R&D 100 Awards／敏捷部署之需量反應能源管理系統

【撰文／賴宛靖】

便利商店和超市中的開放式冷凍、冷藏櫃占全店能耗的40%至60%。工研院「敏捷部署之需量反應能源管理系統」運用智慧物聯裝置（AIoT）結合能源管理技術進行負載變化預測、調整溫度，螞蟻雄兵般省下可觀能源，現節能管理已導入3,200家零售店並持續擴大應用，榮獲2024全球百大科技研發獎肯定。

很多人的一天都是從便利商店開始，對於賣場裡「沒有門」、方便顧客取用的冷藏櫃一定不陌生。賣場裡冷凍冷藏櫃的溫度會受到店內顧客數、環境溫溼度及商品儲存量等影響，壓縮主機須因應需求不斷製冷，但開放式冷藏櫃的控溫是門學問，太冷不僅會凍傷食物，也浪費能源，太熱則食物容易損壞，導致食安疑慮。

若能應用IoT技術蒐集店內冷藏、冷凍設備運轉數據，並輔以AI技術得知設備的負載狀況，動態地調整運轉參數，不僅可避免商品遭凍損或過熱損壞而需丟棄，也能達到節電的效果。

根據經濟部統計處最新資料顯示，截至2023年12月全國共計有13,706家便利商店，平均每1,703人就有1間，密度高居全球第二，而在食品零售業中，冷凍冷藏系統占全店能耗的40%至60%，若每間都能省下一點電力，匯聚螞蟻雄兵的力量，就可以省出大能源。

冷熱源混雜　食品零售業具特殊需求

「然而，食品零售業有個獨特的挑戰，就是冷熱源混雜情況嚴重。為了解決問題，工研院開發『敏捷部署之需量反應能源管理系統』（Agilely Adoptable Demand Responsive Energy Management System；AADREMS）針對零售業面臨的狀況進行優化，補強傳統演算法難以有效控制冷熱混雜環境的窘境，克服技術難題，使系統能迅速靈活地適應現場溫度隨人流、物流與環境不斷變化的情況，」工研院綠能與環境研究所副經理宋鴻均說。

舉例來說，超商和超市經常有突發需求。例如冷藏櫃需要頻繁補貨，或是在多元化經營中，超市可能同時要烤雞、煮茶葉蛋或提供熱咖啡，導致熱負載不斷變動；而在夜間營業期間，蔬果櫃又不能太冷，有些場域可能碰到西曬，或中午用餐時間上班族湧入店裡消費，自動門頻繁開關，熱氣湧進店裡等多樣態情境，都是設計食品零售業節能系統的挑戰。

從「只監不控」到智慧能源管理

宋鴻均表示，傳統的能源管理系統（EMS）多半「只監不控」，無法創造價值回收。工研院的「AADREMS」不僅可幫助店鋪節能，同時還具備領先的需量反應功能。在電網之備轉容量不足時，系統可以透過預冷來應對電力需求，在電力高峰時段減少用電量，協助穩定電網。

「簡單來說，系統把店鋪內高能耗的冷凍、冷藏設備視為一種儲能設備，類似於熱能儲存的概念，可以在電力需求高峰來臨前，提前為冷櫃降溫，透過預冷處理來提高能效。」宋鴻均解釋，若搭配儲能設備，離峰時間店鋪可以參與電力交易市場，大型連鎖賣場或超商甚至可成為「能源聚合商」，在能源市場中扮演新角色。

除了能源控制外，系統還能協助店鋪優化管理流程，找出店內哪些設備相對耗能；透過雲端分析和支援向量機（SVM）演算法，檢查冷櫃等設備是否有冷煤洩漏等問題，通知店長提前處理；將能源消耗數據推送至設備，讓店家即時掌握狀況，預測設備是否有損壞可能。「畢竟，零售店鋪只要一天無法營業就會造成損失，而冷凍冷藏設備報修也需要時間安排人員前來，有損壞預測的功能就可以提早因應，讓店鋪安心營運。」

宋鴻均認為，節能系統須兼顧軟硬體和設備安裝方便、成本回收快速等優點，提升店家的安裝意願。「工研院的系統能整合現有的通訊協定，只要設備支持協定，就能直接接上系統進行管理和控制，避免店家重複投資；成本方面，與國外大廠動輒百萬的投資相比，此系統投資親民許多，安裝後若以10%至20%的節能效率計算，2年內即可回收，若再加上需量反應技術的應用，回收期更可縮短1至2個月。」

目前已安裝新系統的店家，每年約可減少約126座大安森林公園的吸碳量，節省約98,600MWh的電力。宋鴻均指出，工研院的「AADREMS」，無論是成本效益、節能和碳排放管理方面，與國際大廠相比有明顯優勢，結合臺灣在AI大數據分析和智慧調控技術的強項，可準確協助業者達成ESG目標，輕鬆應對各國日益嚴格的碳排放要求與碳稅負擔。