Energy Management
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第七屆離島資訊技術與應用研討會論文集 2008 Conference on Information Technology and Applications in Outlying Islands 智慧型家庭能源管理系統之建構 陳束弘、林政廷 工業技術研院能源與環境研究所所 [email protected] 摘要 文提出一個由能源需求端管理面所建 立的整合網路通訊、人工智慧及能源管理之智 慧型家庭能源管理系統。此系統包含家庭節能 管理及診斷平台、通用型家電智慧節能通訊模 組、人員活動感知節能模組、家庭電器用電管 理插座、待機電力管理插座、家庭節能管理控 制器。此系統可分析使用者耗能行為模式建立 智慧化家庭用電管理邏輯，以達家庭用電之最 有效利用。 關鍵字：家庭能源管理系統、建築能源管理 系統、需求端管理 Abstract This paper will present an intelligent home energy management system (HEMS) to fulfill the needs from demand side, and this system can be said as the integration of information, networking, artificial intelligence and energy management. This HEMS are composed by several subsystems, and they are home energy management and diagnosis platform framework, universal smart appliance communication module, inhabitant motion detection module, appliance power management plug, stand-by power management plug, and home management controller. This system can analyze user behaviors and generate responding intelligent power management models for the power usage optimization. Keyword：HEMS、BEMS、DSM 壹、前言 由於經濟快速發展導致人類對電力之需 求日益加深。有鑑於在發電過程中所帶來的環 境污染問題，及在地球能源有限之情況下，如 何有效率的管理能源是當前重要課題之一。 在很多已開發國家，為有效地利用能源 而推動能源負載管理，能源負載管理可以分為 兩個部份：需求端管理 (Demand Side Management ；DSM) 以及供應端管理(Supply Side Management)。需求端管理相關的技術包 括負載曲線之調整、降低照明負載、提升馬達 驅動負載之效率、提升空調系統效率以及家庭 能源管理系統 (Home Energy Management System ；HEMS)及建築能源管理系統(Building Energy Management；BEMS)等。DSM 主要的 議題是改變電力用戶用電行為，規劃出一個對 用戶及電力公司都有利的用電需求型態。用電 需求規劃包括節約用電、降低尖峰需求(Peak Demand Reduction) 、用電需求重配置(Demand Relocation) 、用電需求控制(Demand Control) 及負載成長控制等。供應端管理相關的技術則 包括廢棄物發電系統、超導材料應用、風力能 應用、太陽能應用、壓縮空氣能量儲存系統以 及熱儲存系統等。 HEMS 為家庭能源管理之一項有效的方 法。現代家庭存在著數十種以上的家電或資訊 設備。也就代表在數位家庭中，將會有許多不 同用途的智慧家電與資訊產品，若欲整合如此 多樣性的資訊設備，必需建構一個共通的網路 平台。在整合技術上，將不同產品之資訊互 通，成為數位家庭網路技術發展之關鍵。家庭 網路依功能區分，可分為家電控制網路、資訊 網路與多媒體影音視訊網路等三大類。 一、 家電控制網路： 屬於低速的控制網路，主要將電視、冰箱 或洗衣機等家電設備，透過外加或內建通訊模 組的方式，以構成家電設備互連網之目的。此 類網路型態目前並無統一之技術標準，不同國 家各自有不同的技術標準與支持廠商。其傳輸 速率通常在 10kbps 以下。目前以美規的 SCP/UPnP、LonWorks，日規的 ECHONET 與 歐規的 KNX 為主。 二、 資訊網路： 用來連接電腦，提供資料傳輸與交換之網 路，此類網路型態之通訊協定有統一的標準， 目前大都是以 TCP/IP 協定為其通訊標準。 三、 多媒體影音視訊網路： 隨著高畫質數位電視之崛起，娛樂用途之 數位影音設備在家庭中日漸普及，故將來在數 位家庭中也必需存在著將此等數位影音設備 之寬頻多媒體影音視訊網路做串聯。 BEMS 亦為住商節能網路系統技術之重 要一環，日 OpenPLANET 公司應用資通訊 網路技術針對大樓建築開發以節能為主之 BEMS 系統，利用與大樓現有資訊網路系統之 整合，依據大樓各承租戶實際使用情形來達到 節能控制，日 清水建設利用 ICT(Information & Communications Technology)技術所建立之 BEMS 系統可有效達到 5%~30%的節能效率 [1]。 就整體能源使用的角度來看，藉由智慧 型家庭能源管理系統之建立，可以蒐集到用戶 能源使用資訊，並進行各種負載分析和節能措 施研究，以及作為能源政策訂定的參考。根據 -251-
