M＆V量測與驗證基礎概念(1000620)

1、m mv v量測與驗證基礎概念量測與驗證基礎概念 鈞元能源技術股份有限公司鈞元能源技術股份有限公司 趙宏耀趙宏耀 總經理總經理 簡報大綱簡報大綱 o 能源服務公司與能源績效保證合約 o m esco)(energy service company; esco) 站在客戶立場，運用節能技術和觀念，為客戶尋求能 源使用合理化，提高能源使用效率，節省能源成本。 3 wtowto定義：定義： 油、電市場交易買賣服務、發電、運輸、電力傳輸、配電、水資源、油、電市場交易買賣服務、發電、運輸、電力傳輸、配電、水資源、 節約能源節約能源以及煤、電、瓦斯、核能、油、再生能源之管理等業務。以及煤、電、瓦斯、核能、

2、油、再生能源之管理等業務。 經濟部商業司定義經濟部商業司定義 (ig03010)(ig03010)： 從事新淨潔能源從事新淨潔能源包含太陽能、生質與廢棄物能、地熱、海洋能、風包含太陽能、生質與廢棄物能、地熱、海洋能、風 力、水力力、水力、節約能源、提升能源使用效率或抑制移轉尖峰用電負載、節約能源、提升能源使用效率或抑制移轉尖峰用電負載 之設備、系統及工程之規劃、可性行研究、設計、製造、安裝、施工、之設備、系統及工程之規劃、可性行研究、設計、製造、安裝、施工、 維護、檢測、代操作、相關軟硬體構建及其相關技術服務之行業。但維護、檢測、代操作、相關軟硬體構建及其相關技術服務之行業。但 從事各種能源機

3、械設備之製造、安裝、施工，則歸屬各設備之製造業。從事各種能源機械設備之製造、安裝、施工，則歸屬各設備之製造業。 能源服務業之定義與特點能源服務業之定義與特點 能源服務公司業務內容能源服務公司業務內容 4 能源的買賣、供應及管理 節能改善工程(retrofit engineering) 節能績效保證專案 (energy saving performance contract, espc) 公用設施的設備運轉維護與管理 節約能源診斷與顧問諮詢 業業 務務 範範 圍圍 節能績效保證專案節能績效保證專案 esco提供下列綜合性服務，給與能源用戶節能效益保證， 再採用適當的驗證程序計算節能效益，從節省之

4、能源費用 來負擔節能技術服務與設備等支出。 5 能源診斷評估 改善方案規劃 改善工程設計 監造管理 節能效益驗證 (m&v) 專案財務規劃 工程施工 節能績效保證專案的工作內容節能績效保證專案的工作內容 節能績效保證專案的經費與利益分配節能績效保證專案的經費與利益分配 6 能源費用能源費用 能源費用能源費用 能源費用能源費用 escoesco專案專案事業事業 實施前實施前 escoesco專案專案事業事業 實施中實施中 escoesco專案專案事業事業 契約終止後契約終止後 能源費用節省 顧客的收益 esco的收益 初期投資、利息 顧客的顧客的 收益收益 節能績效保證專案的特色節能績效保證專案

5、的特色 7 有省錢有省錢 才付費才付費 自償性專案（自償性專案（self-sufficient project）：）： 節能改善工程之初始投資費用，須全部從改善後所節省之節能改善工程之初始投資費用，須全部從改善後所節省之能源能源費費 用中分期償還用中分期償還(pay by savings)。 節能效益保證（節能效益保證（guaranteed savings）：）： escos必須保證達到於合約中對顧客所承諾的節能效益，必須保證達到於合約中對顧客所承諾的節能效益，否則否則應應 負擔未達到的差額負擔未達到的差額 (no cure, no pay.)。 專案統包工程（專案統包工程（turn-key

6、project）：）： escos提供用戶自能源診斷評估、改善方案規劃、改善工程設計、提供用戶自能源診斷評估、改善方案規劃、改善工程設計、 工程施工、監造管理，到資金籌集之財務計畫及投資回收保證的工程施工、監造管理，到資金籌集之財務計畫及投資回收保證的 等全面性服務等全面性服務(ono stop shopping)。 非資產性擔保的融資（非資產性擔保的融資（project financing）：）： 節能績效保證合約完全是以能源改善工程案未來產生現金流的盈節能績效保證合約完全是以能源改善工程案未來產生現金流的盈 餘做為融資擔保。餘做為融資擔保。 節能效益驗證節能效益驗證(measurement

