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欧日系空压机大厂 力拚节能效益最大化
 

【作者: 陳念舜】2020年01月07日 星期二

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欧日系空压机大厂 力拚节能效益最大化


前言:面对近年世界各地极端气候加剧,各国排碳量却有增无减。瑞典环保少女桑伯格(Greta Thunberg)在2019年世界气候变迁大会上,呼吁各国政府与产业应负起责任,来避免灾难性的全球暖化。而空压机则可??居中扮演关键角色,同时协助企业节能减碳,又符合经济效益。


文/陈念舜


在2019年底召开的第25届世界气候变迁大会(COP25)期间,台湾因为非巴黎气候协定缔约国,只能比照往年一样在场外卖力宣传。但同时由环保团体德国看守(German watch)在议场边发布的「2020年气候变迁绩效指标(Climate Change Performance Index,CCPI 2020)」报告中,除了前三名从缺,以瑞典排名第四最隹;且格外讽刺的是,台湾不仅在过去几年来排名每况愈下,於去年61个评比国家中名列59,倒数第三名更是历届最差,只赢过沙乌地阿拉伯和美国,甚至落後中国大陆、印度。



图1 : 瑞典环保少女桑伯格(Greta Thunberg)在2019年COP25世界气候变迁大会上,呼吁各国政府与产业应负起节能减碳责任,来避免灾难性的全球暖化。(source: reneweconomy.com.au)
图1 : 瑞典环保少女桑伯格(Greta Thunberg)在2019年COP25世界气候变迁大会上,呼吁各国政府与产业应负起节能减碳责任,来避免灾难性的全球暖化。(source: reneweconomy.com.au)

虽然事後因为该报告中的前三项评比资料:温室气体排放、再生能源发展、能源使用,均引用2017年统计数据而受争议。但依照曾叁与CCPI评比的环境品质文教基金会董事长谢英士表示,这几年来因为台湾为了强推「2025非核家园」政策,而无视於太阳能、风力、水力等电力来源的不稳定特性,必须仰赖近80%大量烧煤及天然气等石化燃料为主的火力发电维持备转基载;并且因此占用湿地、林地空间,反而破坏生态等,皆导致台湾人均排碳量居高不下。


对於台湾产业而言,除了应持续利用可再生能源,以减少碳排放之外,还须不断寻求创新解决方案和技术,以加强管理、节省使用能源,才是减少碳足迹最重要的方法。如根据统计现今典型工业设施中约可减少耗能15~20%,而压缩空气系统又占全球工业耗能约10%,包含在生产过程中,唯恐受到马达或其他产生动力的设备效能不隹,所以必须从生产、管路配置与消耗等能源链各环节都尽可能提高效率。



图2 : 「2020年气候变迁绩效指标(CCPI 2020)」报告发布,除了以瑞典排名第四最隹,台湾排名倒数第三位更是历届最差。(source:news.cgtn.com)
图2 : 「2020年气候变迁绩效指标(CCPI 2020)」报告发布,除了以瑞典排名第四最隹,台湾排名倒数第三位更是历届最差。(source:news.cgtn.com)

空压机地位举足轻重 串联整厂网路节能减碳

估计目前由工厂造成的总能源消耗中,压缩空气装置约占5%~40%,而在空压机5~10年生命周期成本中,就有70%与能耗相关;另有约20%压缩空气会自供应空气配管中泄漏,距离越远就越容易浪费能量;即使停机状态下,也会消耗额定功率20%,造成空气需求波动。


因此,使用者必须同时纳入压缩空气网路的供应端(supply)、配置端(distribution)、需求端(demand;user)三大环节,预防配置端泄漏,避免造成压缩空气系统最大浪费来源;以及进入生产过程後,容易因为制程设备或生产线转换而形成的泄漏点,更难以评估和修复,成本同样高昂;进而将废弃物管理观念用於压缩空气装置,透过适当维护服务及时预防或回收,即可降低约5%以上耗能,促使能效最大化。


瑞典空压机大厂Atlas Copco公司逾百年来持续提供创新空压机、真空解决方案、空气处理系统和动力技术,并专注於开发具备可持续生产力、能源效率、安全性和人体工程学相关的产品和服务;进而达成最隹化配置,同时提供需求端使用者许多现场解决方案,建议最隹产气量,避免不必要的浪费。


