【视角】现阶段台湾工业节能技术应用

在高效率马达动力机械的能源效率管理方面，为实现马达动力机械节能效益，台工业主管部门根据国际能源署(IEA)提出的能源政策建议，主要开展制定马达动力机械的最低能源效率标准(MEPS)及能源标示管理方法、发展其他马达及马达动力机械系统元件的国际测试程序、大规模宣传推动与奖励措施等工作，有系统地制定一套实施计划，推动各项节能措施的具体实施。岛内马达动力机械能源效率管理政策也参照国际能源总署建议的内容制定，并逐年推动下列工作：

1.发展其他马达及马达动力机械系统元件的国际测试程序。台湾有关马达、泵浦、空气压缩机、风机等能效测试程序大多老旧，目前正在依据IEC、ISO等国际标准进行标准更新修订，以与国际接轨;机床能效测试标准也将配合国际发展同步更新。

2.制定马达动力机械的MEPS及能源标示管理方法。

3.  针对市场中马达动力机械能源使用效率，制定MEPS为目前推动马达动力机械节能最直接有效作法;MEPS也成为影响市场中高效率设备渗透率最关键的环境因素。现阶段首要目标是管制马达的能源效率并推展能源标示管理制度，然后逐步涵盖至泵浦、风机、空气压缩机、机床等产品。三相感应马达是市场上用量较大且节能效益显著的产品，目前全球主要国家和地区如美加、欧盟、中国大陆、韩国、澳大利亚、新西兰等已实施IE2以上的高效率强制性MEPS管制，并预定2015年以后进一步提升至IE3优级效率管制，台湾也已将三相感应马达标准中的效率值修订更新，预定2015年起将现行能源效率标准由IE1+提高至IE2等级，2017年起再提升至IE3等级，届时不符合能源效率标准规定的设备或器具将不准进口或在岛内销售。同时，为落实能源效率标准的管制，台工业主管部门也在制定标示事项、方法、检查方式等市场管理规范，确保企业生产的各型式马达持续符合能源效率标准的规定。

4.推动非法令规范性质的奖励措施。台工业主管部门除推动MEPS的直接作法外，也辅以奖励补助诱因，促使消费者端使用，激励企业生产及进口高效率产品，达到加速提升高效率产品研制能力及除旧换新目的。台工业主管部门自2013年7月起推动“高效率马达推广补助计划”，鼓励企业生产及进口IE2、IE3以上等级马达，同时考虑到制造商生产能力及技术配合情况，该补助方案分两阶段实施，第一阶段为期一年，补助IE2及IE3以上等级马达，第二阶段为期2年，补助IE3以上等级马达。补助时间系配合岛内MEPS推动时程，以达到增加节能成果效益的目的。

固态热电发电技术

低温工业废热(低于400℃)是岛内节能领域中进展较缓慢之处。依据工研院对台湾主要金属、化工、纺织、陶玻、焚化炉、发电厂等产业的调查，经过热回收后所排放的残余热能，年产生能量换算成电力单位高达900亿度以上，超过台电公司年发电量的40%以上。一般而言，低温热回收主要作为预热或干燥用途，即“热转热”模式;然而考虑到电力是使用弹性较大且价值较高的能源，若能将低温废热转换成为电力，对于台湾这类高度依赖进口能源地区而言，具有相当重要的节能减碳与能源安全意义。

固态热电发电技术的实施是将热电材料封装成为模组，再将各模组组装为系统而应用，其中有机朗肯循环(ORC)等是少数能将低端热能转换为电力的技术。固态热电发电技术藉由环境温度差，驱使热电材料内部电子移动，在外接回路下供电，具有静态、无动件、高稳定性、可任意模组化以因应不同发电量等特色，适用于100℃以上各类型分散式低温热源，可在当地产生电力来满足该区域的需求，同时减少环境热污染。

在电力日趋紧迫情形下，以工业废热做为电力来源，符合台湾能源与环境的利益。为使固态热电技术早日开始商业化，降低技术成本为发展此项目的主要方向。现阶段策略包括开发稳定性良好高性能低成本热电材料、热电模组自动化封装技术以及高热利用效率的发电系统，并寻求各产业的示范验证机会，以早日认证技术发展的效益，加速产业化进展。

