高省電費之大、中、小型 「類儲冰系統」研發及示範布署(下)

 

高省電費之大、中、小型 「類儲冰系統」研發及示範布署(下)                        陳穗祥　吳鳳科技大學　機械與智慧製造工程系　兼任副教授 李柏霆　吳鳳科技大學　機械與智慧製造工程系　講師 黃培堯  吳鳳科技大學　機械與智慧製造工程系　兼任助理教授 陳淑瑤  吳鳳科技大學　機械與智慧製造工程系　兼任講師 歐鎮寬　台北市立大安高工　  冷凍空調科    　教師

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 參、確認研發方向及主題過程

在投入研發前，先依「市場需求及痛點」、「產品競爭分析」、「產品之優缺點分析」及「價值設定」列出50幾項的「想要功能及技術痛點」十幾年來因應環境而討論、修改、持續精進並以LCOE：（Levelized Cost of Energy, LCOE）平均每度電（kWh）的成本指標等評估，獲得較影響大者有5項：

1. 傳統冷氣機可提供冷氣，但會產生大量「廢氣」目前雖然有雙效熱泵可同時產生冷與熱，但如何減少體積大，降低成本，熱平衡控制等，是必須突破技術。

2. 冷能儲存及熱能的儲存，如何縮小體積及提高效率？

3. 儲冰式系統可以儲冷能，但體積大、系統複雜，成本高，只見中、大型系統使用，不見家庭用之小型儲冰系統。

4. 中山大學從30幾年前從美國引進的優態鹽 ( Eutectic Salt ) 儲冷空調系統，雖不需使用滷水，0℃以上冷媒蒸發溫度，運轉效率高，但還是有優態鹽成本高，系統還是太複雜，成本高，要將其複雜系統縮小成家庭用，難度大，需另外設計系統。

5. 電費越來越貴，是否部份電源可加入太陽能發電或風動力直接趨動壓縮機轉軸運轉？

再針對這5大項，提出30幾項的「需要突破的關鍵技術」也經持續討論、修改及評估，十幾年下來，獲得較影響較大者有如下6項，依這些「需要突破的關鍵技術」分工持續進行研發、樣機製造、性能測試、改良、找案子實機使用測試(示範與部署)、找廠商投資量產到行銷推廣（商業化）

1. 重新設計雙效熱泵（冷媒循環系統）之冷熱平衡的新機構。

2. 研發良好成本低的儲冷材料 ─ 相變材料及優態鹽等材料。

3. 儲冷式系統：由冷媒蒸發溫度0℃以下，改成冷媒蒸發溫度0℃以上的新儲冷式系統之管路及元件之重新設計。

4. 太陽能發電併接系統中壓縮機等電器之新電路、小量儲電BMS（電池管理系統）及EMS（電源管理系統）等。

5. 風力直接帶動開放式壓縮機（先使用汽車冷媒壓縮機）風力葉片及傳動系統之新設計及開發。

6. 合適的中央監控及能源管理（EMS）系統。

評估這6項要突破的關鍵技術點，規模龐大，還好校園內不像企業，較沒有大的壓力及時效，這領域的技術迭代較慢，學校內有100多位博士等人材，可供諮詢及協助，十幾年來陸續完成了1 ～ 4項的關鍵技術，申請了20幾項專利，技轉授權給了一些廠商並部份量產上市，也銷售了一些，也証明這些先進綠能產品的節能減碳及省電費有巨大的功效，許多人看了而告訴敝團隊，這值得推廣，且有機會從台灣漫延到全世界，令我們信心大增。

在漫長10幾年的研發過程，敝團隊也一邊評估「產品市場定位」及專利佈局及找到70幾家授權合作廠商：

先列出產品SWOT分析 表6及市場大小略估及市場定位圖：如 圖17及 圖18

 

