產業聰明用電有一套

撰文/林玉圓

節能技術日新月異,多數產業均非節能專門,能源技術服務業於是興起,協助產業客戶節電降低能源成本之餘,也為碳關稅時代預做準備,強化國際競爭力。

因應國際間低碳甚至零碳供應鏈的要求,臺灣製造業不少已超前部署,導入聰明節電機制,從公用系統到生產流程,進行能效改善及智慧管理。然而節能技術日新月異,多數產業均非節能專門,能源技術服務業於是興起,協助產業客戶節電降低能源成本之餘,也為碳關稅時代預做準備,強化國際競爭力。

國際能源總署(IEA)在最新發布的全球電力市場報告中指出,2020年全球用電量在疫情衝擊下減少了1%;但隨著各國解封,2021年全球用電量將增加5%,明年續增4%;另一方面,儘管全球能源轉型的腳步加快,未來兩年再生能源將強勁成長,但增幅卻跟不上用電量的上揚。IEA警告,「疫後經濟復甦,我們已看到化石燃料的發電比重升高;為確保永續淨零的路徑,有必要加強投資潔淨能源科技:不只要發展再生能源,還要改善能源使用效率。」

換言之,能源轉型的成功關鍵,不僅仰賴供給端,需求端的使用者更扮演舉足輕重的角色。臺灣工業用電占整體用電達56%,為了節省能源支出、強化競爭力、替環境做出貢獻,國內從傳產到科技業,已在日常營運中落實節電及智慧能源管理。

三大科學園區 每年精進節能

臺灣三大科學園區2020年營業額破3兆元,創造國內GDP 15.2%之可觀貢獻,同時也是節能減碳的重要力量。科學園區公會水電氣顧問楊水定指出,根據經濟部能源局數據,國內每使用1度電,相當於0.509公斤的碳排放量。「節電就是減少排碳,臺灣產業在淨零趨勢下,紛紛加入百分百再生能源(RE100)國際倡議,也承諾全面使用綠電的時程,共同為環境保護做出貢獻。」

楊水定指出,竹科、中科、南科三大科學園區占全國用電12.3%,其中半導體、面板、光電3個產業投入節能最為積極,一來是外部壓力,如能源局要求廠商每年須節電至少1%,以及用電大戶須自建10%再生能源設備或儲能裝置等;再者是企業形象,綠色供應鏈已是國際趨勢,必須展現節能減碳的成果與決心,才能維持國際競爭力。

因此,園區廠商每年在節能推廣與應用上不斷精進。楊水定指出,業者主要從4方面著手,一是改善設備能源使用效率,例如採用高效率馬達IE3/IE4;二是透過管理方式降低能耗;三是降低單位產出的用電量,例如改善生產排程或提升生產機台效率,達到用電量雖然相同但產出量增加,提升能效;四是當再生能源滲透率變高時,透過動態移載應用,多用再生能源,少用高碳排電力,達到降低碳排、提升供電穩定度的目的,這對於不能片刻斷電的高科技產業尤其重要。

園區廠商拼節能 技術創新無極限

以半導體業為例,半導體廠用電約一半來自廠務,一半來自產線。廠務最大能耗在空調系統,由冰水機、冷卻水塔、幫浦、空調主機組成;業者以冰水機出水溫度每提高1℃可降低3%用電的原理,參考外氣溫濕度變化、冰水負載的需求量,以多變數的智慧調控方式,透過變頻驅動幫浦馬達,讓冰機隨時運轉在效率最高點;進而以滾石不生苔的概念,導入海棉球自動清洗系統於冰機中,讓熱交換器銅管不易長水垢,進而維持高的交換效率。

在產線方面,部分園區廠家,在生產機台導入新型節電元件、節能幫浦與排氣最佳化設定,每年可省下2,500萬度電。此外,產線機台的節能創新,還包括UPS不斷電系統的優化。高科技產業機台最怕電壓驟降,重要機台一般會安裝UPS;然而UPS供電過程會經過一連串交直流電源轉換,產生能源轉換耗損。廠商與UPS設備商合作,導入優化智慧UPS節能模式,透過自動偵測技術,一旦偵測異常,便以毫秒級的速度切換回UPS供電進行保護。此項技術不但可消除約5%能源轉換耗損又能確保供電品質穩定,可說是兩全其美。

在園區廠商及設備商努力下,園區數間指標大廠平均年節電率都大於2%,超過政府要求的1倍以上,堪稱產業節能先驅;但是,面對大環境對淨零排放的迫切需求,高科技產業供應鏈需要有更多創新節能技術的應用,來達到經濟發展與環境永續兼顧的雙贏局面。

