中壓變頻器的產(chǎn)品壽命長達(dá)10-15年，是一套投資回收期短，又能夠立即看見節(jié)能減碳效果的設(shè)備。不過，中壓變頻器為一套架構(gòu)復(fù)雜的整合系統(tǒng)，當(dāng)中結(jié)合變壓器、功率單元、風(fēng)機、DSP+PLC控制系統(tǒng)等多種元件，需要更全面、更專業(yè)的預(yù)防性維護(hù)以及即時故障排除、備品支援，才能最大化使用效益。本文以實例說明在水泥廠的冷卻引風(fēng)機馬達(dá)上加裝中壓變頻器運用，從而達(dá)到大幅節(jié)能效益。
隨著2023年歐盟開徵碳關(guān)稅，臺灣2050年凈零排碳目標(biāo)，因此制造業(yè)、半導(dǎo)體、鋼鐵、水泥、紡織、自來水廠等高耗能產(chǎn)業(yè)需肩負(fù)起節(jié)能減碳的義務(wù)，工廠、商辦無不竭盡所能優(yōu)化用電結(jié)構(gòu)，如進(jìn)行工廠節(jié)能，或提升太陽能、風(fēng)能等再生能源的用電比例。其中，由於國際能源署（International Energy Agency；IEA）指出，工業(yè)用電中，馬達(dá)用電就占比69%；綠能政策帶動制造業(yè)轉(zhuǎn)型，當(dāng)中的水泥業(yè)為高耗能產(chǎn)業(yè)，節(jié)能減碳的腳步更是刻不容緩，必須嚴(yán)實把控每個節(jié)能環(huán)節(jié)。
根據(jù)經(jīng)濟(jì)部能源局報告，風(fēng)機馬達(dá)的耗電量達(dá)全國用電量10%，馬達(dá)節(jié)能自然也成為水泥業(yè)的項目重點之一。臺達(dá)作為能源管理專家，曾實際對水泥廠進(jìn)行節(jié)電改造，年省百萬之譜，投報年限短，其中的關(guān)鍵在於臺達(dá)加裝中壓變頻器於該廠的冷卻引風(fēng)機馬達(dá)上，使馬達(dá)由定速運行，轉(zhuǎn)為變速運行，節(jié)能效率達(dá)51%。
掌握風(fēng)機馬達(dá)運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 大幅節(jié)省用電量
風(fēng)機的耗電原因，除了風(fēng)機本身的設(shè)計問題外，其運行調(diào)節(jié)方式也是一大重點。傳統(tǒng)風(fēng)機一般是透過擋板調(diào)整風(fēng)量與壓力，即便風(fēng)量變小，此時的風(fēng)機馬達(dá)仍然維持全速且定速運行，容易造成電力浪費；即便選用交流繞線式馬達(dá)搭配水電阻降速，也僅能做到2-3段的調(diào)速，靈活度有限。
而中壓變頻器搭配風(fēng)機馬達(dá)能做到無段調(diào)速，可以使該馬達(dá)由定速運行，變成變速運行，并按作業(yè)環(huán)境情況做到精準(zhǔn)調(diào)速，不但可以控制出風(fēng)量、出水量的大小，還能達(dá)到高效節(jié)能的目的。
中壓變頻器直接控制其馬達(dá)轉(zhuǎn)速後，可以使該馬達(dá)由定速運行，變成變速運行，不但可以控制出風(fēng)量、出水量的大小，又兼具節(jié)能省電的效果。
經(jīng)濟(jì)部能源局的報告中更直接建議，加裝變頻器對風(fēng)機的馬達(dá)調(diào)速，進(jìn)而進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，可有效節(jié)省電力，還能減緩因電流啟動對電網(wǎng)、電機造成的沖擊，延長設(shè)備使用年限。
| 圖一 : 在相同流量（風(fēng)量或水量）需求下，安裝中壓變頻器後的馬達(dá)耗電量明顯小於未安裝的。（source：臺達(dá)） |
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水泥制程8大節(jié)能機會點
水泥生產(chǎn)流程中需要用到許多大功率的風(fēng)機，產(chǎn)線會根據(jù)產(chǎn)能以及運轉(zhuǎn)情況的需求，控制風(fēng)機管道內(nèi)的風(fēng)量或壓力，目前的控制方式多以馬達(dá)定速運行，搭配擋風(fēng)板控制風(fēng)量，因此耗電量大，很適合加裝中壓變頻器進(jìn)行節(jié)能改造。一般水泥廠生產(chǎn)流程中，常見的大功率風(fēng)機如圖二所示。
| 圖二 : 水泥生產(chǎn)流程中的大型風(fēng)機，可透過中壓變頻器節(jié)能。（source：臺達(dá)） |
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節(jié)能成功案例
【案例一】宜蘭水泥廠 /冷卻引風(fēng)機/ 260kW , 3.3kV
本案例原使用擋板開度來調(diào)整風(fēng)量，進(jìn)而控制管道內(nèi)壓力，實際使用中壓變頻器前，每日用電度數(shù)為5,681度電；使用中壓變頻器後，每日用電度數(shù)降為2,734度電，節(jié)能率高達(dá)51.9%，換算2020年工業(yè)平均電價，改造一臺引風(fēng)機，一年就省下260萬。
