產業能效提升-1

(1)

產業能效提升-1

產業能效提升之技術面探討

2015產業能效提升之回顧與展望專家論壇

楊秉純

工業技術研究院綠能與環境研究所

2015/11/30

(2)

產業能效提升-2

報告大綱

 我國能源供需現況及節能推動成效

 工業節能議題分析及技術需求

 住商節能議題分析及技術需求

 能效提升策略作法

 節能潛力預估

 結語與討論

(3)

產業能效提升-3

 98 ％的能源供應依賴進口；90 ％的能源供給依賴化石燃料(煤炭、石油、及天然氣)

 2014年能源供應量為14,745萬公秉油當量；能源消費總量約為11,504萬公秉油當量

 再生能源佔比 < 2%

 工業用能源消費佔38%；非能源使用佔21%

台灣能源供需結構

(4)

產業能效提升-4

 2014年總發電量為2,600 億度電；電力消費總量約為2,511 億度電

 再生能源佔比 < 4%

 工業用電力消費佔 ≈ 54%；服務業佔 ≈ 19%；住宅部門佔 ≈ 18%

資料來源：能源統計月報 (2015)

約 80 ％的電力供給依賴化石燃料

台灣電力供需結構

(5)

產業能效提升-5 資料來源；經濟部能源局2015年

節能推動成效

GDP與能源消費趨勢

 2010~2014年能源消費年平均成長率上升1.50%

 較同期經濟成長率 4.45%趨緩

(6)

產業能效提升-6

5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0

0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Total Domestic Consumption Energy Intensity

資料來源：經濟部能源局(2015)

公升油當量/NT$1,000 萬公秉油當量

近14年平均改善幅度1.7%、

近5年改善2.8%

能源消費與能源密集度趨勢

台灣總能源消費能源密集度

 近5年(2010~2014年)能源密集度年平均下降2.8%，顯示能源效率顯著改善，達每年2%以上目標

 2014年較2005年能源密集度已下降20.9%，已達20%之節能目標

能源密集度改善趨勢

(7)

產業能效提升-7

 我國能源供需現況及節能推動成效

 工業節能議題分析及技術需求

 住商節能議題分析及技術需求

 能效提升策略作法

 節能潛力預估

 結語與討論

(8)

產業能效提升-8

 趨勢分析

 2014年工業耗能佔我國總耗能37.7%以上，耗電則達53.8%

 根據 IEA估計，採用最好的節能技術將可再減少工業耗能20%

 產業結構轉型、提高附加價值率與能源效率提升等，為工業部門節能的主要重點

 關鍵議題

 政策面

 研擬相關法規及推動示範系統，提升節能設備接受度及使用誘因

 需有整體性之節能改善措施，協助產業結構轉型

 技術 /服務面

 燃燒系統、動力系統、區域冷熱能及製程改善為提升能源使用效率最具潛力之對象，亟需技術發展

 專業及系統化的能源技術服務業 (ESCO)，協助產業檢視及改善能源耗用情形

工業節能關鍵議題分析

(9)

產業能效提升-9

 現階段需求

 強制性推動工業節能

 對於「鍋爐效率提升」與「汽電產銷優化」持續有開發與應用需求

 國內技術發展狀況

 各汽電廠著力於平日之系統維修運轉

 部分學研單位有投入研究開發

 技術應用困難

 引進國外技術應用，會有地域性和金額高的執行困難

 國內技術應用，會面臨開發持續性與技術有效性的窘境

鍋爐效率再提昇之需求

台灣工業部門耗能概觀

(汽電共生與蒸氣鍋爐佔了約

26.8%工業耗能)

(10)

