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使家電節能120%!家庭發電蓄電時代的必需品

作為節能家電的新發展而備受矚目的是家庭能源管理系統「HEMS」。在目前尚處在功耗「可視化」的實現階段,就收到了很大效果。將來,在進入家庭配備發電系統和蓄電系統的時代之時,HEMS會成為必不可少的產品。

  為削減家庭的功耗電量,首先需要減少各個家電產品的耗電量。要提高核心部件的效率,利用感測器等來優化運行等。接著,還要實現整個家庭的優化。


  管理整個家庭能量系統稱之為HEMSHome Energy Management System)。它將住宅內的家電產品等能耗設備網路化,並通過對其的控制來削減能源消耗量。對於消費者來說,具有可在無損生活舒適性的前提下減少光熱費支出。


 

1:家庭的二氧化碳排量可以為零
松下表示,可以通過家電節能與燃料電池、太陽能發電和蓄電池的組合來實現零排放。假設由祖母、父母和女兒組成的三代人四口之家,在總建築面積為136.9m2的二層獨立式住宅中生活。


僅可視化就可削減一成耗電

  HEMS的作用大致可分為「把握能源消耗量」和「相應于能量供應的消費量控制」兩個階段。在現階段,主要在前者——把握耗電量,即只實現「可視化」的情況較多。一般地,只要耗電量可見,消費者就會注意到電力的浪費,從而收到抑制效果。日本節能中心曾發佈過調查結果:以小時為單位使耗電量可視化,每年的耗電量可削減約一成。


  在後者——控制消耗量上,可有多種程度。已經實現實用化的是:為使一定時間段的耗電量不超過設定值,發出警告,或是由系統調整設備的開關和運轉時間等。


數年後有望實現二氧化碳零排放


  在使用節能家電削減耗電量方面,可組合使用家庭內的發電和蓄電系統,並採用HEMS管理能量的供需平衡。這樣是否可在實質上將住宅的二氧化碳排量降至零?基於這一構思,松下搭建了設想幾年後家庭情況的概念模型住宅「Eco Idea House」(圖1)。


  據松下介紹,家庭的二氧化碳排量與1990年相比,目前(2009年)已減至47%。預計接下來幾年後的201X年,家庭中使用的家電產品數量將由1990年的78個增至97個,但二氧化碳排量與1990年相比,將減至進一步降低12個百分點的35%。而且,可通過家庭內的燃料電池、太陽能發電系統以及蓄電池來提供相當於這35%的電力,由此實際上可以將二氧化碳排量削減至零。


LED
+傳感+直流供電

在今後數年將要實現的削減量中,相當於1990年的7個百分點將通過家電產品的節能來實現。例如,可結合使用適於分散照明的LED照明和現有的螢光燈,形成多燈分散照明。在房屋上嵌入照度感測器,根據其時的亮度分別使用多個照明器具。可以省去多餘的燈,從而削減耗電量(圖2)。除此而外,作為節能要因,還可設想削減PDP電視以及各種家電產品的待機耗電量等。

  其餘的5個百分點可通過家庭電氣設備的節能來實現。例如,將家庭內一部分佈線改為直流。現在,來自太陽能發電系統和燃料電池等直流電源的電力,均需以功率調節器轉換為交流,由此而產生損耗。另外,家電產品等中配備AC-DC轉換器,將交流轉換為直流的設備很多,也會產生損耗。因此,將家庭內來自直流電源的電力只改變電壓供應給設備,即可減少轉換時的損耗。


 

2:以配合自然光調光來削減功耗
用照度感測器檢測自然光的亮度,並自動調節燈盞開關。可保持最佳亮度,減少浪費從而削減功耗。照片為示意圖。


  作為直流供電的設備,松下設想了LED照明器具和換氣扇等。LED和馬達等主要部件可直流驅動。如果在新建住宅時事先接入直流供電的專用佈線,用戶即無需考慮是否為直流供電的問題。

  關於插座,設想仍同原來一樣為交流供電。原因是冰箱和電視機等用戶購買設置的家電產品,目前市面上幾乎沒有直流供電產品。如果在數年內替換,則直流和交流產品混雜,容易發生危險。

固定收購制度將成為蓄電池普及的契機

  對於二氧化碳排量相當於199035%的耗電量,在採用瓦斯的燃料電池和太陽能發電裝置上,為優化家庭內的電力使用而組合使用蓄電池,則整體上的二氧化碳排量會為零(圖3)。


  家庭電源中,目前尚未實用化的只有蓄電池。蓄電池設想採用高容量的鋰離子充電電池。這種電池是將6個平均電壓為25.2V、電流容量為58Ah、電池容量為1.5kWh的電池模組組合起來,實現約5kWh電池容量的型號。


 

