能源應用--合理化使用電能

能源應用--合理化使用電能黃文良李建興蕭盈璋高雄工專電機科和春工專電機科摘要近年來，因國內政經社會的的快速變化，及環保和民主意識的提高，以致新電廠及變電所等電力傳輸或轉換設備之興建日趨困難;於面對負載需求之日益增加，為了避免造成供電不足而影響經濟和民生，吾人若能合理化使用電能，將可降低電力短缺所導致之限電甚或停電之困擾，並且亦可節省龐大電費支出。因此，合理化使用電能所產生之經濟效益較投資於電能資源開發以增加電力供應量更具時效。本文內容包括合理化使用電能之範疇，合理化使用電能之規劃，及如何合理化使用電能等要項，以供大眾對合理化使用電能有進一步之了解。

能源應用--合理化使用電能

黃文良李建興蕭盈璋

高雄工專電機科和春工專電機科

摘要

近年來，因國內政經社會的的快速變化，及環保和民主意識的提高，以致新電廠及變電所等電力傳輸或轉換設備之興建日趨困難;於面對負載需求之日益增加，為了避免造成供電不足而影響經濟和民生，吾人若能合理化使用電能，將可降低電力短缺所導致之限電甚或停電之困擾，並且亦可節省龐大電費支出。因此，合理化使用電能所產生之經濟效益較投資於電能資源開發以增加電力供應量更具時效。本文內容包括合理化使用電能之範疇，合理化使用電能之規劃，及如何合理化使用電能等要項，以供大眾對合理化使用電能有進一步之了解。
關鍵詞：能源應用、合理化使用電能
一、前言
能源係任何國家經濟發展之原動力，亦是提高人民生活水準所不可或缺者;能源開發在任何國家經濟建設過程中，扮演著關鍵及領先發展的角色。臺灣由於能源蘊藏不豐，且開採不易，所需能源大部份依賴進口，而在所有進口能源中，有很大比例提供電廠轉換為電能之用，可見電力在所有能源供應中，具有舉足輕重的地位(1)。
「電能」具有乾淨、效率高及傳遞容易等特性，且在科技進步及講求提高生活品質的時代，更顯現出它的重要性。例如家庭用器具、運輸用工具及工業生產用機器等皆逐漸電氣化，可見電氣化為人類未來生活之一重要指標，其可用以表示生活水準之高低且又隱含著電氣化之利益。因此，在不久之未來，電能將可能更加普及，更為人類所重視。
近年來，因國內經濟迅速地成長，而且人民之民主和環保意識大幅度提高，以致新電廠及變電所等電力傳輸或轉換設備之興建漸趨困難;且面對日益增加之負載需求，為了避免造成供電不足而影響經濟和民生，吾人若能合理化使用電能將可減低電力短缺所導致之限電甚或停電之困擾，並且可以節省龐大電費支出。因此，合理化使用電能所產生之經濟效益較投資於電能資源開發以增加電力供應量更具時效。本文內容涵蓋合理化使用電能之範疇，合理化使用電能之規劃，及如何合理化使用電能等要項逐一說明，以供大眾對於合理化使用電能有進一步之瞭解。
二、合理化使用電能之範疇
所謂「合理化使用電能」，意即電力消費者可以最適合實現經濟目標之方法來利用電能。一般而言，在不影響生產品質及生活水準之情況下，應設法節省電力消耗及電費支出。
合理化使用電能之範疇涵蓋工業、商業及住家等部份。臺灣地區家庭及商業部門的電能消費量約佔全部電能消費量的四分之一，其中空調系統是電力消耗的主因，其次是照明系統。因此，如能降低家庭及商業等建築之尖峰時間空調系統與照明系統用電，即可明顯地降低電力公司尖峰負載成長率。
然而目前所有用戶用電情形仍以工業用電所佔比例最高，若欲有效增加電能之利用，亦應從工業部門用電合理化著手，如此將能獲得較為顯著之改善。
三、合理化使用電能之規劃
無論工廠規模之大小，經營者須對公司用電合理化事先擬妥一套計劃，按其計劃執行，方可降低電能之浪費，並且可以找出改善電能使用效率之道，如此即可減少工廠之操作成本，促使生產成本更具競爭力。此計劃可分成兩部分(2):
(1)電能管理計劃
(2)電能節約計劃
以下即針對兩計劃之依循目標、方法、執行及評估等四項，分別加以敘述。
(A)電能管理計劃

