Microsoft PowerPoint - 節能技術與案例分析_空壓_

黃茂興 WeiPower Copy Right 1

目錄 前 言 第一章 空壓系統概論第二章 節能運轉與管理第三章 節能效益評估第四章 案例分析與雲端應用 WeiPower Copy Right 2

前 言 本課程內容從透過教導用戶正確的壓縮空氣系統節能概念開始, 到如何規劃 佈置 建構和診斷節能控制系統止, 共分成四個章節 除了筆者 20 年來從事空壓機相關行業的經驗外, 並搭配筆者十年多來近 800 家百大及非百大能源用戶實地查核之見聞, 進行系列性深入淺出的探討, 提出實際可行的解決方案, 期能協助各企業提高壓縮空氣的能源使用效率, 共同為提高企業與國家的能源競爭力, 盡棉薄之力 WeiPower Copy Right 3

前 言 壓縮空氣取之於大氣回歸於大氣, 具有低污染 不自燃 無味無嗅 安全及易於控制與傳輸等特性 廣泛應用於工業 礦業 工程業 醫療業甚至農業, 可說是僅次於電力的普及能源之一, 在歐美地區與電 水及蒸氣並稱四大工業能源 然而壓縮空氣卻是四大工業能源中能源轉換效率最低的一種 一般而言 4kw 的能源輸入, 最高只能有 1kw 的壓縮能輸出 ; 若以能源成本角度來看, 台灣地區一般工廠電力成本在 2.0~3.0 元 /kwh, 壓縮空氣之直接產氣成本將高達 0.2~0.5 元 /M 3 空氣是免費的, 壓縮空氣卻是極為昂貴的 因此, 如何有效的操作與控制 避免損壞以及節省壓縮空氣的能源浪費是能源管理者必需面臨的重要課題 WeiPower Copy Right 4

前言 : 認清事實 壓空系統能源轉換效率非常低 ( 通常 4KW INPUT 只能有 1KW OUTPUT) 是汽油的 20% 電力的 12% 其中 75%~80% 能源變成廢熱, 由熱交換器吸收掉 壓縮空氣的電力使用約佔整體工業用電的 10% 電能費用約佔整個壓縮空氣系統總費用的 70%~80%, 其餘 20%~30% 為購置費用與維修保養費用 電能費用中只有不到 60% 是與生產直接相關,25%~35% 可能浪費於洩漏 15%~25% 則導因於假性需求 一般而言, 壓縮空氣系統約有 15%~60% 的節能潛力 在操作壓力 7barg 下, 每立方米的壓縮空氣至少將消耗 0.11KW-HR/M 3 的電力或每馬力約可產生 4CFM/HP 的壓縮空氣流量 WeiPower Copy Right 5

前言 : 認清事實 ( 續 ) 一台 100HP@7kg/cm2G 空壓機 24 小時運轉, 每年約需支出 130 萬台幣的電費 ( 單位電價 2 元 / 度電計 ) 空壓機每過壓運轉 10PSI(0.7bar) 約需增加 5% 的功率消耗 空壓機的進氣溫度每升高 10 約增加 2.5% 的電力消耗 一只 3mm 孔徑之持續洩漏孔在 7kg/cm2G 壓力下, 每年將洩漏掉約等同 40,000 元電費的壓縮空氣 空壓機持續運轉達 5 年或以上, 約有 10% 機台的能源效率會下降為原始值之 50%;50% 機台的能源效率會降為原始值之 70%;35% 機台的能源效率仍可維持原始值之 80%; 只有 5% 不到的機台可有 90% 以上的能源效率 WeiPower Copy Right 6

第一章 空壓系統概論 WeiPower Copy Right 7

為何使用壓縮空氣? 與電力比較起來, 壓縮空氣這項能源是彈性的, 經濟的, 而且安全的, 它可以使用於許多不同用途, 像是氣動工具, 以及汽壓缸, 或者用來移動或冷卻的各種物質 空壓設備, 不會產生火星造成爆炸, 而且可以使用在潮濕的環境中 維修也很簡單, 不需要特別的訓練就可以安裝氣壓元件 等等 壓縮空氣彈性, 乾淨, 而且安全 WeiPower Copy Right 8

壓縮空氣的好處 利用性 幾乎所有工業設備都須要用到壓縮空氣 儲存性 可簡易大量儲存 經濟性 相對便宜的安裝成本 ( 元件 ) 可靠性 長壽命 ( 元件 ) 耐用性 可承受高溫, 腐蝕, 灰塵 等等. 潔淨性 乾淨的空氣 ( 也可使用於無塵室 ) 安全性 沒有爆炸的風險, 也不會產生熱 ( 元件 ) 設計及控制簡單 機動性的選配 WeiPower Copy Right 9

壓縮空氣使用在何處? 壓縮空氣在今日的工業製程, 使用範圍很廣泛 空壓汽缸, 可產生線性動作 空氣馬達, 可驅動手工具 噴嘴或風刀, 用來清潔 冷卻及乾燥 等等 壓縮空氣的動力被使用於許多不同的場所, 不同的用途 主要使用者是生產製造業 WeiPower Copy Right 10

壓縮空氣系統組成與特性 壓縮空氣就是將大氣空氣經過空氣壓縮機壓縮後的空氣總稱 壓縮空氣是一種熱能的傳輸媒介, 可以藉由管路系統遠距傳輸壓力能, 也可以利用儲氣桶來儲存, 最後再經由壓力的釋放達到做功的作用 從圖 1-1 的佈置方式上來看, 在空壓機的進氣端設置有進氣風口, 如此可將新鮮的空氣導引到空壓機中, 而後從空壓機端所送出的壓縮空氣會先經由穩壓空氣桶的穩壓冷卻, 然後再到冷凍乾燥機的水分吸附, 而後再到吸附式乾燥機的水分再吸附, 最後再將處理過後的壓縮空氣儲存在儲氣空氣桶中, 以供後端的各項負載能夠來使用 一般在穩壓空氣桶 冷凍式乾燥機 吸附式乾燥機, 以及儲氣空氣桶之間都會設置有相關的過濾器, 使用在穩壓空氣桶與冷凍式乾燥機之間, 主要是用來吸附壓縮空氣中的微塵粒子以減少熱交換器的阻塞 ; 使用在冷凍式乾燥機與吸附式乾燥機之間, 主要是用來吸附油氣與微塵粒子以避免阻塞吸附劑 ; 使用在吸附式乾燥機與儲氣空氣桶之間, 主要是用來吸附由吸附器所流出的粉屑 所以隨著設置位置所需功能上的不同, 在選擇過濾器時應要特別注意 最後在空壓機的廢氣排放口處會設置有排氣導管, 說到設置排氣導管的功用, 主要是用它來將空壓機所產生的廢氣, 從空壓機房引導至室外, 如此可避免因熱循環導致進氣溫度上升, 進而影響到空壓機的性能 WeiPower Copy Right 11 11

