智慧插座:以「家電指紋」即時監控用電狀況實現節電

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智慧插座:以「家電指紋」即時監控用電狀況實現節電

2013/03/28技術資訊[日本]

【日經BP社報導】

利用資訊技術掌握並控制家電的用電狀況,不僅可削減家庭電費,同時還可提高電力企業的發電設備利用率。
      

在位於日本京都市內的高級公寓中,「需求響應型電力控制系統」實證試驗正在實施。

進行此項試驗的,

是以京都大學研究所資訊學研究科教授松山隆司為中心的「能源資訊化工作小組」。

利用「電流波形」識別家電
      

松山教授的研發小組獨立開發出了名為「智慧插座」的裝置。

該插座配備有功率感測器、通信功能及電力控制功能,用於掌握家電及照明等的電力使用狀況。

在進行實證的住宅內,空調、電視、冰箱及照明等家庭用電設備各安裝有一個智慧插座。

隨時掌握電力消費狀況,控制家電。

      

打開家電的開關後,智慧插座會確認通電狀態,並識別每個家電不同的「電流波形」。

同時利用無線通信方式,向名為「家庭伺服器」的小型個人電腦發送相關資訊。

家庭伺服器根據被稱為「家電指紋」的電流波形,掌握每個家電的使用情況,

以及使用多少電力等資訊。

可利用電視及智慧手機等即時顯示該資訊。
      

智慧插座還能夠根據使用電力的場所,推測人的動線。

例如,如果浴室照明長時間開著,家庭伺服器便會發出警告。

如果家中只有一位老年人獨居,還可根據利用電熱水壺的狀況,

將其健康狀況變動相關資訊通知給居住在遠處的家人。
      

只要有了這些功能,就與住宅企業已開始銷售的「智慧住宅」中配備的電力消費「可視化」系統相同了。需求響應型電力控制系統之所以比智慧住宅更進一步,是因為在用電量即將超過事先確定的電力需求目標值時,會自動切換家電運轉模式,或者關閉開關,抑制電力需求。
      

「已經超過目標值。」京都大學研究所的加藤丈和在實證住宅中讓空調及照明等設備進行滿負荷運轉,結果家庭伺服器發出了警報。在即時顯示電力使用狀況的電視畫面上,出現了紅色文字的警報,表示電力需求超過了1天的最大需求目標值。

通過需求響應電力控制,抑制最大需求。

      

發出警報後不久,空調送風減弱,運轉音減小,警告也停止顯示。這是因為,家庭伺服器發現用電量接近目標值之後,根據居民事先確定的家電優先利用順序,調節了空調等的運轉。
      

比如,「早晨優先使用刮鬍刀和吹風機」、「白天可抑制空調及照明的使用」等,可根據具體生活方式,通過家庭伺服器設定各個家電的優先使用順序。如果用電需求增大,接近目標值,便會從優先順序較低的家電開始,改變運轉模式,或者直接關閉。

利用自主開發的裝置控制家電
能源資訊化工作組自主開發的智慧插座(左)及自動控制裝置。

      

不過,僅憑智慧插座並不能控制所有的市售家電。2

011年,日本經濟產業省對用於家庭能源管理系統(HEMS)的通信標準「ECHONET Lite」進行了認證,智慧插座可對符合該標準的產品進行控制,但這種產品剛剛開始上市銷售。於是能源資訊化工作組為了使電熱水壺及加濕器也可通過智慧插座進行自動控制,開發出了獨有的控制裝置。
      

家庭電力需求容易集中在每天早晨出門前、傍晚回家時分以及做飯時。如果是夏季,白天的電力需求也有可能升高。在這種情況下,如果優先順序靠後的電氣產品處於運轉狀態,就可錯開其使用時間,實現電力需求平均化。
      

一般情況下,包括當月在內,過去1年內各月「最大需求電力」的最高值就是合約電力。如果能夠通過電力需求平均化,降低最大需求,電價便會降低,這也是需求響應型電力控制的優點之一。
提高電力企業的設備利用率
      

通過讓獨身者在實證住宅中生活,工作組還在對生活品質(QOL)的變化及居住者的滿意度進行著定量評估。松山教授稱:「可在保持生活品質及舒適性的同時,使家庭最大電力需求及耗電量下降3到4成。」
      

除了家庭,如果在辦公室及工廠也採用需求響應型電力控制系統,那麼像在東日本大地震發生後,因供電能力短缺而進行夏季節電的情況下,也能發揮有效作用。除此之外,在削減發電成本及二氧化碳方面也會產生很大的效果。
      

電力公司為了能夠應對夏季白天等一年中的最大需求,設置有充足的發電設備,但松山教授說:「如果實現需求平均化,抑制一年中的最大需求,便可削減多餘設備。」年平均電力需求與年最大電力需求的比值被稱為「年負荷率」,數值越高,表示電力需求平均化程度越高。根據1998年的資訊進行推算的結果顯示,如果將日本全國的年負荷率提高1%,便可減少290萬千瓦的發電設備。年發電成本可削減1400億日元,電力公司二氧化碳年排放量可削減約20萬到30萬噸。
      

目前共有78家IT及通信設備企業、建築商、住宅及重型電力設備企業參加了能源資訊化工作組。松山教授計劃推進需求響應型電力控制系統的實用化,將來廣泛進行普及。他說:「希望與蓄電池及再生能源等進行配套,通過能源交易市場實現最佳電力供求和電力需求平均化。」

(《日經環保》記者:馬場未希)

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■關鍵詞
智慧城市/智慧電網 資源/能源/新材料

■日文原文
電力需要を常時監視,家電制禦でピークカット

 

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