根據(jù)能源局統(tǒng)計(jì)，目前在臺(tái)灣工業(yè)部門(mén)約占總用電量一半以上（56%），馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)又占其中64%；若再加入廠區(qū)既有的廠務(wù)設(shè)備，涵括：空壓機(jī)、廢水及排氣處理的泵浦、空調(diào)系統(tǒng)的冰水機(jī)等驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，恐將達(dá)到70%；甫於2023年落幕的《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》第28次締約方大會(huì)（COP28），更要求實(shí)現(xiàn)2030年能效倍增目標(biāo)，顯見(jiàn)透過(guò)馬達(dá)增效、節(jié)能減碳已刻不容緩！
經(jīng)濟(jì)部次長(zhǎng)曾文生近日也表示，自從歐盟CBAM去年底試行以來(lái)，廠商須申報(bào)進(jìn)口產(chǎn)品的碳含量，臺(tái)灣申報(bào)家數(shù)在全球名列前5名，顯示臺(tái)灣企業(yè)對(duì)碳定價(jià)非常敏感。估計(jì)臺(tái)灣全年碳排約2.7億噸，其中將近一半的碳排來(lái)自電力；若企業(yè)能少用1度電，平均碳排就會(huì)下降，提高能源效率非常重要，包含廠商設(shè)備能效提升、產(chǎn)業(yè)與民生使用行為的調(diào)整與改變。
加上早在2023年臺(tái)灣大選前，臺(tái)電便宣稱累積的巨額虧損已達(dá)到3,826億元，選後再經(jīng)電價(jià)費(fèi)率審議會(huì)提出今年上半年（4~9月）的最新電價(jià)費(fèi)率，自4月1日起調(diào)漲平均電價(jià)約11%，民生用電採(cǎi)較低調(diào)幅；產(chǎn)業(yè)用電調(diào)幅較高，但會(huì)依經(jīng)營(yíng)狀況及用電量採(cǎi)取不同調(diào)幅方式，針對(duì)各類用戶分群電價(jià)調(diào)整。
對(duì)於2023下半年用電量正成長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)調(diào)幅為14%，用電量持平或衰退未達(dá)10%產(chǎn)業(yè)調(diào)幅為12%、衰退10%以上產(chǎn)業(yè)調(diào)幅為7%，以減緩對(duì)用電衰退產(chǎn)業(yè)衝擊及照顧產(chǎn)業(yè)弱勢(shì)。至於用電量0.5億度以上的網(wǎng)路資料中心（Internet Data Center；IDC）、用電量5億度以上且2年用電平均正成長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)用電大戶，則會(huì)依用電量規(guī)模調(diào)高15%~25%漲幅。包括臺(tái)鐵、高鐵、北捷等公共運(yùn)輸系統(tǒng)用電大戶已開(kāi)始醞釀?wù){(diào)漲票價(jià)，央行也為此率先宣布預(yù)防升息；若再加入即將公布的2025年碳費(fèi)，更可能加劇綠色通膨。
| 圖一 : 用電量0.5億度以上的網(wǎng)路資料中心、用電量5億度以上且2年用電平均正成長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)用電大戶，則會(huì)依用電量規(guī)模調(diào)高15%~25%漲幅。 |
|
系統(tǒng)整合高能效馬達(dá) 為製造業(yè)深度節(jié)能關(guān)鍵
其實(shí)目前各家用電大戶依企業(yè)規(guī)模大小，對(duì)於提高使用能源效率都已有不同解決方案。基於各國(guó)已開(kāi)始針對(duì)馬達(dá)及驅(qū)動(dòng)/變頻器等變速系統(tǒng)開(kāi)始立法制定馬達(dá)最低能效標(biāo)準(zhǔn)（MEPS），除了影響智慧城市、工廠等終端產(chǎn)業(yè)應(yīng)用；更促使國(guó)內(nèi)外馬達(dá)等傳產(chǎn)機(jī)電OEM設(shè)備大廠陸續(xù)投入研發(fā)高能效馬達(dá)應(yīng)用，並減少使用稀土來(lái)確保產(chǎn)業(yè)永續(xù)發(fā)展。
