電機節(jié)能技術及其發(fā)展趨勢

羅禮培東風汽車有限公司

電機節(jié)能技術及其發(fā)展趨勢

羅禮培
東風汽車有限公司

介紹了發(fā)展節(jié)能電機實現節(jié)能的巨大潛能，指出了節(jié)能電機將1 000億元級的市場待開發(fā)，詳細論述了電機節(jié)能的技術措施，最后介紹了電機節(jié)能技術的發(fā)展前景及趨勢。

電機；節(jié)能技術；發(fā)展趨勢

眾所周知,汽車廢氣排放過度已造成全球性的溫室效應，也是造成城市空氣污染的主要原因之一。此外，大量的煤炭、石油沒有經過深加工就被燒掉，不但熱利用率低，還造成對環(huán)境的嚴重污染。解決城市環(huán)境污染和交通擁擠的重要途徑是發(fā)展高速公共交通工具（地鐵，城市輕軌）及電動汽車，高速電氣化列車則是實現城際快速交通的首選，其核心技術都是上世紀80年代以來和微電子技術并駕齊驅飛速發(fā)展起來的一門新技術——現代電力電子及交流電機傳動技術。此外，在軋鋼、造紙、水泥制造、礦井提升、輪船推進器等工業(yè)和民用領域中也應廣泛使用大中容量交流電機調速系統。此時，交流調速系統的應用不但可達到節(jié)能的目的，還可實現整個系統的性能最佳、改善工藝條件、并大大提高生產效率和產品質量。

1 發(fā)展節(jié)能電機實現節(jié)約能源的巨大潛能

能耗巨大的電機系統是國家節(jié)能政策的重點領域，也是“十三五“節(jié)能減排重點工程之一。我國電機保有量約17億kW，年總耗電量約3萬億kWh，占全社會總用電量的64%，其中工業(yè)領域電機總用電量為2.6萬億kWh，約占工業(yè)用電的75%。雖然我國電機能效水平逐步提高，但總體能效水平仍然較低。從電機自身看，我國電機效率平均水平比國外低3至5個百分點，目前在用的高效電機僅占3%左右；從電機系統看，因匹配不合理、調節(jié)方式落后等原因，電機系統運行效率比國外先進水平低10%～20%。低效電機的大量使用造成巨大的用電浪費。工業(yè)領域電機能效每提高一個百分點，可年節(jié)約用電260億kWh左右。通過推廣高效電機、淘汰在用低效電機、對低效電機進行高效再制造，以及對電機系統根據其負載特性和運行工況進行匹配節(jié)能改造，可從整體上提升電機系統效率5%～8%，年可實現節(jié)電1300億至2 300億kWh，最終，相當于2～3個三峽電站的發(fā)電量。

工信部和質檢總局《全國電機能效提升計劃》，預計將帶動近1 000億元級的高效電機及相關設備需求。以推動高效電機開發(fā)和推廣應用，促進電機產業(yè)升級，全面提高電機能效水平。根據計劃提出的目標，通過電機產品升級換代，實現節(jié)電800億kWh，相當于新建一個長江三峽工程。隨著中國工業(yè)經濟的發(fā)展，電機得到廣泛應用。據統計，電機系統用電量約占全國用電量的60%，其中風機用電占全國用電量的10.4%，泵類電機占20.9%，壓縮機占9.4%。但是，我國80%以上的電機產品效率比國外先進水平低2%～5%，電機系統效率比國外先進水平低10%～20%。因此，我國在提高電機系統效率、加強系統節(jié)能管理方面有著巨大需求。高效電機是指有效輸出功率與輸入功率比較高的電機，主要為高效電動機。電動機在將電能轉換為機械能同時，本身也損耗一部分能量，這些損耗包括繞組損耗、鐵心損耗、風磨損耗和負載雜散損耗。高效電機和普通電機相比，在將電能轉換為機械能的能量轉換過程中具有更高的能量轉換效率和更低的能量損耗。

