能源管理系统验证人员训练班电力系统节能技术与案例分析

106年度減廢節能及環境教育宣導計畫

節能技術講習宣導會

智慧節能解決方案

主講人：楊正光

台灣能源技術服務產業協會2023/11/122

智慧節能解決方案

內容壹、電力系統概況貳、電力用電設備參、智慧節能技術應用肆、節能改善績效評估伍、應用實例分析陸、結論2023/11/123壹、電力系統概況一、電力公司電力系統二、用戶電力系統三、用戶用電分怖2023/11/124一、電力公司電力系統

1.電力系統系統架構圖發電廠一般用戶亭置式

變壓器34萬5仟伏特

超高壓輸電線16萬1仟伏特

輸電線超高壓

變電所開關場屋內式

一次配電或

二次變電所一次

變電所220/110伏特地下電纜22/11仟伏特地下電纜6萬9仟伏特地下電纜16萬1仟伏特地下電纜資料來源：台電公司發電系統配電系統輸變電系統2023/11/12552.電力系統日負載曲線夏季用電尖峰

6~9月份每日尖峰負載

11時,15時,20時歷年來尖峰負載成長年度

尖峰負載100年 3379萬瓩

101年 3308萬瓩

102年3395萬瓩103年3482萬瓩104年3524萬瓩2023/11/1261.一般高壓供電配電系統示意單線圖台電公司11.4/22.8kV供電MOFCB計費電表空調主機冷凍設備動力設備

照明、插座TR1TR2TR3TR4APFR220/380V220/380V220/380V220/110V二、用戶電力系統電容器2023/11/1272.日負載曲線圖操作畫面商業大樓2023/11/128三、用戶用電分佈用電場所用電分佈(佔比)空調(%)照明(%)冷凍冷藏(%)動力(%)量販店45291712超級市場6.723.757.711.8購物中心4730232023/11/12用電場所用電分佈(佔比)空調(%)照明(%)動力(%)其他(%)政府機關56.318.06.719.0旅館業4728.511.8百貨業45.648.26.2貳、電力用電設備(一)、電力用電設備供電階段劃分1.供電端：發電、輸變電、配電供電可靠、電力品質改善2.用電端：受電設備、生產動力、照明設備、空調設備用電平安、用電效率提升(二)、用電設備功能別劃分系統1.依功能別劃分系統(1).電力系統(2).動力系統(3).電熱系統(4).空調系統(5).照明系統(6).空氣壓縮系統(7).排水系統(8).消防系統(9).辦公室設備92023/11/1210(二)、用電設備功能別劃分系統2.各系統之用電設備(1).電力設備如變壓器、電容器、配電線路(2).空調設備如空調系統、冷凍設備(3).電熱設備如電爐、熱泵、熱水器、現煮設備(4).照明設備(5).動力設備如電動機、空壓機、變頻器、電梯、抽排水(6).其他如辦公室用電2023/11/12參、智慧節能技術應用一、節能診斷二、尋找節能空間三、評估節能績效四、節能技術之應用五、自辦或ESCO執行改善方案六、節能績效之量測與驗證(M&V)112023/11/122023/11/1212一、節能診斷(一).分析之內容1.最高負載、平均負載、離峰負載2.負載率、參差率、需要率3.功率因數、用電量(KWH)、最高需量(MaxKW)、契約容量4.負載曲線

(1).年、月、日(2).行業別(鋼鐵、水泥、石化等)(3).用電類別(工商業)(4).電壓別(高、低壓)(5).用電器具(馬達、電熱、空調、電梯等)(6).區域別(北部、中部、南部)5.負載持續曲線(Loaddurationcurve)(二)、節能診斷步驟

二、尋找節能空間1.檢討年度用電成長2.檢討負載率之變化情形(1).年、月、日負載率比較

(2).負載曲線之變化、最高尖峰、發生時間。3.檢討功率因數之變化。4.檢討電費收據所列項目之變化情形。5.檢討各個分系統(電力回路)用電記錄資料之變化。6.必要時裝表記錄用電數據

142023/11/1215

1.配電系統

(1).變壓器節能：

a.採用高效率變壓器

‧變壓器之損失為無載損失與負載損失

‧非晶質變壓器(AmorephousMetalTransformer)

