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落實馬達節能維運服務
AI賦能智慧數位分身
[作者 陳念舜]   2024年03月27日 星期三 瀏覽人次: [1911]

迎接這波來勢洶洶的綠色通膨浪潮下,就連鮮少調漲的住商用電也無法倖免。惟若對於近年來持續投入開發再生能源、高能效馬達等節能減碳設備軟硬體和系統整合商而言,則可望將之深入智慧城市建築、產業應用,未來甚至還可望加速AI、Digital twins落地,掌握設備維運服務商機。


即使近年來國際淨零碳排趨勢如火如荼,由設備製造廠商產銷的IE4以上高能效馬達,對於終端使用者帶來的最大好處,便是在減輕部分負載、輸出功率後,還能在理想速度範圍內提供比IE1/IE2馬達精確的控制和高效率,使之成為在泵浦、風扇和壓縮機中傳統感應式馬達升級的理想選擇,也有OEM設備廠商對此感到興趣。


然而,在這段時間總體經濟景氣陷入高利抗通膨環境裡,要讓傳產製造業願意投資汰舊換新,還須考量投資報酬率(ROI),造成設備製造廠商必須利用數位工具與客戶深入溝通,瞭解其使用能源的真實狀況,以及搭配馬達的型式、能效等級、運轉時間和負載變化;進而針對整體系統考量,建議更換或縮減原來變頻器/驅動器、濾波器,甚至是風扇、泵等規格,從而得到最佳化解決方案。


如今還要加入在電價調漲後,台灣除了傳統工業(特)高壓用電價漲幅首當其衝,就連民生基本用電(330度以下)也自2004年起歷經3次調降以來,首度針對住宅330度以下、小商店700度以下電價調幅3%;住宅331~700度、小商店701~1,500度電價調幅5%;住宅701~1,000度、小商店1,501~3,000度調漲7%;住宅用電1,001度以上、小商店3,001度以上調漲10%。


料將推動終端使用者率先導入「智慧減碳城市」中的水/電維生、交通系統,擴大到工廠、辦公室及居家生活體系的各種物件中應用,實現從數位化、可視化、功能優化及商務模式逐步創新,加速落實節能減碳措施!


根據國際能源總署估算,目前全球城市的能源消耗占全球溫室氣體排放的67%。且隨著5G、物聯網、雲端運算、人工智慧(AI)及大型語言模型(LLM)等資訊技術的快速發展,擴散到各行各業及政府治理。目前無論是智慧製造、智慧能源、智慧交通、智慧醫療及智慧建築、智慧節能、智慧城市、淨零減排等,都少不了這些創新資訊技術的角色。


且依聯合國統計,現今建築與營建部門產生的碳排高占全球近4成,已超過工業和運輸業的排放量,這也是近幾年許多倡議RE100的大企業,紛紛把綠建築或低碳樓宇視為節能重點的一大關鍵。


包括日月光高雄廠也基於無塵室為高雄廠主要的生產環境,須倚靠風機過濾機組(FFU)定速高耗能運作,以符合生產環境品質規範,整體用電占比高達全廠區11%。因此透過AI技術開發無塵室最佳化控制,以大數據分析FFU轉速與無塵室環境關聯性,取得最佳分區控制,維持恆溫恆濕、符合高潔淨度需求,穩定產品品質,每年約可減少23%空調系統用電量。



圖一 : 在電價上漲後,料將推動終端使用者率先導入「智慧減碳城市」中的水/電維生、交通系統,擴大到工廠、辦公室及居家生活體系的各種物件中應用。
圖一 : 在電價上漲後,料將推動終端使用者率先導入「智慧減碳城市」中的水/電維生、交通系統,擴大到工廠、辦公室及居家生活體系的各種物件中應用。

東元 需量平台

台灣的馬達製造大廠東元電機,近年來除了提供IE3/IE4/PM高效率馬達及變頻器(INV/LVD/MVD),提升或控制設備效率之外;更進一步與異業結盟,導入空壓、空調、泵、風機系統解決方案;最終打造智慧能源與碳資產管理系統,讓節能減碳資訊蒐集更輕鬆,進而達成數位化管理行為及需求。


展望2024年因應全球2050淨零目標逼近,預期能源使用成本持續上升;同時台灣及中國大陸即將調漲電價,推動「汰舊換新」等各項政策補貼,將進一步驅動節能減排相關產品及服務需求,總體環境有利於機電系統高效節能產品及服務的穩定成長。將今年重心放在產品組合優化上,主推高毛利產品如機電事業的高壓馬達、智慧生活事業群的變頻商用空調等。


