根據 SDG Knowledge Hub (https://sdg.iisd.org/) 2019年的一篇報導指出，全球約95%的製品都會經過化學製程的處理。因此，化學產業對以製造與外銷為重心的台灣是非常重要的。對台灣2050年要達到淨零碳排的目標也扮演了舉足輕重的角色。
為了有效朝向淨零碳排目標，企業或產業組織應建立節能最佳指引供產業企業參考。
做為泵浦製造商，協磁針對泵浦系統提供節能的建議。
一個簡單的泵浦系統可分為泵浦、馬達、管路系統、流量/壓力儀表與控制系統。以下我們探討如何透過改善系統，以達到節能效果。
(一) 電動機
我們對電動機(馬達)比較熟悉。依 IEC 60034-30-1:2014，馬達的效率分為 IE1 - IE4。
以下(表一)是以一顆 2極、4 kW、50 Hz 電機為例：
一些較老舊的泵浦可能還搭配IE1等級馬達，如果將電機提升至市面標準的IE3等級，依上表可提高 5% 效率。考量電機不一定操作於最佳效率點，我們仍可期望降低約3%的馬達能耗。
(二) 泵浦效率
相同於馬達，泵浦也有相關的能效等級。歐盟的 EU (No) 547/2012 directive 就是針對水泵浦提出的效率等級標準。效率是以最低效率指數(MEI)方式表示，規範也定義了MEI=0.1至MEI=0.7的七個標準的範圍。目前歐洲市場的水泵浦必須符合MEI>0.4的效率等級才能在歐洲市場販售。那麼MEI=0.4與最高的MEI=0.7到底差別多少？我們做了相關的實體泵浦比較：
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在此試驗中，我們用兩台性能接近的泵浦，其中一台的效率是MEI=0.4 (紅色虛線)，另一台為MEI=0.7的設計(藍色實線)。兩台泵浦都在相同的操作點(700 lpm, 20 m)上運轉。我們量測了泵浦的電力消耗。結果顯示MEI=0.4 的泵浦需要4.065 kW 的耗電量，MEI=0.7的泵浦則只需 3.720 kW 的用電就能達到相同的操作點，相當於節省了9%的能源。 由於通常我們需要的操作點不太會剛好落在靠近泵浦的最佳效率點附近，因此，我們評估一般更換到較高效率的泵浦時，可保守判定節能效益為5%。 |
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(三) 最佳效率點與操作點
當我們觀察泵浦的性能曲線時會發現每一台泵浦的效率曲線都從零開始，隨著流量的增加，效率也開始上升到一個高點後會開始下降。那個效率最高時的流量我們成為最佳效率點(Best Efficiency Point, BEP)的流量。我們在評估舊系統能耗時，可觀察實際操作點與BEP流量的相對位置。尤其舊系統很有可能因各種原因，如製造參數變更、產能需求變更、管路配置更改、泵浦廠牌變更過等，造成實際操作點已別於原本系統設計時的操作點。這時，現有的泵浦有可能已不是現有製程的最佳選擇。在評估操作點與BEP流量的合理範圍時，我們提供了兩種評估方式來定義建議操作範圍。
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首先，我們使用EU (No) 547/2012在評估MEI時的條件。此規範在確認一台泵浦是否符合效率標準時，會看BEP的效率，以及75%BEP流量與110%BEP流量左右兩個點的效率都有達到一定水準。因此，將這個範圍定為建議操作範圍能確保泵浦的運轉效率是高的。 |
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第二種評估方式是按照迴轉動力水泵容許耗用能源基準，從最佳效率值做為起點，並尋找BEP左右兩邊效率值掉到90%最佳效率值的流量定位建議操作範圍。 |
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兩種方式評估出來的操作範圍都可參考。當我們的操作點超出建議範圍時，效率會急速下降。除了耗能以外，泵浦的損耗也相對會增加，縮短泵浦壽命，很有可能有其他的泵浦更適合此製程的需求。這時我們建議洽詢泵浦供應商來評估是否更換泵浦所帶來的節能效益的經濟可行性。
(四) 泵浦控制方式
化學製程難免都會有控制參數，例如定量、衡壓、濃度、溫度等要求，為要求製程穩定性，會調整製程藥水的循環量。以前的系統設計都會用電動控制閥來控制系統流量，可是，當我們將閥關小時，我們其實是在增加系統的損失。當我們要節省能源時，任何非必要的損失都會反應在電力的浪費，增加碳排。解決這個能耗問題的關鍵在於改變泵浦的控制方式。
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離心式泵浦的操作點都會落在泵浦性能曲線以及系統阻抗曲線的交界點。以右邊的曲線為例，當泵浦在50 Hz (3,000 rpm)速度運轉時，與阻抗曲線的交界在700 lpm 的流量。假設我們的製程需要的流量希望控制在 600 lpm，我們可以將控制閥關小，系統阻抗曲線由 "Valve fully open" 曲線 移動到 “Valve partly open” 曲線，操作點會沿著 3000 rpm 曲線向左移 (藍色箭頭)，到新的操作點 (藍色三角形)。這時的用電量為4.151 kW。 第二種控制是用變頻方式，將轉速降到2570 rpm。此時，操作點沿著 "Valve fully open" 曲線 移動到新的操作點 (紫色三角形)。這個較低流量與壓力的操作點所需用電為 2.856 kW，與關閥操作少了 1.295 kW，足足減少30%用電。 |
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注：此案節能的幅度不代表所有案例，請與您泵浦供應商洽詢個案的節能可行性。
結論
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您廠內舊的化學系統很有可能透過以上的方案找到可降低能耗的方式。顧客常會因為舊系統不想改善/投資。可是如果您的舊系統並沒有打算要淘汰，可以往生命週期成本(Lifecycle Cost, LCC)的角度看待。依照 Hydraulic Institute 的分析，電費平均占了泵浦LCC約40%的比例。未來除了用電成本，高碳排也可能會反應在碳稅的負擔、購買綠電的成本等。 |
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參考資料來源：