表6　產品SWOT分析表

產品SWOT分析
S強項	O機會
◎ 最高可省下80%電費，贏過幾乎所有傳統電器。 ◎ 同時可提供「冷氣」與「熱水」家用或商用皆可以，功能強、市場大。 ◎ 安裝及維修簡單，一般懂空調及水電等人員可從事，所以擴展容易。 ◎ 回收年限短（ROI有些二年內即可回收） ◎ 可採業主零出資金的「以節電費當租金」等方式. ◎ 「冷熱儲能成本」換算每度電約0.2～0.4元，目前以蓄電池儲能，每度電約2～4元，兩者成本相差約10倍以上，而且使用鋰蓄電池壽命約10年，本冷熱儲能系統壽命可達20年，故可幫業主省下更多錢。	◎ 可取代傳統冷氣機、熱水器、熱泵及儲冰式系統等電器、市場大。 ◎ 從1冷凍噸（RT）到1000冷凍噸（RT）以上都可製作. ◎ 合乎世界潮流節能減碳趨勢。 ◎ 小型一體式機已研發出來可量產，並有結合太陽能發電，可搶攻東南亞及離島等電力較不足市場。
W弱項	T威脅
◎ 初期建置成本較傳統單項冷氣機及熱水器高。 ◎ 體積大，需有空間放置冷熱水桶（除非是小型一體式）	◎ 安裝及維修簡單，易被模仿。 ◎ 與大廠專利訴訟的可能性。

  

                                 圖17　市場大小略估及市場定位 - 1圖

       圖18　市場大小略估及市場定位 - 2圖

 

明顯可得：冷氣熱水機市場內之「超級省電費霸主」是此節能減碳及省電費產品之響亮市場定位。

冷媒系統及太陽能系統的專利佈局如 圖19 由於專利有公開性時效性，故許多創新發明研發成果，待商品順利量化銷售後，再行申請專利。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖19　專利佈局

肆、技術及產品之示範布署：

每完成一項可應用的技術或產品，敝團隊會先做說明資料及海報（一頁式廣告）例如 圖20及 圖21及接洽顧客重點圖例如 圖22點出市場及技術或產品的優缺點。

 

                                 圖20　雙槽式太陽能冷氣熱水機海報     

                            圖21　一體式太陽能冷氣熱水機海報

 

                                            圖22　接洽顧客重點圖

 

而後敝團隊人員會再找一些相關業者小型、中大型冷氣熱水機系統及太陽能儲能櫃之行銷管道及廠商目前是不同的，需分開拜訪接觸及建立)討論，有興趣的相關業者則與授權合作廠商及敝團隊進入「合作接案模式」：例如 圖23

現勘後與廠商合作寫出對顧客的「服務建議書」例如 圖24及 圖25

 

 

 

 

 

 

 

                                                  圖23　合作接案模式 - 協助案子現勘

 

                                              圖24　服務建議書第1頁

 

 

                                                   圖25　服務建議書第1頁

 

「服務建議書」中需清楚告訴顧客:每年最高可節省費用、總經費、回收年限（ROI）

再加上每年減少CO ₂ __ 公斤 ( 即減少冷氣機廢熱 __ kcal，約等於植樹 __ 公頃 ) 則會相當有說服力。

目前太陽能儲能櫃之行銷管道及廠商已建立完成（全台有76家合作廠商）且有越南等國家簽授權合約了。太陽能儲能櫃之全台76家合作廠商行銷管道及廠商如何建立？在我們之前發表的「儲冷熱式太陽能雙效熱泵研發及衍生產品市場化推廣」論文已有介紹，也有合作廠商拍了完工短影片介紹（三春公司使用「隔離型」太陽能儲能系統：

https://www.youtube.com/shorts/44z544VFwdw?feature=share）

有時遇到重視儲電能的客戶，則採用如下資料加以說服（強調「儲冷熱」能成本換算每度電費只約0.2～ 0.4元台幣；而一般蓄電池儲電成本每度電費高達2～ 4元台幣，兩者成本相差達約十倍）例如 圖26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                      圖26　重視儲電能的客戶說服理由資料

 客戶如需參觀實機資料，則可使用安裝於吳鳳科大內的案例如 圖27、 圖28、 圖29及 圖30，此案經費分析如 圖31。使用租賃方式授權合作廠商可賺更多錢。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                         圖27　吳鳳科大學生宿舍案（2 KW主機）

 

 

 

 

 

         

 

                      圖28　吳鳳科大學生宿舍案估計每年可省電費

 

 

                                 圖29　吳鳳科大學生宿舍案完工現場照片

 

 

                             圖30　吳鳳科大內太陽能冷氣熱水機已使用10多年

 

 

 

 

 

                            圖31　吳鳳科大學生宿舍案（2  KW主機）之成本分析圖

說服顧客的儲冷式冷氣熱水機特殊優勢：如 圖32及 圖33。

 

 

 

 

 

 

 

 

                                             圖32　儲冷式冷氣熱水機特殊優勢

 

 

                                                    圖33   外 牆及陽台也可以安裝太陽能板發電

說服顧客的一些實例，使用本節能機器，節能減碳愛地球，就從自己家中「零電費」開始：

如 圖34、圖35及圖36。

 

 