包括歐盟自2023年起，要求100kW以上功率馬達(dá)皆須達(dá)到IE4等級(jí)之後，中國(guó)大陸也宣示將於2024年跟進(jìn)，臺(tái)灣與新加坡則訂於2025年實(shí)行。除了現(xiàn)已廣泛使用的超高效率感應(yīng)馬達(dá)（≧IE5），還有永磁馬達(dá)（PM）及同步磁阻馬達(dá)等選項(xiàng)將成主流，並引進(jìn)創(chuàng)新材料、變頻技術(shù)，再經(jīng)過(guò)後段系統(tǒng)蒐集設(shè)備即時(shí)或長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的資訊，於邊緣或雲(yún)端運(yùn)算分析，打造馬達(dá)智慧化聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，帶來(lái)更多商機(jī)。
然而，由於目前大多數(shù)工廠及其生產(chǎn)設(shè)備，都是針對(duì)產(chǎn)能滿載或擴(kuò)充而選用、設(shè)定較高安全係數(shù)（裕量），卻忽略了中小型馬達(dá)未必都要全負(fù)載運(yùn)行，而必須採(cǎi)用變速（1200rpm~1800rpm）控制來(lái)調(diào)整節(jié)能，一旦自動(dòng)化系統(tǒng)改變需求，就會(huì)促使馬達(dá)開(kāi)始降低轉(zhuǎn)速，以達(dá)到IE2/IE3/IE4不同等級(jí)的功率輸出範(fàn)圍。
進(jìn)而搭配後段聯(lián)軸器和減速齒輪箱時(shí)，仍有約10%以上機(jī)械損失待排除，目前10kW以下馬達(dá)要達(dá)到IE5等級(jí)，還有許多待提升能效的空間。倘若能改由馬達(dá)直驅(qū)達(dá)到低轉(zhuǎn)速、高扭矩目的，還能利用驅(qū)動(dòng)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。
| 圖二 : 目前大多數(shù)工廠及其生產(chǎn)設(shè)備，都是針對(duì)產(chǎn)能滿載或擴(kuò)充而選用、設(shè)定較高安全係數(shù)（裕量）。一旦自動(dòng)化系統(tǒng)改變需求，就會(huì)促使馬達(dá)開(kāi)始降低轉(zhuǎn)速，進(jìn)而搭配後段聯(lián)軸器和減速齒輪箱，將造成約10%以上機(jī)械損失。（source：rockwell automation） |
|
洛克威爾布局製造業(yè)服務(wù) 演產(chǎn)業(yè)鏈主導(dǎo)企業(yè)
美商洛克威爾自動(dòng)化公司（Rockwell Automation）也順應(yīng)全球增效節(jié)能的趨勢(shì)，強(qiáng)調(diào)在臺(tái)灣將扮演「製造業(yè)服務(wù)型產(chǎn)業(yè)鏈主企業(yè)」的角色，滿足如今在臺(tái)灣推動(dòng)工業(yè)4.0和節(jié)能減碳產(chǎn)業(yè)都須具備的本土化特色，專注投入別人不願(yuàn)或不想投入的領(lǐng)域，挹注資源於既有系統(tǒng)整合商（SI）或代理/經(jīng)銷通路。
尤其是因?yàn)槁蹇送柈a(chǎn)品以泛用型居多，較不適合搭配一般專用OEM產(chǎn)業(yè)機(jī)械開(kāi)發(fā)特殊功能，強(qiáng)項(xiàng)反而是在協(xié)助客戶整合軟、硬體及服務(wù)，目前占業(yè)務(wù)比重已從20：80逐步提升至50：50，提供不同產(chǎn)業(yè)的「端到端智慧維運(yùn)Rockii解決方案」。更須要鏈結(jié)國(guó)內(nèi)外多方資源，甚至是同業(yè)合作，共享高難度或指標(biāo)大案；同時(shí)透過(guò)定期舉行自動(dòng)化大學(xué)賦能，持續(xù)更新技術(shù)資訊，也吸收來(lái)自市場(chǎng)反饋資訊。
例如在過(guò)去IE3馬達(dá)時(shí)代，洛克威爾就曾使用永磁馬達(dá)取代鼠籠式感應(yīng)馬達(dá)，解決了後者當(dāng)定子感應(yīng)轉(zhuǎn)子造成的一次性轉(zhuǎn)換損失，且效率更佳。近年來(lái)在IE4等級(jí)產(chǎn)品，則非所有鼠籠式感應(yīng)馬達(dá)皆可直接起動(dòng)，而必須透過(guò)變頻器/驅(qū)動(dòng)器完成；洛克威爾變頻器現(xiàn)也搭配東元、ABB、工研院等不同品牌的IE3~IE5高能效馬達(dá)測(cè)試，還協(xié)助開(kāi)發(fā)帶有弱磁性的IE5同步磁阻馬達(dá)，減少了對(duì)於稀土磁鐵的依賴。
