TFT-LCD等平板顯示項目節能評估要點分析及探討

文_ 程星華 李強 中國電子工程設計院

國家發布實施《固定資產投資項目節能評估和審查暫行辦法》以來的這幾年，正值我國TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示器）產業加速發展。TFT-LCD項目屬于資金密集、技術密集的高新技術產業，屬于精密電子器件加工制造。具有投資規模大、廠房體量大、工藝流程復雜、自動化程度高、廠務系統復雜、能源及耗能工質種類多、污染物種類多、排放量較大等特點。本文根據實際工作經驗，對TFT-LCD項目節能評估報告中的能評要點及存在問題進行分析和探討。

1 TFT-LCD項目用能特點及體系的劃分

用能體系是根據項目（企業）用能特點，人為的將用能系統或用能工序等進行歸納和分類，是項目用能分析的基礎框架和能量平衡分析的依據，貫穿節能評估報告計算分析過程。

根據TFT-LCD項目生產工藝特點以及動力需求情況，用能體系通常劃分為主要生產系統、輔助生產系統、附屬生產系統。主要生產系統作為最終使用端直接消耗能源或耗能工質，可以按工藝或產品（線）來劃分，通常包括陣列、彩膜、成盒、模組，近年來一些新建產線還包括觸摸屏和OLED有機蒸鍍；輔助生產系統作為生產系統的能源供應和環境支持系統，除向生產系統提供二次能源和耗能工質外，還在其轉換、傳輸、制備過程中消耗能源，TFT-LCD項目所需的輔助系統繁多，適宜按能源、耗能工質種類以及專業系統來劃分，如工藝冷卻水、照明、采暖、通風、空調等；辦公樓、宿舍、食堂等附屬生活配套設施的用能特點和要求與生產設施有較大差異，用能指標需要按民用建筑的相關指標進行計算和對標，因此該部分應作為獨立耗能體系劃分為附屬生產系統。

TFT-LCD項目消耗的一次能源通常包括天然氣，二次能源包括電力、熱力（蒸汽或熱水），消耗的外購耗能工質主要包括新鮮水（市政再生水）和氮氣、氫氣、氧氣、氬氣、氦氣等工業氣體。此外，生產過程還會消耗企業自制純水、壓縮空氣、工藝真空、清掃真空、冷卻循環水等耗能工質，此類耗能工質在制備時已經按其加工轉換所消耗的電、水等計入綜合能耗，不再列入耗能工質折標煤計算。TFT-LCD項目各用能體系及耗能系統、工序所消耗的能源及耗能工質的種類如表1。

2 折標系數的選用

折標系數是節能評估過程中計算項目綜合能耗的最基本參數，其合理性和準確性直接影響綜合能耗的計算結果及相關指標分析，也是各地節能評審的重點。

2.1 電力的等價折標系數

電力折標系數有當量值和等價值兩種。

電熱設備每消耗1kWh電所獲得的熱量為3600kJ，按照1kg標準煤的低位發熱量為29270kJ折算，電力當量折標系數為0.1229kgce/kWh。

電力等價熱值是指發電廠每供應1kWh電所消耗的熱量，由于火力發電過程中存在能源轉換和能量損失，其等價折標系數按當年火電發平均供電標準煤耗計算。根據中國電力企業聯合會和美國環保協會共同編著完成的《中國電力減排研究2012》報告顯示，2012年全國6000kW及以上火電機組平均供電標準煤耗0.326kgce/kWh。電力等價折標系數因不同地區當年火力發電供電煤耗而有所不同，節能評估需要根據項目所在地節能評價要求調整。

電力折標系數的選用需要根據不同的使用用途而有所差異。

2.2 新鮮水等耗能工質的當量折標系數

水在不同的壓力和溫度下狀態不一樣，焓值不同，當量折標系數也不相同。在一般項目中，新鮮水通常以自來水的形式購入，其熱量并不作為能量進入用能系統，水的當量不需要進行計算。同理，氮氣等工業氣體也不需要計算當量值。因此新鮮水等耗能工質在節能評估時計算綜合能耗時，僅計算其等價值。