7、 & verification) ： escos必須以適當的手法或程序評價節能效益。必須以適當的手法或程序評價節能效益。 espc的參與者及角色的參與者及角色 8 能源用戶能源用戶 esco業業 者者 保險業者 金融機構 政府政府 租賃公司 工程公司 設備商 維修保養公 司 績效保證合約 省能診斷 機器設備的設置 節能效益驗證 m&v (measurement & verification) 的定義的定義 o 節能量的量測與驗證 (measurement & verification, m&v) 是指採用測量的方法，可靠地決定能源管理 計畫在個別公用設施中所真實產生節能量的過程。 o 這種決定

8、節能量的過程依循事先規範的協定。 o 節能量的量測量測(measurement)是採用儀表測量與分析 方法來決定節能量。 o 節能量的監視監視(monitor) 是決定節能量中的一項活動， 它是為了預測、成本控制，或診斷等目的，而觀察 能源使用的一個過程。 9 evo 10 efficiency valuation organization (evo) 能效評價組織 n ipmvp 的基地(根據地) n 美國的一個非盈利組織 n 由全球志願者在領導 n 行政辦公室設在保加利亞首都索菲亞市 introduction 10 11 evo o 願景願景 建立一個全

9、球性市集全球性市集，使得對自然資源利用效率 可以作正確評價，且善用提升終端效率方案 成為 供應端方案的重要替代選項。 o 任務任務 發展並推廣發展並推廣標準化的協定、方法與工具，用來量 化及管理伴隨能源效率改善、再生能源利用和用 水效率改善等商業交易行為而來的績效風險與利 益。 introduction 11 12 evo o 協定協定 nm&v, 融資 o 培訓培訓 ,認證認證 n美國能源工程師協會(aee) 聯合頒佈的 cmvp 證書 o 建立社群，提升效率建立社群，提升效率 n在evo官網提供客戶服務包括： 行業通訊、部落格、書庫、折扣、預發佈公眾的文件

10、 n資訊交流、培訓和發展的全球合作夥伴 introduction 12 現行現行m&v 相關的協定相關的協定(protocol) o m&v是一項持續進化中的藝術與科學，僅管對於 能源終端使用者若干共通性的m&v實務已收錄在 下列文件： n ipmvp (最為廣泛使用) n ashrae guideline 14 n美國能源部 femp 對美國政府建築物的 mv指南(us doe femp m&v guide us) o (以上這三份文件有許多共同的作者，但文件出發點略有不同 的目的) n加州能源效率評估協定：對效率評估專家技術性、方法 論及報告的要求。 o 與溫室氣體管理協定有所不同，計畫型

11、溫室氣體減 量協定可參考 iso 14064-2。 13 m&v 文件網路資源文件網路資源 o ipmvp n o ashrae guideline 14 2002 purchase through o m&v guidelines for federal energy projects - version 2.2 2000 n/mv/ o california energy evaluation protocols n http:/www/ o g

12、hg protocol for project accounting n 14 ipmvp 概述概述 o 提供一個確認項目實施後節能量的框架並 定 義一些基本術語。 o 為特定專案的 m&v 計畫，指定需要強調的 主題。 o 在制定m&v計畫時允許適度靈活性，但同 時也堅持下列原則：準確性，完整性，保守 性，一致性，相關性和透明度。 15 introduction 15 ipmvp 的演變的演變 16 o早在90年代美國各地已有不同的m&v協議 o1996年美國能源部提供行政支援資金和誘因，調和 各種不同的m&v協定。來自15個國家超過150

13、名志 願者包括業主、金融家、承建商、工程顧問、學 者、公用設施公司）參與了為節能服務產業發展而 編寫ipmvp。 o2001年美國能源部將ipmvp轉交給evo組織負責。 evo 組織是一個自負盈虧，由定閱者支持的非營利 組織。 introduction 16 ipmvp 第五版第五版 o 1996 年第一版，稱為 nemvp o 1997 年第二版，現在稱為的 ipmvp o 2001 年2月第三版，分成三卷 o 2007 年第一卷，出第四版 o 2009 年第五版加入區域的具體細節 o 2010 年第一卷，修訂第六版 17 introduction 17 ipmvp 文件文件 o ipmv