產業能效提升-10

 鍋爐燃燒效率最大化 /煙囪 NOx排放符合環保法規

 困難點

 每班操作員 O ₂ 設定不一致

 NOx受煤品質影響變異大

 技術方法

 整合凌駕控制與專家系統

 虛擬感測應用: 即時預測NOx

 實證結果

 效率提升 0.64%

 飛灰未燃碳減少 44.5%

汽電鍋爐效率提升技術

凌駕控制架構

專家系統苗栗C化工廠-59MW汽電共生系統

發電廠燃煤鍋爐

煙囪

控制前控制後飛灰外觀圖

FDF：變頻風扇

(11)

產業能效提升-11

 尋求最佳效能滿足廠內蒸汽與用電需求，並且以最低成本 \最大獲利空間

 困難點

 I/O模型建立精準度與變異分析

 廠內蒸汽量測與平衡

 技術方法

 以隨機模型與最佳化方式來搜尋最適操作決策

 測試結果

 約可節省燃料成本1.5%

汽電產銷優化技術

(12)

產業能效提升-12

12 燃煤系統的效率問題

•不同負載有不同空燃比設定

•每班操作員手動操作設定不一致

藉由氧氣回饋控制改善燃燒效率與未燃碳

DCS操作站之圖控畫面

切換至自動控制

O

₂

濃度控制結果-設定點追蹤 ITRI O

₂

控制軟體

軟體操作畫面

特色

•同時顧及燃燒效率與空污規範

•設有多道安全保護機制

凌駕控制架構

Note: O

₂

設定值會隨者不同負載自動變更

燃燒系統自我優化操作平台

(13)

產業能效提升-13

LNG冷能利用

消費利用

(distribution & use) 儲存汽化

(regasification) 運送

(shipping) 液化儲存

(liquefaction) 開採生產

(production)

(消耗電力：~850kWh/t) (釋放冷能：830~860MJ/t) [相當於230kWh/t~239kWh/t ]

-200 -162 -150 -100 -50 0(℃)

冷能發電

氣體分離乙烯精製

液化二氧化碳

海水淡化

低溫栽培養殖冷

凍倉庫食

品冷凍

冷凍食品保管廢

汽車粉碎

食品粉橡膠等碎

粉碎

輕烴分離

乾冰製造

間接利用

直接

利用

(14)

產業能效提升-14

ORC發電機組-H2P

Organic Rankine Cycle(有機朗肯循環)

利用低溫沸點 ^{有機工作流體} (例如：冷媒、氨等)的熱機循環系統，將

低溫熱能轉換為電力 (Heat to Power)

膨脹機

工作冷凝器流體昇壓泵

入口出口

入口

1 2

3

4 出口

源熱源冷

蒸發器發電機

(2)蒸發器

(4)冷凝器

(1)工作流體昇壓泵

(3)膨脹機和發電機組

(15)

產業能效提升-15

 我國能源供需現況及節能推動成效

 工業節能議題分析及技術需求

 住商節能議題分析及技術需求

 能效提升策略作法

 節能潛力預估

 結語與討論

(16)

產業能效提升-16

 趨勢分析

 2014年住商用電約占全國用電的37%且持續成長中，主要為建築耗電

 世界各國政策皆全力推動低耗能建築

 為降低再生能源不穩定特性衝擊，建築需具備電力調節與需量管理能力

 關鍵議題

 政策面

 制訂完善政策工具，如建築節能設計法規、設計指南、能效標識等

 獎勵措施施行，提升業者投入之誘因

 技術面

 高效率低成本之各項建築內 /外耗能材料與設備(如建築外殼、窗戶、

空調、照明等 )

 有利於進行建築設計與系統整合之建築耗能模擬工具

 可降低再生能源不穩定衝擊之電力調節與需量管理能力

住商節能關鍵議題分析

(17)

產業能效提升-17

 冰水機提供建築與製程空調冰水降溫所需，為中央空調系統最重要的設備之一，耗電佔中央空調總耗電 50% (約佔我國總耗電量10%

左右 )