壓縮空氣系統組成與特性 圖 1-1 空壓系統基本佈置與組成 WeiPower Copy Right 12 12

空壓機的分類與簡介 空壓機依其壓力產生方式, 可區分為正位移式 (Positive Displacement Compressor) 和動力式 (Dynamic Compressor) 等兩大類 以空氣是否與潤滑油的混合來分類, 可以區分為有油式及無油式空壓機兩種 潤滑油對任何機械設備都具有潤滑與冷卻的作用, 針對有油式空壓機, 潤滑油還兼具有氣密的作用可以提升空壓機的容積效率, 因此, 從節能的觀點來看, 有油式空壓機的能源效率絕對會高於無油式空壓機 正位移式空壓機是藉助空壓機以機械功來 壓縮 空氣的體積, 同時提升壓力, 正位移式空壓機可區分為往復式及迴轉式兩類 任何非直接 壓縮 空氣的體積以提升壓力的方式都可歸類於動力式空壓機, 動力式空壓機則可區分為離心式及軸流式兩類 參閱圖 1-2 空壓機在工業的應用範圍相當廣泛, 但只有約 10~30% 的輸入能源能實際到達使用端, 其餘 70~90% 的輸入能源會被轉換成廢熱 摩差損失及噪音等 WeiPower Copy Right 13 13

空壓機的分類與簡介 空壓機 正位移式 動力式 軸流式 離心式 往復式 迴轉式 曲軸帶動 無曲軸帶動 單軸式 雙軸式 單動活塞式 浮動活塞式 單軸螺旋式 雙軸螺旋式 雙動活塞式 輪葉式 魯式 十字頭活塞式 渦捲式 膜片活塞式 WeiPower Copy Right 14

單動活塞式 渦捲式 輪葉式 雙軸螺旋式 魯式 離心式 WeiPower Copy Right 15

空壓機的分類與應用範圍 圖 1-4 空壓機排氣量與操作壓力範圍 WeiPower Copy Right 16 16

離心式空壓機介紹 WeiPower Copy Right 17

動力離心式壓縮機原理 ( 徑向壓縮 ) 動力式壓縮機 : 1 高速氣流 2 擴壓器減速 3 蝸殼升壓軟特性 : 1. 壓力與流量相關 2. 後級與前級相關 3. 高速機械特性 : 喘振 4. 極高轉速, 滑動軸承, 柔性軸 5. 轉速超越多個臨界轉速 WeiPower Copy Right 18

離心式空壓機之空氣流程 WeiPower Copy Right 19

離心式空壓機之主要結構 WeiPower Copy Right 20

離心式空壓機壓力之形成 WeiPower Copy Right 21

離心式空壓機之 P- F 性能曲線 氣窒區 性能曲線 壓力 額定設計點 調整範圍 氣窒臨界線 阻牆臨界點 最小排氣量 最大排氣量 排氣量 一般離心式空壓機的最高排氣壓力會高於設計壓力大約 10~20% 即會產生氣窒現象 (Surge), 因此, 要提升排氣壓力到超過設計壓力會有一定的限制, 降低排氣壓力到設計壓力的 60% 左右又會碰到阻牆現象 (Stonewall), 離心式空壓機的壓力變化範圍確實不若定排量式空壓機的廣泛 在選擇離心式空壓機的設計壓力時確實需要慎重的考慮 WeiPower Copy Right 22

離心式空壓機如何進行容量調整 氣窒區 性能曲線 壓力 額定設計點 氣窒臨界線 調整範圍 減少排氣量 進氣閥開度 增加排氣量 阻牆臨界點 最小排氣量 排氣量 最大排氣量 WeiPower Copy Right 23

離心式空壓機標準測試法 WeiPower Copy Right 24

離心式空壓機排氣量的量測 離心式壓縮機的排氣量則以 ICFM 計算, 是指在空氣進口溫度為 35, 冷卻水進口溫度為 25, 空氣進口壓力為 0.975bar(a), 實際輸出量還要扣除壓縮機及冷卻器的洩漏 離心式壓縮機是同空氣分子的品質有關, 當天冷時就重些, 天熱時就輕一些, 因離心式很多是以進口溫度 35, 冷卻水進口溫度為 25 的 ICFM 來報價, 當天熱時效率降低, 偏離特性曲線, 效率相差將達 15% 左右 WeiPower Copy Right 25

WeiPower Copy Right 26 Nm 3 / KW

離心式空壓機之 IGV 與開度壓降 Inlet Guide Vane vs. Butterfly Valve An IGV offers about 3.5% to 4% BHP better power reduction than a butterfly valve, but only at maximum "safe" turndown (throttle). Lower temperatures offer better, improved savings. IGV( 進氣導閥 ) 是一種會產生壓力損失的裝置, 尤其在設定角大於 30 度之後, 壓力降損失將呈陡坡式上昇 Payback: We found the current payback period for one IGV to be close to eleven years. In some situations, where several IGV are purchased and installed, the payback period was calculated to be as much as 43 years or more. Conclusion: IGV is pressure loss device Variable speed is better than IGV WeiPower Copy Right 27

離心壓縮機 - 葉輪設計... 每個客戶的使用工況不同壓力流量 離心壓縮機產品非統一設計, 即皆單一特製且每個機型流量 / 壓力均不相同 葉輪損壞故障無法預測 葉輪更換需重新製造, 往往需要 1 2 月? 修復更換至少 15 天 葉輪損壞概率很高 - 柔性軸 - 葉輪磨損 更換成本較高 WeiPower Copy Right 28

離心壓縮機 - 葉輪磨損 1 2 1. 葉片損壞 2. 被切變葉輪軸引起不平衡力和偏磨 WeiPower Copy Right 29

空氣流道的腐蝕問題 Low cost or no protection of air passages results in heavy corrosion even after 1 year s operation Carbon steel diffuser High risk of machine failure, extended downtime and heavy repair costs WeiPower Copy Right 30

變頻離心式空壓機運作方式 VSD-TURBO 採用最新永磁式 PM 馬達及 AIR BEARING 空氣軸承技術 空壓機葉輪與馬達同軸, 免裝設增速齒輪 油泵 油封 氣封, 無任何傳動損失可達到變頻節能 完全不需潤滑油 免裝 IGV 最少元件 最小空間 最低保養及最佳性價比之完美效果 WeiPower Copy Right 31

變頻離心式空壓機內部結構 WeiPower Copy Right 32

螺旋式空壓機介紹 WeiPower Copy Right 33

螺旋式空壓機之誕生 WeiPower Copy Right 34

正位移螺旋式壓縮機原理 容積式壓縮機 : 1 強制擠壓送氣 ( 硬特性 ) 2 壓縮元件容積 3 轉速 4 壓縮比無油螺旋為乾式壓縮, 中速範圍運轉元件的臨界轉速設計點 : 小於第一臨界轉速的 80% WeiPower Copy Right 35

螺旋式空壓機之壓縮原理 WeiPower Copy Right 36

螺旋式空壓機之性能曲線 AP-11 空壓機 :(Atlas 兩段螺旋無油式 ZR-250,300HP) 檢測日期 : 91 年 4 月 18 日 1400 1200 1000 800 600 400 200 排氣量 (CFM) 空壓機耗電量 (HP) 單位馬力排氣量 (CFM/HP) 4.4 4.2 4.0 3.8 3.6 3.4 3.2 單位馬力排氣量 (CFM/HP) 0 3.0 90 95 100 105 110 115 120 125 排氣壓力 (PSIG) NO.6 空壓機 :( 復盛 SA-475W 水冷螺旋式, 75HP, 371CFM, 1995 年 ) 檢測日期 : 91 年 9 月 5 日 400 350 300 250 200 150 100 50 排氣量 (CFM) 空壓機耗電量 (HP) 單位馬力排氣量 (CFM/HP) 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 單位馬力排氣量 (CFM/HP) 0 2.0 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 排氣壓力 (PSIG) WeiPower Copy Right 37