鐵損為傳統矽鋼片變壓器之40%。

b.適當容量運轉

‧一般變壓器滿載時銅損與鐵損之比為3時，在57.7%效率最高。

‧故負載率維持於50%~65%運轉最理想。

c.運轉溫度

‧冷卻空氣平均溫度比30℃時，每減1℃可增加連續負載之額定容量1%

四、節能技術應用(一)、電力系統2023/11/1216(2).配電線路A.規劃方式線路電壓：a.適當之供電電壓b.線路電壓降c.電壓不平衡供電可靠：a.供電系統型態b.線路過載c.電力品質負載分配：a.負載分配均勻b.提高負載率c.減少線路損失B.減少線路損失方法a.檢討線徑大小，能承受供應之負載。b.電源與負載設備間之距離儘量縮短。c.防止超載用電。d.維持三相供電負載平衡。2023/11/121717172.功率因數改善(1).功率因數定義

功率因數(PowerFactor):

有效電流與總電流之比值或有效電力與視在功率之比值

功率因數(p.f)=kW/kVA=kWh/﹝(kWh)2+(kVARh)2﹞1/2

kWh:當月份抄表之有效電表度數kVARh:當月份抄表之無效電表度數2023/11/1218

(2).提高功率因數

a.規劃原則(1).現行電價表：用戶功率因數在80%以下每減1%電費加收0.1%；每加1%電費減收0.1%；95%以上不扣減。(2).提高功率因數可維持電壓穩定，減少線路損失，一般以裝置電容器組最經濟有效。(3).電容器組應儘量裝置於負載中心。(4).一次側裝設固定電容器組，二次側可裝設自動功因調整可變電容器組。2023/11/1219b.改善功率因數之效益1.減少線路電流

裝置電容器可提供前段越前無效電流；I2=﹝(I1cosψ1)2+(I1sinψ1-Ic)2﹞1/22.改善電壓

電容器後段電壓提升；v%=kVARxX/10(kV)2

3.線路損失降低

線路損失與線路總電流平方成反比：

線路損失減少=原損失﹝1-(原功率因數/改善後功因)2﹞4.系統容量增加

可增加供電負載容量2023/11/1220c.電容器組裝置位置圖並聯電容器可能裝設位置C4受電C1MC3C2C2負載用電或配電用電流排2023/11/1207/19/1521d.裝設電容器容量之計算(1).電容器裝置容量C(kVAR)=kW(tanθ1-tanθ2)C:電容器裝置容量

θ1:改善前功率因數角

θ2:改善後功率因數角tanθ1-tanθ2:查表(2).換算低壓電容器容量

C(微法拉)=kVAR×109/2πfV22023/11/1222裝設電容器組提高功率因數實例2023/11/12233.電力監控系統(1).電力系統監控方法2023/11/122424(2).需量之定義

台電公司的需量單位以每15分鐘內有效累積電

力量值。

每十五分鐘為一週期瞬時有效電力kW瞬時需量值kW以有效電力的平均累積電力量值為需量值2023/11/1225(3).最大需量控制器(Maxdemandcontroller)圖需量控制裝置構造圖負載負載負載負載負載負載控制

電驛控制箱AC110V警報：

注意

切斷

限度

停電／異常

需量控制裝置設定

操作顯示記錄運算切斷輸出警報輸出AC110V

管理用儀器瓦時計附發信裝置○○CTCBMOFTPCTOUP.T2023/11/122626A.中央監控系統電力單線圖2023/11/1227P27

JUST2007B.全校電力暨需量監控系統系統功能圖電力單線圖及各變電站電力資訊2023/11/1228C.宿舍IC卡控制空調供電系統IC晶片儲值卡將IC儲值卡插入計費表，計費表會從IC儲值卡中預扣一度電費至計費表，待計費表設置金額扣完，才扣除IC儲值卡內的金額。當剩餘電量低於警報電量時背光亮起並於液晶面板上顯示請購電，提示用戶儲值。2023/11/1229294.電力系統常用節能方法序號節能方法節能效益說明投資回收年限1契約容量合理化1.檢討適當契約容量2.避免契約容量訂定太高、無使用，或太低超約多付2~3倍費用立即~2年內2建置需量控制設備1.檢討電費收據最高需量2.合理控制可抑低5~10%立即~2年內3提高功率因數1.裝設自動功因控制設備

提高功率因數2.設定pf在0.95以上立即~1年內4建置建築物能源管理系統(BEMS)1.建置建築物能源管理系統(BEMS)，將電力、空調、照明之耗能納入管理2.建立合理操作管理模式約3年2023/11/12