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- 1. [email protected](PeakDemand Reduction)(DemandRelocation) (Demand Control) HEMSAbstractThis paper will present an intelligent homeenergy management system (HEMS) to fulfillthe needs from demand side, and this system canbe said as the integration of information,networking, artificial intelligence and energymanagement. This HEMS are composed byseveral subsystems, and they are home energymanagement and diagnosis platform framework,universal smart appliance communicationmodule, inhabitant motion detection module, 10kbpsappliance power management plug, stand-by SCP/UPnP LonWorks ECHONETpower management plug, and home managementKNXcontroller. This system can analyze userbehaviors and generate responding intelligentpower management models for the power usageoptimization. TCP/IPKeyword HEMSBEMS DSM BEMS OpenPLANETBEMS (Demand Side ICT(InformationManagement DSM)(Supply& Communications Technology)Side Management)BEMS5%~30%[1] (Home Energy ManagementSystem HEMS)(BuildingEnergy Management BEMS) DSM 2008 Conference on Information Technology and Applications in Outlying Islands-251-
2. (Energy Conservation CenterHEMSJapan ECCJ) (SmartPower Meter)20%EnerSearchAB ECHONET HEMS(Motion Detector) 13%-30%[2]2006 10%~20% [3] HEMS BEMS[4] BEMS 2[6]OpenPLANET BEMS ESCO 1997ECHONET(Energy Conservation and HOmeDSM (DemandNETwork)[5] Side Management Agent)ECHONET HEMS(1) [5]300 100 20116 40BEMS 15%-30% BEMS PHS2002 8 2003 2100 ICT13% [2] BEMS 5%~30%3 [1] ECHONETHEMSBEM2008 Conference on Information Technology and Applications in Outlying Islands -252- 3. HEMS (Expert System)(U.S.Department Of Energy) (U.S.Environmental Protection Agency) (California Berkeley National Laboratory)1996 Home Energy Saver4 A.5000 [7]5B.5000C.D. 5000Home Energy SaverHEMSA.B.62006 1EconHomeProject [3]2008121000 ( 16) SAANET10%~20% IEEE802.15.475 A.B.IEEE 802.15.4SAANET 2008 Conference on Information Technology and Applications in Outlying Islands-253- 4. A. IEEE802.15.4B. 2007 HPCC(Home PlugCommand)1.0C. IEEE802.15.42 ( )D.IEEE802.15.4 2007HPCC (Home Plug Command andA. (V)Control)1.0 (I)(kW)(kWh)(pf) (Hz)(A)B. 1%()E. IEC-62053-21C.kWh kWD.IEEE 802.15.4 DVD (Master-Slave) (1) DVD (IEEEHPCCHPPCHome Plug )(SAANET)A. ECHONETB.(2) HEMSC. 2008 Conference on Information Technology and Applications in Outlying Islands-254- 5. (Data Mining)()(3) HEMSBEMS BE200310Page36.[2] HEMS()D-2 2004.[3] http://www.econhome.eu/(4) [5]http://www.echonet.gr.jp/English/ index.htm[6] ( )(H13).[7] http://hes.lbl.gov/[4]97 2008. ( )(5)(Plug and Play) (where)(when) (how much) HEMS (customization)HEMSHEMS 98 99 2008 Conference on Information Technology and Applications in Outlying Islands-255-