 工研院結合國內產業界致力於螺旋式與離心式兩項冰水機技術，並已帶領國內產業成功建立全面的自主性技術，關鍵元件自製率達 100%

 為提升我國冰水機產業的競爭力，需投入高值化的產品與應用市場發展，而磁浮無油離心式冰水機因具高轉速、高效率、無摩擦、免潤滑油、噪音小等優點，為具潛力之次世代空調系統發展最重要的產品

冷凍空調技術

(18)

產業能效提升-18

智慧人因照明系統

環境感應器環境感應器

人感應器人感應器

溫度亮度氣壓濕度體溫音量紅外線 … …

感應模組

通信與控制介面通信與控制

介面

照明資料庫燈具資料庫分析運算核心

信號傳輸

控制器控制器光控制光控制控制模組

動態感應器動態感應器

時程、照度

(1) 人性化調整光環境:不同環境或被照物提供不同光，符合需求 (2) 照明管理、設備功能監測及節能控制

18

(19)

產業能效提升-19

智能化照明系統

1. 照度/輝度/色溫等控制

2. 隧道照明應用:兩端亮度調控 3. 室內:個人化色溫、照度

4. 電力及照明監測 ^，故障分析回報

輸出光流明

時間 _天

t1

恆定照度

時間 _年 100%

25%

100%

70%

Y1 Y2 Y3

t2 t3

19

(20)

產業能效提升-20

 我國能源供需現況及節能推動成效

 工業節能議題分析及技術需求

 住商節能議題分析及技術需求

 能效提升策略作法

 節能潛力預估

 結語與討論

(21)

產業能效提升-21

 以需求面及未來產業發展趨勢規劃與執行科技研發專案

 從節能觀點研發生產設備之使用與維護技術

 從系統觀點擴大汰舊換新之成效及推動區域能源系統

 法規／標準／誘因三者並重

 擴大節能人材培訓及養成

能效提升策略作法

(22)

產業能效提升-22

低碳技術整合應用

Demand – response management

Control of demand response management and load transition (variation)

Storage Device Green Building

Energy management System

Smart Grid

Demand EICT Supply

(23)

產業能效提升-23

冷熱電 (CCHP)整合示意圖

Chilled Water Absorption Chiller

Air Condition Hot Water

Stack

Recuperator

Combustor

Air Inlet

Compressor Turbine

Gear Box

Generator Power output Exit gas

~650F

ORC Exhaust 150F

Water in

Generator

Power output

Turbine Condenser

Pump

Fue l

ORC

Heat Storage & Supply

Micro Turbine

Chiller & Air Condition

(24)

產業能效提升-24

產業節能技術整合架構

(25)

產業能效提升-25

資料來源：http://www.myfloridagreenbuilding.info/images/Anatomy.gif

建築節能四大面向

（1）建築設計節能

（2）耗能設備效率提高

（3）再生能源裝置產能

（4）智慧管理控制發揮綜效

(26)

產業能效提升-26

智慧節能居家環境示意圖

能源儲存外牆保溫

智慧型

玻璃

(27)

產業能效提升-27

住商節能技術整合架構

(28)

產業能效提升-28

智慧電網之虛擬電廠未來情境

Power Information &

Control Traditional Power Plant

Substation

TSO/

DSO

VPP Operator

Participants/ Distributed Resources

 電業趨於自由化

 降低備載電力成本將成焦點

 用電需求上升，供電吃緊

 傳統電廠興建困難，可能造成供電不足

 PV與風力無法調度，無法保證穩定供電

 高占比再生能源將造成供電的不穩定性，且須搭配高額備轉容量

 台灣北部已出現區域供電瓶頸，影響區域發展

 解決方案

 需求端以ICT促成節能之餘，外加調度能力

 供應端以儲能裝置抑制不穩電力及提供調度能力

 結合電力分析、資訊網路、預測與決策技術，達成最經濟之系統調度

Wind

PV Fossil

Gap

電力供應電力需求

(29)