(一)、照明系統節能

1.照明器具1.光源種類

白熾燈，石英鹵素燈，螢光燈(一般、緊密型)，

高強度放電燈(高壓水銀燈、複金屬燈、高壓鈉氣燈)2.燈具

各種不同照射面，反射面，絕緣材料型式燈具3.節能標章

高效率燈2023/11/123131

常用光源之發光效率比較光源種類白熾燈Incandescent白熾燈Incandescent長壽命白熾燈鹵素燈精緻型螢光燈(節能燈)螢光燈Fluorescent陶瓷複金屬燈高壓鈉燈白光LED2010功率(W)15100135201128/401502503-10發光效率(lm/W)1215121250-60100--12090-100130100--120壽命(hrs)1,0001,0005,0003,0008,00020,000

12,00015,000100,000?註:白光LED5之效率及壽命之數據LED接面溫度為85oC條件下得之

光源的選擇考慮的方向1.照度應用或輝度應用2.演(顯)色性3.色溫4.閃爍5.節能(發光效率)2023/11/122.、照明設計(1).選擇效率高與壽命長之光源

直管、大瓦特數之光源效率較高(2).配合照明光環保選擇光色

色溫5000K以下暖光系或5500K以上冷光系(3).優先選擇高演色性的自然色彩光源

自然色彩以演色性評價係數Ra為80以上較佳(4).適當的輝度顯示

類似使用格柵板反射鏡面型降低刺眼之眩光3.照明系統節約用電方法(1).提升既設照明設備之照明效率(2).汰換低效率之光源與燈具

(3).採取有效照明方式

(4).利用自然光源

(5).運用配電及控制系統省能

(6).良好的照明管理

2023/11/123333(四)、照明系統常用節能方法序號節能方法節能效益說明投資回收年限1照度合理化檢討1.依CNS國家照度標準檢討各場所照度2.視需要調整、減少照明用電立即2採用電子式安定器、T5燈管及高效率燈具1.採用電子式安定器、T5燈管及高效率燈具、配合照明改善2.可減少照明用電及降低空調負載，節省照明用電28%以上3年左右3採用高效率光源1.以省電燈泡取代白熾燈泡2.以LED燈取代一般出入口及消防指示燈3.以陶瓷複金屬燈取低鹵素燈4.可節省照明用電60%以上1年內4照明使用管理1.配合照度採自然光2.用感光或時控減少照明3.不用時關燈1年內2023/11/12辦公室照明裝設T5螢光燈改善路燈照明直接眩光

2023/11/12三、動力系統節能(一)、高效率電動機(二)、電動機省電運用對策(三)、裝置變頻控制352023/11/121.高效率電動機(1).電動機效率

效率=機械能輸入/電能輸入

(2).電動機效率標準

a.一般低壓三相鼠籠型感應電動機(CNS10323)效率標準

1HP-68%,10HP-83%,50HP-87%,100HP-88.5%

b.高效率低壓三相鼠籠型感應電動機(CNS14400

IE1)效率標準1HP-72%,10HP-87.5%,50HP-91%,100HP-92.4%

c.超高效率低壓三相鼠籠型感應電動機(CNS14400IE3)效率標準1HP-77%,10HP-90.2%,50HP-93%,100HP-94.1%362023/11/12372.電動機省電運用對策(1)感應電動機之最大效率設計於正常負載率75%~125%間，最好電動機運轉於此負載率。(2)負載率低於50%功因及效率急速惡化，應改

用小容量電動機。長時間空載會增加電力耗費。一般傳動效率如下：

皮帶輪傳動70~90%

鏈條傳動75~85%

齒輪傳動93~96%

直接傳動100%1.適當負載率2.防止空載3.適當傳動裝置2023/11/12384.選擇效率高變速方式稍容易中40%~85%低二次電阻控制稍難大80%~85%高一次頻率控制稍難大80%~85%高直流控制稍難中30%~75%中電磁藕合器控制容易定速80%~90%低極數變換控制維護變速範圍總合效率成本變建方式5.採用高效率電動機採用高級鐵芯材料及增加銅線減少鐵損、銅損。由於電動機長久運轉，高效率電動機可減少更多用電耗損。2023/11/1239(3).電動機之適當容量A.依負載需要選擇適當容量之電動機a.電動機容量過大，輕負載運轉，負載率低效率低，增加設備本钱與電費負擔。b.電動機容量過小，重負載運轉，使線圈繞組溫度上升，影響電動機絕緣與壽命。B.電動機負載與功率因數電動機負載率低於50%以下，效率下降大，功率因數亦隨之下降，損失增加。2023/11/1240四、負載管理(一)、最正确化契約容量(二)、需量反應措施(三)、電費計算(四)、其他優惠電價措施2023/11/1241(四)、負載管理1.最正确化契約容量

