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風機節能:以中壓變頻器為水泥廠年省百萬電費
[作者 台達能源基礎設施事業群]   2024年05月29日 星期三 瀏覽人次: [852]

中壓變頻器的產品壽命長達10-15年,是一套投資回收期短,又能夠立即看見節能減碳效果的設備。不過,中壓變頻器為一套架構複雜的整合系統,當中結合變壓器、功率單元、風機、DSP+PLC控制系統等多種元件,需要更全面、更專業的預防性維護以及即時故障排除、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機馬達上加裝中壓變頻器運用,從而達到大幅節能效益。


隨著2023年歐盟開徵碳關稅,台灣2050年淨零排碳目標,因此製造業、半導體、鋼鐵、水泥、紡織、自來水廠等高耗能產業需肩負起節能減碳的義務,工廠、商辦無不竭盡所能優化用電結構,如進行工廠節能,或提升太陽能、風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,工業用電中,馬達用電就占比69%;綠能政策帶動製造業轉型,當中的水泥業為高耗能產業,節能減碳的腳步更是刻不容緩,必須嚴實把控每個節能環節。


根據經濟部能源局報告,風機馬達的耗電量達全國用電量10%,馬達節能自然也成為水泥業的項目重點之一。台達作為能源管理專家,曾實際對水泥廠進行節電改造,年省百萬之譜,投報年限短,其中的關鍵在於台達加裝中壓變頻器於該廠的冷卻引風機馬達上,使馬達由定速運行,轉為變速運行,節能效率達51%。


掌握風機馬達運轉轉速 大幅節省用電量

風機的耗電原因,除了風機本身的設計問題外,其運行調節方式也是一大重點。傳統風機一般是透過擋板調整風量與壓力,即便風量變小,此時的風機馬達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搭配水電阻降速,也僅能做到2-3段的調速,靈活度有限。


而中壓變頻器搭配風機馬達能做到無段調速,可以使該馬達由定速運行,變成變速運行,並按作業環境情況做到精準調速,不但可以控制出風量、出水量的大小,還能達到高效節能的目的。


中壓變頻器直接控制其馬達轉速後,可以使該馬達由定速運行,變成變速運行,不但可以控制出風量、出水量的大小,又兼具節能省電的效果。


經濟部能源局的報告中更直接建議,加裝變頻器對風機的馬達調速,進而進行風量調節,可有效節省電力,還能減緩因電流啟動對電網、電機造成的衝擊,延長設備使用年限。



圖一 : 在相同流量(風量或水量)需求下,安裝中壓變頻器後的馬達耗電量明顯小於未安裝的。(source:台達)
圖一 : 在相同流量(風量或水量)需求下,安裝中壓變頻器後的馬達耗電量明顯小於未安裝的。(source:台達)

水泥製程8大節能機會點

水泥生產流程中需要用到許多大功率的風機,產線會根據產能以及運轉情況的需求,控制風機管道內的風量或壓力,目前的控制方式多以馬達定速運行,搭配擋風板控制風量,因此耗電量大,很適合加裝中壓變頻器進行節能改造。一般水泥廠生產流程中,常見的大功率風機如圖二所示。



圖二 : 水泥生產流程中的大型風機,可透過中壓變頻器節能。(source:台達)
圖二 : 水泥生產流程中的大型風機,可透過中壓變頻器節能。(source:台達)

節能成功案例

【案例一】宜蘭水泥廠 /冷卻引風機/ 260kW , 3.3kV

本案例原使用擋板開度來調整風量,進而控制管道內壓力,實際使用中壓變頻器前,每日用電度數為5,681度電;使用中壓變頻器後,每日用電度數降為2,734度電,節能率高達51.9%,換算2020年工業平均電價,改造一台引風機,一年就省下260萬。


表一:260kW, 3.3kV馬達變頻運轉前後用電度數差異

 

每日用電度數(kWHr/Day

實際節能率%

未裝變頻器

5,681

51.9%

安裝變頻器

2,734



圖三 : 中壓變頻器安裝於水泥廠,為冷卻引風機節電。(source:台達)
圖三 : 中壓變頻器安裝於水泥廠,為冷卻引風機節電。(source:台達)

【案例二】宜蘭水泥廠 / 冷卻引風機 / 600kW , 3.3kV

本案例的冷卻引風機本身為交流繞線式馬達,除了利用擋板開度來達到調整調整風量以外,也透過水電阻調降馬達轉速,但因為水電阻降速幅度有限,馬達轉速僅下降3%(冷卻引風機馬達額定轉速原為588rpm,降速後為574rpm),評估後認為加裝中壓變頻器還有節能空間。


進行中壓變頻器改造後,每日用電度數由原來的12,890度電降至10,759度電,節能率為17.9%,換算2020年的工業平均電價,年約節省190萬。


表二:600kW, 3.3kV馬達變頻運轉前後用電度數差異

 

每日用電度數(kWHr/Day

實際節能率%

未裝變頻器

12890

17.9%

安裝變頻器

10579


風機、泵浦類馬達的節能效益最高

由於中壓變頻器的泛用性高,只要中壓變頻器與馬達的電壓、電流、功率匹配,就可以進行控制。而驅動流體為主的風機、泵浦類馬達,因轉軸上的輸出功率與轉速的立方成正比,亦即當轉速越高時,耗能就越大,因此,風機與泵浦類的馬達搭載中壓變頻器以後,更能彰顯節能效益,產業中常見搭載中壓變頻器的設備,如圖四所示。



圖四 : 產業中常見搭載中壓變頻器的設備(source:台達)
圖四 : 產業中常見搭載中壓變頻器的設備(source:台達)

圖五 : 台達中壓變頻器擁有自主研發、在地服務的實力,可避免客戶成為設備孤兒。(source:台達)
圖五 : 台達中壓變頻器擁有自主研發、在地服務的實力,可避免客戶成為設備孤兒。(source:台達)

中壓變頻器能為工商廠辦帶來巨大的節能效益,產品壽命更長達10-15年,是一套投資回收期短,又能立即看見節能減碳效果的設備。然而中壓變頻器是一套架構複雜的整合系統,它結合了變壓器、功率單元、風機、DSP+PLC控制系統等多種元件,需要更全面、更專業的預防性維護,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:台達)


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