2019 全球馬達節能推動現況與趨勢
摘要(Abstract)
本文主要簡述2019年全球馬達節能最新政策、標準、推動計畫、市場現況，提供各界推動執行上的參考。
This article briefly introduced the latest policies, standards, promoting plans and market situation of global motor energy saving. And it provided the reference material for executing related plans.
關鍵詞(Keywords)
高效率馬達、國際能源總署、最低能源效率標準
High Efficiency Motor, International Energy Agency, IEA , Minimum Energy Performance Standard, MEPS
本文
1.國際總體現況與趨勢概述
根據Rita Werle在2018年馬達峰會引用IEA 2016年出版的全能源概覽，全球有53%電力用於馬達設備，相較於2011年已提升了7%，這些馬達設備主要用於泵浦、風機、壓縮機、運輸和製程。
在2017年全球馬達節能推動現況與趨勢[1]概要介紹了IEC60034主要的幾個標準，本文進一步將所有的標準概要內容，更新說明如附表，對詳細內容有需求者可洽IEC購買。其中，近期最新的有2019年IEC 60034-23(針對維修)、2018年的IEC 60034-27-4(繞阻絕緣)與IEC 60034-4-1(電勵磁同步電機試驗)。以下將為各位介紹標準內容。 CEMEP(European Committee of Manufacturers of Electrical Machines and Power Electronics，歐盟電機與電子製造商委員會)。
根據市場調查機構IHS Markit的Preston Reine統計[2]，2017年全球低壓馬達總量約4千1百萬顆，最大的市場亞洲佔了46%(較2015年降低2%)，其次為EMEA(歐洲、中東與非洲)，佔35%(較2015年增加11%)，美洲則是19%(較2015年降低9%)，最大的應用泵浦超過2千5百萬顆，其次是風機將近1千5百萬顆，壓縮機則是超過5百萬顆。2017至2022年，預期亞洲將會有4.2%的成長、美洲會有1.7%的成長、EMEA則是會有1.5%的成長，總體市場會有3%的年成長率。
2019年6月19日Pumps &Systems發布了從Fact.MR取得的採礦泵銷售市場統計與預測短訊，2018年銷售量為350萬台，其中，小於500gpm的採礦泵達到240萬台以上，進一步從全球採礦業從低點復甦的情況來看，預計採礦泵市場將從2018年到2028年以約2.9%的複合年增長率增長。在Fact.MR公開資料中提到，一級與二級的廠商佔了市場60~70%，其中前6大廠商就佔了40~48%，2006到2015年，美國採礦業增加了75.9%。
在IEA 4E計畫進展方面[3]，新公布的2018年年報中，關於馬達系統部分的章節內容中提到了全球電力消耗有53%用於馬達系統，節能潛力有20~30%，有必要持續關注推動。在重要時程內容中，2018年4月，中國大陸加入了IEA 4E，5月同期發布年報，同時完成馬達驅動系統政策指引第二部分，6月完成馬達驅動系統能源審計指引報告，11月舉辦馬達高峰會。此外，與IEC訂定了IEC61800-9-2的草案、完成了轉換器循環賽(Round Robin for Converters)第一階段、與歐盟、美國與中國大陸推動泵浦、風機與空壓機效率標準與管制、在IEC ACEEE合作推動IEC與ISO效率分級與測試標準、推動歐盟Lot 30、與IHS合作建立馬達與驅動器市場模型。其中，在2019年1月25日發表的泵浦、風機與壓縮機的政策指引。前述提到全球有35%的電力用在泵浦、風機與壓縮機，相當於中國大陸、印度與日本用電的總和，據IEA的預估，2040年可能用電量會翻倍。政策指引中對於政策制定的建議中提到，這三種設備將逐步被歐美中等國採取強制規範措施，為了有效推動節能，包含：必須購用節能的三種設備、將市場銷售納入管理、最佳化產品生命週期、讓消費端買到需要的產品與擴大推廣到應用這三類設備的產品等5項措施。