2.3 氮氣折標系數

TFT-LCD項目中，氮氣在生產過程主要作為保護氣體、反應氣體、載氣、以及破真空氣體。通常氮氣、氧氣采用空分法制備，是生產過程的主產品，根據《綜合能耗通則》（GB/T 2589-2008），其等價折標系數應按主產品采用0.6714 kgce/m3。

TFT-LCD工廠通常自建動力站，生產壓縮空氣、純水、工藝真空等，其能耗已計入電能，綜合能耗計算時不再重復計算。

如上所述，目前節能評估文件中只有電力區分當量值和等價值，其他無論一次能源、二次能源、耗能工質，一律按一個折標系數進行綜合能耗的計算，TFT-LCD項目通常選用的折標系數如表2所示。

表1 TFT-LCD項目用能體系的劃分

3 綜合能源消費量和綜合能耗的差別分析及建議

綜合能源消費量是指報告期內企業生產消費的各種能源的總和。企業綜合能源消費量=購入能源消費量－由本企業加工轉換的二次能源生產量＋由本企業加工轉換的二次能源自用量。

《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589-2008）中對綜合能耗的定義：用能單位的統計報告期內實際消耗的各種能源實物量，按規定的計算方法和單位分別折算后的總和。

從上述對綜合能源消費量和綜合能耗的定義可以看出，兩者在計算范圍上有些差異。綜合能源消費量是指報告期內企業消費的，即購入的一、二次能源總和，包含那些購入了但實際可能未消耗的能源用量，不包含耗能工質；綜合能耗是指報告期內實際消耗的能源總和，包含耗能工質。

節能評估屬于項目建設前期階段，除耗能工質外，認為購入的能源全部用于實際消耗，不考慮貯存余量。

此外，筆者理解兩者的區別在于用途不同。綜合能源消費量，是從國家和地區能源統計角度衡量企業能源消費情況，是對全社會能源消費的宏觀綜合評價，即注重全社會能源產出及消費的平衡分析，通過能源消費量的統計可以看出一個企業對社會能源資源的消耗。耗能工質作為消耗一次或二次能源的產出物，其制造企業在報告期內已經將生產耗能工質的能源，計入能源消費量，若使用耗能工質的企業再次將耗能工質計入能源消費量，則從全社會角度重復計算。

綜合能耗傾向分析一個企業生產過程中各類用能系統實際消耗的綜合能源數量。由于同類項目不同企業生產工藝可能不同、建設內容不完全相同，直接外購的能源或耗能工質種類及數量也不盡相同，因此，若不將耗能工質計入綜合能耗，僅用能源消費量來評估企業實際單位產值綜合能耗、單位產品綜合能耗等指標將不準確，不能反映與同類項目對比的能耗水平是否先進。該指標側重個體分析。

目前節能評估文件相關要求及評審過程中，項目綜合能源消費量和綜合能耗的計算未明確區分，均指包含外購耗能工質在內的所有能源消耗量。筆者認為，對于項目對所在地能源消費影響分析等宏觀分析時會產生一定偏差。以某8.5代TFTLCD項目為例，綜合能耗計算見表2所示，可以看出，若不包含耗能工質，綜合能耗能約為源消費量（等價值）的1.3倍。

因此，筆者建議，節能評估中對不同的指標進行分析，數值計算選取如表3所示。

表2 TFT-LCD項目總和能源消費量和綜合能耗的比較

表3 針對不同用途指標計算說明

4 電力消耗量的核算

TFT-LCD工廠工藝設備實行全年365天晝夜連續生產的工作制度，為其配套的生產環境、輔助動力設施也要滿足全年不間斷運行。一般按照設計產能量配置的用電設備，根據需要系數法進行負荷計算和耗電量計算。

Q（電量）=設備單機功率×設備數量×需要系數×負荷系數×年運行時間

TFT-LCD項目工藝設備需要系數通常為0.3～0.45，部分設備如CVD、Sputter、Oven等需要系數取0.6～0.75。

由上述公式可以看出，用電設備年運行時間對耗電量估算有影響。目前，我國暫沒有電子行業年時基數的設計標準。TFT-LCD項目與IC（集成電路）類項目一樣，其生產運營特點是生產設備及輔助動力配套設施實行全年365天晝夜連續生產工作制度，生產線自動化程度非常高，生產一旦中斷，將會帶來嚴重損失。但此類項目實際運行中，工藝設備的運行工況較為復雜，包括設備故障停機、機臺保養、產品換線、更換藥液消耗品、等待等非運行狀態，因此計算年耗電量是其運行時間需要考慮設備的綜合的稼動率，即在計算時要考慮一個工時折損系數，通常TFT-LCD項目工藝設備綜合稼動率為75%～85%，部分設備如Exposure、CVD、Sputter綜合稼動率約為50%～60%。計算時要特別注意。