目標:為確定工廠各部門之電能需求量，並應用科學管理的方式處理電能使用，俾在正常運作下以最經濟有效方式去使用電能。
方法:於工廠編制內成立電能管理計劃工作小組，其職責為對工廠各設備或製程電能需求量，運轉時之最佳運轉效率等作分析、執行、監督，並作電能管理技術的研究發展。
執行:電能管理計劃工作小組已擬好電能管理計劃，按著即依照計劃執行其工作，其工作項目包括以下幾項:

甲、擬製各設備或製程之電能查核表

依各工廠使用設備規格之不同，設計各設備或製程電能查核表，如此方可規格化列出全系統各設備或製程之負載特性。

乙、搜集各設備或製程及建築物相關圖表

將搜集得到之資料做深入研究，並應用流程圖表示製程中之進料、各循環中之溫度差異、以及製程中各階段電能使用之形式及用量。再根據以往資料計算所得，繪製出電能平衡表，其中可顯示出各種耗能設備之電能年消費量，經由電能消費型態分析，可以改善電能使用情形。

丙、實際至工作現場查核

電能管理計劃工作人員應實際至工作現場對各設備或製程進行了解，並與現場操作人員相互討論，明瞭各設備或製程運轉過程中有否不正常狀況，如設備多於運轉、製程洩漏氣味等，均可做為電能消耗之參考。

丁、分析耗能電費單

分析過去每月之電能消費數據，並將所有電能消費轉換以度/月為單位，將總消費量除以建築物面積，即可獲得建築物之電能指數。如此即發展出一套以電能消費為基礎之資料檔，其亦可顯示出各設備或製程電能管理之優先順序。

戊、總結乙份各設備或製程電能管理優先順序之報告

在所有預能管理執行項目中，最終目的是為了得到此份報告，以作為公司推展電能管理之依據，於報告中可以列出所能節約之電力及電費，以及如何改善電力浪費與回收期限等。

評估:擬好電能管理計劃，經過執行後，緊接著即將實行成效整合加以評估，俾發覺及改善執行過程中缺失。以下提出幾項檢討評估供作參考。
甲、工廠用電，有否善用電力公司離峰電力?
乙、各設備之安裝，運轉及維護等有否合理化?
丙、每單位產品或設備之電能消費有否降低?
丁、各設備之功率因數有否需要加裝電容器以提高功因?
戊、電力系統轉換損失有否降低?

(B)電能節約計劃

目標:為降低電力系統成網路之全部電能消費，亦即確定各部門節約電能之潛力，減少不必要之損耗及降低成本，以達到工廠電能得以充分經濟地利用。
方法:於工廠編制內成立電能節約計劃工作小組，其職責為對工廠各設備或製程電能節約潛力之分析、執行、監督，並作節約電能技術的研究發展。
執行:電能節約計劃工作小組已擬好電能節約計劃，按著即執行其工作。工作項目一般包括以下幾項:
甲、擴大實施工廠用電之可停電力

於夏天電力公司尖峰負載用電時，減少或停止工廠用電，實施部份工廠的檢修工作，如此即可向電力公司申請優惠電價，減少部份電費支出。

乙、於工廠內裝設汽電共生設備

汽電共生技術漸被重視，可依工廠實際需求作裝置汽電共生設備可行力案之經濟評估，比較其利益及投資之可行性。

丙、向公司員工加強宣導有效用電之觀念與方法

於公司內舉辦各類節約電能運動，如節約電能演講及漫畫比賽，印製節約電能各種海報及標語等活動，以及各級主管須時時提醒員工有效用電之觀念與方法，以達到人人節約的境界。

丁、改善工廠內現有設備之運轉保養方法

將工廠內現有設備依各設備名稱、效率、及無效能之去處等資料記錄下來，查明無效能浪費之去處，並針對該處加以改善，將效率不佳之設備淘汰，代以節能設備，以提高電能使用效率。