IEC與ISO能因應全球推動需求訂定遵循的標準，進一步由各國所共同採納，為此，必須各國在測試方法、應用場域規範、效率量測能力、產品上市基本門檻與製造商訊息的公開與揭露等各方面，都能夠一致。在這份指引中，以2017年為止的法規、歐美中為例，泵浦法規在歐盟與中國大陸已生效，美國則是在2020年納入馬達驅動設備管制。風機管制上，中國大陸已納管，歐盟則是納入馬達驅動設備管理、美國則是納入發展中驅動設備管理草案。
壓縮機管制上，中國大陸已納管，美國已擬好草案，歐盟持續發展中。最後這份指引提出了政策同步的效益，包含了因而比現階段不劃一的政策步伐有更大的節能空間，製造商降低了產品測試與適應不同法規的成本，因而惠及購買者。各國能夠更快速評估彼此間的推動成本並進行分析比較，同時能夠在同樣的基礎下直接推動各樣的合作方案，影響所及可能達到全球馬達驅動系統的27~53%，對於全球市場影響深遠。
IEA在2018年6月發布了一則關於轉換器(converter)的短訊，提到在所屬工作小組，經過10年的馬達測試標準與效率分級經驗，隨著馬達效率的提升，轉換器應用變得越來越重要，其中全負載與部分負載的消耗變成很重要的課題。在IEC61800中，IEC61800-9-2第一版就有模擬與測試轉換器的耗損與分級，涵蓋了0.12到1MW之間。在第2版修訂時，EMSA(Electric Motor Systems Annex，電動馬達附屬組織)與IEC共同推動所屬成員投入轉換器的國際循環賽(round robin)，或稱之為輪流諮詢測試程序，簡稱RR'C。
第一階段在2017年11月至2019年2月，會討論UTP，就是統一測試協議的定義。第二階段是2019年3月至2020年10月，擴大涵蓋到更多的實驗室。在第一階段中會完成可使用的電機測試並送至下一個實驗室進行，等到所有的實驗室都輪過一波後，整個測試工作就告一段落完成，所以稱之為循環賽。截至2018年5月公開的測試，有8個轉換器、17種不同電機產品在4個獨立實驗室完成了26次測試。
2.各國推動現況與未來發展方向
美國能源部[4]轄下、能源效率與再生能源的先進製造辦公室、出版的工業資源系列手冊中，有一本介紹改善馬達與驅動系統性能的手冊。本手冊主要分為：馬達與驅動系統基礎、性能機會藍圖、馬達系統經濟與尋找協助資源。第一部分：馬達與驅動系統基礎中，提到各類馬達設備佔了美國54%的用電，然而卻有很多設備在沒有效率與高成本的運轉中。因此使用系統性的方法、找出這些點來，這需要工程師使用符合效率與系統需求，特別是避免過度設計的狀況，同時也要因應動態需求及時進行調整，例如：泵浦是否運作在最佳效率點和風機的流場是否符合所需、運作在不合適的狀態下是否造成使用成本提高、是否容易故障、系統性能是否低落…等現象。馬達選擇也要因應設備與使用情境合理的選擇，像是馬達類型有交流直流、單相、三相、感應、同步、永磁...等等，不同負載的使用狀況，電壓、轉速、轉矩的需求，適配到設備上的轉換效率。
手冊第二部分的性能機會藍圖，在這部分列出7個機會，第1個機會就是評估馬達驅動系統運作狀況，手冊提出從上到下，也就是公司、整廠、馬達大小與運轉時數、資料分析圖、紀錄。第2個機會就是建立馬達管理系統，列出各個馬達在保養或故障時，要採取維修或更換的措施。更換時採用更高效率與合適大小的馬達。第3個機會是提供基礎的維護，這裡手冊舉了NEMA MG 1-2011馬達與發電機的建議內容，包含使用溫度需界於0~40度C、不能與設備互相干擾，包含震動與電磁波、運作在額定電壓10%範圍內、使用高度在3300英尺以下、頻率變動在5%以內、不平衡電壓在1%以下...等等。另外還有每週、每季、每半年與每年的維護。第4個機會是選擇正確的馬達，如手冊第一部分所提到馬達的類型、馬力大小、轉速、負載、效率與損失等。第5個機會是使用變頻驅動設備，像是油壓、材料處理、各式馬達有變動轉速需求的場合。當然手冊也有提到，若是屬於全載的需求，變頻反而可能會耗能。第6個機會是評估廠內電力配置與品質，包含過電壓與低電壓、線路老舊、相位不平衡、功因、電磁干擾。第7個是應用政府、專案等資源進行性能評估，這在包含美國在內許多國家地區都有共同或個別的資源提供。
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