產業能效提升-29

 我國能源供需現況及節能推動成效

 工業節能議題分析及技術需求

 住商節能議題分析及技術需求

 能效提升策略作法

 節能潛力預估

 結語與討論

(30)

產業能效提升-30

30

工業技術研究院機密資料禁止複製、轉載、外流 │ ITRI CONFIDENTIAL DOCUMENT DO NOT COPY OR DISTRIBUTE

我國工業部門節能潛力推估

coal-fired cogeneration

13%

fan and air compressor

21%

motor and pump

29%

boiler 6%

Iron and steel 8%

Cement 3%

Petrochemical 12%

Ohters Industry

3%

Energy Management

system 5%

節能潛力推估

 估計在 2025年，工業部門節能潛力可達 8.34 百萬公秉油當量

 電機驅動的應用設備（包含

：馬達、泵浦、風機和壓縮機等）占了 50%的節能潛力

 透過製程改善與能源管理，

工業部門的能源效率將有 11%的提升空間

 耗能產業 (如石化業、燃煤汽電共生等 ) 亦可透過蒸餾塔節能改善、更換高效率價熱爐

、替代燃煤電廠發電等措施達到節能減碳效益

資料來源: 工研院綠能所統計, 2015.05

(31)

產業能效提升-31 31

│ ITRI CONFIDENTIAL DOCUMENT DO NOT COPY OR DISTRIBUTE

節能潛力推估

 住商部門節能潛力，分成照明、空調、能源管理、

建築物外殼等主要的能源使用類別

 估計在 2025年，節能潛力可達 5.82 百萬公秉油當量

 空調與照明占了 76%的節能潛力

 結合管理與建築能源之智慧建築，可創造新的節能減碳機會

Hot Water Supply

2%

Cooling 35%

Lighting 41%

Other Appliances

8%

Building Shielding

3%

Smart Energy Management

System 11%

我國住商部門節能潛力推估

資料來源 : 工研院綠能所統計, 2015.05

(32)

產業能效提升-32

 我國能源供需現況及節能推動成效

 工業節能議題分析及技術需求

 住商節能議題分析及技術需求

 能效提升策略作法

 節能潛力預估

 結語與討論

(33)

產業能效提升-33

 節能減碳是一項無悔之策略

 國內透過技術研發及各項能效標準及管理機制，在能源效率提升上已呈現具體成果

 未來能效提升應從產業發展角度來看，配合全球節能減碳之趨勢，加速綠能科技之開發，促成國內產業之轉型及朝向高附加價值

 工業節能著重在管理及輔導；住商部門則在設備及器具之研究開發以提高能源效率；但兩者均需要致力於系統技術之整合應用

產業能效提升-1

產業能效提升-1

產業能效提升之技術面探討

2015產業能效提升之回顧與展望專家論壇

楊秉純

工業技術研究院 綠能與環境研究所

2015/11/30

產業能效提升-2

報告大綱

 我國能源供需現況及節能推動成效

 工業節能議題分析及技術需求

 住商節能議題分析及技術需求

 能效提升策略作法

 節能潛力預估

 結語與討論

產業能效提升-3

 98 ％的能源供應依賴進口；90 ％的能源供給依賴化石燃料(煤炭、石油、及天然 氣)

 2014年能源供應量為14,745萬公秉油當量；能源消費總量約為11,504萬公秉油當量

 再生能源佔比 < 2%

 工業用能源消費佔38%；非能源使用佔21%

台灣能源供需結構

產業能效提升-4

 2014年總發電量為2,600 億度電；電力消費總量約為2,511 億度電

 再生能源佔比 < 4%

 工業用電力消費佔 ≈ 54%；服務業佔 ≈ 19%；住宅部門佔 ≈ 18%

資料來源：能源統計月報 (2015)

