设定温度调整及冰水泵/冷却水泵智慧变频。

总建置费17万

30○

○-嵌入式控制箱变频器控制盘冰水温度控制实场建置节能控制箱l

实验测试

取气候接近两天比较，运转未导入技术冰机系统与导入技导之冰水系统比较。

总建置费17万，包含12颗电表、系统建置、能管与空调节能控制导入

(不包含水泵变频器)

。

平均每小时节电7.43度，1年节省8.8万元成本，

ROI=1.93年。控制模式冰机控制策略水泵控制条件操作情况平均系统耗电kW相对节电率水温设定7℃全载水温7℃

,水泵60Hz35.66Na低载水温设定10℃

重载水温设定7℃水泵温差3℃变频水温7~10℃

,水泵

51Hz28.2320.8%平均Kw冰机用电冰水泵用电冷却水泵用电水塔风扇用电总用电导入前19.815.257.6335.66导入后17.713.194.34328.23节电率10.6%39.2%42.9%0.0%20.8%

31○

○-嵌入式控制箱节能成效

32l

社区公用电力监控与自动卸载控制当该建筑物公用盘用电量超过额定容量时，依序关闭预定卸载设备(进、排风

机以及浇水泵)

，以避免超过设定限制值。l效益：109.9电费3.4万，

前一年同期为6.5万，经由调降契约容量及卸载控制，每期减少3.1万元电费，回收年限<1年。某日7次卸载实际状况分析①②③

④

⑤

⑥

⑦xx○

○社区-卸载控制系统系统警戒线

40人工智能电力解析技术

国内每年有15万具的能管电表需求量，与能源管系統連結進行設備用電資訊輸出。

本技术可导入未安装电表弱电端市场，不仅取代

部分电表市场更能开拓新的能源管理应用市场。

导入本技术后预估有10%增加率，

有1.5万颗市场

可销售量

。ASHRAE

90.1(2016)标准之新增规定：•

Electrical

meteringandsub

metering

大于25,000sq.ft

的建筑，需量测和记录超过50kVA

以上的空调、照明、插座和杂项的回路用电2.

能源管理电表市场1.能源流揭露趋势背景说明MeasuringMeter3.传统电表安装问题l

安装电表成本极高(多回路电表每具12,000元以上)，在确定有节能机会前，业主不愿

投入，

造成ESCO产业与能源管理系统推广困难l

现有设备耗电量测方式需安装多具单一电表与多回路电表进行l

场域空间受限，无法安装多具电表或多回路电表只能装多个电表

总和单价高、

体积大、需额外电箱放置电表克服场域无法布建

大量或多回路电表减少电表数量

及快速安装多回路电表

单价高、配线多又复杂、需额外电箱放置电表背景说明=开发目标+35以工研院中兴院区某馆为例：•

2015年电费780万元（空调+照明

+插座

+其它，排除制程及机房）•电盘数为192个，共1781个回路，上万件用电设备和器具，以每个回路

2600元计算，则需463万元•电表建置成本过高故一般商办仅于少量耗能设备端(如冰水主机等)安装电表，弱电盘则不安装电表，易导致能源流資訊不透明與用電安全事件

36建物真实用电回路统计36•

专利电力传感器与人工智能电力解析技术•

相较传统电表节省60%以上成本•

非接触式感测降低触电风险及停机施工成本•

具备线材温度侦测功能，可作负载安全监测•

串联式安装，施工方便减少线材空间与成本透过新开发的低成本电力传感器与嵌入式智慧分析器，

以非接触式感测方式与AI人工智慧分析技

术取得多回路用电信息，

并且具有线材温度感测与异常事件侦测功能

，

兼顾节能与安全的应用

。

37人工智能电力解析技术技术特点技术简介嵌入式智慧分析器以单一RS485通讯连接电盘内所有低成本电力感测器与总电表，嵌入式智慧分析器内进行运算。

智慧分析器可实时储存回路用电信息，并支援Modbus

TCP功能与能源系统介接。总电表kW1.00.80.60.40.20.01

3

5

7

9

11

13

15

17

1921

23

25回路编号计算值(kW)

38人工智能电力解析技术智慧分析器产品安装断路器

断路器RS485•读取贴覆式传感器与总用电•解析各回路用电值Tab传感器Tab传感器RS48538项目规格适用电压AC90-600V电流范围0.5A~100A线性度>99%,True

RMS频宽30Hz~1kHz功因范围0.01~0.99感测方式非接触感应式温度感测-10~120˚C解析项目V,

A

,

PF,

KW,

KWh通讯界面Modbus

RTU/TCP/MQTT

39电力功耗传感器-Tab传感器可串联通讯接线端子外接大电流CT束线带固定孔线材弹簧夹扣温度传感器每小时各设备功耗平均准确率冷却水塔2

冷却水塔1

冷却水泵

冰水泵冰水主机95.0%95.5%96.0%96.5%97.0%97.5%98.0%

4097.6%.5%97.6%%

96.3安装案例台中M工厂安装工研院电盘沙仑独栋展示屋电盘冷却水塔

(2台)冷却水泵传感器贴覆于冰机回路冰机总用电冰水泵97.8%97

41安装案例桃园某公司办公室电盘(220V)桃园某公司办公室电盘(110V)桃园某公司新办公室5F(110V)桃园某公司新办公室5F(220V)其他应用:预防保养/效率诊断

42应用服务•

实时设备故障预警提示•

自动判定特征频谱•

自动化警戒门槛值运算•

针对马达运转地的特征频率做趋势诊断与分析(转子不平衡、

对心故障、轴承故障、

转子断条等)，

并发出实时设备故障预警提示

。•

将振动等讯号经FFT转换并撷取其特征，

利用专家法则建构异常辨识模型

，

完成云端SaaS服务模

组开发

43设备运转