甫於今年三月參加智慧城市論壇暨展覽(SCSE)展會期間,東元還以「邁向虛擬電廠時代、打造永續智慧城市」為主題,展出多項對接供需兩端管理平台、節能設備的解決方案。其中「需量反應負載管理解決方案」即是為用戶提升電力的經濟價值,同時達到強化電網韌性,形成供需雙方的互利雙贏。當尖峰耗電量大的商辦大樓或是工廠與台電簽定經常契約容量,並參加ADR自動需量反應服務後,導入東元綜合研究所最新研發的「電力聚合服務平台,為用戶商業利益再加成。


畢竟在全球極端氣候下,智慧城市用電最多的便是空調設備,東元除了有許多用於工廠、商辦大樓的硬體設備加裝感測器蒐集資訊。如今再通過TaiSEIA網路通訊協定串聯、監控不同品牌裝置,以及智慧空調雲端模組系統提供用戶能源調度管理、用電行為分析,制定最適合的用電需量;並透過虛擬電廠、EMS能源管理平台,預測用電負載、時間電價管理,避免用電超過契約容量,甚至於執行電力交易代操服務。


透過東元的智慧空調系統節能健診解決方案,不僅可因應商家和廠辦的節能需求,解決客戶電力缺口並降低用電成本、排碳而增加收益;同時提供節能一站式服務,磁懸浮冰水主機最高可節能42%以上,符合政府節能補助案,將更進一步提高核案機會。



圖二 : 透過東元的智慧空調系統節能健診解決方案,解決客戶電力缺口並降低用電成本、排碳而增加收益。(攝影:陳念舜)
圖二 : 透過東元的智慧空調系統節能健診解決方案,解決客戶電力缺口並降低用電成本、排碳而增加收益。(攝影:陳念舜)

大同 大世科

至於大同集團也在資通訊、機電與能源管理等領域擁有豐富資源及完整產品線,可在數位與綠色雙軸轉型上能夠貢獻所長,為家庭用戶、用電大戶、RE100企業及國際供應鏈業者,提供完整方案,共同實現社會責任永續目標。


大同公司總經理沈柏延表示,在全球淨零減碳的趨勢以及電價調整的壓力下,企業、機關迫切尋求節電、省能源、減碳、省錢的解方,而電力轉型、新能源轉型、數位轉型是大同三大核心業務,以此方向大同從軟、硬體著手,推出從碳盤查、碳排/用電分析、設備節能、光充儲整合等一站式永續淨零解決方案。


大同公司電力事業群馬達事業部廠長藍啟華進一步指出:「隨著電價上漲,買主對於高能效解決方案確實變得更迫不及待。大同除了可提供所需IE4/IE5馬達、變頻器、震動/溫升智慧感測器之外,還有大世科可支援軟體介面與平台,並透過客戶雲端、手機App協助設備異常分析及預診保養。最近也正積極和工研院、洛克威爾自動化等合作夥伴洽談導入AI應用。」


其中「ESG AIoT戰情管理系統」有別於一般碳管理平台,係針對場域需求協助建置智慧電表等IoT感測器以完成自動化碳排計算,減少人工紀錄成本及抄寫失誤率;透過雲端平台整合多點區域的供應鏈節串連碳排統計,可介接不同設備與平台,包含整合「EMS能源管理系統」等可彈性擴充,進而整合節能、儲能、創能、綠能,達到淨零碳排管理。



圖三 : 大同集團整合「EMS能源管理系統」等可彈性擴充,進而整合節能、儲能、創能、綠能,達到淨零碳排管理。(攝影:陳念舜)
圖三 : 大同集團整合「EMS能源管理系統」等可彈性擴充,進而整合節能、儲能、創能、綠能,達到淨零碳排管理。(攝影:陳念舜)

樺康智雲賦能數位分身 AI加速落實設備維運節能

值得一提的是,最近在輝達(NVIDIA)舉行的GTC年度盛會上再放異彩的數位分身(Digital Twin)概念,不僅會加速監測、生產製造與應用的數位轉型,還能加強預測未來各種狀況的能力,可說是改變各產業運作模式的重要技術,許多台廠也砸下大量資源進行開發,搶攻龐大商機。


例如近年來許多公部門、營造、建築業主,紛紛面臨國際淨零碳排趨勢帶動碳中和、RE100等壓力,推進台灣智慧建築持續發展到了2023年已新增318案,年成長34.2%,創下歷史新高。其中針對建築數位分身,即能源模型的全生命週期應用,則是將真實建築的「物理實體」複製到數位平台上,接著在數位環境裡結合圖形和感測器取得建築,模擬預測各種行為,進行物理現象分析、預測診斷和訓練AI模型,並隨著建築一起演變至衰老。