單段氣冷油潤空壓機流程 WeiPower Copy Right 38

雙段氣冷無油空壓機流程 空壓機空氣油 進氣閥, 排氣閥及排氣消音器 空氣過濾器及消音器 油過濾器 油旁通閥 低壓轉子 高壓轉子 消音器 逆止閥 油幫浦 預先冷卻器 預先冷卻器 溫控閥 後部冷卻器 空壓機空氣出口 油冷卻器 中間冷卻器 水氣分離器及卻水器 WeiPower Copy Right 39

雙段水冷無油空壓機流程 空壓機空氣冷卻水油 進氣閥, 排氣閥及排氣消音器 油過濾器 空氣過濾器及消音器 油旁通閥 低壓轉子 高壓轉子 油幫浦 消音器 逆止閥 中間冷卻器 水氣分離器及卻水器 油冷卻器 後部冷卻器 冷卻水入口 空壓機空氣出口 WeiPower Copy Right 40

第二章 節能運轉與管理 WeiPower Copy Right 41

源費用置費用異常修理 壓縮空氣系統總運轉成本分析 空壓機運轉能源費用能源費用遠大於初期購置費用能資料來源 : 美國能源部 Based on:100psi 5yr 8760 hrs/yr 正常保養購 WeiPower Copy Right 42

壓縮空氣系統能源費用分析 真正用於生產有關的只有 60 %, 其餘 25 %起因於洩漏 15 %乃是假性需求 ( 如誤用 錯用 壓降等 ) 根據筆者多年查訪經驗估計, 台灣地區用戶的壓縮空氣系統中, 有將近 35 %的洩漏 30 %的假性需求 漏能源費用中約 40% 係洩漏洩漏與假性需求所致洩假性需求所致 WeiPower Copy Right 43 假性需求資料來源 : 美國能源部

壓縮空氣系統節能原理 如圖, 壓縮空氣的 電費支出 = 系統的流量 系統的壓力 系統的效率 而節能莫非就是要減少 電費支出, 為達此目的就必須設法減低 系統的流量 及 / 或降低 系統的壓力 及 / 或提高 系統的效率 WeiPower Copy Right 44

壓縮空氣系統能源損失圖 空壓機空車時電能損失與吹洩損失 空氣桶卻水時吹洩損失 精密過濾器卻水時吹洩損失與壓降 管路系統佈置不當之壓降與洩漏 空壓機進氣溫度過高 空壓機各壓縮段卻水時之吹洩損失 冷凍乾燥機卻水時吹洩損失與壓降 吸附乾燥機再生時吹洩損失與壓降 WeiPower Copy Right 45

降低空壓機入口溫度的節能效益 由上表可得知, 一台 75kw (100hp) 的空壓機, 每降低進氣口溫度 10, 在操作壓力為 7bar, 每年運轉小時為 2,000 小時之條件下, 以每度電費 2 元計算, 每年可節約電度 4,950 度, 相當於節省電費支出新台幣 9,900 元 WeiPower Copy Right 46

多機連鎖控制的節能效益 由上圖可知, 在未連鎖前, 空壓機根據本身的壓力設定範圍進行空重車運轉, 將形成三台都有空車的現象 ; 經連鎖後, 會只剩下一台在空重車 根據圖中右表可計算出, 連鎖前後的電力耗用約為 1.24:1.00 假定每台空壓機均為 100hp, 每度電費為 2 元, 每年運轉時數為 2,000 小時, 每年將可節省電費達新台幣 26 萬元 運轉時數 8,000 小時, 可省電費 102 萬元 WeiPower Copy Right 47

空壓機的洩漏損失實例 10% 5% 空壓機的洩載排放洩漏 離心空壓機旁通排放洩漏 空壓機的內部洩漏 管路接頭不良造成的洩漏 WeiPower Copy Right 48

各卻水點的洩漏損失實例 離心式中間段卻水洩漏空氣桶下方卻水洩漏浮球式卻水器排水洩漏 離心式中間段卻水洩漏電子式卻水器排水洩漏倒筒式卻水器排水洩漏 WeiPower Copy Right 49

乾燥機的排放洩漏實例 25% 12% 乾燥機的冷凝水排放洩漏 無熱吸附乾燥機的再生排放洩漏 WeiPower Copy Right 50

減少壓空洩漏的節能效益 舉例說明 : 一般最為常見的洩漏發生在 1/4 半開閥式的卻水裝置, 假設每度電為 2 元, 每年運轉時數為 8,000 小時, 排氣壓力為 100psig, 噴嘴係數為 61% 其洩漏量為 104 0.61=63.4CFM 以標準空壓機的耗能比值為 4cfm/hp 計算, 如此的洩漏相當於 15.9hp 的耗能 每年將浪費電費達新台幣 23 萬元 WeiPower Copy Right 51

美國地區 CDA 節能措施與效益 節能措施 ( 美國地區 ) 平均節能率 最大節能率 平均回收年限 減少壓空洩漏 26.3% 59.3% 0.9 降低系統壓力 2.0% 10.6% 1.3 安裝 / 調整空車控制系統 10.5% 33.5% 0.8 採用多機連鎖 7.6% 33.6% 2.7 減低總運轉時數 2.6% 15.8% < 0.1 總節能比率 (per plant) 43.7% 65.0% 0.8 WeiPower Copy Right 52

減低系統的流量 根據筆者十年多來診斷各行各業近千家用戶的用氣經驗顯示, 用戶空壓機的重車時數 ( 有產生壓縮空氣的時數 ) 約為總運轉時數的 60 %到 75 %之間, 換言之, 有 25 %到 40 %的時間處於空車狀態 ( 只吃電不打風 ) 更值得注意的是, 真正用於生產的壓空佔比通常低於 50 % ( 美國能源部的統計約為 60 % ) 也就是說, 您工廠的壓空電能約有一半是白白浪費掉的 因此壓空節能的第一步就是找到不當流掉的壓縮空氣並且採取有效的抑止方案, 在不影響生產的前提下, 減低 系統的流量, 關掉空壓機 減少壓空洩漏 方面 : 平均節能率為 26.3%, 最大節能率為 59.3%, 平均投資回收年限 (ROI) 為 0.9 年 根據圖 2-4 實際量測所得, 一個 5.0 釐米的孔, 洩漏量為 1.6 m 3 /min, 耗功率為 8.3kW, 每年 2,000 小時的運轉時數下就耗掉 16,600 的電度 壓空洩漏另一項嚴重議題是會造成壓縮空氣網管的開路問題 (Open piping) 網管將無法建壓或站壓, 空壓機會怎麼打都打不停 WeiPower Copy Right 53 53

