Maurizio Di Paolo Emilioによる EE Timesの記事
モノのインターネットは、物流、製造、小売など、幅広い業界にわたってプロセスの自動化と運用効率を促進します。消費者と企業はエネルギー分野におけるIoTアプリケーションに特別な注目を払っており、これはCO2排出管理に関する規制の存在によってさらに強化されています。
IoTエネルギー管理システムは、電力供給チェーンに数多くの利点をもたらすだけでなく、大幅なコスト削減、安全性の向上、効率性の向上を約束する、新しいスマートなインフラストラクチャへの道を開きます。
企業がエネルギー節約のためにIoT機能を検討する主な理由の1つは、経済的利益です。スマートメーター、リアルタイムのエネルギー監視、データに基づく予測により、すべての産業関係者はコストと投資をより適切に管理し、無駄を削減できるようになります。
一般的に排出量の削減を目的とした新しい規制に対応するため、エネルギー業界は大規模な変革を遂げてきました。企業は、二酸化炭素排出量を削減し、100%グリーン企業となることを目標に、未来志向の戦略を策定するために、エネルギー消費と管理のためのIoTソフトウェアとハードウェア、およびその他のソリューションを業務に統合するケースが増えています。
一般的に、住宅所有者は毎日またはリアルタイムでエネルギー消費量を積極的に監視していません。月次レポートと公共料金の請求書には過去のエネルギー消費量が示されていますが、すぐに行動することが重要です。商業ビルでは関与と認識が同様に重要ですが、自動監視が最も価値をもたらします。
Wi-Fi対応のLEDライトは、ルーチン、動き、または音に基づいてオン/オフするようにプログラムして、エネルギーを節約できます。IoT照明システムのカスタマイズ性により、企業はよりエネルギー効率の高い照明ソリューションの恩恵を受け、照明や電化製品の点灯時間を短縮できます。膨大なエネルギー削減は財政にプラスの効果をもたらし、持続可能な職場の実現に貢献します。
エネルギー管理
建物は、全世界のエネルギー使用量の40% 以上、電力使用量の70% を占めています。私たちはほとんどの時間を家の中で過ごしているので、こうした統計はそれほど衝撃的ではないかもしれません。
地球規模の気候変動から地域の生態系への懸念に至るまで、大小さまざまな問題への影響を軽減するという約束を守り、目標を達成するために、さまざまな垂直産業のますます多くの企業が、施設をより環境に配慮したものにする戦略を導入しています。
IoTデバイスを使用してエネルギーを測定することで、可能な限りエネルギー使用量を削減する計画を立てることができ、コストとリソースを節約できます。商業分野は、IoTモニタリングが広く導入されている業界の1つです。小売店の顧客来店数の変動は、エアコンなどのエネルギー消費量の多い家電製品の需要の変動につながることがよくあります。
台湾では、大手携帯電話サービスプロバイダーがまさにこの目的のために小売店にIoTシステムを導入しました。各店舗を中央監視システムにリンクすることで、各店舗のエネルギー使用量や来店客数を迅速に監視し、それに応じてエアコンの使用量を調節することで、より少ない電力で快適な環境を維持できるようになりました（図1）。
図1: SRG-3352 IoTゲートウェイは、各店舗の電力使用量を追跡および管理するために台湾の建物に実装されました。（出典：AAEON）
リモート監視
IoTベースのエネルギー監視システムには、エネルギー管理プロセスを強化するために、センサー、モデム、マイクロコントローラ、その他の関連コンポーネントが組み込まれています。
産業用IoT (IIoT) がなければ、機械の状態やパフォーマンスに関する運用データを収集するには、人間が訪問する必要があります。リモート監視は、包括的かつリアルタイムのパフォーマンス データを取得する方法です。その後、その情報を調べて、機器の全体的な効率と出力に影響を与える傾向や関係を調べることができます。
AIの用途の1つは、どれだけのエネルギーが生産されるかを予測することです。 このような状況では、ディープラーニング手法とニューラルネットワークを活用することで、家電製品の消費量を予測し、ユーザーの行動を予測するという点で、より正確な分析を行うことができるかもしれません。
IIoTのエネルギー効率ソリューションは、各産業機械のエネルギー使用量に関する情報や、温度、圧力、動作速度などのプロセス動作パラメータを記録する場合があります。このデータは、エネルギー使用量を徐々に変更し、企業の持続可能性目標を作成するための関連性と潜在的な用途を見つけるために評価される可能性があります。シリコンラボは、テキサス州の巨大な建物内でデジタル化プログラムを開発しました。これらの構造物は毎日800人以上が使用し、大量の電力を消費します。