於供应端则为了协助顾客预防浪费,使能效最大化,而建议采用较隹产品提高压缩空气网路每度发电效率。例如推出VSD+系列变频空压机贴近客户实际用气量需求,通常可降低能耗约50%左右。并陆续推出与空压技术相关产品,包含无油/微油/高压/离心空气压缩机、涡轮增压设备和乾燥空气後处理系统等,囊括5~15,000HP范围,并以10HP~3,000HP为主流,应用广及电子、汽车、塑化、钢铁、食品、化工等产业。


除了近年来已售予台湾TFT-LCD产业1,000HP以上空压机;并符合半导体产业对於输出高品质空气、高可靠度与安静无声要求的无油式空压机,成功切入供应链。同时可搭配自行研发的智能控制器和ES系列多机联控系统,选择最有效的空压机组合及运行模式,得以较低起动电流减少高峰状态、稳定调节压缩功率,省下可观使用和售後服务成本;还有极少机会卸载或放空,在如此庞大的空压系统内,仍有馀裕加入多部压缩机,从而达到最低能源需求,加快回收投资报酬。


随着如今各家国内外空压机大厂都竞相推出节能解决方案cost down,并配合政策争取补贴,Atlas Copco也透过旗下永磁式变频空压机种所提供的全方位增效节能解决方案,已获得Siemens认证其采用的变频马达效能更隹,可不必像传统定频、感应式马达受到IE等级规范限制,在相同马力、能源使用率前提下的抽/排气效率较高。


也就是说在相同75HP运转前提下,Atlas Copco变频空压机运转频率可依负载於25~98Hz区间调节,而非仅凭藉定频马达+变频器协助刹车或调整转速快慢,而分别达到50~60Hz、40~60Hz频率,满足终端需求用气量不浪费;进而省下後续维护保养费用,避免磨耗增加而缩短使用寿命。


最新推出的微油变频螺旋式空压机系采取内建垂直式永磁IPM马达+变频器直接传动,加上整合内建冷乾机,得以更大程度节约占地面积与工作空间,最多可增加12%风量;即使在用气需求20%~100%剧烈变化时,仍可维持平均节能50%。无油变频螺旋式鼓风机则采用第五代智慧控制操作面板,具备RS-485输出、MART LINK无线远端监控发报功能,并通过ISO-8573-1 Class Zero无油认证,比起传统鲁式鼓风机节能效益30%。


Atlas Copco空压技术部门总经理John Demers表示:「即使未来面对更成熟的市场环境,该公司仍将继续努力成为在品质、节能、效益、环保、服务和符合人体工程学设计的????者,以确保客户可持续生产力。」目前Atlas Copco在台湾从原来空压机、真空泵、动力设备和低压产品线等部门外,今年再增添24/7可靠租赁解决方案,以协助使用者减少停机时间,并实现生产最大化,进而争取离岸风电产业商机。


引进高效空压机种 更强调洁净比节能更重要

另一家日系空压机大厂日立公司(Hitachi)则自1911年开始制造压缩机以来,也有超过百年历史,至今已是日本市占率约达32%的第一大品牌,近年来更完成整并旗下所有空压机制造工厂,并诉求将持续致力於乾净压缩空气的生产效能,为地球环境贡献节能。


维恩实业从1997年开始成为Hitachi在台湾地区的空压机总代理商之後,除了不断引进原厂最新优质设备,客户群已涵盖3C电子、高科技、食品产业等多家上市柜公司及各大医院,还提供全方位技术服务及谘询,以节能技术促进产业革新。2016年更获得Hitachi技术核可,在维恩桃园总公司成立「日立空压机学校在台教育中心」,与日本原厂技术同步。


目前便针对半导体及光电产业客户,特地引进Hitachi无尘式专用的DSP/SDS两大系列无油螺旋空压机,全系列机种均依据ISO8573-1标准,符合在压缩机设置场所的大气中,均能提供所含油份及有机溶剂成份等浓度,皆达到洁净度Class 0等级的压缩空气。


其中DSP系列无油变频式空压机的节能模式,可依使用端的用气量需求变化分为三阶段控制,确实为客户达成了最隹省电节能要求;而更大型的SDS系列无油螺旋式空压机吐出的最大压缩空气量,更可高达80m3/min以上,满足光电业者对大用气量的需求。同时搭配更具人性化的NEXT II彩色触控式操作面板,除了提升性能外,也大幅加强了监视空压机使用状态的功能。