5 對標分析

TFT-LCD、OLED等平板顯示項目是以大片玻璃基板為原材料，根據產線世代和產品定位切割不同尺寸的顯示產品。以6代以上高世代線切割大尺寸產品為例，如表4所示。可以看出，即使相同的世代線，技術路線相同，由于其市場定位和產品方案不同，其最終生產的產品（模組）數量是不同的。因此，為建立可比較的評價體系，TFT-LCD等平板顯示項目分析單位產品綜合能耗時，不以最終的產品數量為基準，而以年玻璃基板投入量即玻璃基板面積為基準，進行對標分析。評價指標包括單位玻璃基板面積電耗、單位玻璃基板面積水耗、單位玻璃基板面積綜合能耗等。其電力折標系數按當量值計算。

表4 不同世代TFT-LCD生產線對應產品尺寸經濟切割片數

隨著顯示的發展和技術及產品性能的不斷提升，TFTLCD面板技術已由傳統a-Si（非晶硅）發展到LTPS（低溫多晶硅）、Oxide（氧化物半導體）三種技術并行的態勢。根據其工藝特點和技術要求，LTPS和IGZO生產工藝對于生產環境要求更高，特別是LTPS，其潔凈度等級比a-Si整體約提高一個等級，工藝設備增加了準分子激光退火、離子注入、活化、氫化/脫氫等設備，光刻次數達到9～13次，為a-Si的2～3倍，在設計產能相同的情況下，由于光刻次數的增多，將導致設備配置數量更多，耗電量更大。因此，TFT-LCD類項目進行對標分析時，需要結合項目工藝技術情況，將單位玻璃基板面積能耗指標折算成4次光刻的數值，與既有項目指標進行對比分析。

如：某第6代LTPS TFT-LCD項目，其設計產能為60k/m，玻璃基板尺寸為1.5m×1.85m，光刻次數為11～13次，項目年耗電量約為10.53×1012kWh，計算單位玻璃基板面積耗電量為527kWh/m2。若判斷此項目的能耗先進性，需要考慮由于光刻次數增多導致相同產能下工藝設備增加引起的耗電量增加，與傳統4次光刻，該項目相當于2.5倍的設計產能，即150k/m，因此，用于對標的、折算為4次光刻的單位玻璃基板面積耗電量約為210kWh/m2。

目前，我國尚未發布有關平板顯示行業能耗限額有關標準規范，不能進行對照分析。依據我院設計的此類項目經驗以及部分產線調研結果，當前國內TFT-LCD項目單位玻璃基板面積電耗先進水平約為150kWh/m2；單位玻璃基板面積水耗先進水平約為1.2t/m2；單位玻璃基板面積綜合能耗（當量值）先進水平約為0.028tce/m2。但由于不同項目技術路線不同、生產工序不同，其能效水平有所不同。特別是在節能評估階段，建設方案較粗略，隨著設計的推進和各項條件的落實，與實際設計方案還存在一定差異。此外，目前國內TFT-LCD項目為考慮未來產能的可擴充性，公用設備配置有一定冗余，因此，建議能評階段項目（產品）能耗指標先進性分析或對標時，應允許有10%～20%的富余量。

6 結論

TFT-LCD等平板顯示項目屬于國家戰略性新興產業，節能評估和審查也是項目核準或備案的重要環節。從事能評編制工作多年來，筆者認為目前國內節能評估還存在一些問題，如不同地區節能評估深度要求和文件編制格式不統一；部分名詞定義不夠清晰統一；地區節能目標指標定義不清晰；節能措施、單項節能工程的節能效果或節能量計算存在分歧；行業能耗標準不完備等，需要根據實際情況進一步加以解決。