営業時間中のピーク時のエネルギー使用量は800 kWを超える場合があります。Silicon Labsによると、2019年には年間8,500MWh以上のエネルギーが消費された。これは、0.09ドル/kWhで年間100万ドル以上の電力費に相当します。Silicon Labsによると、IoTポリシーにより消費と年間支出が改善されたとのことです。この建物には、インターネット接続機能付きメーターや占有センサーなど、Silicon Labsが設置した数百個のセンサーが設置されています。
Silicon Labsは、テキサス州近郊の企業SmarteBuildingと提携し、潜在的なエネルギー プロファイルを特定するためのリアルタイム データの収集を開始しました。建物の暖房と冷房のスケジュールを変更することも変更点の1つです。暖房、換気、空調 (HVAC) 制御を自動化するために、追加のアルゴリズムとクラウド サービスが建物のエネルギー管理データに適用されています。
利点
IoTは、大都市におけるスマートなグリッドベースのIoTエネルギー管理のメリットを享受できるほど長い間存在してきました。従来の技術に比べてエネルギー効率が向上するため、世界中の企業がスマートエネルギー管理システムを採用しています。
エネルギー価格は過去2年間で記録的なペースで上昇した。場所によって価格は異なりますが、 エネルギーが上昇した 2021年上半期から2022年末までに13%から135%増加すると予想されます。コストの大幅な上昇を考えると、多くの企業にとって省エネが最優先事項となっているのは当然のことです。したがって、エネルギーコストを削減することは、経費を削減し、収益を増やすために非常に重要です。
たとえば、照明システムが適切なレベルの照明を提供しながら、可能な限り最小限のエネルギーを消費すると、エネルギーが節約されます。これを実現するには、センサーからのリアルタイムのデータ更新とアクチュエータからの高速アクションが必要です。アクチュエータの応答時間が遅れると、エネルギーが無駄になります。多くのIoTシステムはクライアント サーバー モデルで動作し、すべての通信が中央のクラウド サーバーを介して行われるため、通信に遅延や遅延が発生する可能性があります。
エネルギー使用量を継続的に監視および変更する機能は、エネルギー管理におけるリアルタイム データのもう1つの重要な利点です。たとえば、HVACシステムのエネルギー使用量を追跡することで、システムが非効率的に動作しているか、スケジュールどおりにシャットダウンできていないかを判断できます。この情報は、メンテナンス スタッフに警告して必要なサポートを提供するために使用される場合があります。
問題が検出されると、スマートHVACシステムは、IoTシステムの接続により、メンテナンス作業員のスマートフォンやスマートウォッチに通知を即座に送信できます。つまり、これらのガジェットは、ポイントツーポイント通信を介して、またはクラウド上の集中型システムを介して直接通信することができます。これは、PCやスマートフォンを使用して、IoTシステムのエネルギー使用量を遠隔から確認できることを意味します。
図2: IoTベースのエネルギー管理システムのトポロジ (出典: Phoenix Contact)
エネルギー貯蔵
IoTベースのデバイスは、予期せぬ状況でのエネルギー貯蔵に優れた用途を提供します。スマートシティにおける最近のIoTの進歩により、エネルギー貯蔵市場は拡大しています 。再生可能エネルギー源を制御し、エネルギーの生成と供給のコストを下げるには、適切なエネルギー貯蔵システムを実装する必要があります。
停電やその他の問題が発生した場合、ストレージは消費者がエネルギーの自立性と耐久性を維持するのに役立ちます。再生可能エネルギー源は変動性が高いため、電力施設は需要を満たすために負荷サイクルを延長する必要があり、運用コストと保守コストに影響を与えます。エネルギー貯蔵の多くの利点には、負荷需要の削減、電圧の安定性、緊急電力、エネルギーバランスなどがあります。
今後の動向
近い将来、エネルギー管理のためのIoTにはどのような発展が期待できるでしょうか?IoTエネルギー管理の市場は、その明らかな利点により、驚くべき速度で拡大しています。専門家によると、IoTエネルギー業界の年間複合成長率は25% を超えると予測されています。つまり、市場は年間約25％増加することになります。
省エネソリューションの導入は互換性によって遅れる可能性があり、これはエネルギー管理において特に厄介な問題です。したがって、さまざまなデバイス、アプリ、システム間の相互運用性を向上させる必要性は、現在、IoTの最大のテーマの1つです。言い換えれば、IoTシステム内のデバイスがプラグアンドプレイ方式で他のデバイスやIoTシステムに接続するために、追加のソフトウェア、ハードウェア、設定は必要ありません。
製造組織の徹底的なデジタル変革の主要な要素の1つは、エネルギー コストの削減と生産プロセスの最適化です。企業は、最新のスマート製造技術とエネルギー効率技術を導入することで、機械の効率を高め、生産時間を短縮し、より良い製品を生産することができます。