14、p vol. i 決定節能量和節水量的概念和選項決定節能量和節水量的概念和選項 方案方案 o ipmvp vol. ii 改善室內環境品質的概念及實務改善室內環境品質的概念及實務 o ipmvp vol. iii 應用應用 n第一部分 決定新建築物決定新建築物節能量的概念及實務 n第二部分 決定再生能源決定再生能源技術節能量的概念及實務 18 introduction 18 ipmvp 優點優點 o 定義測量節能量的標準方法，令業主放心。 o 通過國際的普遍認可，讓所確認的節能量 得到法律效用。 o 提供行業內量測精度與檢測費用的平衡指南。 o 幫助利益關係人在有關節能量結算，創造透 明、可重

15、複的性能保證和排放交易的合約條 款。 o 通過evo 網站的不斷地發展，提高 m&v 的 技術水準。 19 introduction 19 ipmvp 用戶群用戶群 20 introduction 20 平均每個月下載量500次，過去6年內被翻譯成10種語言的版本。 ipmvp 文件概要文件概要 oipmvp分為三冊 n第一冊主要是說明m&v的觀念與決定節能量的選項方案，可 以應用到建築物和工業廠房的節能或節水計畫。 om&v簡介和專有名詞 om&v計畫內容概要與四個選項方案的基本觀念，達到可靠性又符 合成本效益決定節能量的一般程序 o常見的共同議題與量測 o節能量測的不確定性 o其他參考文件

16、資料 n第二冊主要是說明室內環境品質(indoor environment quality)。 n第三冊說明對新建築物和可再生能源方案的處理方式。 oa guide to good practice, not a design manual. oyou still need an m&v engineer. oipmvp is not a cookbook nor a set of prescriptive procedure. 21 ipmvp 不包含一切不包含一切 o ipmvp 不包含以下細節：不包含以下細節： n 儀器儀錶系統的設計 n m&v 成本的估算 n 能源工程設計 n 統計分

17、析 o ipmvp is not a cookbook(烹飪食譜烹飪食譜) n 對於每一個個案，仍須小心應用。 22 m&v 的用途的用途 1.提高節能量 2.作為金融交易文件 3.最終地強化能源效率專案的融資 4.改善工程的設計、施工和維護 5.為公用事業預算上所出現的差異，提供解釋 6.支援能源效率規劃的評估 7.教育設施使用者關注其能耗影響 8.增加可持續性評價體系(如leed)的得分 (leadership in energy & environmental design) 23 m&v 與與 project financing 的關係的關係 o m&v 計畫可以證明確實espc存在一

18、個雙方 合意的收銀機。 o 使用廣泛接受的m&v協定，有助於消除緊 張融資者的疑慮。 o m&v 可以確認專案產生的現金流，而espc 的現金流可視為資產做為貸款的擔保品，理 論上應可降低融資利率。 24 esco 動態的第一個定律動態的第一個定律 o不管你使用多少能源，你可 能使用更多更多。 25 測量節能量測量節能量? o節能量節能量 代表消失的能源使用 o 我們沒使用的能源就無法測量. o 我們無法【測量】節能量! o 我們可確實測量能源使用量. o 我們 【分析】 量測到的能源使用量，並決定決定節能 量的多寡。 26 m&v 需要兩種量錶需要兩種量錶 27 250,000 500,00

19、0 750,000 1,000,000 kwh baseline periodreporting period watt-hour meter (瓦時計瓦時計) what would have happened meter (預期應該使用的能耗表預期應該使用的能耗表) 瓦時計瓦時計(wh)和預期應該發生的的儀錶和預期應該發生的的儀錶 (wwhh) 28 預期應該使用的能耗儀錶預期應該使用的能耗儀錶 = = 模型模型 組件組件 - 演算法演算法(模型模型)，輸入訊號，測量數據，輸入訊號，測量數據 例子例子1 -變動數據的模型變動數據的模型 例子例子2 - 簡單的照明試算表簡單的照明試算表 瓦時計

