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1WISE POWER MANAGEMENT CO., LTD. 台灣節電股份有限公司

製造業節能減碳輔導人才訓練研習營

電力系統與電能管理

2009/8/05


一、電力系統

二、電能管理

三、節能改善的基本架構概要說明

四、案例說明


一、電力系統


(1).電力系統圖


(2).電費單解說


(3).關鍵詞介紹

電能

需量

最大需量

負載率

電能管理

需量監控

功率因數

二次能源(轉換效率48%) 。

基本電費計價基準，每15分鐘為一需量週期。

每個月需量週期為2,880次，其中最大的需量值。

合理的用電指標，能源使用效率最大為100%。

用電的健康檢查(及時蒐集用電動態資料)，經由分析管控最佳化運轉。

預測每一次需量週期內之用電量並適當執行調控，防止超約用電發生。

減少損失，分高壓側與低壓側二種改善方式。


(4).電力節能步驟


(5).電力節能改善項目

減少線路損失（鐵損、銅損、三相不平

衡、諧波損失）

提高負載率

改善功率因數


(6).節能改善項目

1.落實電能管理需量控制

降低用電需量(KW)

‧合理的契約容量‧最大需量控制‧提高負載率‧移轉尖峰負載‧自動發電運用

減少用電量(KWH)

‧減少用電浪費‧減少線路損失‧提高功率因數‧增加離峰用電量‧使用高效率用電設備


2.變壓器檢討

降低變壓器電能損失

電力系統除了供應電力予下游的各用電設備使用之外，變壓器設備在變壓過程中產生的電力耗損亦是主要的耗能來源之一。因此在採購變壓器時應盡量採用高效率變壓器者，有助於降低電力系統的電能損失；此外在廠區休假或停工期間，停用的變壓器應切斷高壓側的電源，以減少不必要的鐵損與無負載損失；而變壓器周圍環境應要求通風良好以利變壓器散熱降低設備溫度，必要時可加裝風扇或空散熱，可增加變壓器壽命與性能。

(6).節能改善項目(續)


2.變壓器檢討(續)

變壓器合併

當變壓器操作時，不論有無負載皆會有鐵損和銅損的存在，鐵損的高低視供應的電壓大小而定，而銅損則是與負載成正比關係。一而言變壓器的負載率約為全載時的50%至65%時效率最佳，若部分變壓器負載率過低時，可將相同負載性的變壓器並聯供電，提高供電電壓器的負載率，使變壓器可以在高效率的狀態下運轉，如圖所示，原系統三個變壓器均在40%的低效率狀態下運轉，此時可以將其中一台變壓器關閉，使剩餘的兩組變壓器可在60%的高效率狀態下操作，降低電力耗損。



2.變壓器檢討(續)

變壓器併聯供電



3. 提高負載率

a.負載率(Load Factor)

負載率(%)=平均負載(KW)/尖峰負載(KW)

分日、週、月、年負載率

平均負載(KW)= 總用電量(KWH)/用電時數(Hr)



3. 提高負載率(續)

b.負載率計算

計錄24小時用電需量(KW)分別為450, 350, 300, 250, 200, 250, 400, 450, 400, 350, 400, 450, 450, 400, 450, 550, 650, 850, 1000, 900, 600, 550, 500

平均負戴(KW)=11,650KWH/24H=485.4KW

日負載率=485.4/1,000=48.54%



4. 改善功率因數之效益

a.減少線路電流裝置電容器可提供前段越前無效電流I2=[(I1cosΦ1)

2+(I1sinΦ1-IC)2]1/2

b.改善電壓電容器後段電壓提升：v％=KVARxX/10(KV)2

c.線路損失降低線路損失與線路總電流平方成反比：線路損失減少=原損失[1-(原功率因數/改善後功因)2]



二、電能管理


介紹智慧化電力節能管理服務

前言

目的

適用對象

特長

導入前後比較

系統架構

分析報告內容

調控說明

效益驗證

作業流程


前言節能減碳是21世紀全球人類共同的使命。節能改善項目所涵蓋

的領域很廣，基本上必須有正確而完整的背景資料，經由專業人員分析找出改善的項目及解決的方法，一般能源用戶並非節能方面的專業人員，很難有好的節能改善績效；尤其是管理方面不落實所造成的能源浪費，比設備之耗能更為嚴重，依實際查訪結果有15~30%之節能空間。