世界各國都制定了電機能效的相關標準，根據美國全國電氣制造商協會標準（NEMA標準），高效電動機比標準電動機效率提高2%～6%，超高效電動機效率高于“NEMA標準”電動機0.8%～4%。高效電機實現“高效”的本質是減少電機內部的能量損耗，高效電機的總損耗比普通電機低20%～30%，效率高2%～7%。高效電機的推廣有利于降低電機損耗、提高電機效率。提高電動機的效率在電機系統節(jié)能中是非常重要的一環(huán)。我國目前廣泛應用的Y系列電動機效率平均值為87.3%，而美國高效電動機的效率平均值為90.3%，其近幾年推出的超高效電動機產品效率的平均值更高達91.7%。顯然，通過提高電動機效率來實現節(jié)約能源目的的潛能巨大。目前我國電動機總容量已達4億多kW,年耗電量達12000億kWh，占全國總用電量的60%，占工業(yè)用電量的80%,其中風機、水泵、壓縮機的裝機總容量已超過2億kW，年耗電量達8 000億kWh，占全國總用電量的40%左右，因此電動機的節(jié)能要求極大，也是節(jié)能效果最能體現的地方。采用新型電機設計、新工藝及新材料，通過降低電磁能、熱能、機械能的損耗來提高輸出效率，高效節(jié)能電機比傳統電機效率大約高3%～5%，目前達到2級能效指標電機的占比不足10%，發(fā)展空間廣闊。電機作為基礎動力設備，近年來的多項政策和產業(yè)規(guī)劃，使得電機向節(jié)能方向加快發(fā)展、穩(wěn)定增長。隨著工業(yè)經濟的發(fā)展，電機得到廣泛應用，我國在提高電機系統效率、加強系統節(jié)能管理方面有著巨大需求。

要推動電機能效提升，顯然需要國家有關部門的大力支持。根據最新政策信息，有關部門已對電機能效提升推出全方面優(yōu)惠政策支持，比如財政資金補貼、給予優(yōu)惠稅率，優(yōu)先給予電機系統節(jié)能改造綠色貸款等等，全力推進能效升級。工信部印發(fā)《2013年工業(yè)節(jié)能與綠色發(fā)展專項行動實施方案》，將重點推進實施電機能效提升和涉鉛行業(yè)綠色發(fā)展兩個專項計劃。計劃除設定具體目標外，更按月、按季度設定進度要求，政策和中央財政支持力度不斷加強。而此前國家借由《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級（GB18163-2012）》的發(fā)布，大幅提高節(jié)能電機的準入門檻，明確限制普通能效電機的生產銷售。財政部、國家發(fā)改委、工信部出臺關于高效節(jié)能通風機、水泵、空氣壓縮機的補貼政策。同時，國家財政部和國家發(fā)改委聯合出臺了《關于印發(fā)節(jié)能產品惠民工程高效電機推廣實施細則的通知》，我國實際上已經形成了限制、推動、補貼、規(guī)劃落實等一系列的行業(yè)推動機制。在這種情況下，日前發(fā)布的全國電機能效提升計劃（2013-2015）對高效電機的推廣效果更加值得期待。

2 節(jié)能電機是國家節(jié)能減排領域1000億元級市場極待開發(fā)

電機是重要的工業(yè)耗能設備,廣泛應用于泵、風機、壓縮機、傳動機械等領域,其耗電量約占中國整個工業(yè)電耗的60%以上。由于電動機能源效率水平的提高對能源節(jié)約、環(huán)境保護具有重要意義，各國家紛紛制定了電機能效標識，并頒布法令強制執(zhí)行。我國執(zhí)行高效電機（二級效率）能效標準，禁止普通效率電機（三級效率及以下）的生產；在歐盟，為執(zhí)行歐洲議會與歐盟理事會EuP指令電動機不應低于IE2級能效水平；在美國，2010年強制執(zhí)行NEMA設計標準（即NEMA12-11標準）超高效率電機指標。在倡導低碳、節(jié)能減排政策的推動下，節(jié)能機電設備推廣應用將出現實質性的進展。

電機系統節(jié)能工程被列為我國重點節(jié)能工程之一，節(jié)能電機是國家節(jié)能減排工作的重點領域。工信部將繼續(xù)推進高耗能設備淘汰改造。積極推進財政對落后電機、水泵、變壓器淘汰給予補助支持，推進節(jié)能技術的應用和改造。

對照淘汰路線圖，企業(yè)按照落后電機淘汰目標任務，制定3年的淘汰計劃，淘汰在用低效電機1.6億kW，實施電機系統節(jié)能技改1億kW。據此估算，高效電機及相關設備需求接近千億元。隨著能效提升計劃的推進，高效電機市場需求將逐步釋放、逐年遞增。