20、瓦時計 組件組件 - - 轉輪，數據錶頭，電線，比流器轉輪，數據錶頭，電線，比流器 key concepts 29 量測節能量量測節能量? ? o節能量節能量 代表消失的能源用量。 n 我們不能量測沒使用的能源用量。 n 我們 無法無法 量測 節能量! o 我們確實可以確實可以量測能源使用量。 o 我們 分析分析 量測到的能源用量，並決定決定 (determine)節能量的多寡。 key concepts 30 ipmvp 基本公式基本公式 ipmvp節能量基本公式 #1: 節能量(報告的任何期間) = 基準期耗能量 - 改善報告期耗能量 +/-調整量 參考文獻: ipmvp volume i

21、, 2010, chapter 4.1 調整量調整量(adjustments) 舉例來說明我們為何需要做調整: 設備實施了節能改善，但產能同時比去年 要低。 有多少成本變動是因為節能改善，又有多少成本 變動是因為產品本身變化所造成的? 31 key concepts 32 調整量調整量 (續續) 我們調整基準期與改善報告期的耗能至相同條件 之下, 如此才能作出有根據的比對. 基準期 改善報告期 性能量測驗證必須 “蘋果比蘋果蘋果比蘋果” 的比較. 節能量節能量 33 key concepts 34 節能量或可避免的耗能節能量或可避免的耗能? o 能源使用者通常都想知道，如果他們不採取 節能措施

22、，他們的帳單將會是怎樣？他們想 知道有多少能源或者成本是可以避免的。 o 要報告可避免的成本，m&v工程師要將基準 期的耗能情境，調整至與改善報告期耗能至 相同條件下。他們有時會簡單的將可避免的 成本稱作節能量，這樣的說法，觀念上有可 能會導致與會計專業術語混淆。 參考文獻: ipmpv vol i, 2007, chapter 4.6.1 key concepts 35 會計學上的會計學上的“節能量節能量” key concepts 36 調整量調整量 o 調整可能是微不足道的、簡單的，或者是 複雜的 o 調整程度取決於: n 準確度的要求, n 耗能影響因子的複雜度 n 需要進行節能評估的

23、設備數量(即量測邊界) n 可用的預算 有多少需要測量有多少需要測量? ? 37 整體的檢測邊界 motors + vsds 節能物件 隔離邊界 主要差別在邊界線畫定的位置主要差別在邊界線畫定的位置 兩個基本方法兩個基本方法 38 整體設施法整體設施法(whole facility method): 測量設施內所有的影響因素： 改善措施與其他改變(有意或無意的) 通常使用公用設施表計 調整可以是複雜的 改善獨立法改善獨立法(retrofit isolation metod): 只測量改善措施的影響因素： 節能量不受測量邊界以外的變化因素所影響 通常需要新的表計 調整可以是簡單的 方法的選擇方法

24、的選擇 39 決定關注點是什麼決定關注點是什麼! 若你想管理整體耗能: 選擇整體設施法 若你只想評估特定的部份: 選擇改善獨立法 術語術語 40 改善獨立法選項 a 或 b 整體設施法選項 c 或 d 每種方法各有兩種選項， 為不同的狀況，提供靈活性 改善獨立法改善獨立法 41 選項 a 和 b，選擇其中一項: 選項選項a改善獨立方式：測量關鍵參數改善獨立方式：測量關鍵參數 選項選項b改善獨立方式：測量所有參數改善獨立方式：測量所有參數 改善獨立改善獨立 (a 與與 b) 選項 a選項 b 基準期測量400 kw200,000 kwh 報告期測量300 kw 150,000 kwh 計算出的操

25、作時間500 hrs 可避免的耗能 100kw x 500hrs = 50,000 kwh 50,000 kwh 42 a只測量耗能計算的關鍵部分，例如: 乙方只負責降低負載 (或只負責減 少操作時數，但不包括兩者) b 測量所有的耗能因子，例如乙方負責自動調光燈具的控制以及運轉時 間的控制 選項選項 a 不確定度不確定度 o 選項a (改善獨立:關鍵參數測量)可降低測量 成本，但是會給估算量存在不確定性。 o 各方必須確認可接受估算值中的不確定量。 為適合實際情況，可彈性的在a和b中作出 選擇。 43 整體設施法整體設施法 o 根據可用的數據，選擇選項 c或 d o c 整體設備整體設備 n

