TFT-LCD等平板显示项目节能评估要点分析及探讨

文_ 程星华 李强 中国电子工程设计院

国家发布实施《固定资产投资项目节能评估和审查暂行办法》以来的这几年，正值我国TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）产业加速发展。TFT-LCD项目属于资金密集、技术密集的高新技术产业，属于精密电子器件加工制造。具有投资规模大、厂房体量大、工艺流程复杂、自动化程度高、厂务系统复杂、能源及耗能工质种类多、污染物种类多、排放量较大等特点。本文根据实际工作经验，对TFT-LCD项目节能评估报告中的能评要点及存在问题进行分析和探讨。

1 TFT-LCD项目用能特点及体系的划分

用能体系是根据项目（企业）用能特点，人为的将用能系统或用能工序等进行归纳和分类，是项目用能分析的基础框架和能量平衡分析的依据，贯穿节能评估报告计算分析过程。

根据TFT-LCD项目生产工艺特点以及动力需求情况，用能体系通常划分为主要生产系统、辅助生产系统、附属生产系统。主要生产系统作为最终使用端直接消耗能源或耗能工质，可以按工艺或产品（线）来划分，通常包括阵列、彩膜、成盒、模组，近年来一些新建产线还包括触摸屏和OLED有机蒸镀；辅助生产系统作为生产系统的能源供应和环境支持系统，除向生产系统提供二次能源和耗能工质外，还在其转换、传输、制备过程中消耗能源，TFT-LCD项目所需的辅助系统繁多，适宜按能源、耗能工质种类以及专业系统来划分，如工艺冷却水、照明、采暖、通风、空调等；办公楼、宿舍、食堂等附属生活配套设施的用能特点和要求与生产设施有较大差异，用能指标需要按民用建筑的相关指标进行计算和对标，因此该部分应作为独立耗能体系划分为附属生产系统。

TFT-LCD项目消耗的一次能源通常包括天然气，二次能源包括电力、热力（蒸汽或热水），消耗的外购耗能工质主要包括新鲜水（市政再生水）和氮气、氢气、氧气、氩气、氦气等工业气体。此外，生产过程还会消耗企业自制纯水、压缩空气、工艺真空、清扫真空、冷却循环水等耗能工质，此类耗能工质在制备时已经按其加工转换所消耗的电、水等计入综合能耗，不再列入耗能工质折标煤计算。TFT-LCD项目各用能体系及耗能系统、工序所消耗的能源及耗能工质的种类如表1。

2 折标系数的选用

折标系数是节能评估过程中计算项目综合能耗的最基本参数，其合理性和准确性直接影响综合能耗的计算结果及相关指标分析，也是各地节能评审的重点。

2.1 电力的等价折标系数

电力折标系数有当量值和等价值两种。

电热设备每消耗1kWh电所获得的热量为3600kJ，按照1kg标准煤的低位发热量为29270kJ折算，电力当量折标系数为0.1229kgce/kWh。

电力等价热值是指发电厂每供应1kWh电所消耗的热量，由于火力发电过程中存在能源转换和能量损失，其等价折标系数按当年火电发平均供电标准煤耗计算。根据中国电力企业联合会和美国环保协会共同编著完成的《中国电力减排研究2012》报告显示，2012年全国6000kW及以上火电机组平均供电标准煤耗0.326kgce/kWh。电力等价折标系数因不同地区当年火力发电供电煤耗而有所不同，节能评估需要根据项目所在地节能评价要求调整。

电力折标系数的选用需要根据不同的使用用途而有所差异。

2.2 新鲜水等耗能工质的当量折标系数

水在不同的压力和温度下状态不一样，焓值不同，当量折标系数也不相同。在一般项目中，新鲜水通常以自来水的形式购入，其热量并不作为能量进入用能系统，水的当量不需要进行计算。同理，氮气等工业气体也不需要计算当量值。因此新鲜水等耗能工质在节能评估时计算综合能耗时，仅计算其等价值。

