面對2026年歐盟將正式上路的碳關(guān)稅機(jī)制（CBAM），與臺灣已成立的碳權(quán)交易所、2025年的碳費(fèi)制度勢在必行。對於在工業(yè)用電佔(zhàn)比舉足輕重的馬達(dá)和相關(guān)設(shè)備、系統(tǒng)等廠商，也必須思考該如何協(xié)助客戶引進(jìn)創(chuàng)新材料、變頻技術(shù)，實(shí)踐增效低碳生產(chǎn)，兼顧效能和品質(zhì)，以確保企業(yè)永續(xù)營運(yùn)。
根據(jù)國際能源總署（International Energy Agency；IEA）2050淨(jìng)零排放路徑規(guī)劃（Net-Zero Emissions by 2050 Scenario；NZE），工業(yè)部門的排碳量在2030年必須下降20%，2050年下降93%。未來30年達(dá)成全球能源系統(tǒng)脫碳的主要支柱為：能源效率提升、行為改變、電氣化、再生能源、氫及氫基燃料、生質(zhì)能源、碳捕獲再利用與封存（Carbon Capture, Utilization and Storage；CCUS）等。
| 圖一 : :根據(jù)IEA對於2050淨(jìng)零排放路徑規(guī)劃，包括高效率馬達(dá)在內(nèi)的的能源效率提升，將是最先被導(dǎo)入的措施。（source：ABB） |
|
包括高效率馬達(dá)在內(nèi)的能源效率提升也是最先被導(dǎo)入的措施，促成各國陸續(xù)訂定馬達(dá)最低能效標(biāo)準(zhǔn)（MEPS），臺灣也在2016年將馬達(dá)最低能效提升至IE3等級；並隨著歐盟自2023年起，要求100kW以上功率馬達(dá)皆須達(dá)到IE4等級之後，中國大陸也宣示將於2024年跟進(jìn)，臺灣與新加坡則訂於2025年實(shí)行。國際上主流馬達(dá)製造商因此紛紛致力於開發(fā)更高效率馬達(dá)，除了現(xiàn)已廣泛使用的感應(yīng)馬達(dá)之外，還有永磁馬達(dá)及同步磁阻馬達(dá)等選項(xiàng)。
其中感應(yīng)馬達(dá)常被認(rèn)為已達(dá)到瓶頸，難以達(dá)到更高能效，卻可透過先進(jìn)的電腦輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化磁路、高度自動化設(shè)備提升品質(zhì)穩(wěn)定性，以及低鐵損與薄型矽鋼片的發(fā)展。永磁馬達(dá)則因毋須通電就帶有磁場且磁通密度高，所以馬達(dá)高效且體積小於感應(yīng)馬達(dá)，可在短時(shí)間內(nèi)即達(dá)到高轉(zhuǎn)速、出力更快、耗能更少。
由於永久磁鐵需要使用釹鐵硼等稀土金屬打造，導(dǎo)致製造成本及供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)較高，早期以低轉(zhuǎn)速直驅(qū)應(yīng)用場域?yàn)橹鳎顒e在於磁鐵擺放位置、來源，以及量產(chǎn)的品質(zhì)、效率，還要考慮變頻技術(shù)。問世已有30年以上的同步磁阻馬達(dá)，則經(jīng)過最佳化的磁障層設(shè)計(jì)、與驅(qū)動器間搭配的優(yōu)化後，可在無磁石輔助的條件下達(dá)到IE5能效，又因近年來成功量產(chǎn)而普及。
臺灣市場上大多數(shù)馬達(dá)雖然均已達(dá)到IE3能效等級，或跟進(jìn)日本以採用永磁馬達(dá)居多，但因?yàn)閳?zhí)行並不嚴(yán)格，還有不少業(yè)者因?yàn)橹饕谴钆銸EM設(shè)備出口東南亞等地，所以經(jīng)常只提供IE1/IE2馬達(dá)。