              圖34　嘉義縣陳先生住家零電費例子

 

 

                                  圖35嘉義縣陳先生家          

                                 圖36嘉義縣陳姓學員家5月份零電費帳單

 

實例影片：嘉義縣農產品生產合作社40冷凍噸（RT）使用奈米冰晶之「儲冷式冷氣機」https://youtube.com/shorts/3r4fR6eZdYc 授權合作廠商 -台灣三春公司使用奈米冰晶之「儲冷式冷氣機」這案子幫業主省下約50 % 的電費，業主很高興。

實 例：2020年在嘉義縣秀林國小安裝之「太陽能冷氣熱水機」等如 圖37及 圖38

圖37　嘉義縣秀林國小教室安裝的太陽能冷氣熱水機等

圖38　太陽能冷氣熱水機出風口溫度 可低到12.5℃

實 例：安裝在貨櫃屋移動方便（適用離島及偏遠沒外網電力地區）如 圖39及 圖40

 

 

 

 

 

 

 

 

                圖39　太陽能冷氣熱水機不須使用外部電源（適用於離島及偏遠地區）

 

 

                  圖40　太陽能冷氣熱水機安裝於貨櫃屋移動方便

實 例：外型可多變化 - 全不鏽鋼桌型的太陽能冷氣熱水機。

圖41　全不鏽鋼桌型的太陽能冷氣熱水機

最高可節省100 % 電費的「儲冷熱式太陽能冷氣熱水機」、最高可節省80 % 電費大、中、小型企業用及家用的「儲冷熱式冷氣機」、低碳排的「太陽能冷氣機」、可降低尖峰用電量之「隔離型太陽能儲能系統」、及高效儲存冷能的「含奈米物儲冷材料」等，成為一完整產品鏈，可比傳統1級能效冷氣機、冰水機、熱泵等更節能減碳兼省電費

伍、結論與建議：

1. 當政府因尖峰用電時電力緊張，要花費上千億元增建新發電廠時，敝團隊認為：「先降低尖峰用電量，才是最省錢的方法」台灣最大尖峰用電量4074萬瓩，減少612萬瓩用電量即能降低全台夏天尖峰用電15%，使用「太陽能雙效熱泵系統」及「儲冷式冷氣機」等新綠能技術用於建築上，是政府不用花一毛錢，就有機會做到減少612萬瓩用電量（15 % 尖峰用電量）。

2. 當政府因尖峰用電時電力緊張，故又要花費上百億元補助設立高價儲電櫃以電力削峰填谷作用時，敝團隊認為：「電池電力儲能，每度電需約2 - 4元，成本太高了。而使用雙效熱泵系統「冷熱儲能」用於建築上每度電只需0.2 - 0.4元，政府應優先推廣成本只約十分之一的「冷熱儲能」一樣可達電力削峰填谷作用」

3. 當政府花大錢補貼創能、儲能、節能時，敝團隊認為:「『移能』才是更省錢的方法」從小到住家，大到工廠都可以做移能（從1噸冷氣（RT）～1000噸冷氣（RT）以上）將尖峰時的冷氣及熱水用電，移到離峰時使用，夏天時冷氣用電量約佔40 %，只要將這40 % 用電量移到離峰時，民眾就可以省下5～8成電費，冷氣主機在尖峰時幾乎不運轉，可當備載使用（應付冷氣需量額外增加時）原冷氣機容量可以降低，購買成本也可降低了。故當政府2020年計畫花300多億元推10萬間教室「班班有冷氣」政策，敝團隊認為：「安裝「儲冷型冷氣機」及「太陽能冷氣機」等綠能節能冷氣系統，只需花「100多億元」可以省下約200億元，每年還可以省下約10億元電費，更有節能減碳的效益，並在嘉義縣秀林國小安裝了「儲冷型冷氣機」及「太陽能冷氣機」當示範，許多報紙等新聞也有報導，可惜沒獲政府注意。

4. 政府許多節能減碳及永續ESG補助計畫，例如: 節能家電汰換補助、經濟部能源局節能績效保證專案（ESCO）示範推廣補助計畫、經濟部商業服務業系統節能專案補助、工業局產業低碳科技應用補助計畫、經濟部能源署業界能專計畫、教育部建構智慧低碳校園計畫、環境部氣候變遷署「冷卻行動示範運行補助計畫」如果「儲冷熱式太陽能冷氣熱水機」及「儲冷熱式冷氣機」等未來綠能節能科技，能獲得計畫中使用，將可大為提升政府的計畫成果。