減低系統的流量 圖 2-4 孔徑 洩漏量與功率耗損 WeiPower Copy Right 54 54

降低系統的壓力 穩定的系統壓力對製程有相當大的影響, 用戶為求穩定的壓力及設置的方便性, 通常採取同一水準的高輸出壓力, 經過不同調壓閥分別調整到末端需求壓力的方式來確保 此舉當然會造成電能的損失 根據查理定律 壓力 體積 = 常數, 也就是說同馬力的空壓機, 在吐出壓力越高時, 其排氣量就越少, 一般而言 2psi 的壓力降相當於 1 %的電能損失 在筆者能源查核過程中, 以 7K~9K 的空壓機吐出壓力提供 5K,3K 甚至 1K 的末端壓力使用, 屢見不鮮, 在昇壓再降壓的過程中, 電能的浪費不言可喻 此外, 乾燥機 過濾器 管徑及管路佈置等所造成的壓降也是很重要的因素 系統壓力無法調降的主要原因有 : 1. 開路的網管 (Open piping) 問題 2. 管路管徑過小問題 3. 系統元件阻塞問題 WeiPower Copy Right 55 55

降低系統的壓力 不同型式空壓機降低壓力及能源節約量對照表 管路管徑 每 100 米的壓力損失及等效能源耗用量對照表 圖 2-5 節能不漏氣壓力降與功率耗損省電不客氣 WeiPower Copy Right 56 56

降低系統的壓力 壓縮空氣系統的管路壓力降來源包含空壓機本身空車到重車的壓力範圍 ( 一般壓力開關控制約 2~3kg/cm 2 G, 壓力感測器控制約 0.5~1 kg/cm 2 G, 變頻控制約 0.1~0.3 kg/cm 2 G), 冷凍式及吸附式乾燥機本身的必要壓差, 精密過濾器組等附屬設備的必要壓差 ; 管路中直管 彎管 三通 縮管 擴管 分支管 連接管 閥件等的壓損 ; 整個管路系統中洩漏所造成的壓力降及經過後端三點組合 調壓閥的壓差等等 若不能有效管理此等壓力降, 就必須以提高空壓機的排氣壓力來彌補 而每調高空壓機的排氣壓力 1.0bar 將導致 6% 的電力及 8% 的排氣損失 圖 2-6 空壓系統壓力降來源 WeiPower Copy Right 57 57

提高系統的效率 系統的效率 泛指空壓機的耗能比值 ( 單位馬力的排氣量 ) 及馬達的運轉效率 此外, 廣泛的系統效率還包含了空壓機的設計壓力與壓縮段數 進氣溫度與壓力露點的高低 系統控制的優劣 淨化設備與週邊設備的效率 冷卻系統的良宥等 事實上, 整個壓縮空氣系統是否能做到最佳能源效率, 在構建壓空系統時就己掌握成敗的關鍵 評判系統效率的最佳方式就是要建立系統能源效率的基準線 在 安裝 / 調整空車控制系統 方面 : 平均節能率為 10.5%, 最大節能率為 33.5%, 平均投資回收年限 (ROI) 為 0.8 年 在 採用多機連鎖 方面 : 平均節能率為 7.6%, 最大節能率為 33.6%, 平均投資回收年限 (ROI) 為 2.7 年 在 減低總運轉時數 方面 : 平均節能率為 2.6%, 最大節能率為 15.8%, 平均投資回收年限 (ROI) 少於 0.1 年 WeiPower Copy Right 58 58

第三章 節能效益評估 WeiPower Copy Right 59

壓縮空氣系統診斷 WeiPower Copy Right 60

壓縮空氣系統節能診斷要素 9. 用氣成本監測 5. 精密過濾器 2. 監視與控制系統 1. 進氣室與冷卻系統 6. 管路與佈置 7. 用氣端效率 3. 空氣壓縮機 8. 持續節能診斷 4. 冷凍 / 吸附乾燥機 WeiPower Copy Right 61

空壓機的能源效率定義 空壓機能源效率 = Power Consumption Free Air Delivery 即每產生 1 立方米壓縮空氣需要多少千瓦的電力 (KWH/NM 3 ) 乘上基本電費 =(NTD/NM 3 ) WeiPower Copy Right 62

選用空壓機的十大考量因素 1. 壓縮空氣的用途 : 絕大多數的使用者在選購空壓機時, 鮮少考慮壓空用途, 因此經常造成混用或錯用 是壓空系統耗能的最大元凶 2. 最低使用壓力 : 訂購空壓機前, 我們應該先了解各個用氣端的最低使用壓力, 再加上管路及淨化設備等的必要壓降與空壓機空重車的壓力範圍, 就可決定空壓機的額定排氣壓力 若最高與最低使用壓力差達 3bar 時, 就必須考慮 高低壓分流 再根據尖 離峰的負載變化來選擇不同型式的空壓機 基載 使用離心式 ( 單機 > 75CMM) 或螺旋式 ( 單機 <60CMM); 變動負載 使用多台螺旋式搭配變頻式 ; 瞬間負載 使用高壓空壓機與大型儲氣桶來因應 3. 尖離峰需求風量 : 絕大多數的用戶通常以 定馬力 的方式選用空壓機, 事實上 定風量 才是比較正確的方法 用戶應該根據尖離峰的需求風量來選用與配置不同型式與大小的空壓機, 設法讓每個用氣時段的耗氣量與空壓機的排氣量相一致 4. 用氣品質要求 : 壓縮空氣必須根據不同的用氣品質要求, 進行不同的處理 通常我們將壓縮空氣分成廠用 (PA) 儀用 (IA) 呼吸用 (BA) 及特殊製程用 (SPA) 等 通常根據 ISO 8573-1 壓縮空氣品質標準, 選用與配置不同型式與等級的乾燥機與精密過濾器 過好的用氣品質浪費能源, 不足的用氣品質影響製程, 必須慎重考量 5. 控制技術 : 最早期的空壓機使用 機械式壓力開關 來進行單機 ON/OFF 控制,1980 年代隨著 PLC 可程式控制器的興起, 有所謂 多機順序控制, 不過都只停留在對空壓機本身的電器控制上, 對省能並無幫助 直到 1990 年代後期空壓機才進入 PC- Based 的 多機連鎖控制,2000 年起 變頻控制 技術也風起雲湧 多機連鎖 變頻變速 及 遠端監控 等技術, 能有效抑制離心式的 BOV 及螺旋式的空車浪費 ( 節約電費 25-40%), 減少備機容量與投資 (15-30 % ), 穩定供氣壓力 (±0.1bar) 控制改善可達到近 30 %的省能效益 WeiPower Copy Right 63 63