高性能電機產品是企業(yè)為響應國家節(jié)能、降耗的方針，合理提高能源利用率，提高企業(yè)經濟效益，減少CO2、SO2排放量而研制開發(fā)的新一代高效節(jié)能電機。目前高性能電機產品廣泛應用于軍工、石化、冶金、水污、交通、紡織等各個領域，可替代傳統感應電機(如Y1、Y2系列異步電動機),有刷直流電機、串激電機等，平均節(jié)電率高達10%～20%，其能效標準可以達到我國的GB18613-2006中的1級能效標準（現行最高能級標準）及國際電工委員會IEC60034-30中的IE3超高效電機標準。從具體產業(yè)說，主營高效電機的企業(yè)自然直接受益本次計劃，而高效電機上游關鍵配套材料供應商同樣受益匪淺，比如絕緣材料、硅鋼片、晶體管等。值得注意的是，計劃明確提出了要推動安全可靠的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等電力電子芯片及模塊在電機節(jié)能領域的推廣應用。IGBT具有節(jié)能效率高、便于規(guī)模化生產、較易實現節(jié)能智能化等優(yōu)點，目前工業(yè)控制是IGBT最大的應用領域。在IGBT研發(fā)生產方面具備優(yōu)勢的企業(yè)必然將受益本次電機能效提升計劃。

隨著國家節(jié)能減排的積極推行及高效節(jié)能電機補貼政策的逐步落實，高效節(jié)能電機業(yè)將迎來爆發(fā)式的增長。電機系統節(jié)能國內工程項目實施3年來,超過1 500家工業(yè)電機用戶受益,實現年減排量超過100萬t CO2。由于電機使用量大面廣,國家發(fā)改委十分重視高效電機產品的推廣。為期3年的節(jié)能產品惠民工程,通過財政補貼方式,加強高效節(jié)能產品的推廣使用,提高用能產品能源效率。據了解,今后3年,對能效等級為1級或2級以上的空調、冰箱、平板電視、電機等10類產品進行推廣。目前，國內微分和中小型電機的生產及配套廠家在2 000家以上，已成為國民經濟和國防現代化建設中不可缺少的一個基礎產品。

我國電機產品種類繁多,但效率不高。與發(fā)達國家比,平均效率低3%～5%，運行效率低10%～20%。據調查,目前我國約有1億臺工業(yè)電動機、2 500萬臺壓縮機、3 000萬臺風機和泵。但具備設計、生產、測試高效電機能力的企業(yè)只有30～50家。一些工業(yè)電機系統用戶對電機系統節(jié)能所帶來的經濟效益缺乏認識,或對進行電機系統節(jié)能改造的技術問題存在障礙,并且缺乏有效的信息平臺分享電機系統節(jié)能改造方面的成功經驗。

我國高效電機市場規(guī)模僅占全部市場的10%～15%,且這些高效電機90%用于出口。市場調查表明,高效電機和普通電機的銷售價格分別為70元/kW～90元/kW和約40元/kW。此外,電機系統效率低下,長期低效率運行。電機系統匹配不合理,大馬拉小車現象嚴重。從項目的400個案例來看,電機改進的潛力很大,幾乎在一半左右。目前先進技術主要依賴進口,價格昂貴,好的技術應用不廣泛。由于制度、技術、企業(yè)意識等多方面原因,我國電機系統節(jié)能改造改進空間很大。若實現運行效率提高2個百分點,將在全國范圍節(jié)電200億kWh。

隨著中國工業(yè)經濟的發(fā)展，電機得到廣泛應用。據統計，電機系統用電量約占全國用電量的60%，其中風機用電占全國用電量的10.4%，泵類電機占20.9%，壓縮機占9.4%。但是，我國80%以上的電機產品效率比國外先進水平低2%～5%，電機系統效率比國外先進水平低10%～20%。因此，我國在提高電機系統效率、加強系統節(jié)能管理方面有著巨大需求。

事實上，政府鼓勵和扶持社會組織發(fā)展，是完善國家治理體系的重要內容，是國家應盡的義務。政府對社會組織的財政資助具有明顯的補貼性質，只要其用途完全符合促進社會組織發(fā)展的宗旨，其財產所有權就應轉移給社會組織。政府作為投入人，可對該項資產的使用做出限定，并監(jiān)督社會組織規(guī)范運作。這進一步突顯了“社會公共資產”提法的重要性。一味從資產來源角度尋求權屬界定，必然會陷入“死胡同”，無益于社會資源的投入和社會事業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

高效電機指有效輸出功率與輸入功率比較高的電機，主要為高效電動機。電動機在將電能轉換為機械能的同時，本身也損耗一部分能量，這些損耗包括繞組損耗、鐵心損耗、風磨損耗和負載雜散損耗。高效電機和普通電機相比，在將電能轉換為機械能的能量轉換過程中具有更高的能量轉換效率和更低的能量損耗。目前我國電動機裝機總容量已達4億多kW，年耗電量達12 000億kWh，占全國總用電量的60%，占工業(yè)用電量的80%，其中風機、水泵、壓縮機的裝機總容量已超過2億kW，年耗電量達8 000億kWh，占全國總用電量的40%左右，因此電動機上的節(jié)能要求極大，也是節(jié)能效果最能體現的地方。采用新型電機設計、新工藝及新材料，通過降低電磁能、熱能、機械能的損耗來提高輸出效率，高效節(jié)能電機比傳統電機效率大約高3%～5%，目前達到2級能效指標電機的占比不足10%，因此其發(fā)展空間廣闊。