戊、強化日常操作管理

將各現場設備操作人員集中，施行節能專業知識訓練，以幾乎不需要設備之投資，達到節能之目的。

評估:電能節約計劃工作小組於執行電能節約工作後，須加以評估，繼續改善其電能浪費之所在，以達到真正合理化用電之目標，其工作項目一般包括以下幾項:

甲、電力照明，空調系統有否合乎經濟化使用?
乙、建築物之防熱絕緣?
丙、各設備或製程不必要之損失有否改善?
丁、評估後是否已裝設汽電共生設備?
戊、公司全體員工對節約電能有否達到共識?

四、如何合理化使用電能
公司或工廠經由一切相關資料做了用電合理化評估後，企劃乙份合理化使用電能之計劃書，緊接著應立即著手執行計劃，以下就針對企業界於規劃合理化用電時所應注意之處提出幾項供參考。

甲、努力改善功率因數

1.減少無效負載;馬達在全負載運轉有一較佳之功率因數。
2.提供馬達或其它設備額外的電容器，這是最經濟的方法。
3.使用同步馬達代替感應馬達。

乙、加強負載管理

1.重新安排相關之電能使用，使其大部份於非峰時段運轉。
2.使用負載需求控制器或電腦，做負載量自動調變。

丙、有效使用照明系統

1.深入了解建築物照明系統的設計，使其照明合乎規定，避免照明不足或太亮。
2.使用光電池、調光器、及低壓切換控制系統等設備控制照明系統。

丁、減少公用設施和製造過程的電能損失

1.深入了解蒸氣的特性，在各設備或製程中做一些改善措施，避免浪費。
2.將一些平常排放之蒸氣回收，或考慮採行汽電共生，以減少浪費。
3.應用熱轉換之原則，改善設備和管路系統之能源損失。

戊、減少建築物的電能損失

1.應用不同型態之玻璃避免陽光之直接照射，可使建築物之空調量減少，達到電能節約。

2.應用大自然光線作為建築物良好採光設計，減少照明系統於白天之使用量。
3.使用儲冰式空調系統或設計一套電腦空調自動控制系統。

己、利用太陽能集熱器，降低電能尖峰負載

1.應用工業用熱水大量使用之工廠，可降低加熱過程之電能損耗。
2.家庭內之熱水系統亦可改由太陽能熱水器來代用，亦可減少大量熱能使用。

五、結論
臺灣能源百分九十以上需仰賴進口，每一度電均得來不易。雖然合理化使用電能之基本觀念早為人們所知，但實行方面卻各有不同。一般以工業部門之實施成效較商業及研究部門更具接受力，也因此獲益較多。我國自產能源有限，不論類似伊科事件是否發生，節約能源都應列為國家之長期政策，因此吾人建議:
(1)成立國家電能使用合理化研究中心

此中心之成立有助於推行各項能源之合理使用與力行節約;此外，亦可作為提供民間企業界有關能源使用、如何合理化或是各類專業顧問服務。

(2)加強各級學校能源教育之推行

開源節流人才之培育需從小開始，依各級學校訓練目標適當地設計能源教育教材(3)。

目前國內有關節約能源或節省用電之要領與技術等資料很多，卻很鮮見針對工廠用電之合理化使用探討之文獻，期望藉由本文介紹可以進一步了解合理化電能使用之意義。
　
六、參考資料
1.黃文良、黃昭睿:「能源應用」，第二版，第1-10頁，東華書局，臺北(1990)。
2.Wayne C. Turner, "Energy Management Handbook", John Wieley & Sons, Inc.，pp.322-350，Canada,1982﹒
3.黃昭睿，「能源應用實驗之課程設計」，技術學刊，第五卷，第一期，第1-7頁，臺北(1990)。