選用空壓機的十大考量因素 6. 運轉效率 : 定馬力的結果, 導致用戶通常決定了空壓機的馬力數後, 就認為同一額定馬力的空壓機, 在同一壓力之下排氣量越大效率就越高 話雖不錯, 然而排氣量的量測標準 計量單位及馬達是否有超載等, 卻暗藏玄機 不能只比較型錄上的標稱馬力與風量, 重點是實際的 性能曲線 與 每單位體積的耗電量 7. 安裝通風 : 相較製程與空調設備, 空壓機購置價格相對低廉 耐操 要求不高 因此經常放置於工廠環境最差的角落, 漏油 漏氣 漏水 高溫 西曬 潮濕 塵染 通風不良 熱端循環等現象比比皆是 除不利空壓機的運轉壽命外, 對於能耗也有一定程度的影響 機房空間的大小, 通風條件, 噪音隔絕, 廢熱 廢水回收等都影響能源的使用 此外 集中式 比 分散式 有較低的安裝 保養與監控成本, 也可以減少週邊設備投資 8. 冷卻方式 : 空壓機的冷卻方式基本上分為氣冷和水冷兩種 除非環境特殊, 通常在 200HP 以下建議使用氣冷,200HP 以上建議使用水冷 氣冷式不必額外投資冷卻水塔與水泵, 但必須有良好的通風 ; 水冷式運轉溫度不受環境的影響, 有利空壓機的壽命, 唯有結冰爆裂與阻塞的缺點 強烈建議避免使用冰水冷卻, 其耗能之大, 不忍估算 9. 電源規格 : 台灣地區頻率為 60HZ,200hp 以下建議使用 220V 380V 電壓, 200hp 以上建議使用 3300V 電壓 穩定的電壓必須特別要求, 此外離心機空壓機通常為中高電壓, 啟動時會造成電網衝擊, 應盡量保持其經常性穩定運轉 10. 維護保養 : 在保養費用上, 必須著重耗材使用時數及原廠保固要求, 避免使用坊間維修商低價劣品 以節能立場而言, 首要考量耗材的壓差及空壓機管理 機房要有適當的保養空間及必要的吊運設施與出入通道 工程人員與保養人員也應該施予不同的節能與維修專業訓練 WeiPower Copy Right 64 64

選用空壓機的十大考量因素 100HP 空壓機 ( 新 ) 外掛變頻器改變轉數之性能曲線圖 500 450 排氣量 (CFM) 耗電量 (HP) 效率 (CFM/HP) 5.0 4.5 耗電量 (HP) 排氣量 (CFM) 400 350 300 250 200 150 100 50 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 效率 (CFM/HP) 0 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 轉數 (RPM) 流量計檢測壓力 100psig 之狀態 圖 1-5 空氣壓縮機的性能曲線 WeiPower Copy Right 65 65 0.0

空壓機的節能選用要點 WeiPower Copy Right 66

空壓機的周邊選用要點 1. 空壓機之電源規格與冷卻方式 2. 空壓機之維護保養與備用計劃 3. 空壓機之安裝與佈置 4. 空壓機房之通風與導熱 5. 空壓機之多機控制與監控系統 WeiPower Copy Right 67

空氣流量定義與釋疑 SCFM ( Standard Cubic Feet per Minute) :14.7 psia 60 0%RH ICFM (Inlet Cubic Feet per Minute) : 進氣口進氣狀態的壓力與溫度 ACFM (Actual Cubic Feet per Minute) : 排氣狀態的壓力與溫度 OCFM (Operating Cubic Feet per Minute) : 操作狀態的壓力與溫度 NM 3 /Min (Normal cubic Meters per Minute) :1 atm 0 0%RH FAD (Free Air volume Delivered) : 排氣口進氣狀態的壓力與溫度 Lb/Min (Pounds per minute) : 進氣溫度下的乾 (0%RH) 空氣磅重 Kg/Min (Kilograms per minute) : 進氣溫度下的乾 (0%RH) 空氣公斤重 Mole/Min (Moles per minute) : 進氣溫度下的乾 (0%RH) 空氣莫耳重 WeiPower Copy Right 68

壓縮空氣流量換算 (ICFM ACFM FAD SCFM) ICFM 入口流量 - Leakage losses 洩漏 ( 約 7.48% for 離心機 ) = ACFM 實際流量 ACFM 實際流量 - Intake losses 吸入損失 (3% for 1 bar reference intake vs 0.97 bar) = FAD 自由空氣流量 FAD 自由空氣流量 = ICFM 流量 x (100% - 10.48 %) FAD (m 3 /min) = Nm 3 /min Tsite 273 1.01325 Psite (RH%/100 Ps) FAD (CFM) = SCFM Tsite 288.6 1.01325 Psite (RH%/100 Ps) WeiPower Copy Right 69

溫濕度綜合因素對排氣量的影響 1bar,35,90% 相對濕度時的流量 100m³/min, 換算為 Normal 標準狀態之流量 : {P I -( RH I PV I )} T N Nm 3 /min = Im 3 /min ------------------------ -------- {P N -( RH N PV N )} T I {0.1013 - (0.9 0.00562 )} (273+0) = 100 -------------------------------- --------------- {0.1013 - (0 0.00051 )} (273+35) = 84 Nm 3 /min (1.013bar,0,0% 相對溼度 ) WeiPower Copy Right 70

溫濕度綜合因素對排氣量的影響 1bar,35,90% 相對濕度時的流量 100m³/min, 換算為 Standard 標準狀態流量 : {P I -( RH I PV I )} T N Nm 3 /min = Im 3 /min --------------------- ------- {P N -( RH N PV N )} T I {0.1013 - (0.9 0.00562 )} (273+20) = 100 ------------------------------- ----------- {0.1013 - (0 0.00051 )} (273+35) = 90.5 Nm 3 /min (1.013bar,20,0% 相對溼度 ) WeiPower Copy Right 71

由離心空壓機原廠資料證實 ICFM(3518) SCFM(3051) 流量足足少了 15.3%, 最低節流量 (2919,83%) 耗功率 BHP 605kw(Full Load 之 87.2%) WeiPower Copy Right 72

由離心空壓機原廠資料證實 型錄標稱的流量是在入氣壓力 0.972Bar 入氣溫度 35 入氣溼度 60%RH 冷卻入水溫度 T CWI 26.7 之條件下在進氣口端量測的 ICFM ( 根據 ASME- PTC10 標準 ) WeiPower Copy Right 73

螺旋式空壓機排氣量的量測 螺旋式是以 FAD 計算, 即由空氣輸出量, 它是以空氣濾清器進口端算起, 直至後冷卻器出口端, 進氣是在標準情況下計算, 即空氣進口溫度為 20, 冷卻水溫度為 20, 空氣進口壓力為 1bar(a), 已扣除了壓縮機及冷卻器的洩漏 螺旋式壓縮機排氣不受氣候的影響, 在天冷天熱時都一樣, 因為它是容積變化, 由大到小, 天冷天熱容積都一樣 WeiPower Copy Right 74

由螺旋空壓機原廠資料證實 型錄標稱的流量是在 1.0Bar 20 0%RH TCWI 20 條件下量測的 FAD ( 根據 ISO1217 標準 ) WeiPower Copy Right 75

由螺旋空壓機原廠資料證實 標稱功率 200kw, 實際軸功 214kw, 總 Package Input Power 需要 232.07kw( 標稱功率 +16%) WeiPower Copy Right 76

供應端乾燥機之節能效益檢視 乾燥機的效率管理 1. 避免要求過低的系統露點溫度 現今, 許多化工廠將儀表空氣 IA 設定在 -40 (0.117g/M 3 ), 半導體工廠將 CDA 設定在 - 70 (0.0033 g/m 3 )~-100 (0.00005g/M 3 ) 之間, 都是 Over Design 主因在於建廠時工程公司多半參考歐美標準 ( 大陸型氣候, 冬季平均氣溫均低於 0 ) 若以台灣亞熱帶性氣候, 儀表空氣 IA 設定在 -20 (0.880 g/m 3 ), 半導體工廠將 CDA 設定在 -40 (0.117g/M 3 )~-50 (0.038 g/m 3 ) 之間, 應已足夠 2. 切勿使用無熱吸附式乾燥機進行壓縮空氣乾燥 因無熱吸附式乾燥機必須使用系統所產生的壓縮空氣做為乾燥再生的氣源, 其每再生一次會耗掉乾燥機額定處理量 20%~45% 的壓縮空氣, 相當不經濟 零損失外部加熱吸附式乾燥機相對耗能只有無熱吸附式乾燥機的 30%, 可有效節省再生耗能 3. 切勿使用使用冰水做為空壓機冷卻水, 二次的能源轉換耗能之鉅, 不言可喻 WeiPower Copy Right 77 77

