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風機的電費計算

風機系統的經濟性

工廠運作,多數會使用到風機,特別是在製程、氣體的分配。
在許多的案例中,風機能確保環境品質、人員安全與機械冷卻需求。
因風機關係到製程生產,且連續的運作,這種長時間的運作直接反應到可觀的電費支出與隱藏的運作成本。
改善中、大馬力的風機與系統,能在運作成本,特別是電費,得到快速的回饋。

風機的使用狀況,依案例不同,應做不同的計算。
特別需考量負載係數,因風機的使用狀況依產業別,有不同的使用方式,如運作時間、風機負載。
除非操作人員做了全面性的紀錄,且高度了解現場風機的性能與特性,風機在系統的負載情況與資料很難獲取。

但以下有3種計算方式,能大致了解風機在電費的支出

1.馬達銘牌


2.直接量測


3.風機曲線




1.馬達銘牌
依據馬達銘牌,能快速的計算出能耗

在早期的系統設計,風機會搭配超過匹配的馬力,這意味馬達的功率消耗會低於銘牌上的標示,但我們仍可依負載狀況和功率因數估計出大致的情況。

除負載資料,另需有年度操作時間(小時/年)、平均電價($/度)。

年度電費=馬達全負載馬力*(0.746Kw/hp)*(1/馬達效率)*(年度操作時間)*(每度電費)*(負載情況)

假設:
電費: 3.27元/度
馬達全負載: 100hp
負載: 85%
效率: 95%
操作時間: 8760/年(不停機運轉)

年度電費為=
(100hp)*(0.746kw/hp)*(1/0.95)*(8760小時)*($3.27/kwh)*(0.85)= 1,911,992 元

另需注意馬達是否有服務係數(service factor),
如服務係數為1.15,這意味銘牌標示100hp時,可能實際上長時間運作已超過100hp,使用銘牌計算電費時可能會低估支出。


2.直接量測
使用鉤表或電力計量測電壓、電流與功率因數,不需要馬達的出力與效率值。 需要有馬達熱機後的功率因數(power factor)。功率因數應由電力計量測,如果不可行,也可向馬達廠商索取。 hioki

使用鉤表,分別量測三條電源線,量得負載下的電流與電壓,取平均值,也可藉此機會看電源品質是否良好且平均。(右圖一,功率分析儀)
可由馬達入電處量測,或由馬達控制盤取得數據,惟需注意電壓與電流值為同時同地方取得,
因在某些案例中,系統存在電壓降。


直接量測 ,使用鉤表、功率分析儀量測電壓與電流

情況一,
年度電費= (負載下的安培)*(電壓)*(1.732)*(功率因數)/(1000)* (年度操作時間)*(每度電費)* (負載情況)

情況二,
年度電費= (電功率)*(年度操作時間)*(每度電費)* (負載情況)

假設-
電費: 3.27元/度
馬達: 負載: 85% 效率: 95%
功率因數: 0.85
全負載電流: 115A
電壓: 460V
操作時間: 8760/年(三班制運轉)
年度電費為= (115 amps)*(460 volts)*(1.732)*(0.85)/(1000)*(8760小時)* ($3.27/kwh) *(0.85)= 1,896,240 元


3.使用風機性能曲線
風機系統的量測,有許多考量,一般不容易準確量測,
但在儀器精確度高、經驗豐富的操作人員、風機廠商性能曲線正確、動力曲線正確下,仍可當作參考。
方式為量測系統氣流的靜壓,對照風機性能曲線,對應出動力曲線。


左圖,靜壓量測
右圖,動力對照

年度電費支出= 風機軸動力/馬達效率*(年度操作時間)*(每度電費)* (負載情況)
假設-
風機靜壓已知: 483mmAq
對映軸功: 49hp
馬達效率: 90% 負載: 85%
電費: 3.27元/度
年度電費為= (49hp)*(0.746 kw/hp)*(1/0.9)*(8760)* ($3.27/kwh) *(0.85)= 988,925 元


更了解您的電費支出

以上的計算方式為年度的平均電費、平均時間、平均負載,但真實的電費結構其實複雜許多,因為消耗了多少電與支付的價格,須考量季節、顛峰/離峰用電、等級費率,對某些產業來說,電費的支出概念也不太一樣。

最終,良好的風機系統設計,避免多餘的運作成本,往往比換一個高效率馬達有更顯著的效果,且大幅降低風機生命周期的成本與增進系統的可靠度。

下圖為台電-表燈非營業電價(節錄時間104年/12/12)
表燈非營業電價

下圖為台電-表燈營業電價(節錄時間104年/12/12)
表燈營業電價

不妨試著幫客戶算算系統的風機電費,

取10-15年的風機使用壽命,
一班制2000小時/年,
兩班制4000小時/年,
三班制6000小時/年,
效率取90%,負載取90%,
依電價表,計算風機用電,
您將發現風機一年的電費支出即超過風機初購成本,
產業用風機電費在生命周期的比例常占85-95%。
使用高效率風機,提升效率10-25%,在數年內即回收風機初購成本。

下表為風機耗電簡易對照表,

表燈營業電價
(適用小型營業場所、小商店、辦公室等營業性質的機構)
風機馬力(功率) 1班制
(2000小時/年)
2班制
(4000小時/年)
3班制
(6000小時/年)
kW hp 用電度數/年 電費/年 用電度數/年 電費/年 用電度數/年 電費/年
0.75 1 1500 8,670 3000 17,340 4500 26,010
1.5 2 3000 17,340 6000 34,680 9000 52,020
2.2 3 4400 25,432 8800 50,864 13200 76,296
3.7 5 7400 42,772 14800 85,544 22200 128,316
5.5 7.5 11000 63,580 22000 127,160 33000 190,740
7.5 10 15000 86,700 30000 173,400 45000 260,100
11 15 22000 127,160 44000 254,320 66000 381,480
15 20 30000 173,400 60000 346,800 90000 520,200
18.5 25 37000 213,860 74000 427,720 111000 641,580
22 30 44000 254,320 88000 508,640 132000 762,960
30 40 60000 346,800 120000 693,600 180000 1,040,400
37 50 74600 427,720 150000 855,400 222000 1,283,160
45 60 90000 520,200 180000 1,040,400 270000 1,560,600
55 75 111000 635,800 220000 1,271,600 330000 1,907,400
75 100 150000 867,000 300000 1,734,000 450000 2,601,000
電費為概算,採夏月(6~9月)每度6.73元,非夏月(1~5、10~12月)每度5.31元計算

 



參考:

1. "Improving Fan System Performance- a source book for industry", U.S. Department of Energy
2. "馬達系統節能簡訊", 工研院 機械所
3."各類電價表及計算範例",台灣電力公司網站