驱动半导体工厂节能降耗：安科瑞EMS-SEMI电子厂房能效管理系统能耗计量分析及智能照明控制方案，助力工厂

安科瑞戴婷 Acrel-Fanny

一、背景

政策支持

在国家鼓励半导体材料国产化的政策导向下，本土半导体材料厂商不断提升半导体产品技术水平和研发能力，逐渐打破了国外半导体厂商的垄断格局，推进中国半导体材料国产化进程，促进中国半导体材料行业的发展。

需求巨大

半导体是许多工业整机设备的核心，普遍应用于计算机、通信、消费电子、汽车、工业/医疗、军事/政府等核心领域。为鼓励半导体材料产业发展，突破产业瓶颈，我国出台等多项政策支持半导体行业发展，为半导体材料产业的发展提供良好的发展环境。为应对国外技术出口管制风险，多家中国半导体企业也增加了材料国产化率要求，加快了国产半导体材料研发进度。

门槛高

半导体核心材料技术壁垒极高，国内绝大部分产品自给率较低，市场被美国、日本、欧洲、韩国和中国台湾地区的海外厂商所垄断。目前，国内半导体材料企业仅在部分领域实现自产自销，并在在靶材、电子特气、CMP抛光材料等细分产品已经取得较大突破，各主要细分领域国产替代空间广阔，预计将促进我国半导体材料行业发展。

二、企业需求

1.供电可靠

2.供电质量可靠

3.用能安全和环境安全

4.专业全面的能源管理需求

5.提高能源效率，降低能耗成本

6.配电系统复杂，运维效率提升

三、解决方案

AcrelEMS-SEMI电子工厂能效管理系统集变电站综合自动化、电力监控、电能质量分析及治理、电气安全、能耗分析、照明控制、设备运维于一体，为建立可靠、安全、有效的工厂能源管理体系提供数据支持。

以芯片制造工厂为例，该工厂电源可分为三类即：公共电网电源、柴油发电机备用电源和 UPS 电源。国内企业通常会分别简称为：市电、E 电和 U 电。 工艺生产负荷按其对于电源可靠性要求的重要性可分为3个等级：1级关键负荷、2 级关键负荷及3级关键负荷，重要性是逐步升高的。

以下为一个半导体工厂的典型电气单线示意图(部分)，为了提高工厂供电可靠性，采用2路110kV电源供电，设立一座110/10kV变电站，配置2000kW/10kV柴油发电机作为后备电源，在0.4kV侧配置500kVA UPS用于3级关键负荷和部分2级关键负荷工艺设备供电。

每个芯片制造工厂工艺生产用电量与公用工程用电量比例不尽相同，通常工艺生产比公用工程用电量略低，但大致可以认为比例为 1：1的关系，即各占全厂总负荷的 50% 。植入、光刻、蚀刻生产过程中的机台设备、泵、高温炉及其它一些机械设备是工艺生产过程中的主要用电设备，而公用工程直接参与工艺生产的超纯水、工艺生产的冷却水、氮气及间接参与生产的建筑冷却的冷冻水、清洁干燥的空气是主要的用电大户。

系统架构

系统特点

1.提升供电可靠：中低压实时监测；电能质量监测和提升；变压器、发电机、UPS状态监测；接点温度监测；实时预警。

2.节能降耗：计量体系完善；能耗数据统计；能源流向分析；工艺生产能耗数据监测；厂务系统能耗数据监测；照明控制；负荷调节。

3.用能安全：电气火灾监测；消防设备电源监测；防火门监控；消防应急照明和疏散指示监测；环境监测。

4.运维辅助：设备台账；设备保养提醒；工单派发；运维流程闭环；专家报告。

四、功能介绍

1.变电站综合自动化

1.1 实时监控

实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等；

1.2 关键供配电设备监测

监测变压器、柴油发电机、UPS的电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、温度、三相平衡、异常报警等数据。

1.3 故障录波

系统具备故障录波、事件顺序记录，用于分析故障波形，协助分析故障原因并改进。

1.4 电能质量监测

监测各进线回路电能质量，包括电压暂降、谐波畸变、闪变等数据波形记录，进而判断配电系统扰动方向。

2.电气安全

2.1 电能质量治理

配置有源滤波装置和无功补偿装置对0.4kV侧电能质量进行补偿和治理，并监测有源滤波装置和无功补偿装置运行情况，确保电能质量符合生产要求。

2.2 电气火灾监测

监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，实现对企业电气安全预警。

2.3 消防设备电源监测及疏散指示

监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

2.4 接点测温

系统监测断路器、母排、线缆接头、密集型母线槽接点温度并实时预警。

3.降低能耗

3.1 计量体系搭建

为工厂搭建计量体系，显示能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助企业分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域。

3.2 能耗数据统计

采集工厂工艺用电、厂务用电、纯水、氮气、压缩空气等消耗量，同环比对比分析，能耗总量和能耗强度计算，标煤计算和CO2排放统计趋势。

3.3 工艺能耗

采集厂内冰机系统、冷却塔系统、热水系统、PCW 系统、MAU 系统、排气系统、FFU 系统、纯水系统、废水系统、纯水抛光系统、空压机系统、气体纯化系统、大宗气站、照明办公系统、IT 数据中心系统、工艺机台等能耗数据。

3.4 智能照明控制

单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式。

4.运维管理

4.1 设备档案管理

配置重要设备包括变压器、电气柜、高压电缆、空调主机、水泵、医疗设备等设备信息，配置二维码.

4.2 运维流程管理

任务管理、巡检记录、缺陷记录、消警记录、抢修记录、通知工单。

4.3 设备维护

在用户维护设备的质保期与安装时间后对设备是否超长时间运行与过期运行进行检测，提醒用户及时查看或更换相应设备，并提示维修或更换建议。

4.4 专家报告

系统定期为用户生成能耗分析报告，提供专家建议。

5.分布式光伏监测

5.1 光伏电站收益分析

显示平台所接入的光伏电站所产生的的日/月/年/累计收益和对应减少的碳排放。

5.2 光伏电站运行实时监测

实时显示光伏电站一次接线图，光伏组串直流/交流侧实时数据

5.3 逆变器运行状态监测

显示单个逆变器详细数据，包括逆变器信息、实时发电功率、日/月/年发电量、收益、发电功率及发电量趋势曲线、直流侧和交流侧数据等。

6.其他功能

重点用能单位能耗数据

采集企业电、水、气、汽、煤等能源消耗数据，对各种能源消耗指标进行标准煤、碳排放指标等折标运算，清晰展示用能单位的能源消耗数据，支持手工填报，按照当地政府部门要求上传数据。

充电桩管理

电动汽车和电瓶车充电桩管理，包括收费管理、资产管理。

职工公寓管理

对厂区内职工宿舍进行负载管理，包括恶性负载识别管理、负载阈值管理，避免因为恶性负载引起火灾。对员工宿舍进行水电收费管理，支持微信、支付宝等缴费方式，采集职工宿舍能耗数据

五、硬件管理

审核编辑 黄宇