「在進(jìn)入節(jié)能減碳領(lǐng)域之後，將更能利用所掌握的OEM設(shè)備和End user客戶需求橫向整合，加快找出其中影響的關(guān)鍵。」有別於傳統(tǒng)國(guó)內(nèi)外同業(yè)的裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單、故障率低，卻僅具備單機(jī)資訊，需要連網(wǎng)時(shí)容易受阻，或須橋接Gateway、加價(jià)解鎖才能共享數(shù)據(jù)。洛克威爾的變頻器很早就具備連網(wǎng)功能，可透過(guò)開(kāi)放式通訊協(xié)定EtherCAT及相同軟體、介面，與不同品牌裝置或上層PLC顯示互通資訊，一目瞭然用電及排碳最多環(huán)節(jié)，支援更完善的碳盤(pán)查。
接下來(lái)深度節(jié)能還須與更多系統(tǒng)訊息整合，控制將更為複雜。例如傳統(tǒng)水泵從單純?nèi)_(kāi)/關(guān)（ON/OFF），到更精準(zhǔn)管控閥門(mén)及通過(guò)的流量，甚至是串聯(lián)多泵來(lái)增加壓力，但流量不變；以及並聯(lián)多泵後壓力不變，卻須提高流量，從而透過(guò)多重考量來(lái)達(dá)到最佳化。
洛克威爾指出，現(xiàn)今「準(zhǔn)確、效率、穩(wěn)定」三者在自動(dòng)化系統(tǒng)中其實(shí)相輔相成，例如增加變頻器、濾波器等電力系統(tǒng)的污染源，將更為複雜而不利穩(wěn)定性，恐影響其效率、準(zhǔn)確率及耗能，須妥善考量加入時(shí)機(jī)。
對(duì)於許多馬達(dá)、變頻器單體廠商而言，可能就不會(huì)過(guò)度顧慮後段系統(tǒng)如何匹配。洛克威爾則主張納入各家品牌馬達(dá)、變頻器、泵，也比較會(huì)有議價(jià)空間；清楚客戶開(kāi)出特殊規(guī)格的目的，甚至?xí)懈玫慕ㄗh，而從終端需求、系統(tǒng)整合等更廣泛面向考量。
符合未來(lái)節(jié)能減碳將進(jìn)入深水區(qū)，更要求複雜系統(tǒng)也須兼顧精準(zhǔn)控制、穩(wěn)定性及效率，才能彈性應(yīng)變。例如與馬達(dá)、SI合作，推出共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的運(yùn)算工具，且符合於2023年推出IEC61800-9-2定義的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)依IE4馬達(dá)＋變頻器MOTOR+VFD等現(xiàn)場(chǎng)條件的系統(tǒng)效益。
現(xiàn)在使用者只要先得知所需完整製程和加工條件、應(yīng)用情境後，即可根據(jù)後段減速齒輪箱（Gear Box）的慣量來(lái)選配合適的馬達(dá)、變頻器/驅(qū)動(dòng)器等，準(zhǔn)確決定最終馬達(dá)的最大瞬間輸出功率。讓客戶不必再像過(guò)去，為了增加系統(tǒng)裕量，僅憑經(jīng)驗(yàn)就選取最大規(guī)格、全功率輸出的產(chǎn)品，造成不必要浪費(fèi)。只要選擇較小輸出功率的馬達(dá)，就能達(dá)到相同流量。
結(jié)合自動(dòng)化 構(gòu)建AI數(shù)位分身模型
值得一提的是，洛克威爾現(xiàn)還利用數(shù)位分身（Digital twins）模擬分析，在選型時(shí)分別提供Motion Analyzer（單機(jī)構(gòu)）、Emulate3D（系統(tǒng)）等最佳化設(shè)計(jì)軟體，可讓使用者除了輸入一般所需變頻器/驅(qū)動(dòng)器規(guī)格、電壓/電流等參數(shù)之外，還能依搭配的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、變頻器/驅(qū)動(dòng)器再進(jìn)化，並納入後段系統(tǒng)共同考量，達(dá)到目前更難達(dá)到的精準(zhǔn)調(diào)控要求。
