Mr. Energy 於高科技廠之節能應用

— 智能事業群 新鼎公司 工業數據應用部 產品經理 蔡至偉

無論何種能源，皆影響經濟發展與人民生活品質，台灣因地理限制以及環境影響，98%的能源依賴進口，而企業為用電大宗，如何有效對能源進行管理，不僅關係企業的經營，更關乎全球永續。中鼎集團智能事業群新鼎公司所開發的智慧化能源管理系統Mr. Energy，為針對節能減排服務所發展的系列產品，透過此一能源資訊系統管理平台，除可協助企業經營者透過PDCA (Plan-Do-Check-Act)循環做好能源管理的監測、分析、預估、調整，並能有效預測能源的消耗，強化能源管理，達成能源管理資訊化。

高科技廠能源管理

台灣的高科技產業在近2、30年高速發展，其中半導體業的產值，更占台灣總體GDP佔比的26%之多，可見其經濟成長的重要驅動力量；然而，即使高科技產業所能創造的產值、就業機會、研發支出皆屬製造業領域翹楚，也連帶產生一個明顯的隱憂，即消耗了大量的能源。

高科技產業使用的主要設備，包括製程設備（以晶圓生產為例，包括：薄膜、蝕刻、黃光、擴散等）、以及其他公用設備，如：空調、純水、廢水、冷卻水及空壓設備等廠務設備，都是24小時全天連續生產，能源消耗在全廠每個環節均會產生，若能從既有設備監測並管理全廠耗能，如建置電錶監視用電狀況，並搭配Mr. Energy進行用電分析與管理，將可產生相當大的效益。

工廠一般分為辦公、公用及製程區域。在高科技廠的辦公和公用區域佈建傳統電錶所投入的施工、拉線及風險的成本，與其他產業的工廠差不多，但在製程區域，也就是無塵室內的製程機台掛載電錶，成本就會提高許多，因為包含施工人員要穿無塵衣，及施工相關器具需符合無塵室規定等，就會耗費很多時間在事前準備及在施工時的加倍謹慎處理。

由於高科技廠的生產佔全廠耗能的一半，生產機台有很多附屬設備，用電狀況監測不易，甚至有些機台可能橫跨數個樓層，更是難以追蹤用電狀況。隨著科技的快速進展，目前市面的智慧電錶硬體成本已下降，但是無塵室裡的工程人力成本卻沒有改變，因此，如何提升安裝電錶的人力效率是相當重要的。所幸已有電錶廠商和知名晶圓代工廠合作開發出無線IoT電錶，即將電錶安裝在現場機台的佈線工程人工簡化成無線訊號CT模組扣於機台電盤線路即可，再將機台用電電流以無線方式傳到收集器，大大減低硬體建置成本，並提升人工的安裝效率。接下來，收集器經由網路傳輸的方式，將電流數據傳到新鼎的Mr. Energy智慧化能源管理系統做數據前置運算，然後進行用電管理與分析，可長期追蹤及定義節能改善機會的機台標的。2019年11月的新竹科學園區廠務技術研討會中，台積電的技術發表論文（註1）即提到使用無線IoT電錶扣掛在製程機台電盤收集用電數據，呈現機台用電管理的成效，此即Mr. Energy搭配電錶，幫助客戶在用電數據管理的發展又往前邁進了一步。

Mr. Energy如何協助客戶做能源管理

新鼎所開發的智慧化能源管理系統Mr. Energy，可有效協助客戶建立全廠能源管理，不僅能擷取廠務系統資料，就生產製程機台等耗能數據進行分析，並能將全廠廠務、生產機台各項耗能數據及產能資料都納入系統，經由大數據運算、分析及比對，建構出適合各個客戶使用的能管系統。

Mr. Energy提供的系統服務與功能建置，均符合ISO-50001能源管理國際標準規範，透過本系統構築健全的能源管理規範，使用者亦可輕鬆使用網頁服務，透過數據標準化原則的方式進行能源使用績效評估。再透過PDCA (Plan-Do-Check-Act)管理循環模式，持續強化能源管理方法，進而縮減管理的作業成本，並整合前端設備錶計所收集的能源即時資訊，將實際值與基線值做比對，進而診斷驗證，用以落實能源管理系統的實質效益。以下就智慧化能源管理系統Mr. Energy的主要功能，及應用於高科技廠的機台耗能分析做說明。