電管會經過十多年的歷鍊，累積上千個改善案，整合各行各業不同的用電特性，研發可以相容的調控模組並結合原有「智慧化電能管理監控裝置(SUPERMAX 22)」完成了智慧化電力節能管理服務系統 (MODE:PESS-TW)；可及時(On Line)量測用電的情況，並將資料記錄下來透過網路傳輸，由專業管理人員隨時分析提出改善的方法，避免能源浪費、落實管理，可大幅提高能源使用效率(負載率)，達到節能減碳之目的。


目的

有效控制電費預算目標。

及時蒐集用電資料分析，訂定最合理契約需量及最佳方式之電價結構。

提昇能源使用效率

減少電費(基本電費+流動電費+超約附加費)。

遠端管理

即時了解用電趨勢，避免異常用電發生。

保留完整的用電資料

做各項節能改善之基準值。

達成節能減碳的全球性任務

(一度電等於減少0.638公斤/CO2排放量)。


適用對象

化材業通信業

非金屬業橡膠業電子業

銅鐵業塑膠業醫療業

紡織業裝飾建材業量販業

化纖業汽車零件業飯店業

飼料製造業石化業百貨業

造紙業染整業辦公大樓

機械製造業食用油業學校、研究所

電機家電業食品業政府機關


特長

專業服務

每單位之系統獨立作業

系統穩定，準確性高±0.5%，主機「智慧型電能管理監控裝置

(WPMD」由台電電研所共同研發配合15分鐘同步需量，使用壽

命10年，能源局選定之節能產品。

資料庫作業、不受斷訊影響造成資料流失。

調控程式可配合每單位需求客制。

保密性考慮週全(密號管制) 。

系統維護容易。

擴充性佳。

效益驗證，省錢看得見。

設置的費用可配合ESCO方式執行。


導入前後比較

以每15鐘之資料做分析，透過網路可及時檢討管理用電情況看得見可做電費目標管理。

電力需量每15分鐘做演算調控，減少基本電費及超約附加費。

PMV調控模組做最佳化運轉，避免浪費;應該要用的不減少、不應該用的不用，可減少流動電費。

只能以電力公司每個月之電費率(一個月的總用電量)做事後檢討管理(負載率偏低)。

基本電費不合理、多繳電費及超約附加費。

沒有管理，浪費及增加流動電費。

導入前導入後


系統架構


分析報告內容

最佳契約容量選定表

年度用電曲線表

年度最大需量曲線表

年度負載率曲線表

產能與用電曲線表

產能與最大需量曲線表

功率因數(P.F) 改善表

單機效率改善省能表

可卸負載分配表

負載平衡分配表

產能與用電趨勢預測表

節能分析報告


調控說明

1-1 從硬體設備改善，採用高效率之設備，如加裝變頻器、高效率馬達、功率因數改善等進行節能。

1-2 從軟體方面改善，訂定合理的契約需量、選用最佳的電價結構、製程調整、系統改善、管理調控做最佳化運轉，可大幅降低電費。本案是採用智慧化電力節能管理服務系統，透過管理手段提昇能源使用效率(負載率)，達到合理用電、降低用電成本。

1. 電力系統之節能方式分為二大方式：

2.由於每月所發生之最高需量值可能只有幾次的尖峰值不能代表實際用電需量，導致負載率偏低；浪費能源，若有正確的需量預測功能再搭配規劃一些排程調控或轉移部份的尖峰負載等，如此可大幅度的抑低最高需量值，提高負載率和減少用電費用。


3.節省方式蒐集完整的用電資料，透過專業分析擬定最佳化的運轉模式在不影響原有之電力品質及設備性能之條件，執行調控達到節能的效果。(如智慧化電力節能管理服務系統示意圖)

4.調控項目4-1 轉移部份尖峰負載4-2 排程調控如空調系統、空壓系統、污水處理、送排風機、

給排水泵等公用設施部份。執行暫停或卸載達到最佳化之運轉。

4-3 調控備載電源(發電機)疏解臨時性的尖峰用電。

調控說明(續)