| 圖二 : :國際上主流馬達(dá)製造商因此紛紛致力於開發(fā)更高效率馬達(dá)，除了現(xiàn)已廣泛使用的感應(yīng)馬達(dá)之外，還有永磁馬達(dá)及同步磁阻馬達(dá)等選項(xiàng)。（攝影：陳念舜） |
|
ABB馬達(dá)推陳出新 達(dá)到IE4/IE5能效標(biāo)準(zhǔn)
ABB集團(tuán)也呼應(yīng)全球節(jié)能減碳的趨勢，分別從範(fàn)疇（Stage）1~3布局淨(jìng)零碳排策略，包括已在ABB波蘭工廠開始建置太陽能發(fā)電站，利用再生能源以減少電力排碳；同時(shí)在臺北淡海輕軌導(dǎo)入ABB回生型逆變器（INVERTER）及馬達(dá)，可將減速所生的電力回饋到供電系統(tǒng)；多年來也由原廠供應(yīng)馬達(dá)等Motion運(yùn)動控制系統(tǒng)，並搭配國外OEM設(shè)備進(jìn)口到臺灣，組裝成陸域/離岸風(fēng)機(jī)或應(yīng)用於自動化貨櫃碼頭的門/橋式起重機(jī)（ARMG）、船上吊臂。
在產(chǎn)品方面，則除了符合歐盟自2023年7月始進(jìn)口當(dāng)?shù)?.75~200kW感應(yīng)馬達(dá)，都須達(dá)到IE4年能效等級的CE規(guī)範(fàn)；並陸續(xù)推出永磁馬達(dá)、同步磁阻馬達(dá)＋驅(qū)動/變頻器（VSD）控制的IE5高效解決方案。後者因?yàn)閽裼糜袆e於傳統(tǒng)馬達(dá)堆疊矽鋼片的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，可對應(yīng)定/轉(zhuǎn)子不同滑差，並配合周邊變頻器等運(yùn)動控制系統(tǒng)配置，滿足不同產(chǎn)業(yè)、領(lǐng)域需求。
早期較適用於經(jīng)常改變轉(zhuǎn)矩的泵、風(fēng)扇等流體機(jī)械，而非大扭力場域，如今才逐漸導(dǎo)入於工廠連續(xù)生產(chǎn)線上，滿足業(yè)者更重視馬達(dá)品質(zhì)，避免意外停機(jī)的需求；且其效能不僅優(yōu)於IE1/IE2馬達(dá)，更加快投資回收報(bào)酬率（ROI），相對提高終端使用者和OEM設(shè)備廠商導(dǎo)入意願。
ABB更在旗下IE5 SynRM系列同步磁阻馬達(dá)新加入了增安型馬達(dá)，強(qiáng)調(diào)專為在各種對變速要求嚴(yán)格的工業(yè)應(yīng)用而開發(fā)，讓目前在危險(xiǎn)區(qū)域行業(yè)運(yùn)營的客戶部署，能比傳統(tǒng)IE2/IE3馬達(dá)降低40%能源損失，同時(shí)確保安全和提高能效，在全球尚屬首例。
即使在部分負(fù)載下，SynRM馬達(dá)也能在整個(gè)速度範(fàn)圍內(nèi)提供精確的控制和高效率，使之成為泵浦、風(fēng)扇和壓縮機(jī)中標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)馬達(dá)的理想升級選擇，適用於可能存在爆炸性氣體、蒸汽或灰塵的產(chǎn)業(yè)，例如石油和天然氣、化學(xué)品、木材加工和麵粉加工等。
SynRM馬達(dá)還結(jié)合了永磁技術(shù)的效能優(yōu)勢，以及感應(yīng)馬達(dá)的簡單性和服務(wù)友善性，讓新型增安型馬達(dá)可以指定對客戶更具成本效益的安裝。例如在需要使用安全性更高的馬達(dá)時(shí)，可選擇具有特殊外殼的隔爆馬達(dá)；若是特別要求提高馬達(dá)負(fù)載能力的場合，也能透過與感應(yīng)馬達(dá)相同的尺寸提供更高功率（縮框），甚至是更小、成本更低的馬達(dá)來完成相同任務(wù)，減省設(shè)備空間及客戶部署的時(shí)間。