26、 需要有基準期與改善期的資料。 o d 校準模擬校準模擬 n 如果基準期沒有測量儀錶或設備，基準期的資 料可在特定控制條件下被”製造”出來。 44 選項選項c例子例子 o 基準期電費單 1999年7月 (29 天) = 800,000 kwh o 改善期電費單 2001 7月(31 天) = 600,000 kwh = 200,000 kwh o 讀錶期間與氣候影響的調整量= +100,000 kwh = 45 選項選項d例子例子 探討一個案例：一個要設計得比標準更高效率的新建築 要證明實際實際能源效率比標準高了多少： 1.要在建築物完全使用(full occupancy)後，收集實際的水電抄

27、表 資料(即校準資料)。 2.按照設計的(as build)條件，建立電腦模擬模型建築耗能。 3.比較模擬結果和實際耗能狀況。 4.“校正”(或調整) 模擬模型，直到誤差值可以被接受。 5.已校正過的模擬已校正過的模擬顯示實際耗能為:5,000,000 kwh 6.修改已校正的模擬參數，將提高能源效率的因子去除(只按標 準建造的建築)，其耗能量為:7,000,000 kwh = 2,0 46 ipmvp 選項概要選項概要 o ipmvp 有四種 m&v 的選項: a, b, c, 和 d o 這些選項方法是節能和節水項目的通用 m&v 方法 o 這 4 種選項方法為節能量計算提供了一系列可選擇

28、 的方式，以適應不同節能措施 (ecm) 的特性和報 告精確度與成本之間的需求。 47 定義定義性能性能 o 性能是可以被測量，節能效益則不能被量測 o 性能名詞. (法定的) 1. 在履行一份合約、承諾或義務時，什麼是被要求執行的 任務？ (在合約中，以新的效能取代舊的) 2. 一份合約、承諾或義務的履行 o 在工程方面，性能與量測某些產出或者行為有關。 監測性能的技術包括 n取樣 n記錄 n快速暫態記錄 n連續測試 48 性能性能例子例子 o 汽車 公里/公升(km/l) o 照明系統 瓦特/平方公尺（w/m2) o 冰水主機 千瓦/冷凍噸(kw/rt) 49 m&v planning o

29、 無從事先好好計畫，就是註定計畫失敗。 n failing to plan is planning to fail. o 計畫、執行、節能量決算。 n plan, play, settlement 50 m&v的執行步驟的執行步驟 o蒐集耗能基準資訊 n包括能源費率單、短暫量測所得的數據資料、氣候數據、設備 規格數量及位置、現存條件（如照度、溫度）、操作時程、人 員出入時程等。 o規劃節能改善措施與相對應的m&v計畫 n包括現場勘察，找出影響m&v的物理特徵，找出ecm的操作 特性，選擇合適的m&v方案，發展特定的m&v計畫。 om&v計畫文件化 n整理相關資訊與必要文件。所有包含在能源節約改

30、善計劃中的 耗能設備，在改善前後均須以書面文件列出。 o執行改善工程設備安裝 n確認改善工程設備設備或系統是否安裝妥適，確認系統性能表 現和規格一致，進行驗收調整(commisioning)。 o性能量測儀錶與設備調校。 o按m&v計畫書規定，蒐集改善後之能源數據。 o性能量測設備維護，定期儀表校正。 o如必要時，節能基線調整作業。 o按m&v計畫書規定，定期計算呈送節能改善績效報告。 51 ipmvp的四個選項方案的四個選項方案 o 方案a是量測性能（暫態或短暫的），推估或 假設操作情況（如時數）。 o 方案b是量測性能（短暫的或連續的），並且 量測操作情況，節能效益由量測數據計算得到。 o

31、 方案c是當整棟建物能源分析屬必要時，或是 認為需要充分驗證節能改善效益時。 o 方案d是一種校正的能源模型模擬分析，利用 逐時或逐月的費率或計量數據來修正所建立的 模型。 52 ipmvp m&v選項方案選項方案 53 mv 選項選項 節能效益計算節能效益計算 選項選項a以測量設備的性能為主，測量或約 定操作的因素，和每年驗證的”履行的潛 力” 。 工程計算。 選項選項b 設備或系統在整個合約期間內，定 期或者連續的量測。 使用測量數據的工程計算。 選項選項c以整個大樓或工廠的公用儀錶或分 錶數據為主，由天氣和/或其他因素作為調 整因子 公用儀錶數據的分析。 選項選項d 以大樓或者製程的電腦模擬計算為 主，用量測數據來校正模擬計算。 比較不同的模型。 m&v選項方案選項方案 mv方案如何