與傳統3D視覺化模型BIM的最大差異,在於能源模型的任何房間都是熱傳導的實體,而非如今的虛擬模型。藉此演算整體建築環境變化和能耗,模擬從規劃設計到興建、營運使用等不同生命週期階段的碳排演算參數應用設計,並協助業者規劃或修改設計、評估如何實現碳中和,決定每日環境、設備控制的最佳策略。


台灣也在2015年由內政部率先提出以建築環境模擬演算器為核心,並結合BIM建築圖資作為輸入建築基本參數的方法,以及本地氣象條件TMY3為環境參數,演算建築環境的溫/濕度與能耗。且為了符合美國LEED對於數據的精準、可靠需求,而根據部份規範模擬室內環境及能耗。


2022年由樺漢集團和英威康合資成立的樺康智雲公司,則整合樺漢大廠的硬體優勢和英威康團隊20年以上弱電設備及系統整合經驗,打造全新的智慧建築雲平台,藉此導入AI、能源模型技術,透過AI模型模擬各項行為分析、實時監測與分析數據,來優化建築營運並預測維運風險;並以數位分身模擬驗算技術的智慧雙生整合平台,落實長期累積的大數據、智慧化應用。



圖四 : 樺康智雲公司打造全新的智慧建築雲平台,藉此導入AI、能源模型技術,來優化建築營運並預測設備維運風險。(攝影:陳念舜)
圖四 : 樺康智雲公司打造全新的智慧建築雲平台,藉此導入AI、能源模型技術,來優化建築營運並預測設備維運風險。(攝影:陳念舜)

且有別於傳統智慧建築多半須在廠房或辦公室裝設大量感測器,除了既有建築難以執行安裝或擾動現場使用者生活之外,更增添業主布建感測器和長久維運、更新的成本。且須因此蒐集、累積一整年數據資料,才能應用於分析真實建築數據來進行能源管理的方式過於被動也太慢了!


目前導入AI數位分身技術的最大優勢,便在於可經過建立建築能源AI模型,搭配空間虛擬感測器技術,再經過API接口連接輸入/出數據來掌握現場環境狀況,推演大量建築運轉數據來提供雲端上的數據引擎執行設計與維護。因此將大幅縮短過往須長期蒐集建物資訊的時間,業主只須利用少數參考點就能跨越大數據門檻,將AI落地時間從半年縮短為1~4周內完成,得以快速進行環境模擬預測整棟大樓的運轉狀況、空調設備控制連動及設備預測告警。


樺康智雲公司資深協理蔡明達表示,如今業主即可在智慧建築標章整合數位分身模擬能耗、演算材料碳排;建立減碳計畫實現能源管理與碳盤查,例如針對大樓重點耗能設備用電數據分析,建立空調、照明、動力、燈插等各項耗能模組與能源流向分析。


另以智慧建築管理平台為中樞,利用系統整合、數據收集、分析及統計等功能,執行碳排營運管控。藉此與子系統連結而蒐集訊號和數據,執行資料判讀,發出通知或告警,實現子系統之間的智慧化連動功能;並針對事件與大數據進行分析,從中找出經驗邏輯,進而提出後續的維護管理或子系統改善建議,達到智慧建築的永續經營目標。


在環境模擬與空調控制(空間舒適度/能源控制)時,可透過數位分身技術來監控建築的加熱、通風、空調和照明系統,從而降低建築物使用成本;再利用AI進行所有末端空調設備的每日運轉劇本演算、預測空調控制,並整合BA系統進行控制整合,實現空調最適化持續節能。等於具有建築本身和空調最佳化兩顆AI模型,再經由改變現場參數條件的一問一答間調整差異,而決定控制策略。


在建築維運管理應用層面,還可透過數位分身模擬環境,預測維運風險。藉該平台取得建築物各項設備數據進行維護,進而建立各項設備運轉模型於每15分鐘進行分析比對,偵測設備異常特徵;再結合BA大數據快速找出異常的問題點,識別維修需求和解決方案建議;甚至進行設備模擬與早期異常運轉查測、故障原因診斷告警,以提前維修保養延壽。


進一步實現空調節能最佳化,即可透過大樓數位分身的能源模型執行AI預訓練,優化演算結果,實現精準的能源預測設定;整合中央監控系統下達控制命令,進行空調設備最佳化設定,兼具空間內舒適與節能。


基於目前有許多客戶其實由總務單位負責節能,還可利用AI兼顧舒適度等整體環境控制,甚至與售前物料採購、售後維運服務策略連結。即使用電量相同,也能透過座落位置、隔間等不同環境場合的溫/濕度變化,來決定系統配置。


包括台達、台積電辦公空間也藉此設計來訓練AI模型對話,並結合氣象預報決定最佳控制策略。一旦環境未如預期變化,也可能是設備出了問題,從而透過軟體、能源模型結合現有監控系統等硬體及早預診、維護,形成有效控管環境和設備解決方案。


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