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作者:陳佳盟/工研院

一、「淨零碳排」浪潮襲來，工具機是製造業提升能源效率的明智起點

全球發電主要依賴化石燃料，約占全球溫室氣體排放量的四分之一。根據政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)的數據，二氧化碳排放量必須到2030年減少25%，並且需要在2070年達到淨零排放才能實現2°C的氣候目標。碳排放對生態系統造成的負擔日益增加、原料開採對自然棲息地的破壞和全球暖化是能源供應的三個影響；這些影響與日益增強的生態意識相衝突，造成目前製造業所面臨的最主要挑戰。

二、工具機能源效率的系統邊界與計算規則定義

能效的評估在很大程度上取決於系統邊界和能效本身的定義；因此，本章節將定義系統邊界並提出工具機能效的計算規則。

三、工具機的能源需求

過去有文獻指出，工具機加工過程的能源需求明顯高於切屑加工所需的能量，且工具機可變零組件部分佔加工總能量需求的20%到30%。而除了工具機需要電能之外，通常還需要其他介質，例如壓縮空氣、冷水或冷卻潤滑劑；排出的空氣以及其他引入的介質必須從工作空間中抽取出來進行處理，並最終存儲起來以供重新供應。根據外部邊界條件，介質供應在工廠中分為集中式或分散式；在分散式供應的情況下，所有配套單元都在工具機的系統邊界內。通常，電能和壓縮空氣是最相關的能量輸入。

四、總結與展望

全球工業能源需求的不斷增長造成了巨大的生態和經濟成本。本文可看出，工具機的設計及其操作在製造業節能方面具有很大的潛力，從單一工具機的能量分佈來看，總能量需求遠遠超過了實際排屑過程所需的能量；此外，由於工具機配套單元和輔助系統的能源需求較高，因此與固定能源需求相比，即使是可變能源需求(與材料加工相關)也相對較小；特別是冷卻系統、切削液供應和液壓裝置對整體能源需求具有決定性影響。基於這一發現，提出了工具機能源效率的定義，該定義將主軸的能源需求與整體能源聯繫起來；綜觀分析結果，主軸利用率高和配套單元能量需求低，對整體工具機的淨零碳排是有益的。