5. 最高可節省100 % 電費的「儲冷熱式太陽能冷氣熱水機」、最高可節省80 % 電費小型家用及大型企業用的「儲冷熱式冷氣機」比傳統1級能效冷氣機、冰水機、熱泵等更節能減碳省電費，並可降低尖峰用電量，最少在節能電器之補助及待遇應比照1級能效冷氣機及熱水器等；政府及民間設立的「節能輔導中心」、「永續推動中心」等，推動節能減碳的單位，如能介紹此創新綠能節能技術給民眾知道，可加速達成政府20%綠電用電量政策目標。

6. 「儲冷熱能」成本換算每度電費只約0.2 - 0.4元台幣；而一般蓄電池儲電成本每度電費高達2-4元台幣，兩者成本相差達約十倍；政府近來提供50億元經費補助蓄電池儲電案，如補助「儲冷熱能」或可發揮500億元之電力移峰填谷價值。

7. 「淨零耗電住宅或辦公室」目前市面技術可做，但傳統全儲電方式成本高（許多高於50萬元）回收年限長，維護更新成本高，致推展不易。如採用敝團隊研發的創新節能減碳降低電費技術，有些案例只需2 ～ 3年就可回收成本（回收年限（ROI）很短）又可兼具環境永續、深度節能、冷卻環境溫度、增加ESG效用且能「創能、儲能及節能」增強社會韌性。

8. 台灣最佳的「分散式電力系統」是:台灣每個住家、小辦公室、小工廠皆可「創能、儲能、節能」而住家「儲能」最佳的是「冷熱儲能」（每度電相當只需0.2~0.4元成本，是電池儲能的約十分之一）每個家庭冷熱儲能相當6度電，全台灣5百多萬戶，共可儲「3千多萬度電」如用鋰電池儲「3千多萬度電」成本需約“3千多億元”，幾年後還需換新電池，國家負擔不起，使用綠能電器的「冷熱儲能」國家不用出半毛錢。

9. 水槽內有大量的水，可當消防救災使用，而且不會像鋰電池爆炸燃燒，有消防水池之功能，建議政府法規可直接認定為消防水池。

10. 跨領域的系統整合有發展性：冷氣及熱水是不同的產品，但民眾住家相同需「冷氣及熱水又要節能減碳低耗電費」要同時滿足此一需求，需將傳統冷暖氣機、電熱水器、瓦斯熱水器、熱泵、儲冰式空調及太陽能冷暖氣機等，產品生命周期（Product Life Cycle）已是成熟期的功能，做「跨領域的系統整合」更有機會創造出藍海市場（Blue Ocean Market）甚至有機會從台灣漫延至全世界。不過有時完整系統（大、中及小型家用等產品鏈）之統合研究，需長時間的研發投入（10年甚至20年）此情況下，學校較易支持長時間的研發。

11.「理工」研發方向需與顧客需求方向精準一致，才不致做白工；但所處環境、顧客需求及資源都可能會改變，如何更依時間精準掌握此改變？可由「企管」的分析方法，理工科系師生在確認研發方向及主題前，如能先使用企管之產品及市場等分析方法，評估環境及本身資源，更可以掌握更好的研發方向及主題，理工科系學生如能會初步的企管及行銷（例如看清重要之客戶群，找出讓顧客掏錢交換產品或服務的有效方案），未來發展可能更大。

12. 台灣技職教育師生往往有許多亮眼的創新發明，甚至產出有機會從台灣漫延至全世界的產品及技術，很可惜獎勵及補助不夠，全校研發競賽或專題競賽，第一名往往只有幾千元獎勵，有些學校材料費還需學生自己出錢，也很少後續的輔導申請專利及商品化，這非常不夠，建議由教育部統一補助每校高額獎金（高職全校第一名30萬元以上，科大全校第一名100萬元以上）而且有「最佳創意獎」、「最可商品化獎」、「最佳功能獎」等等，並納入「升學加分」等獎勵，這種作法是啟動台灣技職教育師生創新發明能量初步，需踏出這一步，再用「尋找校園金雞母方案」等技專院校改革十策，更能改善台灣技職教育一些低效培育技職人才問題。且使更多從技職教育出來者，成為「億萬富翁」，是有效且根本提升技職地位，吸引更多優秀學生就讀技職方法之一。

 

陸、參考文獻

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2. 太陽光電多元整合應用創新技術發展（2025年）楊倉錄／工業技術研究院綠能與環境研究所

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參考網站 : www.energy.org.tw

★ 本文上篇刊載於115年6月中華水電冷凍空調月刊