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【新聞】2020能源論壇/台積電晶圓廠營運副總廖永豪:企業綠建築的好 廠區小生物最知道

新聞日期:2020-11-18

新聞來源:經濟日報


圖為台積電廠區外觀。本報系資料庫


半導體產業龍頭台積電實現綠色製造,達成年省12億度電、「螢火蟲都能在廠區落地生根」的完整祕訣首度大公開。台積電晶圓廠營運副總廖永豪日前出席經濟日報2020能源願景高峰論壇,以「企業減碳與環境共好」為專題演講,在公司全力發展之際,能源管理也採取積極作為,與環境共生共榮,以下是專題演講摘要:


此次專題演講希望和各界分享台積電的能源管理策略。大家都知道,科技發展日新月異,許多創新想法實現仰賴半導體,半導體改變生活型態,在我們生活中無處不在。(延伸閱讀:台積電晶圓廠副總廖永豪:建構綠色製造生態圈


隨著半導體的快速發展,各種運用與創新也將深入人類生活的每個層面,例如在行動裝置、自動駕駛、高速運算與物聯網等。半導體晶片功率性能、單位面積電晶體數量的長足進步,能提供更低的耗能更快的運算能效。


台積電扮演的角色,除了是以更先進技術協助客戶創新實踐,也協助客戶來產生更具能源效率的產品,當這些高效能的晶片被大量運用在終端產品上,將會替人類帶來更節能、更低碳的生活。


早在2009年,美國能源經濟委員會已提出半導體產業的持續研發應用有助於全球能源節約,在台灣,工研院的研究也有相同結論。


如果台灣半導體研發與產品應用維持過去15年的平均成長率約3.3%至8.9%,將可省下10%用電量,相當於每年省電達300億度,如果加速半導體研發應用更能額外省下7.4%,也就是說,若台灣半導體產業的加速研發與應用,將能讓台灣在2025年的電力使用降至2016-2017年的水準。


台積電是如何運用科技技術來提高效率?從越先進晶片耗電量越低而言,同樣生產速率下,5奈米製程相對28奈米耗電可省83%。


當然,不可諱言的,因為製程的複雜程度的增加,單位產品生產用電也將因此增加,比如從5奈米製程相對28奈米生產耗電就提升約2.1倍,相信半導體產業將面對生產電力與碳排放的挑戰。


針對這樣的課題,台積電已有系統的提出對應策略與行動。由於台積電碳排放主要來自能源運用,持續在節能上找到改善方法,已有六大面向的完整能源管理策略。


台積電綠色製造的六面向策略:第一在國際標準的綠建築設計、第二製程機台最佳化、第三機台用電量評量制度、第四耗能量測診斷與不斷優化、第五透過國際能源管理系統不斷檢視與改善使用效率,以及最後擴大外部合作、對外採購綠電等降低碳排放。


如同其餘講者提到,台積電已承諾持續購買綠電,持續追求對的設計、持續改善、有效管理,最後採取零碳能源,降低生產過程的碳排放。


首先,在廠房綠建築設計上採取雙認證系統設計,包含台灣綠建築EEWH認證、美國綠建築LEED。EEWH重視生物多樣性與綠化量、室內噪音規範與現場查核等,美國綠建築LEED則是使用網路系統認證遍及167個國家,兼顧在地化與國際標準,確保能源系統設計與運轉的效益,台積已有170多個專案認證。


台積電採取兩大綠建築認證體系的效益,以台積電14廠、台中15廠P3-4為例,若用美國冷凍空調學會綠建築規範的ASHRAE90.1基準來看,甚至能比該標準再減少23.4%能源使用,每年可省2億度用電。


台積電的兩大綠建築認證符合重視生態保育規畫與設計,若說台積有很好的生態環境,誰要問誰最知道,應該是廠區的小生物最知道。


台積綠建築面積居全球半導體第一,同時定期廠區調查,廠區棲息209種動物,其中哺乳動物4種、鳥類62種蝶類80種還有13種保育動物。


最特別是,環境指標的敏感生物螢火蟲,都已經在廠區落地生根,可證明生態與科技、環境都可共生共榮。台積電也將廠區的綠色設計與行動出版成書跟各界分享。


第二,廠房內製程機台最佳化設計。


台積電廠區用電量分析顯示,製程機台用電占比約52%,其中六項製程包含蝕刻、化學沉積等占用電量88%。


過去台積電努力的方向是確保機台的能源運作效率,如今已經從源頭做起,2012年與設備商合作發展半導體綠色機台設計認證,在機台設計最初就先完成節能設計、安裝節能元件等。