2.3 氮气折标系数

TFT-LCD项目中，氮气在生产过程主要作为保护气体、反应气体、载气、以及破真空气体。通常氮气、氧气采用空分法制备，是生产过程的主产品，根据《综合能耗通则》（GB/T 2589-2008），其等价折标系数应按主产品采用0.6714 kgce/m3。

TFT-LCD工厂通常自建动力站，生产压缩空气、纯水、工艺真空等，其能耗已计入电能，综合能耗计算时不再重复计算。

如上所述，目前节能评估文件中只有电力区分当量值和等价值，其他无论一次能源、二次能源、耗能工质，一律按一个折标系数进行综合能耗的计算，TFT-LCD项目通常选用的折标系数如表2所示。

表1 TFT-LCD项目用能体系的划分

3 综合能源消费量和综合能耗的差别分析及建议

综合能源消费量是指报告期内企业生产消费的各种能源的总和。企业综合能源消费量=购入能源消费量－由本企业加工转换的二次能源生产量＋由本企业加工转换的二次能源自用量。

《综合能耗计算通则》（GB/T 2589-2008）中对综合能耗的定义：用能单位的统计报告期内实际消耗的各种能源实物量，按规定的计算方法和单位分别折算后的总和。

从上述对综合能源消费量和综合能耗的定义可以看出，两者在计算范围上有些差异。综合能源消费量是指报告期内企业消费的，即购入的一、二次能源总和，包含那些购入了但实际可能未消耗的能源用量，不包含耗能工质；综合能耗是指报告期内实际消耗的能源总和，包含耗能工质。

节能评估属于项目建设前期阶段，除耗能工质外，认为购入的能源全部用于实际消耗，不考虑贮存余量。

此外，笔者理解两者的区别在于用途不同。综合能源消费量，是从国家和地区能源统计角度衡量企业能源消费情况，是对全社会能源消费的宏观综合评价，即注重全社会能源产出及消费的平衡分析，通过能源消费量的统计可以看出一个企业对社会能源资源的消耗。耗能工质作为消耗一次或二次能源的产出物，其制造企业在报告期内已经将生产耗能工质的能源，计入能源消费量，若使用耗能工质的企业再次将耗能工质计入能源消费量，则从全社会角度重复计算。

综合能耗倾向分析一个企业生产过程中各类用能系统实际消耗的综合能源数量。由于同类项目不同企业生产工艺可能不同、建设内容不完全相同，直接外购的能源或耗能工质种类及数量也不尽相同，因此，若不将耗能工质计入综合能耗，仅用能源消费量来评估企业实际单位产值综合能耗、单位产品综合能耗等指标将不准确，不能反映与同类项目对比的能耗水平是否先进。该指标侧重个体分析。

目前节能评估文件相关要求及评审过程中，项目综合能源消费量和综合能耗的计算未明确区分，均指包含外购耗能工质在内的所有能源消耗量。笔者认为，对于项目对所在地能源消费影响分析等宏观分析时会产生一定偏差。以某8.5代TFTLCD项目为例，综合能耗计算见表2所示，可以看出，若不包含耗能工质，综合能耗能约为源消费量（等价值）的1.3倍。

因此，笔者建议，节能评估中对不同的指标进行分析，数值计算选取如表3所示。

表2 TFT-LCD项目总和能源消费量和综合能耗的比较

表3 针对不同用途指标计算说明

4 电力消耗量的核算

TFT-LCD工厂工艺设备实行全年365天昼夜连续生产的工作制度，为其配套的生产环境、辅助动力设施也要满足全年不间断运行。一般按照设计产能量配置的用电设备，根据需要系数法进行负荷计算和耗电量计算。

Q（电量）=设备单机功率×设备数量×需要系数×负荷系数×年运行时间

TFT-LCD项目工艺设备需要系数通常为0.3～0.45，部分设备如CVD、Sputter、Oven等需要系数取0.6～0.75。

由上述公式可以看出，用电设备年运行时间对耗电量估算有影响。目前，我国暂没有电子行业年时基数的设计标准。TFT-LCD项目与IC（集成电路）类项目一样，其生产运营特点是生产设备及辅助动力配套设施实行全年365天昼夜连续生产工作制度，生产线自动化程度非常高，生产一旦中断，将会带来严重损失。但此类项目实际运行中，工艺设备的运行工况较为复杂，包括设备故障停机、机台保养、产品换线、更换药液消耗品、等待等非运行状态，因此计算年耗电量是其运行时间需要考虑设备的综合的稼动率，即在计算时要考虑一个工时折损系数，通常TFT-LCD项目工艺设备综合稼动率为75%～85%，部分设备如Exposure、CVD、Sputter综合稼动率约为50%～60%。计算时要特别注意。