約 80 ％的電力供給依賴化石燃料

台灣電力供需結構

產業能效提升-5 資料來源；經濟部能源局2015年

節能推動成效

GDP與能源消費趨勢

 2010~2014年能源消費年平均成長率上升1.50%

 較同期經濟成長率 4.45%趨緩

產業能效提升-6

5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0

0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Total Domestic Consumption Energy Intensity

資料來源：經濟部能源局(2015)

公升油當量/NT$1,000 萬公秉油當量

近14年平均改善幅度1.7%、

近5年改善2.8%

能源消費與能源密集度趨勢

台灣總能源消費 能源密集度

 近5年(2010~2014年)能源密集度年平均下降2.8%，顯示能源效率顯著改 善，達每年2%以上目標

 2014年較2005年能源密集度已下降20.9%，已達20%之節能目標

能源密集度改善趨勢

產業能效提升-7

 我國能源供需現況及節能推動成效

 工業節能議題分析及技術需求

 住商節能議題分析及技術需求

 能效提升策略作法

 節能潛力預估

 結語與討論

產業能效提升-8

 趨勢分析

 2014年工業耗能佔我國總耗能37.7%以上，耗電則達53.8%

 根據 IEA估計，採用最好的節能技術將可再減少工業耗能20%

 產業結構轉型、提高附加價值率與能源效率提升等，為工業部 門節能的主要重點

 關鍵議題

 政策面

 研擬相關法規及推動示範系統，提升節能設備接受度及使用誘因

 需有整體性之節能改善措施，協助產業結構轉型

 技術 /服務面

 燃燒系統、動力系統、區域冷熱能及製程改善為提升能源使用效 率最具潛力之對象，亟需技術發展

 專業及系統化的能源技術服務業 (ESCO)，協助產業檢視及改善能 源耗用情形

工業節能關鍵議題分析

產業能效提升-9

 現階段需求

 強制性推動工業節能

 對於「鍋爐效率提升」與「汽 電產銷優化」持續有開發與應 用需求

 國內技術發展狀況

 各汽電廠著力於平日之系統維 修運轉

 部分學研單位有投入研究開發

 技術應用困難

 引進國外技術應用，會有地域 性和金額高的執行困難

 國內技術應用，會面臨開發持 續性與技術有效性的窘境

鍋爐效率再提昇之需求

台灣工業部門耗能概觀

(汽電共生與蒸氣鍋爐佔了約

工業技術研究院綠能與環境研究所

 98 ％的能源供應依賴進口；90 ％的能源供給依賴化石燃料(煤炭、石油、及天然氣)

台灣總能源消費能源密集度

 近5年(2010~2014年)能源密集度年平均下降2.8%，顯示能源效率顯著改善，達每年2%以上目標

 產業結構轉型、提高附加價值率與能源效率提升等，為工業部門節能的主要重點

 燃燒系統、動力系統、區域冷熱能及製程改善為提升能源使用效率最具潛力之對象，亟需技術發展

 專業及系統化的能源技術服務業 (ESCO)，協助產業檢視及改善能源耗用情形

 對於「鍋爐效率提升」與「汽電產銷優化」持續有開發與應用需求

 各汽電廠著力於平日之系統維修運轉

 引進國外技術應用，會有地域性和金額高的執行困難

 國內技術應用，會面臨開發持續性與技術有效性的窘境

 每班操作員 O ₂ 設定不一致

專家系統苗栗C化工廠-59MW汽電共生系統

發電廠燃煤鍋爐

控制前控制後飛灰外觀圖

 尋求最佳效能滿足廠內蒸汽與用電需求，並且以最低成本 \最大獲利空間

 I/O模型建立精準度與變異分析

 以隨機模型與最佳化方式來搜尋最適操作決策

切換至自動控制

氣體分離乙烯精製

液化二氧化碳

海水淡化

低溫栽培養殖冷

凍倉庫食

品冷凍

冷凍食品保管廢

汽車粉碎

食品粉橡膠等碎

輕烴分離