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高科技產業之節能策略

楊正光
臺灣大電力研究試驗中心
一、前言
近年來國內產業面臨國際市場競爭的壓力，為維持國內經濟持續的成長，政府積極推動產業的升級，傳統能源密集、勞力密集的產業已逐漸沒落或外移，取而代之為轉型發展高科技產業，如半導體、電腦、光電通信等行業。這些產業在政府計畫性的鼓勵以及民間業者積極的參與下急速的發展，新竹科學工業園區即為成功的案例，園區內均屬高科技、高產值的行業，其中又以半導體業佔多數，使用高精密的生產設備，製造高產值的產品，外銷於國際市場使臺灣在國際貿易的舞台上佔一席之地。由於市場的需求這些產業成長迅速，對於電力的需求更成倍數的增加，另方面因精密的生產機器對於供電可靠度及電力品質之要求非常的高，廠商對於電能的使用效率也相當的重視。
臺灣自產能源缺乏，百分之九十六的能源需仰賴國外進口，因之國人對於節約能源應有共識，近年來國內經濟持續的成長，國民所得增加及電氣用品普及，對於電力之需求亦相對的增加，尤其冷氣用電的急遽增加，更形成電力系統的尖峰負載。電源的開發又因土地取得不易及環保意識高漲，使得新建電廠的加入仍然趕不上用電需求的增
高科技產業之節能策略
加，致每屆夏季尖峰時間，經常產生電力供應不足之壓力，屢有限電發生，對於電力供應要求高穩定度之高科技產業而言，將會造成很大的經濟損失，最近政府積極倡導臺灣能進入「綠色矽島」，未來將有更多的科學園區陸續的設置於國內各地。故本文提出探討高科技產業的節能策略與執行方法，期能引起各界之回應，以促進爾後有更進步的發展。
二、高科技產業之用電特性
為能有效達到節約用電之目標，首先要了解產業之用電特性，從各個用電設備在各生產階段運轉時分析其電能耗用情形，檢討有否改善的空間，再據以研擬改善策略並付之實施。所謂高科技產業係指半導體、電腦、光電通信、精密機械、生物科技等行業，這些行業的用電特性依據臺電公司之調查資料顯示如下：
1.用電成長迅速
在市場需求以及政府積極鼓勵推動下，高科技產業在國內急速的成長，近年來在經濟景氣低迷下，各行業用電之年成長率約4%~5%之間，唯電子業卻高達30%以上，由於電子產品之生命週期短，市場競爭激烈，產品上市後很快又有新產品加入競爭，因之廠房興建要快以便及早生產供應市場，故電力供應必需容量充裕方能應付產業之需求。
高科技產業之節能策略
2.連續性生產流程對供電品質要求高
高科技產業之生產流程大都係自動化連續性一貫作業系統，由於生產設備精密產品價值高，因之對於電力供應之品質要求特別高，偶遇停電事故即會造成很大的損失，依據新竹科區用戶調查資料顯示，當電力系統發生停電或電壓驟降超過15%，持續時間1秒鐘以上時，即會使機臺發生當機現象因而造成損失。為降低發生停電事故之風險，這些產業大都有設置不斷電設備(UPS)及自備發電機組。
3.電能使用之分配
分析高科技產業之用電特性，以半導體業為例各部門之電能耗用情形，依據廠房別各部門用電量佔比為機械房佔54%、製造房佔38.3%、庫房佔4.1%、辦公大樓佔3.6%，再以功能別分類各部門用電量佔比為冷氣空調佔37.6%、製程用電佔37.2%、供水系統佔10%、空氣系統佔8.5%、照明系統佔5.5%、其他佔13%。
由於半導體業產品的製造過程中大都係在無塵室內進行，因之用電量最多的是製程與空調兩部分，且係連續性作業流程，冷氣空調全年運轉，故白天、晚上以及夏季、冬季負載變化較小，負載率愈高電能之使用效率愈好。
三、節電策略與執行方式
(一)、節電策略
高科技產業之節能策略
高科技產業電力系統之節電策略應為實施負載管理與提高電能的使用效率，意即有效控制系統之用電需量(KW)以提高用電設備之利用率，以及減少用電度數(KWH)以提高電能的使用效率。現分別敘述如下：
1.負載管理
實施負載管理的主要目的在於抑低電力系統尖峰負載移轉於離峰時段使用，以提高負載率降低用電成本。電力系統由於尖峰時段成本高離峰時段成本低，電業為反映供電成本其電價尖峰時段電價貴離峰時段電價低，高科技產業係連續性作業流程負載變化小，但其用電量大且對供電可靠度要求高，為能降低用電成本並能有效控制負載，仍需實施負載管理。可行之策略有如下列項目：
(1).檢討用電設備與參差率，選擇適當的契約容量。
(2).檢討運轉模式與卸載能力，合理控制用電最大需量。
(3).調整產程與設置儲能設備，移轉尖峰用電。
(4).自備發電經濟運轉，減少尖峰外購電力。
2.提高電能使用效率
檢討在產品產量不變下如何降低用電量，可行之策略如下：
(1).加強管理控制減少用電浪費。
(2).檢討用電設備與容量，降低線路損失。
高科技產業之節能策略
(3).提高電力系統功率因數
(4).設置儲能設備，增加離峰用電量。
(5).使用高效率用電設備。
(二)、實施方法
高科技產業其電能使用之分配，依使用功能可劃分為空調、製程、供水、空氣、照明及其他等六類，用電量最多者為空調與製程，製程部分因大都採自動化連續性作業方式，從調整製程來提高用電效率較不容易，至空調、供水、空氣、照明等方面著手則改善空間較大。可行方法略述如下：
1.空調系統
(1).避免容量設計過大，並盡量考慮採用儲冰式空調系統。
(2).調整室內溫度，控制排放外氣以節省能源。
(3).採變頻式馬達及良好水質，保持冰水主機高效率運轉。
2.製程系統
工廠規劃時考慮縮短輸送流程。
3.空氣系統
可考慮採用高效率設備，並注意空壓機空轉或空氣洩漏。
4.供水系統
廢水回收，高效率之用電設備，水管污垢處理等均為可行方法。
高科技產業之節能策略
5.照明系統
採高效率之照明燈具，電子式安定器，分區局部照明控制等。
四、結語
臺灣自產能源缺乏，96%能源需仰賴國外進口，因之國人應有珍惜能源之共識，近年來政府為促進經濟持續成長，積極的鼓勵推動高科技產業在國內發展，民間亦全力的配合迄今已成為國內重要的產業，其用電成長率高居所有行業之首。最近景氣低迷，唯有高科技產業尚有擴充或新建設廠，因之節能工作宜以這些產業為首要目標。
實施節能工作之策略為負載管理與提高能源使用效率，由於各行業用電特性不同採用之方式亦異，廠商可從各項用電資料分析，尋找可行之改善空間再付之實施。本文因限於篇幅僅能作原則性說明，惟隨著科技的進步應仍有很大的空間。節約能源是「無悔的工作」，更盼大家共同來努力。