離心泵浦節能診斷實務與量測工具

前言
馬達動力設備為工業部門主要耗電設備，節電潛力高，據經濟部能源局的統計資料顯示，如表1，台灣電力消費統計工業用電量約佔總消費電力的53.3 %，其中使用部門以工業部門用電量所佔的比例為最高，約為總消費電力的一半。而依據歐盟與美國能源部 (DOE)的研究指出，工業馬達動力系統用電量約佔65 %～70 %的工業用電力，因此要提高工業能源效益和生產力，於相關的系統中使用高效率馬達動力設備為非常具有貢獻潛力的因素，更是能源管理法管制的重點。

圖1 工業用電中馬達動力設備之耗能比例

馬達動力設備使用上，依據美國馬達動力系統省能方案研究資料指出，如圖1，工業用電中泵浦佔22 %、空壓機佔18 %、風機佔16 %，是工廠主要的馬達用電設備，推估消耗台灣電力約500億度。以節能的角度來看，改善泵浦、風機、空壓、馬達單體等主要馬達動力設備效率的節能效益極巨。以政策面的角度來看，若能進一步管制馬達單體及馬達動力設備能效，則能有效落實節能減碳目標。
節能已經是工廠必須面對的事，而馬達動力設備中，泵浦的用電佔22 %，更是節能省電的主要目標。如何量測使用中泵浦效率與使用適當設備量測是泵浦節能關鍵要素。
最低能源效率標準(MEPS)要求
為擴大工業節電效益，國際上已實施或開始規劃空壓機、風機及泵等馬達應用及耗電較高之動力設備能源效管理，國際管制泵情形如表2。

泵浦 已於2013、2015兩階段實施MEPS，並規劃2023年管制泵機組 已公告2020實施 MEPS ──
經濟部能源局於110年4月13日舉辦「迴轉動力泵容許耗用能源基準、標示及檢查方式」法規明會[1]與業者取得共識預訂民國112年實施未含電動機之泵體及內含電動機之泵機組，包含單吸單段聯結式迴轉動力水泵、單吸單段直結式迴轉動力水泵及進出水口同軸之單吸單段直結式迴轉動力水泵等三類。
此外，經濟部已經於中華民國108年12月25日修訂「能源用戶訂定節約能源目標及執行計畫規定」[2]，規定能源用戶(指契約用電容量超過八百瓩之法人及自然人)於中華民國一百零四年至一百一十三年平均年節電率應達百分之一以上。泵為工業設備耗電產品之一，若能提高廠內泵的能效，將有助於工廠節電。
泵浦種類
泵浦種類分為迴轉動力式與正位移容積式兩大分類，迴轉動力式又可以分為：離心式、混流式、軸流式三種，離心式又可分為單段、多段，單段中又可分為單吸（ESOB-End Suction Own Bearings、ESCC-End Suction Close Coupled）、雙吸（DESC- Double Entry Split Casing）等。本文主要探討離心式泵浦節能診斷實務與量測工具。
泵浦系統的節能空間三層次
針對現有運作中泵浦系統，泵浦效率改善有三個空間層次：即維修改善空間、匹配改善空間與優化改善空間，如圖2。

圖2 泵浦效率改善空間三層次[3]

1.維修改善空間
泵浦安裝使用時與系統管路阻抗不匹配，縱使購買泵浦時要求高效率(例如80 %)，仍將使操作點偏離設計點，使泵浦運轉於低效率區，操作效率依個案可能差10 %~20 %以上(例如80 %降至60 %)，加上泵浦安裝使用後即開始衰退，沒適當維護的泵浦，其效率可能再衰退10~15 %(例如60 %降至45 %)，所以使用多年沒適當維護的泵浦，其操作效率可能比購買泵浦時新品效率差達35 %(80 %降至45 %)，甚至更多，非常浪費電力。
泵浦安裝使用後即開始衰退，不論如何保養維修泵浦，泵浦節能改善空間也僅限於恢復接近新品安裝時之操作效率，這是一般工廠採用的維修模式，節電程度只達到維修改善空間層次。
2.匹配改善空間
若能進一步提早透過量測、評估以了解實際泵浦操作效率與泵浦購買時泵浦最高效率是否接近一致，若操作點偏離泵浦最佳設計點效率，即必須重新檢討泵浦流量與揚程，重新選擇符合現況操作之流量與揚程的泵浦，讓泵浦操作在最佳效率點，使泵浦系統匹配最佳化。