如今IE5 SynRM增安型馬達(dá)的輸出功率為5.5~315kW、外形尺寸為IEC132-315，其中優(yōu)點(diǎn)之一，是SynRM的運(yùn)作溫度比標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)更低，軸承溫度最多可降低15°C、繞組溫度最多可降低30°C，不僅提高了可靠性，延長馬達(dá)的使用壽命，也減少了停機(jī)維護(hù)的需求。
| 圖三 : :ABB更在IE5 SynRM系列新加入了增安型同步磁阻馬達(dá)，強(qiáng)調(diào)專為在各種對變速要求嚴(yán)格的工業(yè)應(yīng)用而開發(fā)，兼顧安全和提高能效，在全球尚屬首例。（source：mesures.com） |
|
導(dǎo)入低碳再生設(shè)計(jì) 加速循環(huán)經(jīng)濟(jì)閉環(huán)
此外，ABB在馬達(dá)本體製造方面，還從採用低碳材料開始，直到永續(xù)設(shè)計(jì)、組裝及營運(yùn)行銷等垂直整合。正與瑞典採礦和冶煉公司Boliden建立戰(zhàn)略合作關(guān)係，在其電磁攪拌（EMS）設(shè)備和高效能馬達(dá)中使用Boliden非使用化石能源開採，並使用回收產(chǎn)品的二次原料生產(chǎn)的低碳足跡銅，以減少排放排放溫室氣體（GHG），使之產(chǎn)品碳足跡減少65%，同時(shí)推動朝向循環(huán)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，成為ABB策略目標(biāo)的重要組成部分。
從2023年開始，ABB透過採購Boliden的低碳和再生銅，以滿足其在歐洲生產(chǎn)的IE5超高效SynRM和電動汽車馬達(dá)的需求。雙方還簽署了一份諒解備忘錄，ABB將支持Boliden識別其營運(yùn)部門的低效低壓馬達(dá)，為Boliden的再生銅提供原料，還可在ABB回收升級框架內(nèi)更換為高效能電機(jī)。
除了使用再生銅外，ABB還承諾增加使用再生電工鋼（e-steel）和再生鋁的比例，構(gòu)成閉迴路式循環(huán)經(jīng)濟(jì)，目前已將其馬達(dá)設(shè)計(jì)的可回收率提高至98%，其餘2%的材料可進(jìn)行焚燒並回收熱，估計(jì)可節(jié)省75%~95%的能源。
| 圖四 : :ABB在馬達(dá)本體製造方面，ABB還從採用低碳材料開始，直到永續(xù)設(shè)計(jì)、組裝及營運(yùn)行銷等垂直整合。（source：ABB） |
|
東元持續(xù)研發(fā)IE5/IE6高能效馬達(dá) 實(shí)現(xiàn)低碳製造
在全球製造業(yè)都邁向淨(jìng)零碳排的趨勢下，臺灣的東元電機(jī)不僅提供產(chǎn)品與服務(wù)，也扮演最核心的整合角色，能夠協(xié)助用電大戶落實(shí)節(jié)能減排，提供客製化專業(yè)評估與智慧化數(shù)據(jù)分析；同時(shí)透過創(chuàng)新的一站式服務(wù)模式，從廠務(wù)設(shè)備到生產(chǎn)製程，提供全方位的綠色智慧解決方案，協(xié)助企業(yè)強(qiáng)化永續(xù)競爭力。
東元電機(jī)公司零碳機(jī)電系統(tǒng)發(fā)展處長孫健榮指出，現(xiàn)今10kW以下馬達(dá)要達(dá)到IE5等級，並利用馬達(dá)節(jié)能來實(shí)現(xiàn)低碳製造，還有許多待提升能效的空間，估計(jì)約有10%以上機(jī)械損失可排除，超高效率馬達(dá)（>=IE5）、永磁馬達(dá)（PM）及同步磁阻馬達(dá)將成主流。