智慧化電力節能管理服務系統示意圖


5.調控方法

5-1需量調控

必須與台電同步應用需量預測功能可以預測每15分鐘需量週期之用電量，當用電量預測超過目標值時，會先發出警告訊號，假如用電量，繼續增加時，就會輸出控制訊號，銜接事先規劃好的設備執行調控；反之用電量降低時，受控之設備就會逐步復歸，經過調控後，可避免大量的超約發生，同時可修訂最合理的契約容量減少基本電費。調控的排程必須根據用電資料分析以客制方式規劃，達到最佳化之運轉模式。

是抑低最高需量並非是調降需量，預估之調控量，其中有部份是配合其他節能改善後之效益。預估效益是根據即時之用電資料與台電用電歷史資料做參考而定之基準(BASE LINE)。契約容量是依年度用電趨勢所訂定的合理契約，並不會隨意變更。需量調控是在合理的契約下執行；目的是提高負載率。本案預估需量調控效率，每KW每年平均節省2,230元之基本電費。

調控說明(續)


5-2 節電調控

(a) 依最佳化之運轉指令執行調控，以達到節能的目的。一般空調系統之運轉模式以定溫(T)為運轉指令，並非最佳化之選擇，節電調控是改用舒適度(PMV)之運轉模式，以PMV 之條件改變空氣側(A/H)之需求量，當需求量減少時，相對的供應側之電力量也會隨著降低，達到節能的效果，調控時最重要的問題是供需必須平衡，才不會影響系統之品質。請參考圖一。

(b) 最佳化之調控方式是空調運轉改用舒適度(PMV)運轉模式取代傳統以溫度(T)運轉方式，將受控區域規劃為若干區（視實際情況而定），每區同時段量測受控設備之電力及環境條件(溫度、濕度)做為改善前之基準資料。

調控說明(續)


5-2 節電調控

(c)在每受控區裝設舒適度(PMV)調控模組。舒適度(PMV)調控模組是以環境條件：1.室內溫度 2.濕度 3.空氣流量 4輻射溫度 5.稼動率(活動狀況)等條件以PMV之程式演算後，以最佳化的運轉指令執行調控主機及空調箱，小型風機等相關設備以達到節電的效果。

受控區每一個受調控的設備是獨立運作，配合(PMV)之條件，所以受調控的時間是變數，若舒適度超過設定的條件，此設備是不接受調控，同時受控時之環境條件必須符合國際規格ISO 7730舒適的冷熱環境，溫度差距在0.15~1.5℃以內，濕度差距在3~5%以內。

調控說明(續)


圖一


5-3 備載電源(發電機)調控

當臨時性負載增加很大時，原先規劃調控的設備容量不足，勢必發生尖峰需量，臨時性負載往往是短暫的，可以應用既有之發電機做為備載電源。當需量預測超過目標15%以上時，自動調控發電機來疏解部份之電力，反之負載下降時發電機自動復歸，可避免發生尖峰需量，搭配使用時既有發電機之ATS切換回路必須做部份修改。

調控說明(續)


6.調控對象

調控說明(續)

空壓機：配合變頻控制做需量調控

空調系統：冰水主機配合PMV模組執行卸載控制做需

量及節電調控；空調箱及小型風機配合

PMV模組做節電調控。

送排風機：做尖峰轉移或需量調控。

給排水泵：做尖峰轉移或需量調控。


效益驗證

1. 由於用電量非定數，隨著環境溫度變化及使用率影響，設備老化等等因素，電費差距很大所以不能以往年的歷史電費做基準，必須以實際節能的效益為基凖。本節能系統“省錢看得見＂的功能將受控負載的實際節能效益可及時從電腦上查閱一目了然，若有疑問可隨時檢驗，將受控負載解連不受控制，以確定效益。

2."省錢看得見"功能說明省錢看得見是專屬的軟體程式，因電能管理之節能效益是從管理面做節能的方式，所以必須正確量測用電量的資料分析做最佳化的用量管理，達到節能的目的。最佳化之用電管理是透過「智慧化電能管理監控裝置」是能即時預測每15分鐘之需量週期用電量；應用舒適度(PMV)調控模組做負載之調控，以避免大量的超約發生，減少基本電費(KW)；另一方面應用舒適度(PMV) 調控模組，以最佳化之排程做負載調控，以減少流動電費(KWH)，二者均能達到節能的效果。