但在讓客戶導(dǎo)入Motion Analyzer的最大障礙，便在於初期建模最為困難，必須先提供機(jī)械結(jié)構(gòu)足夠的真實(shí)數(shù)據(jù)，之後再依各種應(yīng)用方式改變參數(shù)調(diào)整即可，深水區(qū)節(jié)能的紅利也可能更大，不只是變頻器減速節(jié)能，還可能省下燃燒的油、氣（瓦斯）、水（空調(diào)系統(tǒng)水塔）。目前Motion Analyzer也已從單機(jī)進(jìn)化為線上版本，持續(xù)更新資料，會(huì)讓此預(yù)診保養(yǎng)軟體變得越來(lái)越聰明，未來(lái)加入AI發(fā)展也指日可待。
目前洛克威爾透過(guò)Emulate3D應(yīng)用數(shù)位分身，不再只是模擬單一機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)和動(dòng)力源，而是納入多個(gè)動(dòng)力源，使之產(chǎn)線模擬更為繁複，已可直接導(dǎo)入來(lái)突破多站瓶頸，串聯(lián)上層PLC、MES，改善生產(chǎn)效率最佳化，以達(dá)到最準(zhǔn)確的效能評(píng)估。
| 圖三 : 洛克威爾利用Emulate3D等最佳化設(shè)計(jì)軟體，可讓使用者納入後段系統(tǒng)共同考量，達(dá)到目前更難達(dá)到的精準(zhǔn)調(diào)控需求。（source：Rockwell Automation） |
|
洛克威爾所提供的健康預(yù)診服務(wù)又分為單機(jī)，記錄馬達(dá)、變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間以定期排修、保養(yǎng)，並在預(yù)測(cè)馬達(dá)電流異常時(shí)切斷。現(xiàn)已建立異常狀態(tài)資料庫(kù)、將3D模型內(nèi)建在變頻器晶片，未來(lái)只要不斷加入外在變數(shù)，即可由本機(jī)產(chǎn)出預(yù)知壽命結(jié)果。
另因?yàn)槟壳斑M(jìn)行「分散式健康預(yù)診（Predictive analytics for maintenance）」的每次取樣時(shí)間較短，比起說(shuō)明書(shū)或系統(tǒng)預(yù)測(cè)時(shí)間更為精準(zhǔn)。洛克威爾還會(huì)針對(duì)重要關(guān)鍵元件提供預(yù)診維運(yùn)服務(wù)，善用累積超過(guò)10年的數(shù)據(jù)，可在系統(tǒng)面將資料上傳，延長(zhǎng)使用壽命。再透過(guò)集中式監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)GuardianAI分析，整合系統(tǒng)面的製程與數(shù)學(xué)專家的不同意見(jiàn)；同時(shí)利用現(xiàn)有變頻器充當(dāng)感測(cè)器，來(lái)監(jiān)控馬達(dá)電壓/電流、溫度變化是否正確及調(diào)整，一次性輸出結(jié)果。
近期還將發(fā)表2023年新併購(gòu)的OTTO公司，主要提供自主移動(dòng)機(jī)器人AMR等產(chǎn)品主要價(jià)值，與上層MES連結(jié)各機(jī)臺(tái)、關(guān)鍵元件，讓現(xiàn)今工廠與OEM設(shè)備分開(kāi)更有助節(jié)能。另由CUBIC提供依IEC 61439規(guī)範(fàn)設(shè)計(jì)的「ODI（Overseas Direct Investment）」，標(biāo)準(zhǔn)框架、箱體符合歐美規(guī)範(fàn)；且方便與既有配電盤(pán)廠商合作，只要是採(cǎi)取1600A以下設(shè)計(jì)，就不必再額外認(rèn)證，方便臺(tái)灣製造業(yè)全球設(shè)廠布局。
大同公司扮演電力與智慧能源先驅(qū)
在今年智慧減碳城市展期間，大同也以電力整合專家之姿，強(qiáng)調(diào)從更新高耗能設(shè)備著手往往節(jié)電效果顯著，已有多項(xiàng)已實(shí)際應(yīng)用到客戶端的高效節(jié)能設(shè)備。其中在馬達(dá)本體方面，大同既利用電磁模擬分析、轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)、散熱（冷卻）流場(chǎng)分析、結(jié)構(gòu)應(yīng)用3D分析等軟體，達(dá)成最少材料、最低成本的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，最新生產(chǎn)銷售的永磁、非稀土鐵氧體及無(wú)磁鐵磁阻馬達(dá)，已可達(dá)到IE5、IE6等級(jí)的實(shí)績(jī)。