飽和溫度與含水量 WeiPower Copy Right 78

吸附劑吸附能力 vs 入口溫度曲線表 WeiPower Copy Right 79

中 X 林 X 廠不同型式加熱式乾燥機能耗比較 乾燥機編號 NO.1 NO.2 NO.3 NO.4 機型 外部鼓風機加熱壓縮空氣冷卻 箱型內部加熱壓縮空氣冷卻 外部鼓風機加熱壓縮空氣冷卻 零損耗壓縮熱回收式 入口量流 3,380 m 3 /h 6,780 m 3 /h 5,100 m 3 /h 6,000 m 3 /h 入口溫度 40 40 40 75~105 出口壓力露點 - 10-10 ~ -50-40 ~ -65-40 ~ -75 平均輸出風量 3,278 m 3 /h 5,763 m 3 /h 4,900 m 3 /h 6,000 m 3 /h Purge air 損失 102 CMH 1012 CMH 200CMH 0 平均耗電量 130 kw/hr. 27 kw/hr. 65 Kw/hr. 31 Kw 單位產氣成本 0.04142 Kw/M 3 0.01895 Kw/M 3 0.01735 Kw/M 3 0.00517 Kw/M 3 每立方米能耗比較 kw/m 3 7.84 3.38 2.97 1.00 WeiPower Copy Right 80

通電直熱吸乾機創新技術概念說明 WeiPower Copy Right 81

省能潛力分析 WeiPower Copy Right 82

佈置端節能效益檢視 壓空管路壓力降管理 1. 慎選初始壓差值較小的乾燥機 (0.3bar) 與精密過濾器 (0.2bar) 等空壓附屬設備, 適時 (>0.7bar 時 ) 加以更換 2. 根據壓空管路佈置綱要主幹管 <0.04bar 分支管 <0.04bar 連接管 < 0.03bar, 確保管路總壓差 <0.1bar 或總壓差值 < 空壓機排氣壓力的 10% 規劃環狀管路系統 3. 按管路壓差目標計算管徑大小並選用摩擦係數小的管路材質 4. 採用壓差值較小的三點組合 調壓閥 管路閥件 ( 如閘閥 球閥 ) 及彎曲半徑大的彎管 5. 必要的三通接管處儘可能使用同一管徑, 並順壓縮空氣的流動方向以 y 型入管 6. 採用空重車壓力控制範圍窄 ( 變頻 壓力感測器 ) 的空壓機 儘可能接近系統最低需求壓力, 來設定空壓機的排氣壓力 7. 儘可能縮減壓空管路長度, 並定期進行洩漏防治 8. 單一高壓需求點, 可另設增壓機或以獨立的壓空系統供應 壓空管路的洩漏防治成立壓空系統查漏小組, 依據 定量 => 偵測 => 定位 => 處理 的管理循環, 列入 ISO 9000 品質管理系統程序中, 每月定期持續進行改善 WeiPower Copy Right 83 83

量測系統洩漏量 : 佈置端節能效益檢視 1. 觀測流量計數值, 加總空壓機的總排氣量減去用氣總量可得知 ( 經驗告訴我們系統總洩漏量可能高達 30~50%) 2. 關閉所有用氣單元, 紀錄空壓機 ON & OFF 的時間 ( 循環 5 次以上 ), 將 ON 時間乘上空壓機的額定排氣量除以總運轉時間可約略估算 3. 關閉空壓機及所有用氣單元, 紀錄壓力降低的時間與數值, 洩漏量約等於壓力降數值 (bar) 乘上系統總容積除以降壓時間 4. 檢測並檢修洩漏點 : 以肥皂沫 假日監聽 超音波檢測器等方式為之 管線最佳化 : 管路壓降與管路長度成正比 ; 與管內空氣流速平方成正比 ; 與管徑大小成反比 為求壓降最小, 必須以最低的設置成本, 設法使用最短 較大 較平滑 最少彎管及接頭的管線佈置 合理的管線壓降目標為 0.1~0.2 bar; 空氣流速為 6~10 m/s 兩端供氣環狀管路佈置 可減少 1/2 的管線等效長度是最佳的佈置方式 WeiPower Copy Right 84 84

佈置側節能效益檢視 _ 典型佈置原則 WeiPower Copy Right 85

使用端節能效益檢視 決定使用者需求與負載曲線只要按照 典型壓縮空氣使用者壓力與用量需求規劃表 分別針對 壓空用途 使用壓力 需求風量 平均使用量 尖峰使用量 與 品質要求 等參數, 進行使用者調查, 填入表中, 計算出尖峰與平均總用氣量 再乘上 20 %的洩漏預估及 10~30 %的擴充欲度考量, 就可以得到尖峰與平均總規劃量 檢討用氣端氣動工具 設備之 1. 使用效率與空氣品質 (ISO 8573.1) 是否得宜? 例如 : 調高露點溫度 ; 使用最適壓力 ( 過高壓力只會增加工具的磨損與洩漏量 ); 使用高效率噴嘴風槍 ; 使用單擊雙密封免洩漏快速接頭 ; 品質分流 ( 無油及微油空氣 ) 等 2. 有無更省能的替代工具 設備? 例如 : 使用真空泵取代以壓縮空氣產生真空 ; 以電動風扇取代壓縮空氣進行冷卻 ; 電動馬達取代氣動馬達等 3. 是否有高壓低用的情況? 盡可能將壓縮空氣系統分成高壓 中壓及低壓三種管路, 分別使用不同壓力等級的空壓機, 避免以 7barg 空壓機經調壓成 4barg 使用 ; 除非用量甚低否則也不宜使用增壓機 ( 效率甚低 ) 來調高壓力 4. 各氣動設備 工具之前是否均裝有關斷閥, 以利不用氣時可適時切斷之? WeiPower Copy Right 86 86

使用端節能效益檢視 圖 3-2 使用者壓力與用量需求規劃表 WeiPower Copy Right 87 87

使用端節能效益檢視 杜絕不當與錯誤的壓空使用 1. 未調壓的壓空使用端 : 2. 未調壓的壓空使用, 除了會增加壓縮空氣的使用量及無謂的能源耗用外, 同時也會增加工具與設備的磨損率 建議每一個用氣端都應裝置調壓閥 3. 未能及時拆除或隔離壞廢與停用設備 : 4. 由於同一壓力的管路系統一般都互相連通, 壓縮空氣自然會沿著連通的管路回流到壞廢與停用設備, 經常造成額外的壓縮空氣流失 又不易發覺 5. 錯誤的壓空使用 ( 壓空的能源轉換效率僅 25%): 6. 較常見的有 : 個人清潔 吹洩乾燥 吹洩清潔 製程冷卻 產生渦流 產生真空 氣動攪拌 氣動填料 氣動粉碎 電器箱的冷卻 驅動氣動馬達和驅動氣動泵浦等 事實上, 在無電氣安全顧慮及需求壓力不高的情況下, 改用低壓鼓風機 電動真空泵浦 電風扇 電動攪拌機 電動馬達及其他電動設備或電動工具等替代壓縮空氣使用, 其能源效率通常高出使用壓縮空氣達數倍之多 WeiPower Copy Right 88 88