(1)、契約容量a.依用戶設置之用電器具總入力千伏安(kVA)數

訂定契約容量，每一千伏安(kVA)為一瓩(kW)。b.器具標示：

器具標示千伏安(kVA)=瓩(kW)

馬達標示馬力=瓩(KW)

馬達標示瓩(kW)=(kW)/0.75=瓩(kW)c.用戶依用電需求與台電公司訂定每月「經常用

電需量(kW)」稱為契約容量，並作為每月計費

之依據2023/11/1242

(2)、超約用電

用戶每月用電最高需量超出契約容量稱為超約用電其計費放方式如下：a.超出契約容量未滿10%局部，根本電費按2倍計收。b.超出契約容量10%以上局部，根本電費按3倍計收。(3).契約容量最正确化a.檢討全年(12個月各月份)用電最高需量b.檢討超約用電次數與月份c.檢討可調整用電負載d.檢討訂定之契約容量e.評估全年支出之根本電費f.訂定最適當之契約容量g.最高需量係每15分鐘累計平均值計算。

2023/11/1243圖契約容量與電費之關係圖(4).契約容量最正确化分析2023/11/1244(1).季節電價。(2).時間電價。(3).儲冷式中央空調系統離峰用電措施(4).需量反應負載管理措施。

a.各類減少用電措施(共有5種)。

b.需量競價措施

。

c.空調掉週期性暫停用電措施。2.需量反應措施

台電公司現行需量反應措施類別2023/11/1245453.電費計算(1).電費計算公式高壓電力三段式時間電價電費=根本電費+流動電費a.根本電費為根本電費單價(元/KW)乘契約容量數(KW)根本電費=223.6x尖峰契約容量+166.9x半尖峰契約容量+44.7x﹝離峰契約容量-(尖峰契約容量+半尖峰契約容量)x0.5﹞b.流動電費為流動電費單價(元/KWH)乘使用電度數(KWH)流動電費=4.41x尖峰電度+2.76x半尖峰電度+1.78x週六半尖峰電度+1.26x離峰電度2023/11/1246季節電價&時間電價之流動電費電價(高壓供電，單位：元/度夏月非夏月223.6166.9季節電價之根本電費電價夏月非夏月44.733.31離峰契約單位：元/瓩-每月單位：元/瓩-每月經常契約

00：00

12：00

13：00

24：00

07：30

22：30

Jan

01

Feb

01

Ma

01

Apr

01

May

01

Jun

01

Jul

01

Aug

01

Sep

01

Oct

01

Nov

01

Dec

01

Dec

31

夏月時間（4個月）

6月1日~9月30日

17：00

離峰

半尖峰

半尖峰

離峰

離峰

離峰

離峰

離峰

半尖峰

半尖峰

尖峰4.41

尖峰

非夏月時間

非夏月時間

1.21

1.21

1.26

2.69

2.69

2.76

2.76

4.41

週六半尖峰：1.78（夏月）//1.71（非夏月）

1.21

1.21

1.26

10：00

半尖峰2.76

2023/11/1247(2).時間電價之選用A.時間電價分兩段式及三段式兩種

兩段式：尖峰時間+離峰時間

三段式：尖峰時間+半尖峰時間+離峰時間

尖峰時間：夏月(6月1日~9月30日)

週一~週五(10:00~12:00,13:00~17:00)B.選兩段式或三段式a.全年尖離時間比；尖峰(42.8%)，離峰(57.2%)b.全年尖峰用電量大於半尖峰用電量且離峰用