3 電機節(jié)能技術

電機的節(jié)能方法多種多樣，節(jié)能措施也有多項：新購電動機，應首先考慮選用高效節(jié)能電動機，然后再按需考慮其他性能指標，以便節(jié)能電能。提高電動機本身的效率，如將電動機自冷風扇?？稍谪摵珊苄』驊敉怆妱訖C在冬季時停用冷風扇，有利于降低能耗。

將定子繞組改線成星—三角形星混合串接繞組，按負荷大小轉換星形接法或三角形接法，有利于改善繞組產生的磁動勢波形及降低繞組工作電流，達到高效節(jié)能的目的。采用其他連續(xù)調速運行方式，如使用調速器、變極電動機、電磁耦合調速器、變頻調速裝置等。

更換“大馬拉小車”電動機，電動機“大馬拉小車”除了浪費電能外，極易造成設備損壞。另外，合理調整電動機配套使用，可使電動機運行在高效率工作區(qū)，達到節(jié)能的目的。

合理安裝并聯低壓電容器進行無功補償，有效地提高功率因數，減少無功損耗節(jié)約電能。從接火處通往電能表及通往電動機的導線截面應滿足再流量，且導線應盡量縮短，減小導線電阻，降低損耗。以上措施可以分別采用，也可以多項采用?？傊?，對電動機采取一些必要的技術節(jié)能措施，有利于電網的承荷能力，也有利于用戶節(jié)省電費。

老式電動機的節(jié)能改造：更換電動機的外風扇，將電動機的外風扇改為節(jié)能型，對于不同型號的電動機，有對應的節(jié)能型風扇產品可供選用。主要用于單方向運轉的2極和4極電動機，改后可提高效率1.35%～2.55%；采用磁性槽泥代替原來的槽楔，用磁性槽泥進行電動機節(jié)能改造后，可降低電動機的鐵芯損耗和附加損耗，提高效率，雖然啟動轉矩會下降10%～20%，但很適應空載或輕載啟動的電動機改造。

電機系統變頻器節(jié)能即是通過改動電動機電源頻率完成速度調理的，是一種典型的高功率、高性能的調速手法，電機系統變頻器節(jié)能是使用電力電子半導體器材的通斷作用來完成電力電能大功率的改換及操控的電子電路設備，可直觀地進行操控和顯現。

正是由于變頻器的這個優(yōu)越性，使得其適用領域越來越寬廣，所采用技術也不斷拓寬，同時也為追求變頻器的小型化提供了可能性。由于新一代的IGBT采用了漏極-控制極新技術，使得集電極-射極簡的飽和電壓大為降低，因而采用這種新器件損耗也跟著降低，達到降低發(fā)熱消除損耗的效果。變頻器在全速運行中浪費的電能節(jié)約了下來，也就說這樣可以節(jié)省了一定的電能。尤其是閉環(huán)調速系統，如恒壓供水系統等，實現了按需拖動，幾乎完全消除了拖動系統在運行過程中的浪費。在變頻器運行過程中，實現了進一步提高電能變換效率，降低待機損耗；避免電力公害，盡量減少電流諧波，提高功率因數；提高電源裝置和系統的電磁兼容性；降低電噪聲，實現高性能可控性的優(yōu)點。變頻器節(jié)能技術被煉鋼廠所采用，煉鋼廠的除塵風機、水系統、給料系統都應用了變頻器這個節(jié)能技術，變頻器的廣泛應用為我國的節(jié)能事業(yè)做出了貢獻，也為節(jié)能變頻器的廣泛推廣提供了有利條件。

據悉，電機運行所消耗的電量大約占到全世界用電量的50%以上。出于對起動沖擊、過載保護、系統安全等處于對電機保護的原因，高效能的電動機經常在低功率狀態(tài)下運行，這種“快馬拉慢車”的情況工業(yè)生產中十分常見。變頻調速就是通過改變電源頻率調整電動機轉速的連續(xù)平滑調速方法。根據系統的工藝要求，通過實時檢測系統運行參數，采用變頻調速設備對電動機的輸入頻率，轉速，輸入功率，使得電機按需輸出，隨時調節(jié)。避免了低效低能，減少了功率的虛耗，節(jié)省大量的電能。這種技術被廣泛運用于鼠籠型異步電動機。

