智能插座：以“家电指纹”实时监控用电状况实现节电

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  2013上海慕尼黑电子展及SEMICON China展巡礼（技术篇·上）

  利用信息技术掌握并控制家电的用电状况，不仅可削减家庭电费，同时还可提高电力企业的发电设备利用率。

  在位于日本京都市内的高级公寓中，“需求响应型电力控制管理系统”实证试验正在实施。进行此项试验的，是以京都大学研究生院信息学研究科教授松山隆司为中心的“能源信息化工作小组”。

  松山教授的研发小组独立开发出了名为“智能插座”的装置。该插座配备有功率传感器、通信功能及电力控制功能，用于掌握家电及照明等的电力使用状况。在进行实证的住宅内，空调、电视、冰箱及照明等家庭用电设备各安装有一个智能插座。

  打开家电的开关后，智能插座会确认通电状态，并识别每个家电不同的“电流波形”。同时利用无线通信方式，向名为“家庭服务器”的小型个人电脑发送有关信息。家庭服务器根据被称为“家电指纹”的电流波形，掌握每个家电的使用情况，以及使用多少电力等信息。可利用电视及智能手机等实时显示该信息。

  智能插座还可以依据使用电力的场所，推测人的动线。例如，如果浴室照明长时间开着，家庭服务器便会发出警告。如果家中只有一位老年人独居，还可根据利用电热水壶的状况，将其健康情况变动有关信息通知给居住在远处的家人。

  只要有了这些功能，就与住宅企业已开始销售的“智能住宅”中配备的电力消费“可视化”系统相同了。需求响应型电力控制管理系统之所以比智能住宅更进一步，是因为在用电量即将超过事先确定的电力需求目标值时，会自动切换家电运转模式，或者关闭开关，抑制电力需求。

  “已经超过目标值。”京都大学研究生院的加藤丈和在实证住宅中让空调及照明等设备做满负荷运转，结果家庭服务器发出了警报。在实时显示电力使用状况的电视画面上，出现了红色文字的警报，表示电力需求超过了1天的最大需求目标值。

  发出警报后不久，空调送风减弱，运转音减小，警告也停止显示。这是因为，家庭服务器发现用电量接近目标值之后，根据居民事先确定的家电优先利用顺序，调节了空调等的运转。

  比如，“早晨优先使用刮胡刀和吹风机”、“白天可抑制空调及照明的使用”等，可根据具体生活方式，通过家庭服务器设定各个家电的优先使用顺序。如果用电需求增大，接近目标值，便会从优先顺序较低的家电开始，改变运转模式，或者直接关闭。

  不过，仅凭智能插座并不能控制所有的市售家电。2011年，日本经济产业省对用于家庭能源管理系统（HEMS）的通信标准“ECHONET Lite”进行了认证，智能插座可对符合该标准的产品做控制，但这样的产品起步上市销售。于是能源信息化工作组为了使电热水壶及加湿器也可通过智能插座进行自动控制，开发出了独有的控制装置。

  家庭电力需求容易集中在每天早晨出门前、傍晚回家时分以及做饭时。如果是夏季，白天的电力需求也有可能升高。在这种情况下，如果优先顺序靠后的电气产品处于运转状态，就可错开其使用时间，实现电力需求平均化。

  一般情况下，包括当月在内，过去1年内各月“最大需求电力”的最高值就是合同电力。若能够通过电力需求平均化，降低最大需求，电价便会降低，这也是需求响应型电力控制的优点之一。

  通过让独身者在实证住宅中生活，工作组还在对生活品质（QOL）的变化及居住者的满意度进行着定量评估。松山教授称：“可在保持生活质量及舒适性的同时，使家庭最大电力需求及耗电量下降3到4成。”

  除了家庭，如果在办公的地方及工厂也采用需求响应型电力控制管理系统，那么像在东日本大地震发生后，因供电能力短缺而进行夏季节电的情况下，也能发挥有效作用。除此之外，在削减发电成本及二氧化碳方面也会产生很大的效果。

  电力公司为了可以应对夏季白天等一年中的最大需求，设置有充足的发电设备，但松山教授说：“如果实现需求平均化，抑制一年中的最大需求，便可削减多余设备。”年平均电力需求与年最大电力需求的比值被称为“年负荷率”，数值越高，表示电力需求平均化程度越高。根据1998年的信息进行推算的结果为，如果将日本全国的年负荷率提高1％，便可减少290万千瓦的发电设备。年发电成本可削减1400亿日元，电力公司二氧化碳年排放量可削减约20万到30万吨。

  目前共有78家IT及通信设施企业、建筑商、住宅及重型电力设备企业参加了能源信息化工作组。松山教授计划推进需求响应型电力控制管理系统的实用化，将来广泛进行普及。他说：“希望与蓄电池及可再次生产的能源等进行配套，通过能源交易市场实现最佳电力供求和电力需求平均化。”（日经能源环境网 供稿）