3.問題是這些節能的效果有多少？如何表達出來？所以省錢看得見是關鍵問題。"省錢看得見"之軟體程式基本概念就是將每一個受調控負載量及受控時間累計出來乘上每KWH之平均電價就是節能的效益。(例)有100個負載受調控，合計有100KW，一天之受控時間合計有3小時，平均電價2 元；每天節能效益為 100KW × 3小時× 2元＝600元

4.每一個受調控的負載是獨立運作配合舒適度之條件，所以受調控之時間是變數；若舒適度超過設定的條件，此負載不受調控時，受控時間就不能統計。避免節能效益不實之情況發生，提供卸載量統計表及卸載統計月報表做為查核。

效益驗證(續)


作業流程

(1)電力系統設備損失檢測(2)三相平衡檢測(3)鐵損(4)功率因數(5)諧波損失(6)空調設備效率鑑定

1.簡報

2.同意書

3.實際上線量測

4.建立節能改善基準線(Base Line)

5.簽定合約書

(1)保證效益(2)預估回收年限

(1)工程施工(2)系統調整(3)系統測試

6.執行改善工程

7.驗證(M&V)

8.售後管理服務

第三公證單位

(1)節能日報(2)節能月報(3)節能改善提案(4)異常問題提報(5)遠端監控管理


三、節能改善的基本架構概要說明


(1) 單位機關簡介及能源管理摘要說明

1.單位機關簡介2.系統概要說明

a.系統說明電力系統照明系統空調系統監控系統熱流系統製程系統空壓系統排抽水系統其他

b.相關圖資電力系統簡單單線圖能源平衡圖或分配圖電力日負載曲線圖


(1) 單位機關簡介及能源管理摘要說明(續)

3.系統問題說明:問題一問題二問題三

4.現有系統用電、油、水…狀況列表說明

年用電、油、水一量(KWH,公秉……)年費用電、油、水……量(元)各月份分析(有否季節性、淡旺季)

5.其他


(2) 解決方案

1.問題改善對策改善前系統說明(繪圖說明改善前及改善後差異性)解決對策，包括使用技術、方法等其他

2.投資金額

3.預估能源節約量與節能金額、回收年限

4.其他


(3) 耗能(電)計算

1.公式應用與計算2.改善前後耗能比較分析3.其他


(4) 經濟效分析及節能績效驗證

1.改善成果效益分析。節能工程完成後各種系統節能狀況說明如耗能降低多少%?照度提升多少%?契約容量降低多少%?空調耗能降低多少%?降低尖峰負載多少千瓦(KW)?、等(以年度計算或特定時段)。

2.評估績效模式a.裝表量測b.數量計算c.統計推估（變算公式、方法…）。

3.用電、能源費用支出比較4.節能績效驗證5.其他


(5) 綜合結論

1.結論2.未來尚可改善之建議


xx股份有限公司

智慧化電力節能管理服務系統設備暨效益評估報告書

(範例)


總效益分析報告

由資料分析得知貴單位之最大需量所佔比率很少，建構電能管理需量監控裝置後節能效益約為15萬元；管理效益約為60萬元，總效益保證75萬元以上。

建構費用=1,342 ,000元

回收年限=1.8年 ( )

保固期限=2年。

設備使用年限10年以上；節能總效益≧750萬。

保固期滿後每年能源看管服務及維修費12萬以內。

遠端監視看管服務，確保效益每月提供節能報表。

業主須無償提供一組固定IP位址(Internet Protocol Address)，以供遠端監控。

1,342,000 750,000


前言

節能減碳是21世紀全球人類共同的使命。節能的領域涵蓋的項目很廣，必須要配合專業的能源技術服務業做診斷及效益評估，尤其在管理方面不落實執行所造成的能源浪費遠比設備本身之耗能更為嚴重。

面臨溫室效應及高油電價來臨，如何節能減碳提高能源使用效率?如何減少電費支出等問題目前已受到企業界高度重視，貴單位應就用電設備之電能(電費)使用狀況先做瞭解，是否合理?是否耗能？是否有改善節省的空間?這些問題的分析是解決節能問題的第一要務。

經濟部能源局貫徹執行節能減碳，逐年完成相關配套措施，全面推廣。請貴單位全力配合落實電能管理需量監控，提昇能源使用效率，樹立綠色企業形象。


目的

有效控制電費預算目標，及時蒐集用電資料分析，訂定最合理契約需量及最佳方式之電價結構。。

提昇能源使用效率(負載率)，減少電費(基本電費+流動電費+超約附加費)。

遠端管理即時了解用電趨勢，避免異常用電發生。

保留完整的用電資料，做各項節能改善之基準值(Base Line)。

達成節能減碳的全球性任務。(減省一度電等於減少0.638公斤/CO2排放量)。


背景說明

(1)提升能源使用效率(負載率)