電量少，選兩段式時間電價。c.設備三班制運轉，離峰用電量大，離峰比大於45%，

選三段式時間電價。

2023/11/1248(四)、需量反應優惠電價內容1.儲冷式空調系統設置儲冷式空調系統，以單獨回路供電並適用時間電價之用戶，該系統離峰時間用電流動電費6折折扣，尖離峰電價比為高壓(4.78:1),低壓(3.35:1)2.空調週期性暫停用電申請空調週期性暫停用電，中央空調系統夏月每運轉60分鐘暫停15分鐘，箱型空調機運轉22分鐘暫停8分鐘，每月根本電費折扣為30%及20%。2023/11/12(4).b需量競價措施A、目的此措施係指於系統高載期間，開放由用戶節省之電力回售給台電，並由用戶出價競標，台電採報價低者優先得標，得標用戶於抑低用電期間減少用電可獲得電費扣減優惠。如此可以改善電業系統負載型態，進而延緩新開發電源或降低電力缺乏限電壓力。而用戶則獲減少電費之目的。B、種類目前台電「需量競價措施」有二種類型供用戶選用，一為經濟型，另一為可靠型兩種。主要差異為在抑低用電時段如未能配合執行抑低負載，經濟型無罰則，可靠型有罰則。50肆、節能改善績效評估一、ESCO評估方法

1.ESCO

M&V進行流程2023/11/12512.檢測與驗證方式(IPMVP)A．簡易節能M&V

利用設備容量與運轉時間評估節能效果。

適用於小範圍與對象，如照明改善。B．長期節能M&V

節能改善前後一定期間或長期量測。

適用於較大範圍與變動對象，如空調、製程改善。C．統計性能節能M&V

統計分析方法量測處理。

節能改善內容較大且相互關聯性，如冷凍製程改善包括製程省

能、空壓省能分別統計、分析。D．模擬分析節能M&V

以電腦模擬分析計算消費量與實際數據比較。

如整廠改善需以電腦模擬各階段、時程之省能效果。2023/11/1252節能績效量測與驗證的概念節能量＝基準線的耗能量﹣改善後的耗能量±調整量2023/11/1253能源使用效率％績效能源節省量減少運轉時數改善績效（提高效率）能源使用量Baseline改善後能源使用量改善後效率效率Baseline使用時數/每年ESCO節能效益圖IPMVPBasicEquationSavings=“Baseyear〞Energy-〞Post-retrofitenergy+/-Adjustments2023/11/1254伍、應用實例分析(一)、歷年來經濟部節約能源績優廠商表揚活動獲獎單位。(二)、參考工研院網站。(://.tw)(三)、ESCO實行節能績效保證案(IPMVP)實例。(四)、其他個別案例

2023/11/1255(三)、ESCO案例分析---

ESCO執行電力需量控制改善方案(一)、單位相關簡介及能源管理摘要說明(二)、改善方案(三)、節能經濟效益分析(四)、節能績效驗證2023/11/1256(一)、現有系統用電狀況列表說明契約容量為480KW最高需量(9月)：643KW最低需量(2月)：209KW年度需量差距：434KW〔90％)年度超約比率：以9月份643KW時，超約比率為34％年度超約罰款：NT$243,415元2023/11/125794/5～94/11負載曲線圖(改善前)超約罰款NT$243,415元2023/11/1258(A).節能方式分二大方法：a.從硬體設備改善，如加裝變頻器、高效率馬達、進相補償電容器等等，進行節能。b.從軟體方面改進，製程改善、系統調整、管理調控等，可大幅降低能源費用，通常以軟體方式所投資的本钱低，所產生的效益大。(B).採用智慧型電能管理監控裝置，透過管理手段提高能源使用效率，達到合理用電降低用電本钱支出。

(二)、改善方案2023/11/1259(三)、節能經濟效益分析1.投資金額：80萬元2.建置設備：能源管理監控系統一套3.節能成效：降低尖峰需量130kW

節省用電量60,000kWh/年4.投資回收年限：2年2023/11/1260導入後導入前BASELINE節能效益130KW

4.改善前後比較2023/11/1261(四)、節能績效驗證(1).評估績效模式

採用IPMVPM&VOptionB(2).節能績效驗證

以節能看板顯示實績2023/11/126262改善前改善後備註冰水主機1.6kW/RT(輸入電力237kW)0.72kW/RT(輸入電力180kW)滿載下區域泵22.4kW22.4x0.67=15kW增設變頻控制，節能率約33%以上冷卻水泵22.4kW22.4kW冷卻水塔11.2kW16.8kWx0.6=10.1kW增設變頻控制，節能率約35%以上合計307.9kW242.