東元除了已提供客戶IE3馬達(dá)之外，也逐漸跟上國際趨勢，加速實(shí)現(xiàn)IE4最低能效標(biāo)準(zhǔn)；進(jìn)而推出超高效IE5感應(yīng)及永磁馬達(dá)，憑藉IE5感應(yīng)馬達(dá)不需驅(qū)動器啟動的優(yōu)勢，在危險(xiǎn)環(huán)境的防爆應(yīng)用上仍為首選；並持續(xù)開發(fā)IE5同步磁阻馬達(dá)、IE6永磁馬達(dá)及磁石輔助（PMA磁石用鐵氧體，而非稀土的銣鐵硼）同步磁阻馬達(dá)發(fā)展，減少對於稀土磁鐵依賴。
| 圖五 : :東元也逐漸跟上國際趨勢，推出超高效IE5感應(yīng)及永磁馬達(dá)，在同轉(zhuǎn)速下，永磁馬達(dá)將可省下轉(zhuǎn)速差所流失的6~8%效率，將有更顯著的節(jié)能效益。（source：東元） |
|
迎合設(shè)備變速需求 聚焦永磁直驅(qū)馬達(dá)
孫建榮表示，目前用來生產(chǎn)的工廠及其設(shè)備，其實(shí)都是針對產(chǎn)能滿載或擴(kuò)充而選用、設(shè)定較高安全係數(shù)，卻忽略了中小型馬達(dá)未必都要全負(fù)載運(yùn)行，而須採用變速（1200rpm~1800rpm）控制來調(diào)整節(jié)能，以達(dá)到IE2/IE3/IE4不同等級的功率輸出範(fàn)圍。
其中高效率馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的變速（頻）控制節(jié)電原理，在流體機(jī)械的泵揚(yáng)程或風(fēng)扇壓力、流量下，與轉(zhuǎn)速一次方、壓力與轉(zhuǎn)速二次方成正比。惟當(dāng)馬達(dá)降轉(zhuǎn)速至83.3%（50Hz）運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因耗電量與馬達(dá)轉(zhuǎn)速三次方成正比（50/60Hz），轉(zhuǎn)速變化不大，但耗電量僅需原來的57.9%。
且因?yàn)橛来篷R達(dá)屬於同步馬達(dá)，少了感應(yīng)馬達(dá)為異步馬達(dá)的轉(zhuǎn)速差，所以在全速域範(fàn)圍內(nèi)效率較佳。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)速越低則差異越大，節(jié)能效果越佳；在同轉(zhuǎn)速下，永磁馬達(dá)將可省下轉(zhuǎn)速差所造成的6~8%效率差異。使得若需要怠/變速的產(chǎn)業(yè)機(jī)械，為了降低設(shè)備成本，若更換永磁馬達(dá)將有更顯著的節(jié)能效益。
有別於過去設(shè)備馬達(dá)若須調(diào)整高/低轉(zhuǎn)速，而搭配聯(lián)軸器和減速機(jī)時(shí)，卻仍須承擔(dān)機(jī)械損失不同，倘若能改由馬達(dá)直驅(qū)將達(dá)到低轉(zhuǎn)速、高扭矩將有所改善；還能經(jīng)由驅(qū)動器直接控制馬達(dá)、耦合到扇葉，達(dá)到最佳速度控制和整體效能，以實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)轉(zhuǎn)節(jié)能、降低保養(yǎng)成本，東元現(xiàn)已將其IE5超高效率馬達(dá)直驅(qū)系統(tǒng)導(dǎo)入冷卻水塔應(yīng)用。
打造能源管理核心平臺 提升製造業(yè)導(dǎo)入意願