表一：260kW, 3.3kV馬達(dá)變頻運轉(zhuǎn)前後用電度數(shù)差異
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每日用電度數(shù)（kW•Hr/Day）
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實際節(jié)能率（%）
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未裝變頻器
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5,681
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51.9%
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安裝變頻器
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2,734
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| 圖三 : 中壓變頻器安裝於水泥廠，為冷卻引風(fēng)機節(jié)電。（source：臺達(dá)） |
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【案例二】宜蘭水泥廠 / 冷卻引風(fēng)機 / 600kW , 3.3kV
本案例的冷卻引風(fēng)機本身為交流繞線式馬達(dá)，除了利用擋板開度來達(dá)到調(diào)整調(diào)整風(fēng)量以外，也透過水電阻調(diào)降馬達(dá)轉(zhuǎn)速，但因為水電阻降速幅度有限，馬達(dá)轉(zhuǎn)速僅下降3%（冷卻引風(fēng)機馬達(dá)額定轉(zhuǎn)速原為588rpm，降速後為574rpm），評估後認(rèn)為加裝中壓變頻器還有節(jié)能空間。
進(jìn)行中壓變頻器改造後，每日用電度數(shù)由原來的12,890度電降至10,759度電，節(jié)能率為17.9%，換算2020年的工業(yè)平均電價，年約節(jié)省190萬。
表二：600kW, 3.3kV馬達(dá)變頻運轉(zhuǎn)前後用電度數(shù)差異
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每日用電度數(shù)（kW•Hr/Day）
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實際節(jié)能率（%）
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未裝變頻器
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12890
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17.9%
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安裝變頻器
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10579
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風(fēng)機、泵浦類馬達(dá)的節(jié)能效益最高
由於中壓變頻器的泛用性高，只要中壓變頻器與馬達(dá)的電壓、電流、功率匹配，就可以進(jìn)行控制。而驅(qū)動流體為主的風(fēng)機、泵浦類馬達(dá)，因轉(zhuǎn)軸上的輸出功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，亦即當(dāng)轉(zhuǎn)速越高時，耗能就越大，因此，風(fēng)機與泵浦類的馬達(dá)搭載中壓變頻器以後，更能彰顯節(jié)能效益，產(chǎn)業(yè)中常見搭載中壓變頻器的設(shè)備，如圖四所示。
| 圖四 : 產(chǎn)業(yè)中常見搭載中壓變頻器的設(shè)備（source：臺達(dá)） |
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| 圖五 : 臺達(dá)中壓變頻器擁有自主研發(fā)、在地服務(wù)的實力，可避免客戶成為設(shè)備孤兒。（source：臺達(dá)） |
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中壓變頻器能為工商廠辦帶來巨大的節(jié)能效益，產(chǎn)品壽命更長達(dá)10-15年，是一套投資回收期短，又能立即看見節(jié)能減碳效果的設(shè)備。然而中壓變頻器是一套架構(gòu)復(fù)雜的整合系統(tǒng)，它結(jié)合了變壓器、功率單元、風(fēng)機、DSP+PLC控制系統(tǒng)等多種元件，需要更全面、更專業(yè)的預(yù)防性維護(hù)，以及即時故障排除、備品支援，才能最大化使用效益。
**刊頭圖（source：臺達(dá)）