壓縮空氣系統量測 WeiPower Copy Right 89

現有系統的測試與診斷 壓縮空氣系統節能改善之量測與驗證程序 1. 在壓縮空氣系統管路上評估適當檢測點位置 ( 需一段 15 倍管徑直管部且不能有水汽殘留現象 ) 2. 進行線上 ( 為避免影響生產之進行, 量測期間系統以不必停機, 不必停氣為作業原則 ) 量測孔鑽探施工 ( 包含管節焊接 關斷球閥安裝等 ) 3. 量取管徑並計算管路中心位置點尺寸 將熱質式空氣流量計插入量測孔 ( 因管內存有壓力必須先以鍊條或繩索套牢流量計以測安全 ) 並固定流量計探針在管路中心位置點 4. 空壓機 ( 群 ) 電源入線端加掛累計式電量瓦時計 5. 連接流量與電量紀錄器 ( 或電腦 ) 測試紀錄通訊並同步歸零 開始進行一個週期的連續性量測與記錄 節能效益評估單位時間節能量 =( 基準線單位體積耗電量 kwh/m 3 - 改善後單位體積耗電量 kwh/m 3 ± 調整量 kwh/m 3 ) 單位時間總用氣量 M 3 WeiPower Copy Right 90 90

壓縮空氣系統量測概念圖 功率計 (KW) 流量計 (CMH) 大氣壓力計 (Bar) 環境溫度計 ( ) 環境溼度計 ( ) 壓力計 (Bar) 溫度計 ( ) 露點計 ( ) WeiPower Copy Right 91

不停電 不斷氣線上檢測孔施工法 WeiPower Copy Right 92

壓縮空氣系統量測紀錄 _ 流量 WeiPower Copy Right 93

壓縮空氣系統量測紀錄 _ 電量 WeiPower Copy Right 94

螺旋式空壓機單機檢測法 WeiPower Copy Right 95

第四章 案例分析與雲端應用 WeiPower Copy Right 96

實務應用與輪胎製造廠案例分析 改善案例說明 1 現況調查 2 改善建議與效益預估 3 預期改善效益與實際執行狀況 4 改善後實際效益 WeiPower Copy Right 97

1 現況調查 輔導單位分別於 2010 年 4 月 26 日 5 月 5 日 5 月 10 日及 5 月 20 日至廠區進行現勘 根據現場能耗檢測, 發現可供改善之空壓系統 ( 含空壓機 管路修改 ) 如下 : 現狀說明 : 1. 七台 150HP 高壓 12kg/cm 2 G 空壓機 ( 總供氣量 65M 3 /min), 全載六台, 另一台 AH5 作為調控 ( 效率不佳 ) 2. 四台 100 HP 空壓機低壓 7kg/cm 2 G( 總供氣量不計 ), 全載三台, 另一台備載 主要問題點 : 1. 目前管路全部連通, 由高壓區提供壓縮空氣至低壓區計 12.3 M 3 /min( 相當於驅動 180HP 空壓機 ), 耗能嚴重 2. 管路由高壓區提供壓縮空氣至低壓區 : 壓力於低壓末端僅剩 10kg/cm 2 G 壓力損失計 12-10=2kg/cm 2 G 3. 管路老舊 : 洩漏推估 6%( 高壓洩漏 ) WeiPower Copy Right 98

改善建議 : 2 改善建議與效益預估 1. 割斷高壓區與低壓區聯通管路避免耗能 =(+180HP 當量 ) 2. 低壓區不足之空氣, 啟動低壓備載之空壓機 =(-100HP 當量 ) 3. 低壓區老舊 4 管路割斷後改成 10 管, 可同時改善壓損與洩漏等損失 4. 壓力損失約 7 台 x150hpx2kx6%x 運轉率 90% = (+113.4HP 當量 ) 5. 減少洩漏約 7 台 x 150HP x 6% = (+63HP 當量 ) 6. 淘汰 AH5 效率不佳之空壓機並改為變頻空壓機 效益預估 : 150HP x 50%( 目前運轉效益 ) x 35%( 空車耗電 ) = (+26.25HP 當量 ) WeiPower Copy Right 99

3 預期改善效益與實際執行狀況 改善後預期效益 : (180-100+113.4+63+26.25)HP x 0.746kW/HP x 24hr/ 天 x 365 天 / 年 x 95% =1,754,751kWh/ 年 ( 約 x 0.623kg/kWh/1000 =1,093.21 噸 CO 2 ) 實際執行狀況 : 1. 高壓區與低壓區空壓系統聯通管路已悉數以閘閥關斷 2. 客戶原依照建議應啟動低壓備載之 100HP 空壓機, 以補足管路切割後不足之供氣, 實際執行改善後, 低壓備載之空壓機仍不必啟動 ( 系統供氣仍足 ), 詳系統供氣表 ( 高低壓月報 8,9 月計四張表 ) 3. 管路如期依建議修改擴大 4. 如期添置變頻空壓機取代效率不佳之 AH5 空壓機 同時因啟動變頻調控, 另一台 AH3 可備載不用 5. 額外建置監控軟體與流量計, 整合所有高低壓空壓機設備所有流量資訊, 均能線上 (ONLINE) 擷取直接數值以利管理掌握整廠耗氣動態 ( 如項 2A 報表 ) WeiPower Copy Right 100

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4 改善後實際效益 整體均如建議執行改善, 成效優於預期 : 低壓區經高低壓分離後 : 考慮因無來自高壓區供氣, 原預估須啟動低壓備載 100HP 空壓機 監控實測平均用量 31 M 3 /min, 每台低壓 100HP 空壓機額定供氣量 14 M 3 /min, 啟動 3 台空壓機仍足夠, 低壓區並無供氣不足現象 ( 如 8 9 月用氣報表 ), 故現場經改善後目前仍可維持改善前一樣,3 台運轉 1 台備載 ( 原預估須啟動備載空壓機, 實際可免啟動 ) 高壓區經高低壓分離後及管徑更大 與空壓機設備汰換後, 因不必供氣給低壓區, 所節餘之供氣, 讓一台 AH3(AH4) 可備載不用, 而新汰換之變頻空壓機 (AH5), 又可以調節尖 離峰節能, 本次改善獲得客戶極佳的肯定 改善後實際效益 : (180+113.4+63+26.25)HPx0.746kW/HPx24hr/ 天 x365 天 / 年 x95% =2,375,572kWh/ 年 ( 約 x 0.623kg/kWh/1000= 1,479.981 噸 CO 2 ) WeiPower Copy Right 103

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壓縮空氣系統遠端監測系統圖 WeiPower Copy Right 107