節能減碳呼聲高 能源技術服務業應運生

科技製造業在節能技術上精益求精,但畢竟並非各行各業都是節能專家,在節能減碳的呼聲日益高漲下,能源技術服務業(Energy Service Company;ESCO)後勢看漲。臺灣能源技術服務業協會榮譽理事長楊正光表示,ESCO在臺灣發展已近20年,協助許多政府及民間客戶改善能源效率,早年ESCO的輔導對象以非製造業為主,例如政府機關、學校、商辦、醫院等;現已拓展到電子業、紡織業、甚至石化鋼鐵等高耗能產業。

ESCO的商業模式,主要以提供能源技術的服務與諮詢,協助終端用電戶改變能源使用習慣,促成客戶降低成本、ESCO獲得報酬、以及友善環境的「三贏」局面。ESCO行業最早興起於美國,目前美國的大型ESCO業者,已切入能源供給面,負責電廠的能源買賣及維護;日本ESCO業者則主要整合大型工業集團的服務,包括建築、空調、重工等;臺灣則從用戶端著手,在經濟部能源局的政策鼓勵下,成績斐然。

改善空壓空調 年省上百萬元

楊正光說,經由ESCO輔導的企業,只要節能績效達到一定標準,不僅省下電費,還能獲得政府補助,因此「呷好倒相報」讓同業紛紛效法。他列舉最成功的幾個案例,大多是針對高耗能設備如空壓機及冷凍空調進行改善:北市聯醫某分院成功節電達4成,省下逾500萬元電費;量販領導品牌透過改善空壓機,節電26%、省下170萬元;某上市紡織廠一年節電28%,省下220萬元。

楊正光強調,ESCO協助企業改善能效,並不盲目套用既定作法,而是全面診斷,為廠家的獨特需求提供最大效益。以能源密集的鋼鐵業為例,ESCO先檢視電源端,再針對電弧爐、軋鋼機、推送料件的空壓機、裁剪機、包裝、送貨等所有流程下手。改善能效所須投入的資金,不需一次性支付,而是將節省下來的能源費用,轉為工程款分期攤還,減輕客戶不少負擔。

ESCO快速成長 臺灣產值逾200億元

國內ESCO產業近年蓬勃發展,每年成長率達11.6%,產值也從初期不到10億元增至2020年的200億元,如今國內已有320家ESCO業者協助各行各業的用電戶。

楊正光對ESCO看法相當正面,認為全球ESCO產業可望快速成長,而臺灣具有獨特利基。「我國電力電子的研發及製造實力雄厚,有助打造智慧能源管理。目前ESCO協會在菲律賓、印尼、泰國、中國大陸都有潛在合作對象,臺灣有能力對外輸出ESCO方案,未來會加強拓展國際市場。」

收集數據優化能耗 工研院以科技做節能

在節能技術的研發上,工研院綠能與環境研究所組長江旭政指出,工業領域推動節能,必須先掌握數據、由高層下定決心,再擬定具體策略,就能發揮很好的效果。工研院開發的「能源管理資訊系統」(EMIS),可針對公用系統如空調、空壓、鍋爐的能效進行檢測,收集足夠數據後,再評估汰換效益。導入此系統的食品工廠,在數據佐證下,第一階段先更換單一設備包括變頻冰水機、水泵及風扇,達成節電17.2%;第二階段再導入全域優化控制系統,利用基因演算法找出最小能耗操作點,又進一步節電14.5%。

除了廠務公用系統,工研院近年也跨足製程節能,運用AI人工智慧調整製程參數,替紡織、造紙、化工等產業降低能耗。以紡織業為例,導入EMIS後,採集產線的多元異質資料,透過演算法快速建立模型並優化參數,成功讓染整製程的能耗減少3%至7%。此外,工研院的智慧排程系統,透過AI精準整合物料、設備等資源,針對高耗能產品,可於用電離峰一併生產,減少個別產品耗能,即可壓低製造成本。

為了降低業者建置能源管理系統的成本,工研院也致力開發低成本元件,包括感測器、閘道器、雲端能源管理系統等,同時搭配資料加值應用,讓電力解析的成本及建置時間大幅降低。同時每年輔導的工業用電大戶已達200家,每年發掘出相當於2萬公秉油當量的節能潛力。

「經濟發展、用電需求成長是必然;不過滿足用電需求的作法很多,應以節能為優先,有效使用能源、不要浪費。畢竟與蓋電廠相比,節能是成本最低的作法,」楊正光強調,發1度電送到用戶端還會有損耗,但省1度電就是省下扎扎實實的1度電。此外,由於臺灣的電價便宜,「節能」的動力不能只是財務上成本的考量,應該要多一點環保與減碳的認知。未來建立碳排放的國際通用認證制度後,國內廠商的節電成果,就能與碳稅接軌,這等於是臺灣邁向淨零碳排時代的超前部署,為產業創造永續優勢預作準備。

文章轉載自工業技術研究院工業技術與資訊月刊