5 对标分析

TFT-LCD、OLED等平板显示项目是以大片玻璃基板为原材料，根据产线世代和产品定位切割不同尺寸的显示产品。以6代以上高世代线切割大尺寸产品为例，如表4所示。可以看出，即使相同的世代线，技术路线相同，由于其市场定位和产品方案不同，其最终生产的产品（模组）数量是不同的。因此，为建立可比较的评价体系，TFT-LCD等平板显示项目分析单位产品综合能耗时，不以最终的产品数量为基准，而以年玻璃基板投入量即玻璃基板面积为基准，进行对标分析。评价指标包括单位玻璃基板面积电耗、单位玻璃基板面积水耗、单位玻璃基板面积综合能耗等。其电力折标系数按当量值计算。

表4 不同世代TFT-LCD生产线对应产品尺寸经济切割片数

随着显示的发展和技术及产品性能的不断提升，TFTLCD面板技术已由传统a-Si（非晶硅）发展到LTPS（低温多晶硅）、Oxide（氧化物半导体）三种技术并行的态势。根据其工艺特点和技术要求，LTPS和IGZO生产工艺对于生产环境要求更高，特别是LTPS，其洁净度等级比a-Si整体约提高一个等级，工艺设备增加了准分子激光退火、离子注入、活化、氢化/脱氢等设备，光刻次数达到9～13次，为a-Si的2～3倍，在设计产能相同的情况下，由于光刻次数的增多，将导致设备配置数量更多，耗电量更大。因此，TFT-LCD类项目进行对标分析时，需要结合项目工艺技术情况，将单位玻璃基板面积能耗指标折算成4次光刻的数值，与既有项目指标进行对比分析。

如：某第6代LTPS TFT-LCD项目，其设计产能为60k/m，玻璃基板尺寸为1.5m×1.85m，光刻次数为11～13次，项目年耗电量约为10.53×1012kWh，计算单位玻璃基板面积耗电量为527kWh/m2。若判断此项目的能耗先进性，需要考虑由于光刻次数增多导致相同产能下工艺设备增加引起的耗电量增加，与传统4次光刻，该项目相当于2.5倍的设计产能，即150k/m，因此，用于对标的、折算为4次光刻的单位玻璃基板面积耗电量约为210kWh/m2。

目前，我国尚未发布有关平板显示行业能耗限额有关标准规范，不能进行对照分析。依据我院设计的此类项目经验以及部分产线调研结果，当前国内TFT-LCD项目单位玻璃基板面积电耗先进水平约为150kWh/m2；单位玻璃基板面积水耗先进水平约为1.2t/m2；单位玻璃基板面积综合能耗（当量值）先进水平约为0.028tce/m2。但由于不同项目技术路线不同、生产工序不同，其能效水平有所不同。特别是在节能评估阶段，建设方案较粗略，随着设计的推进和各项条件的落实，与实际设计方案还存在一定差异。此外，目前国内TFT-LCD项目为考虑未来产能的可扩充性，公用设备配置有一定冗余，因此，建议能评阶段项目（产品）能耗指标先进性分析或对标时，应允许有10%～20%的富余量。

6 结论

TFT-LCD等平板显示项目属于国家战略性新兴产业，节能评估和审查也是项目核准或备案的重要环节。从事能评编制工作多年来，笔者认为目前国内节能评估还存在一些问题，如不同地区节能评估深度要求和文件编制格式不统一；部分名词定义不够清晰统一；地区节能目标指标定义不清晰；节能措施、单项节能工程的节能效果或节能量计算存在分歧；行业能耗标准不完备等，需要根据实际情况进一步加以解决。