一、主要功能

● 定義能源績效指標（Energy Performance Indicator, EnPI）及能源基線（Energy Baseline, EnB）：能源基線所使用的耗能變因須能自行增加，並可於能源績效指標公式中套用已建立的耗能變因，驗證EnPI的能源使用績效。能源使用績效的驗證採用符合國際能效量測及驗證協定 （International Performance Measurement and Verification Protocol, IPMVP）的方法進行。
● Mr. Energy SED（Smart Energy Device for）：可執行原始資料之數據標準化與其它邏輯運算。
● Mr. Energy SEM（Smart Energy Management）：將處理完畢的變因進行分配與建模等智慧分析。
● Mr. Energy SEC（Smart Energy Center）：可利用各式控制項（control）輕鬆製作能源管理網頁。
● 全系統均以網頁為基礎操作介面，讓客戶在有網路的地方即可查看能源使用狀況。
● 具備與客戶IT系統的資料交換介面，處理資料整合、分析與應用。

能源基線（EnB）最大的用途，就是解決傳統能源管理不容易克服的問題，包括：不在同一基準面的比較，如冬天跟夏天不能直接互相比較，因為大耗能的設備如冰水主機在冬天與夏天的運轉條件差異很大。此外，驗證系統改善成效的困難，如某設備做過節能改善後，一天耗能從1,000kWh降為990kWh，中間差異的10kWh真的是因為這個節能方案所省下的嗎？而不是操作條件，產能變少或是設備保養後的效率改善等因素所造成？

可以解決上述問題的能源基線模型，即是將基線分為量測基線期（Baseline period）與驗證報告期(Reporting period)，其中的量測基線期就是選一段時間，於系統設備進行改善措施之前，有充分的正常運作時間的區間（比如一年）為基準，將所有的相關影響因子，包括：產能、外氣溫度濕度焓值和靜態因子（如機台數量、人員數量等）等眾多數據與耗能，以及單位產量等數據加以運算，透過多變數迴歸分析與大量交叉計算後，選取一組最符合現況的迴歸公式，這個公式就代表目前系統在各種情況下的能效用以預測未來，只要輸入相關變因及因子的數值，就可以得到在該情況下與實際相符的預測耗能量，如圖1所示。

以下羅列透過Mr. Energy系統能源管理範例畫面，如圖2所示，有編輯畫面的UI和多元的圖表元件控制項，能管網頁建置時，使用者不須編寫任何程式，只需透過本系統設計的各個控項，以及畫面美工的協助，即可編輯出精美的頁面，上手輕鬆，且可於同一頁面監看重要資料分析視覺化圖表，協助客戶縮短各項能源管理的決策時間。

二、科技廠機台耗能分析

Mr. Energy的機台運轉狀態K-Means Clustering大數據分析模組，準確評估能源耗用模式，建立各項機台能源耗用的報表畫面，透過相同功能機台群組的待機狀態的能源耗用差異，分析找出待機耗能最低的機台作為標的，進而提出節能建議方案，供各機台節能負責人做為節能改善的分析依據，如圖3所示。

結 論

能源管理的正確性需經常檢討與審查，當耗能狀況有大幅改變或能源基線已偏離時都需修正。由於能源績效監測的工作複雜度高且耗時，採用一套完整的半自動化資訊管理分析系統建立能源管理制度，除可免除人工輸入的誤差，更可提高管理效率。

新鼎所開發的Mr. Energy系統，配合現場建置各單機的計量表，並導入大數據分析，可協助經營者有效監測並預測管理能源的使用。而本系統透過能源基線的建立，除可解讀與各種變因相關的真實能耗資訊，掌握各系統、各單機的即時能耗指標，及早發現問題並做出改善，甚至可比較同類機台設備的耗能，提供機台製造商做為改善能源使用效率的依據，落實ISO 50001能源管理精神，為企業經營與全球永續創造雙贏。

附 註
2019科學園區廠務技術研討會 - 電力組「論文」-應用感應取電IoT電錶建構能源管理系統