| 圖四 : 在今年智慧減碳城市展期間，大同以電力整合專家之姿，強(qiáng)調(diào)從更新高耗能設(shè)備著手往往節(jié)電效果顯著，已有多項(xiàng)已實(shí)際應(yīng)用到客戶端的高效節(jié)能設(shè)備。（攝影：陳念舜） |
|
大同公司電力事業(yè)群馬達(dá)事業(yè)部廠長(zhǎng)藍(lán)啟華表示，早在2010年大同便與中鋼合作開(kāi)發(fā)全臺(tái)首具碳足跡驗(yàn)證馬達(dá)，宣示正式跨入節(jié)能產(chǎn)業(yè)，目前則正進(jìn)行EMS（Energy Management System），透過(guò)大同能源智慧管理系統(tǒng)確實(shí)掌握各耗能設(shè)備狀態(tài)，並經(jīng)由數(shù)據(jù)分析加以改善達(dá)節(jié)能目的。由大同自行開(kāi)發(fā)的TiMS是專為馬達(dá)產(chǎn)品研發(fā)的IoT智慧感測(cè)器，採(cǎi)遠(yuǎn)端監(jiān)控方式並記錄馬達(dá)溫度、震動(dòng)來(lái)協(xié)助客戶維運(yùn)保養(yǎng)。
加上大同長(zhǎng)期代理銷售日本東芝與技術(shù)合作的變頻器/驅(qū)動(dòng)器，挾累積數(shù)十年優(yōu)化客戶系統(tǒng)節(jié)能經(jīng)驗(yàn)，於近期自行開(kāi)發(fā)銷售；並結(jié)合EV動(dòng)力及變頻馬達(dá)系統(tǒng)，協(xié)助客戶發(fā)展綠色節(jié)能的永續(xù)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)擴(kuò)展商機(jī)。
目前大同馬達(dá)IE4 1HP~200HP全系列已開(kāi)發(fā)上市，可供工廠或設(shè)備廠商提高能效、降低排碳，正式進(jìn)軍歐美、臺(tái)灣、日本及東南亞市場(chǎng)。現(xiàn)正積極開(kāi)發(fā)IE5、IE6永磁馬達(dá)及磁鐵輔助型磁組馬達(dá)，更積極與各種產(chǎn)業(yè)合作開(kāi)發(fā)高效率專用馬達(dá)。因?yàn)樵撓盗挟a(chǎn)品符合國(guó)際IEC 60034-1 IE4效率標(biāo)準(zhǔn)，已取得半導(dǎo)體等電子業(yè)、石化鋼鐵業(yè)、風(fēng)機(jī)水泵業(yè)等廠商使用。
在系統(tǒng)面節(jié)能減碳方面，大同也積極與國(guó)內(nèi)外大型冷凍空調(diào)系統(tǒng)廠商合作，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)高效率驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，搭配變頻節(jié)能，發(fā)展高效率綠能產(chǎn)業(yè)。例如大同直流變頻箱型機(jī)年度運(yùn)轉(zhuǎn)可節(jié)省33.7%的耗電量，即相當(dāng)於減少1,755kg/年的碳排放量。變頻高顯熱箱型機(jī)由交流導(dǎo)入直流的新技術(shù)，與傳統(tǒng)的交流機(jī)組相比耗電量將減少24.5%，年排碳量更是減少12.2%以上，完全滿足伺服器機(jī)房、交換機(jī)房等空調(diào)所需。食品、醫(yī)藥、電子業(yè)以高溫?zé)岜脵C(jī)替代鍋爐加熱耗能，節(jié)能效益比傳統(tǒng)鍋爐節(jié)能38%，且維護(hù)成本低，易於保養(yǎng)。
且由於大同早期承包臺(tái)電清流、水簾、高屏、社寮等地水力發(fā)電系統(tǒng)，2023年再與日本工營(yíng)（NK）技術(shù)合作生產(chǎn)，外銷日本最大額定5450KVA、近億臺(tái)幣的中大型水力發(fā)電機(jī)陸續(xù)出貨；另加入臺(tái)灣小水力聯(lián)盟發(fā)展，配合各家業(yè)者的場(chǎng)域需求，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)專用的高效直驅(qū)永磁馬達(dá)。
**刊頭圖（source：rockwell automation）