2018-2019年台積也邀請設備與元件供應商,舉辦上百場討論會議,從節能項目、規劃、產品驗證等,將節能設計導入新機台的採購標準,這不是容易的事情,但公司願意去推動這有意義的變革。


在機台的最佳化設計,以兩個案例而言,首先是不斷電系統、半導體行業不能容許一秒的斷電,台積廠房基本配備UPS因應波動,在UPS儲能轉換出現6%能源耗損,台積和UPS供應商合作開發節能模式,確保能源直接供應機台端,不出現耗損。


另一個案例是導入智慧控制模式,降低機台在非生產時的水電氣使用,優化整體能源使用效益,一旦製程需要生產才提高大火或大量氣體供應。台積也發現,運用智慧模式減少5%電力、39.6%天然氣使用等,節省14%碳排放。


第三,建立綠色設備評鑑系統。


在綠色機台廠商評鑑系統包含六個大指標,包含設備單元效率高低(冷凍、加熱與馬達等)、資源設計最佳化、資源使用監測能力、資源調控能力(自動待機與最佳化)、製造工廠符合綠色製造如節水節能與原物料,鼓勵設備商創新做法與節能結合納入設計,將評鑑得分鼓勵設備商有往前邁進的驅動力。


第四,耗能量測診斷與不斷優化。


在完成對的設計之後,如何持續改善,以AI運用在空調為例,監控各部門用電以空調用電占廠務40%這也是因為廠區非常大,空調系統用電大,也是台積希望改善的地方。


台積過去已經優化空調運轉參數,現在結合機器學習與AI將蒐集到的資料,建立一個低耗能系統運轉模式,這也提高2%效率、此部分每年省下三千萬度的電,也將此經驗分享給台灣半導體協會,持續推動綠色創新。


在能源監控單元上,台積也從源頭縮小至每個機台設備用電情況,將一個廠房布建600個智慧電表,監控機台狀況,確認所有機台即時生產與用電效益,透過大數據分析比較相同製程用電改善的機會,建立動態耗能模組與比對,找出耗能偏高的機台,再差異分析,確保所有機台的每度用電都發揮最大效益。


第五,運用國際能源管理系統不斷檢視與改善使用效率。


台積所有廠區都通過ISO5001能源管理系統認證,透過國際的系統方式,實施九年多來,確立常態監控與量化上不斷比較改善。簡單來說,台積運用ISO5001建立了EPI(能源績效指標),進而評估與調整比對機台,確認能導入最佳的模式。


第六,台積在採購再生能源上的努力。


前面提到節能,如何進一步降低碳排放,我們的答案就是擴大外部合作、對外採購綠電等來降低碳排放。台積電持續支持政府的再生能源政策,台積電已連續三年蟬連台灣最大綠電認購者,拋磚引玉。


台積電並承諾持續積極購買來帶動發展,台積電中期計畫目標是2030年全公司的廠房25%使用再生能源,同時非生產廠房100%全數使用再生能源。台積電長期的目標,則是2050年底前全球營運據點100%將使用再生能源。


到目前為止,今年台積電5月已達成台灣首批再生能源轉供,而至今年7月為止已完成簽約再生能源的總裝置容量達1.3GW相關再生能源(包含太陽光電、離岸風電專案)。


為了彰顯台積使用再生能源的決心,也成為首家加入RE100的行列的半導體企業,更榮獲首屆領袖獎:最有影響力的先驅,也代表對台灣環境的承諾。台積電已連續19年榮獲道瓊永續指數認證、多次榮獲經濟部節能標竿獎、企業環保獎等殊榮。


談完六大能源管理策略,台積也認為創新無所不在,透過公司同仁的節能競賽,鼓勵大家發揮創新價值,提出可行方案,這部分每年有300個提案,許多提案也因此導入公司實踐,每年創造高達2億度節能效果。


台積電過去在2016年至2019年廠務與生產機台執行503項節能措施,累計每年可省下12億度用電,目標是2030年達成年省50億度電的成果。


另根據世界半導體協會資料顯示,過去以來台積電在單位產品用電量FPC/PFC排放皆遠低於同樣以先進製程技術為發展中心的美國、南韓半導體產業。


整體而言,未來台積電在這些措施以外,還會持續推動綠色廠房、綠色製造與綠色供應鏈並管控環保風險,以及持續對外分享知識與經驗,希望在商業夥伴、產官學界與社會合作下,因應環境保護與氣候變遷的嚴峻挑戰,來達成台積提升社會永續發展的目標。


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