该项技术发展指标与时程为：

短程目标(至2015年)：开发材料稳定量产制程、模组自动化封装技术与适用不同热源环境和条件的千瓦级以上热电发电系统，并于各类型产业实施示范验证。

中程目标(至2020年)：开发低成本热电材料，提升热电模组与发电系统的取热性能和热稳定性。于岛内建立材料生产、模组自动化封装与系统整合的体系，逐步拓大产业废热回收效益验证。

长程目标(至2025年)：材料、模组和系统技术成本较目前降低50%以上;与可再生能源同被列为岛内能源安全推动的重点项目，在台当局政策与资金支持及成本降低之下，使技术普及于具有高废热量且高电力需求的产业。

由于固态热电发电原理主要藉由热电材料完成热能与电能间转换，因此在发电机制运作上，热电材料性能表现影响整体热能回收重要因素。评估热电材料热电转换效率，可以利用热电优值(ZT值)表示，ZT值越高则表示热电材料拥有越高热电转换效率。热电材料在不同温度区间下可分为很多种，各类型热电材料系统都拥有其最佳ZT值，也可说是各热电材料系统适用温度区间也不同。现今商业应用上常使用热电材料可依其适用温度范围分为低温型(25～300℃)、中温型(300～600℃)以及高温型(600℃以上)热电材料。兹就岛内耗能产业废热温度多为400℃以下，因此热电材料主要着眼于中低温型材料进行开发，其开发现况与成果如表2所示。

针对200℃以下废热源，Bi2Te3系列合金是目前具有最高热电优值材料。随着纳米材料科技进步，Bi2Te3合金结构的纳米化使得合金在高导电性条件下仍能降低热传，让过去维持数十年的ZT=1的瓶颈可以突破至1.5以上，进而也将热电转换效率由3%以下有机会提升至10%。而200～400℃间的废热，由于Bi2Te3合金性能快速降低，因而在此温度范围必须使用PbTe、Silicide、Zn4Sb3等中温型热电合金。此类合金由于工作温度较高，材料结构组成稳定性以及低热传导性变为更加重要。复杂结构材料制程为中温材料目前主要制作方法，材料结构复杂化有助于降低合金热传导性，以提升热电优值，ZT值可达1.2以上。热电材料性能表现为整个热电模组发电关键核心，也决定模组最高转换效能，因此现在岛内企业也在积极投入低成本高性能的热电材料开发，使热电转换效率能够达到10%以上，提高固态热电发电应用潜力。

中低温余热回收发电技术

台湾岛内每年能源耗量达1000亿～1200亿升油当量，工业部门能源耗量占比45%～55%，达450亿～660亿升油当量，其中30%～50%直接以中低温废热形式排放，不仅浪费能源，且造成热污染和增加温室气体排放量。工业废热排放量持续且充沛，然而低温废热能量密度低、可用能低，回收再利用时，其初始设备成本高，且岛内尚未具备价格和技术竞争力低温热能发电设备，必须依赖进口。一则造价昂贵，不具经济诱因，再则岛内无后勤维修服务能力，产品故障时，待料、待修旷日废时，且维修费用不菲，因此大多用户仍持观望态度，目前皆采取直接排放方式。

为建立有机朗肯循环本土技术，提供经济实惠的ORC低温废热全方位解决方案是目前岛内低温废热回收发电的主要发展目标。在技术面上，台湾研究机构和相关企业从下列两个方面着手：

强化ORC系统整合与优化技术，提供系统工程服务

用户端需求分析和ORC规格制订：就用户端冷热源条件，视取热、排热困难度，决定系统最大发电量或最大发电效率。依据现场条件，优化系统配置，制定ORC机组和系统界面规格。

ORC机组开发：依据用户端冷热源条件，选用适合工作流体，设计、开发最适发电容量ORC机组。

界面整合与ORC机组建造：整合冷热源供应次系统、机电/控制次系统、数据撷取与机组运转监控次系统，完成ORC机组建造工程。