3:宅內備有三種電源
太陽能發電系統(輸出功率約為5kW)和燃料電池(輸出功率為1kW)為市售產品(ab)。採用瓦斯的燃料電池,具有利用廢熱供應60200L熱水的功能。作蓄電池用的鋰離子充電電池(容量為5kWh)是樣品,實用化時間未定(c)。

 

4:需要通過HEMS控制能量供應
要使用太陽能發電、蓄電池、燃料電池和系統電力這四種電源,能量管理不可缺少。HEMS的顯示器可利用起居室的平板電視等顯示畫面。圖中顯示的是將來的HEMS示意圖。


  松下電工認為,蓄電池的普及有兩個重要因素:分別是太陽能發電的固定收購制度和電動汽車的普及。太陽能發電的固定收購制度從200911月在日本開始實施,即自用戶提出申請開始的10年內,以固定價格收購用戶自家的剩餘電力。制度開始之初的收購價格設定為48日元/kWh,相當於普通家庭電力價格的約2倍。

  但是新的固定收購價格每年都要修訂,正在探討從第二年起毎年減少6日元。雖然固定收購制度推動了太陽能發電系統的普及,但2014年以後提出申請的人將無法通過賣電而獲利。因此,蓄電池的需求會高漲。松下電工預測,如果剩餘電力售價低,而購買系統電力價高的話,則考慮自己存儲電力以便晚上使用的人會增加。


  在蓄電池的普及上,價格是瓶頸。太陽能發電系統的價格目前為200萬~300萬日元。松下電工預計,如果鋰離子充電電池的價格降至幾十萬日元,將會為消費者接受,需求會激增。有望推動蓄電池降價的是電動汽車。松下預計,由於電動汽車的普及,鋰離子充電電池的價格將會下降,從而可擴展到家庭。201X年將是鋰離子充電電池價格下降的時期。


導入蓄電池就會配備HEMS


  要實現自家發電、蓄電池和系統電力間有效地交換電力,管理和控制能量的HEMS不可缺少。松下電工認為,如果能夠導入蓄電池,則將100%配備HEMS


  松下電工設想了這樣一種系統:可以監控包括家庭內的交/直流電力、燃氣以及自來水等在內的所有能量流程,從而進行高效控制(圖4)。該系統預定通過平板電視和個人電腦等,顯示能量供需狀況、二氧化碳排量、削減目標以及節能的建議等。


 

5:大幅減小了核心部件的尺寸
松下電工減小了耗電量測量中不可缺少的CT感測器和信號處理電路等的尺寸。可在與普通配電盤尺寸相當的配電盤上,配備最多16個分支電路。


  目前,HEMS處於即將崛起的階段。松下電工200710月面向新建住宅上市了「Eco Management System(環保控制系統)」。該系統定位為住宅設備網路系統「Lifinity」的一個功能。

為了能夠安裝在配電盤的分支電路上,松下電工減小了電流感測器的尺寸(圖5)。這是一種在每個分支電路上家庭耗電量均「可視化」,從而引導用戶採取節能行動的系統(圖6)。據松下電工介紹,目前與太陽能發電系統一同購買的情況較多。至於Pana Home,在導入了太陽能發電系統的家庭中,有七成還導入了ECO Management System

  面向普通顧客的銷量在2009年底之前累計為200300件,雖然絕對數量較少,但比2009年上年迅速增長至兩倍。目前,有56家大型住宅廠商等在環保住宅的標配中導入了ECO Management System,預計今後數量將趨於增加。松下電工資訊產品業務總部資訊產品新業務推進部生活安心業務策劃部部長(業務策劃主管)田中敏明表示,「我們希望2010年的4050新建住宅用戶中的510%導入HEMS」。


 

6:測量和控制每個分支電路的功耗
測量配電盤每個分支電路的電流值,並掌握用電量。


  配電盤實現多電路化是在2000年前後。在全電氣化住宅等中,為每個耗電量較大的產品配備專用電路的做法,推動了多電路化的進展。其結果,是通過分電盤上的情況可掌握每台家電產品的功耗情況。

  2000年以前施工的現有住宅,則難以把握耗電量。原因是通過配電盤測量,其分支電路少,洗衣機和空調的電路等分不開。


  採用配電盤的方式存在界限。理想狀態是以HEMS統一管理各個家電產品的資訊,但尚不具備交換由設備發送的資訊,或是傳送控制信號的基礎設施和協議等。ECO Management System等支援名為JEM-A的端子、符合日本電氣工業會家庭自動化規格的控制功能。但因其是設想用於空調和地板採暖控制的,因此只能開關電源以及設定溫度。


  松下電工以向現有住宅推廣住宅設備網路系統為目標,參加了由NTT推進開發的家庭ICT平臺的驗證。並稱,希望將該系統用於實現HEMS功能或與其他公司產品之間的聯動。(記者:Phil Keys,矽谷支局)

 

引用: http://big5.nikkeibp.com.cn/news/econ/52821-20100817.html?ref=ML&start=1

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