台積公司成功開發業界第一個冰水系統最佳化節能控制程式

溫室氣體排放引發氣候變遷及全球暖化，對生態環境所帶來的衝擊，需仰賴全人類共同面對。做為地球公民的一員，如何透過節能減碳及最佳可行技術來降低溫室氣體排放，是台積公司念茲在茲的當務之急。

透過廠房用電的深入剖析，發現冰水系統佔總用電量比例偏高，為了提升能源使用效率，台積公司應用大數據分析，成功開發業界第一個冰水系統最佳化節能控制程式，大幅改善整體設備運轉效能。

晶圓廠房用電量分佈圖（以台積公司一座十二吋廠為例）

發現冰水系統設備間的能耗關連

冰水系統由冰水主機及冰水泵、冷卻水泵、冷卻水塔等附屬設備所組成，各裝置間的能耗會因溫度變化而相互關連。目前業界提升冰水系統能源效率的做法，主要著眼於單一設備改善（例如：冷卻水塔能源效率改善）。然而藉由相關研究得知，改善單一設備的節能效益僅3~5%，而且可能造成其他設備的能耗增加，導致整體冰水系統並非運轉於｢最佳節能點｣。

一般控制方式侷限於單一設備節能改善

• 單一節能改善：冷卻水塔風扇節能改善 a ➞ b
• 未考慮因素：冰水主機耗電 A ➞ B
• 綜合效益：冰機+冷卻水塔風扇耗電狀況 1 ➞ 2 節能效益3~5%(非運轉於最佳節能點)

應用大數據找出冰水系統整體設備最佳能源效率

台積公司應用大數據分析，收集50萬筆與外氣、空調、製程冷卻水及散熱排氣相關的運轉數據，結合冰水主機的莫里爾曲線及冰水泵、冷卻水泵、冷卻水塔的性能曲線，以迴歸分析開發出業界首創的冰水系統最佳化節能控制程式。

冰水系統在各不同溫度時各設備之用電量分布及自動最佳化控制程式示意圖

節能控制程式會依照不同的冰水溫度、冷卻水溫差及冷卻水溫度自動運算總耗電量，在不同的外氣狀況與現場負載隨時變動下，自動回饋並即時修正最佳設定溫度。冰水主機及附屬設備依據此溫度，設定運轉於最佳節能控制點，節能效益可達8~17%。相較業界一般控制方式，節能效率成功提升5~12%。

一般控制方式與台積公司研發的節能方式比較

除了讓冰水系統自動運轉於最佳節能點，台積公司亦領先業界，成功開發自動改變冰機供應溫度的做法、找出冰機與冰水泵的能耗關係方程式。民國106年，冰水系統最佳化節能控制程式已成功推行至台積公司所有十二吋晶圓廠，並經各廠區儀電課認證完畢，每年可節省的用電量達1.2億度，平均節能9%，相當於全廠用電量1.8%。