【能源管理 EP4】先做好作業優化的節能管理, 以生管與廠務為例

2024-07-04

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生管職能可透過時間電價優化排程/派工以減少費用。電費計價結構複雜,包括基本電費和流動電費,後者又分為夏月和非夏月,以及尖峰、半尖峰和離峰時間。不同時段電價差異巨大,高低可達三倍以上。 通過能源管理系統收集的歷史用能數據,可估算出各料號在不同機台和製程的標準用能量。結合電費計價結構,可優化生產排程和派工,在保證交期和品質的前提下,盡可能在電費低廉時段生產,達到費用最低化。接下來我們以生管職能為例,分享如何以時間電價優化排程/派工。

以生管職能為例,如何減少費用

電價在最近幾年調漲過幾次,讓製造業成本持續飆升。問題是電費計價結構很複雜。如圖一所示,電費計價分為基本電費與流動電費,而流動電費再區分夏月跟非夏月,又分為尖峰時間、半尖峰時間與離峰時間。


而不同時段電單價的價差非常巨大,例如夏月尖峰時間的單位價格高達NTD$7以上,而非夏月的離峰時間竟然只有NTD$1.75,高低差距已經不是多少%,而是高達三倍以上。


此外,我們也知道生產不同料號,所需的電力能耗量都是不同的;而同一種料號在不同機台生產不同的製程,所需的電力能耗量也是不同的。透過能源管理系統所蒐集的大量歷史用能(電)數據,我們可以估算出每一種料號在每一類機台,生產各製程的每一個的用能(電)量與碳排放平均數據。



標準用能量/碳排放量

這很類似標準工時或標準成本的概念,我們可以善用此數據,當成標準用能量/碳排放量來使用,如圖二所示。


有了標準用能(電)量之後,搭配上電費計價結構,就有機會透過生產排程與派工的優化,在如期如質交貨的前提下,盡可能的讓工單的每個料號,都能在電費最划算的時段生產,達到費用最低化,如圖三所示。


用電優化手法

優化手法不一定是削峰填谷,而是得妥協基本電費與流動電費,來優化排程與派工,甚至於動態調整之。當然,優化後的用電度數不一定會降低,碳排放量也可能不會減少,但因為時間電費計價,能夠讓用電費用最低化。這對於因為電價飆漲,造成成本跟著漲的工廠來說,可以適度的紓解成本不斷提高的壓力。


圖一.電費的計算公式(2023/4三段式價格) 


圖二.鼎新的能源管理系統:單位生產用能與碳排放數據(標準用能量)


圖三.以標準用能量優化排程/派工以降低費用





以廠務/工務職能為例,如何減少費用

廠務的工作是負責操作與管理工廠內廠務(公用)設備,例如水、氣、油、電,以支持產線的機台生產。因此充分供應所需是基本要求。


優化操作,提高廠務設備轉換率

但相同數量的供應,透過能源管理系統的協助是有機會可以優化,例如產生相同壓縮空氣的空壓機所需的能耗可以降低,以減少所需費用。也就是說,透過優化操作控制與參數調整,以提高廠務設備的轉換效率。


這在節能減碳中是很重要的一環,因為廠務設備的電力及能源使用約佔全工廠的30~40%(一般來說)。以單一機台來看,廠務設備多數也屬於重大耗能的用能/電熱點。若能提升轉換效率,所節省的電費與碳排放量將會非常可觀。



變壓器,影響轉換效率關鍵

舉一個研討會中看到的例子。如圖四所示,這家工廠採用高壓供電,在淡季時,工廠生產所需電力負載降低,所以廠務端的三顆變壓器,每一顆的負載都降到40%。問題是變壓器的轉換效率不可能是100%,而且並非固定值。


一般來說,當變壓器的負載率在全載的50~65%的時候,轉換效率最佳。也就是說,處於40%負載的變壓器,其轉換效率並不理想。


若此時廠務人員可以適時的關掉一顆變壓器,改成只用兩顆變壓器提供現場用電的話,這二顆變壓器的負載就會從40%提高到60%,而這正是變壓器轉換效率最高的區間。


此時雖然製造現場真正的用電量並沒有改變,但因為變壓器的轉換效率變好了,所以台電所需要供應的度數自然就變少了,當然電費與碳排放量也就降低了。


IT OT整合,創造高數字價值

很棒,不是嗎?關鍵是,廠務人員就算有這能力,但會做嗎?敢做嗎?以現在工廠的運作模式,多數不會實施,會何呢?因為廠務是無法確保低負載是短期現象、會持續多長的期間。簡單來說,當廠務的OT操作,缺乏管理上IT數據(例如ERP/MES的訂單與工單之排程/派工數據)時,各單位就只能就其所知,見樹不見林的斷鏈式局部優化。而鼎新的能源管理系統,正是透過整合IT OT,創造出更高的數字價值。


圖四.廠務職能:從能源轉換效率下手


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