图3 : 在日立(Hitachi)螺旋式压缩机的本体结构内,利用独家三次元补正技术且施以镜面加工,保持最适当间隙值,即使在严苛环境下还能保持其性能。(摄影/陈念舜)
图3 : 在日立(Hitachi)螺旋式压缩机的本体结构内,利用独家三次元补正技术且施以镜面加工,保持最适当间隙值,即使在严苛环境下还能保持其性能。(摄影/陈念舜)

然而,因为目前台湾依IE等级分类的节能补助计画,仅针对传统200kW以下感应式马达+变频器效率高者补助,该公司30~1,500HP等大马力无油及微油变频式空压机,虽然均可通过更加精确的压力控制,提供最适合现场使用压缩空气的需求之压力及风量;并采用比起IE4等级更高效率的DCBL(永磁/DC无刷)马达,却因为辅导单位缺乏检测能力而被排除在外,导致客户采购却无法获得补助。


维恩实业公司技术部黄仁和表示,由於现今空压机所有输出能量都会转移成热而不作功,而成为台湾推动节能补贴政策下的首波开刀对象。但他坦言:「目前产业想谈真正节能并不容易,包含市面上大部份空压机均属容积式,其主要透过机械力量压缩空气,所以当空压机维持满载时的效率最高,只要降低输出空气量,变频空压机就会自然减少所需转速和轴功率。」客户也因此,或为满足最终买主要求而不得不节能,并创造变频器需求。


惟若受到各家马达功率因素及搭配变频器後的效率均不相同,加上政府辅导单位也仅撷取部份使用数据,来证明节能效果的可信度其实不高。反而依ISO已开始针对马达、变频器等整体变频系统总效率规范更有用,所以他建议使用者或辅导单位,未来仍应长期监控实际用气量状况才可能精准。


但即使在工业4.0问世後,要想藉此反??使用资讯、输出报表,也须要在公司生产前先投资更新设备搜集资料,再通过Modbus上传云端监控,大部份客户却宁愿等到空压机真正故障毁损後才叫修。黄仁和认为:「使用者评估空压机品质最重要的标准,还是耐用!」


使用空气做为动力来源的好处是洁净、容易控制和便宜,但要真正节能仍是靠管理,即须业主下定决心,在设厂规划前精算以长远规划;至於管路配置或生产过程中泄漏,仍应经由使用者设法解决。若是采购的空压机性能够好、侦测能力更强,业主就能自行操作,即使在生产过程中也能免停机测漏,并配合现场员工解决。


Hitachi不仅在螺旋式压缩机的本体结构内,皆采用耐蚀及耐久性隹的不锈钢精密转子,并考量到预防运转中的热膨胀增加内部泄漏量,所以会先利用Hitachi独家3次元补正技术,并施以镜面加工,以保持最适当间隙值;且在转子表面涂装有固体润滑被膜,即使在超过300℃严苛环境下,还能保持其性能。


同时专为无油螺旋式压缩机设计的螺纹式轴封加上空气轴封,可透过内部螺纹沟槽将漏油阻挡回去,防止进入压缩室;且在轴承使用专属滚珠和滚柱轴承,并使用喷射给油润滑;以及透过精密加工的正时齿轮,确保转子间有适当间隙。


黄仁和指出,目前空压机本体平均寿命约10年,即使常被置於严苛环境亦无妨;加上变频器设计都会纳入满载需求,甚至高出客户用气量110~120%,或采取多机操控、调配,不怕损及变频空压机寿命;且已有许多感应式马达采用「软起动」装置,不必担心起动电流过大,就能因应满载、部份负载或空?情况,反而是变频器更容易受到外在环境影响。


因此他建议辅导单位,由於使用端很难有一模一样的使用状况,不能只计算使用或电力成本,而应该长期大规模追踪IE2、IE3马达以比较维运成本;另将有无变频器节能的成本说清楚,以免因故障导致设备停产或更高维修成本。否则依目前节能补助只适用於感应马达,而排除节能效率更隹的DCBL驱动马达,造成大部份业者都为了节能补助而采购变频新机,却非汰旧换新,仍难免使用定频旧机,而非真正省电。


**刊头图(source:fluidflow.com/)


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