壓縮空氣系統遠端監測系統圖 WeiPower Copy Right 108

壓縮空氣系統遠端監測系統圖 WeiPower Copy Right 109

壓縮空氣系統遠端監測系統圖 WeiPower Copy Right 110

某電子大廠空壓用電雲端即時資訊 WeiPower Copy Right 111

某電子大廠空壓流量歷史曲線 2012.10.13 A 棟 2F-CA 2012.10.14 A 棟 2F-CA 2012.10.17 A 棟 2F-CA 2012.10.13 C 棟 B1F-DA 2012.10.14 C 棟 B1F-DA 2012.10.17 C 棟 B1F-DA 2012.10.13 C 棟 1F-CA 2012.10.14 C 棟 1F-CA 2012.10.24 C 棟 1F-DA WeiPower Copy Right 112

空壓系統竄流損失 400 萬 / 年 WeiPower Copy Right 113

某傳產大廠空壓用電雲端即時資訊 WeiPower Copy Right 114

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威電 ienms 工具 : 前台監視 WeiPower Copy Right 116

威電 ienms 工具 : 後台分析 WeiPower Copy Right 117

ienms 三階段能管服務之天龍八步 能源醫生 第一階段 : 先節電 收費模式 雲端能源服務平台 健康診斷 治療改善 1. 導入雲端節電服務 第二階段 : 再節能 4. 監看電器耗能狀況 抓出耗電異常設備 2. 滿足初階節電需求 知電 控電 用戶感受到節電成效後再推動進階節能服務 5. 提供節能分析建議 整體節能方案 3. 產生初階節電效益 照明 節電 省錢 6. 滿足進階節能需求 空壓 空調 熱泵 雲端能源看管工具及服務費用 ( 租賃式 ) 能源設備改善費用 ( 專案性 ) 電能管理專家系統 重大能源設備之節能效益量測驗證專家系統 定期追蹤 第三階段 : 能源保全 7. 受電設備安全監視 8. 用電設備預測保養 預知設備異常 用戶感受到節能成效後提供持續保全服務 避免財務損失 能源及設備保全費 ( 持續性 ) 能源保全專家系統 WeiPower Copy Right 118

第一階段 : 先節電 (1) 導入雲端能管服務 ienms 三階段能管服務之十面埋伏 輸入 服務項目 ienms 系統 : 專家工具 產出 近一年電費單數據 重大用電設備明細 SP-1 實施初步節費效益評估 簽約 專家系統 _ 初步評估 同產業 12 個月用電 KPI 分析 自身不同月份用電 KPI 分析 節費潛力判斷 預估效益服務費用 合約書看管點 及時用電數據 歷史用電資訊 SP-2 看管中心專人持續性前台監管 專家系統 _ 用電分析 用電資訊分析 需量統計 & 需量預測 事件判斷 異常通知事件報告 定期看管報告書 WeiPower Copy Right 119

第一階段 : 先節電 (2) 滿足初階節電需求 目標在相同用電度數基準下, 降低電費單價, 達成節費效果 輸入 服務項目 ienms 系統 : 專家工具 產出 公用及製程用電 產能及製程數據 原課表或生產排程 原電力用電契約 SP-3 看管中心後台分析 用電流向調查 用電行為分析 SP-4 調整用電習慣 選定最佳尖 離峰用電時段及契約容量 專家系統 _ 用電策略 用電流向分佈分析 重大製程設備尖離峰運轉時程之調整建議 最佳產能用電時段分析與建議 重大公用設備開機策略 ( 如冰水機 空壓機 乾燥機 熱泵 照明等 ) 分析與建議 最佳契約容量建議 最佳產能用電時段 尖離峰用電效率 新課表或生產排程 新電力用電契約 (3) 產生初階節電效益在相同用電度數基準下, 降低電費單價, 達成節費效果 WeiPower Copy Right 120

第二階段 : 再節能 (4) 監看電器耗能狀況 輸入 服務項目 ienms 系統 : 專家工具 產出 設備規格性能曲線 空重載時數與耗能 SP-5 設備全載運轉及部分負載運轉之效率監看 專家系統 _ 性能比對 自動比對性能曲線, 提出設備全載與部分負載運轉最適化運轉調整建議 以用電紀錄自動建立改善前之 節能基準線 過大設備調整建議 部分負載運轉建議 設備運轉用電數據 產能及製程數據 SP-6 找出低效率運轉的設備 節能改善可行性評估 專家系統 _ 可行性評估 自動比對設備運轉之單位產品能耗 預估節能改善後之耗能量估算出節能量與回收年限 單位產品能耗 節能改善可行性評估 WeiPower Copy Right 121

第二階段 : 再節能 (5) 提供節能分析建議 目標在相同產能基準下, 降低用電度數, 達成節能成效 輸入 服務項目 ienms 系統 : 專家工具 產出 空重載時數與耗能 設備運轉用電數據 SP-7 公用設備節能測試 平衡調度或調整汰換建議 專家系統 _ 測試平衡調整 群體空壓機優化調控技術 冰水主機最佳化運轉調適提升性能係數 COP 整體性節能平衡考量避免此消彼長, 效益互抵衝突 節能改善解決方案 節能績效保證合約書 改善前節能基準線 改善後能源使用量 SP-8 設備節能改善成效量測與驗證 專家系統 _ 量測與驗證 導入環境 產能 來客數等參數, 計算出節能效益調整量以驗證實際節能量 = 改善前耗能量 - 改善後耗能量 ± 調整量與回收年限 可視化實際節能量 節能績效驗證報告 (6) 滿足進階節能需求 在相同產能基準下, 降低用電度數, 達成節能成效 WeiPower Copy Right 122

第三階段 : 後保全 (7) 受電設備安全監視 目標在提早發現故障點, 避免失效 ; 預測保養以提升良率 輸入 服務項目 ienms 系統 : 專家工具 產出 受電設備裝置容量 受電設備負載狀況 SP-9 受電設備 ( 變壓器 電容器 電源開關 ) 之品質與安全監視 專家系統 _ 受電設備安全 自動比對受電設備於不同負載狀態之溫度 電壓 電流 功因等參數, 以提早發現故障點, 避免失效 受電設備故障預防措施 操作建議備品計畫 (8) 用電設備預測保養 用電設備性能規格 用電設備定保要求 SP-10 用電設備 ( 公用及製程設備 ) 之預測保養 專家系統 _ 預測保養 以設備用電趨勢預知設備異常前兆 以感測數據判斷設備正常運轉與否 可能性的設備故障自動提 醒, 以提升良率 設備預測保養計畫 用電設備故障預警 WeiPower Copy Right 123

ienms 與現行 ESCO 節能改善模式比較 與現行 ESCO 模式比較 : 能源用戶成本更低 效益更高, 回收年限短 註 : 第一階段效益主要來自減少無謂耗能與無效耗能 第二階段則因可確中實際應改善之目標設備, 投資成本自然降低 WeiPower Copy Right 124

SP-7 公用設備節能測試 平衡調度或調整汰換建議 WeiPower Copy Right 1 2

雲端看管案例分析 空壓系統管理改善 1 號空壓機號空壓機 : 空 // 重車運轉重車運轉 2 號空壓機號空壓機 : 重車滿載運轉重車滿載運轉 3 號空壓機 : 空車運轉 雲端電能分析結論 建議方案 電費節省效益 經電能看管分析,3 號 100HP 空壓機, 空車轉時數偏高 將 3 號空壓機關閉不使用, 工廠用氣量仍足夠 475,200 元 / 年 免換設備 WeiPower Copy Right 126

威電綠能 黃茂興 gino@wpge.com.tw WeiPower Copy Right 127