389期2024年10月號
出版日期:2024/10/15
封面故事 Features
敏捷部署之需量反應能源管理系統
撰文/賴宛靖
便利商店和超市中的開放式冷凍、冷藏櫃占全店能耗的40%至60%。工研院「敏捷部署之需量反應能源管理系統」運用智慧物聯裝置(AIoT)結合能源管理技術進行負載變化預測、調整溫度,螞蟻雄兵般省下可觀能源,現節能管理已導入3,200家零售店並持續擴大應用,榮獲2024全球百大科技研發獎肯定。
很多人的一天都是從便利商店開始,對於賣場裡「沒有門」、方便顧客取用的冷藏櫃一定不陌生。賣場裡冷凍冷藏櫃的溫度會受到店內顧客數、環境溫溼度及商品儲存量等影響,壓縮主機須因應需求不斷製冷,但開放式冷藏櫃的控溫是門學問,太冷不僅會凍傷食物,也浪費能源,太熱則食物容易損壞,導致食安疑慮。
若能應用IoT技術蒐集店內冷藏、冷凍設備運轉數據,並輔以AI技術得知設備的負載狀況,動態地調整運轉參數,不僅可避免商品遭凍損或過熱損壞而需丟棄,也能達到節電的效果。
根據經濟部統計處最新資料顯示,截至2023年12月全國共計有13,706家便利商店,平均每1,703人就有1間,密度高居全球第二,而在食品零售業中,冷凍冷藏系統占全店能耗的40%至60%,若每間都能省下一點電力,匯聚螞蟻雄兵的力量,就可以省出大能源。
冷熱源混雜 食品零售業具特殊需求
「然而,食品零售業有個獨特的挑戰,就是冷熱源混雜情況嚴重。為了解決問題,工研院開發『敏捷部署之需量反應能源管理系統』(Agilely Adoptable Demand Responsive Energy Management System;AADREMS)針對零售業面臨的狀況進行優化,補強傳統演算法難以有效控制冷熱混雜環境的窘境,克服技術難題,使系統能迅速靈活地適應現場溫度隨人流、物流與環境不斷變化的情況,」工研院綠能與環境研究所副經理宋鴻均說。
舉例來說,超商和超市經常有突發需求。例如冷藏櫃需要頻繁補貨,或是在多元化經營中,超市可能同時要烤雞、煮茶葉蛋或提供熱咖啡,導致熱負載不斷變動;而在夜間營業期間,蔬果櫃又不能太冷,有些場域可能碰到西曬,或中午用餐時間上班族湧入店裡消費,自動門頻繁開關,熱氣湧進店裡等多樣態情境,都是設計食品零售業節能系統的挑戰。
從「只監不控」到智慧能源管理
宋鴻均表示,傳統的能源管理系統(EMS)多半「只監不控」,無法創造價值回收。工研院的「AADREMS」不僅可幫助店鋪節能,同時還具備領先的需量反應功能。在電網之備轉容量不足時,系統可以透過預冷來應對電力需求,在電力高峰時段減少用電量,協助穩定電網。
「簡單來說,系統把店鋪內高能耗的冷凍、冷藏設備視為一種儲能設備,類似於熱能儲存的概念,可以在電力需求高峰來臨前,提前為冷櫃降溫,透過預冷處理來提高能效。」宋鴻均解釋,若搭配儲能設備,離峰時間店鋪可以參與電力交易市場,大型連鎖賣場或超商甚至可成為「能源聚合商」,在能源市場中扮演新角色。
除了能源控制外,系統還能協助店鋪優化管理流程,找出店內哪些設備相對耗能;透過雲端分析和支援向量機(SVM)演算法,檢查冷櫃等設備是否有冷煤洩漏等問題,通知店長提前處理;將能源消耗數據推送至設備,讓店家即時掌握狀況,預測設備是否有損壞可能。「畢竟,零售店鋪只要一天無法營業就會造成損失,而冷凍冷藏設備報修也需要時間安排人員前來,有損壞預測的功能就可以提早因應,讓店鋪安心營運。」
宋鴻均認為,節能系統須兼顧軟硬體和設備安裝方便、成本回收快速等優點,提升店家的安裝意願。「工研院的系統能整合現有的通訊協定,只要設備支持協定,就能直接接上系統進行管理和控制,避免店家重複投資;成本方面,與國外大廠動輒百萬的投資相比,此系統投資親民許多,安裝後若以10%至20%的節能效率計算,2年內即可回收,若再加上需量反應技術的應用,回收期更可縮短1至2個月。」
目前已安裝新系統的店家,每年約可減少約126座大安森林公園的吸碳量,節省約98,600MWh的電力。宋鴻均指出,工研院的「AADREMS」,無論是成本效益、節能和碳排放管理方面,與國際大廠相比有明顯優勢,結合臺灣在AI大數據分析和智慧調控技術的強項,可準確協助業者達成ESG目標,輕鬆應對各國日益嚴格的碳排放要求與碳稅負擔。
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