目前東元除了提供IE3/IE4/PM高效率馬達(dá)及變頻器（INV/LVD/MVD），提升或控制設(shè)備效率之外；還進(jìn)一步與異業(yè)結(jié)盟，導(dǎo)入空壓、空調(diào)、泵、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)解決方案；最終打造智慧能源與碳資產(chǎn)管理系統(tǒng)，讓節(jié)能減碳資訊蒐集更輕鬆，進(jìn)而達(dá)成數(shù)位化管理行為及需求。
並為此提出低碳製造數(shù)位化管理方案，以東元ESG基礎(chǔ)管理平臺為核心，包含：企業(yè)用電管理模組EMS、溫室氣體管理盤查模組CNm、設(shè)備效率管理模組CEm、設(shè)備健康管理模組MHm-P等，皆是透過管理機(jī)制及提升設(shè)備效能，達(dá)成企業(yè)節(jié)能減碳目標(biāo)的數(shù)位管理工具。
其中獨(dú)有的電力浪費(fèi)管理模組EWm，係針對運(yùn)轉(zhuǎn)超過5年以上、能效可能下降的設(shè)備，利用數(shù)位化智慧模組即時(shí)偵測設(shè)備運(yùn)行效率值，是否低於原廠設(shè)定？同時(shí)提供可視化碳管理功能，而具備獨(dú)有馬達(dá)老（劣）化警示功能，顯示用電浪費(fèi)%，進(jìn)而維持能效最佳化、減省電費(fèi)。
但孫健榮也坦言，要讓企業(yè)願意汰舊換新還須納入考量ROI，東元因此與客戶深入溝通，瞭解其使用能源的真實(shí)狀況，以及設(shè)備、馬達(dá)的型式、能效等級、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和負(fù)載變化。例如曾有客戶選購120HP馬達(dá)，實(shí)際卻只用到100HP時(shí)，將會導(dǎo)致運(yùn)行低效不彰，進(jìn)而針對整體考量提出建議更換的馬達(dá)，並依實(shí)際需求縮小風(fēng)扇、泵等規(guī)格，而得到更高ROI的可執(zhí)行方案。
未來也希望政府能將制訂IE4為馬達(dá)最低能效標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)程提前，會更有助於臺灣馬達(dá)製造廠商的技術(shù)能力提升，以及更高效使用馬達(dá)而加速汰舊換新。東元則可提供製造業(yè)更多的創(chuàng)新應(yīng)用，協(xié)助產(chǎn)業(yè)晉升綠色工廠的實(shí)績與步驟，為客戶打造高效節(jié)能的智慧低碳生產(chǎn)線。
近期為鼓勵節(jié)能改善投資、縮短回收年限，經(jīng)濟(jì)部也推出隨到隨審「動力與公用設(shè)備補(bǔ)助」，配合歐美最新趨勢將IE4感應(yīng)馬達(dá)列入今年度最新的補(bǔ)助範(fàn)圍，包括微油式空壓機(jī)、水泵、通風(fēng)機(jī)，和1~270HP的IE4低壓三相鼠籠型感應(yīng)馬達(dá)。
根據(jù)設(shè)備類別和額定功率的不同，每kW補(bǔ)助700~5,000元，中小企業(yè)更會額外加碼20%，每家公司補(bǔ)助上限為500萬元；年?duì)I業(yè)額超過1億元的公司上限，則提升至1,500萬元。除了採書審優(yōu)先、不得重複申請外，並無次數(shù)或購買數(shù)量限制，最晚至2024年1月15日為止。
| 圖六 : :東元電機(jī)公司零碳機(jī)電系統(tǒng)發(fā)展處長孫健榮表示，未來也希望政府能將制訂IE4為馬達(dá)最低能效標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)程提前，會更有助於臺灣馬達(dá)製造廠商的技術(shù)能力提升，以及更高效使用馬達(dá)而加速汰舊換新。（攝影：陳念舜） |
|