經濟部能源局委託綠基會及學術界調查報告，一般用電戶未落實電能管理，需量契約偏高或偏低，導致電能使用效率偏低或發生超約問題，以經常用電(尖峰時段)之月負載率，經調查結果普遍偏低，提昇電能使用效率，對節能減碳(供應端)有很大空間，是值得重視的問題。


(2)政府節能政策

提高能源使用效率方案，經濟部能源局1997年頒定「節能經濟措施推動計劃」執行，避免錯用造成時間浪費或失去節電目的，由綠基會節能中心編訂電能管理需量控制器之Q&A手冊並公告於綠基會網站(http://www.tgpf.org.tw/)，提供用電戶查閱，是能源局選定的節能產品。


(3)用電戶所面臨的問題

管理人員忙於事務，無法落實檢討是否合理用電?是否有耗能設備?是否有節電改善的空間?如何改善…等等問題，由於專業技術有不同領域，無法完整分析改善，導致能源效率偏低。資訊不足、不了解何謂電能管理需量監控電價低，意願小風險性顧慮、深怕浪費投資經費問題效益驗證問題


台電需量用電歷史資料


問題探討契約容量：2,000 KW

最高需量(7月)：1,848KW 平均需量：1,621KW

年度需量差距：306KW（15％)

超約罰款最高需量年/月超約罰款最高需量年/月

合計1年的超約罰款共：NT$ 0

01,50897/1201,76897/06

01,72897/1101,72897/05

01,71297/1001,56097/04

01,79697/0901,51697/03

01,70897/0801,24897/02

01,84897/0701,33697/01


背景資料分析

依上述資料分析得知97年度契約容量為2,000KW，實際平均需量為1,621KW；目前所定的契約值若配合管理調控後有調降空間，應以實際之用電趨勢分析為最合理。

96年度與97年度之需量比較發現97年度夏季用電需量有增加之趨勢，建置智慧型電能管理需量監控裝置後可從報表列印出來的數據加以分析了解貴單位之用電情形以減少電費成本支出。

用電是否合理?


台電之用電歷史資料中分析97年度之最大負載率為1月份64%，平均負載率為53%，最高需量發生在7月份1,848KW 負載率為50%，有偏低之情形（最佳負載率應為80%以上），為何負載率會偏低?原因是非固定之負載(如冷氣機等)未做管控是最主要之困素。(詳如圖3)

是否有節能空間?


是否有節能空間?

功率因數97年度平均為99%，校正自動功因調整器係數可提昇到100%。


95年5月～97年12月最高需量年度比較曲線圖

500

1,000

1,500

2,000

2,500

契約容量

95年度

96年度

97年度

契約容量 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000

95年度 1,604 1,780 1,632 1,844 1,728 1,448 1,336 1,336

96年度 1,304 1,316 1,440 1,504 1,468 1,600 1,708 1,664 1,644 1,464 1,400 1,328

97年度 1,336 1,248 1,516 1,560 1,728 1,768 1,848 1,708 1,796 1,712 1,728 1,508

一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月


95年5月～97年12月經常用電度數年度比較曲線圖

100,000

150,000

200,000

250,000

300,000

350,000

400,000

450,000

500,000

95年度

96年度

97年度

95年度 342,000 415,000 298,400 367,600 334,400 294,000 306,800 274,000

96年度 272,800 172,400 245,200 261,600 316,400 316,800 361,200 351,200 298,400 266,800 271,200 259,600

97年度 283,200 181,600 243,200 302,800 286,800 355,600 306,400 315,200 341,200 272,000 266,000 246,400



95年5月～97年12月負載率年度比較曲線圖

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

%

負載率基準線

95年度

96年度

97年度負載率基準線 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80

95年度 65 71 55 60 59 62 70 62

96年度 63 40 52 53 65 60 64 64 55 55 59 59

97年度 64 44 49 59 50 61 50 56 58 48 47 50



ENDING Q&A

電力系統與電能管理 - ftis.org.tw›»力系統與電能管理.pdf ·...

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