由于電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系，只要通過改變電動機工作電源頻率就可以達到改變電機轉速的目的。變頻調速節(jié)能就是利用這樣的特點。其以變頻器為供電電源的變頻調速三相異步電動機通過改變電源頻率實現平滑地調節(jié)電動機的轉速，達到節(jié)能和控制自動的目的。變頻調速交流電動機，具有體積小、重量輕、結構簡單、維護方便、制造成本和運行費用低、能在惡劣環(huán)境下可靠運行等一系列優(yōu)點。此類電機效率高、調速范圍廣、精度高、運行穩(wěn)定、操作和維修方便。定額是以連續(xù)工作制（S1）為基準的連續(xù)定額。也可以運行在S3、S4、S5工況下。常規(guī)電機額定頻率為50 Hz，可以在3～100Hz范圍內連續(xù)調速，3～50 Hz 為恒轉矩運行，50～100 Hz為恒功率運行。變頻電機適用于驅動軋鋼、起重、運輸、機床、印染、造紙、化工、紡織、制藥等要求連續(xù)和頻繁正反轉的各種機械設備上。由于電機中電流的大小是隨負載的變化而改變，而電流的大小又直接影響到電機的消耗功率，實際上也就是電機消耗的功率也是隨負載的大小而改變，而在工作實際中負載的大小并非是一定值，因此要想具體地計算系統的節(jié)能值是比較困難的。變頻調速器是一種用來改變交流電頻率的電氣設備。它是把工頻電源變換成各種頻率的交流電源，以實現電機的變淺析變頻電機節(jié)能技術。變頻調速是交流電機調速方法中的方案，采用變頻器對風機械進行調速對節(jié)約能源，提高經濟效益具有重要意義。變頻調速技術制造業(yè)有著非常廣泛的運用，因為采用該技術既對產量有著較大的提高作用，理論上提高5%～10%轉速是可行的。也可改善產品質量，隨著電機速度的變化，在生產加工中的電機速度調節(jié)具有調速跨度大、調節(jié)精度高、響應速度快的優(yōu)點，相應的也就提高了產品的質量。變頻調速特別適宜使用于常規(guī)電機功能無法企及的場合，由于變頻技術自動化程度高，易于實現無人操作，所以變頻調速具備了在惡劣環(huán)境以及精確位置控制系統場合使用的能力。

電機是電氣化時代的主要動力機械，也是電網主要耗能設備。電機廣泛應用于工業(yè)、商業(yè)、農業(yè)、公用設施和家用電氣的各個領,電機系統用電量約占我國總用電量的60%以上,已成為我國實施節(jié)能減排工程重點關注領域。據了解，我國目前約有6成的電機在低于設計額定負荷60%的負荷狀態(tài)下運行，導致高達30%的用電被浪費掉。而由于長期低電壓運轉，全國每年被燒毀電機數量在20萬臺次以上，因此花費的修理費達20億元左右，造成的高達100億元級停工停產損失。因此，在缺電形勢下研發(fā)推廣低壓電機節(jié)能技術，是我國當前推進節(jié)能型社會構建的重要目標。經長期研究與大量推廣應用證明，運行在“三低”情況下的異步電機，只有裝上增容補償節(jié)電器，才是徹底解決問題的辦法，而且是一種安全可靠，簡便易行，投資少，見效快的節(jié)電措施。補償后功率因數可提高到0.95～0.98.這是異步點擊所需要的勵磁無功功率和漏磁所消耗的無功功率可有節(jié)電器直接來提供，不必再與相距電機較遠的變壓器進行交換，這樣即可減少線損和變損而節(jié)電，又可增加變電器的容量，平均節(jié)電30%以上，變壓器可增容30%，導線截面積可減少30%左右，改善電網供電質量，延長電機、交流接觸器、變壓器及導線使用壽命。若將集中補償、分組補償、就地補償同時結合使用，其經濟效益和社會效益可大大提高。企業(yè)實施節(jié)能改進,不僅可以降低能耗成本,而且有助于緩解政府能源供應和建設壓力,對減少廢氣污染保護環(huán)境也有巨大的現實意義。

4 電機節(jié)能技術的發(fā)展前景及趨勢

電機耗電占社會總耗電量的60%以上，這一數字使節(jié)能電機成了市場的焦點。不過，價格過高、商業(yè)環(huán)境不成熟、扶持政策不到位等因素令高效節(jié)能電機的推廣舉步維艱。電機用電量占社會總用電量的比例通常達60%～70%，當然是中國節(jié)能運動的重頭戲，毫無懸念地躋身于全國十大節(jié)能重點工程。作為工業(yè)設備最主要的動力源，電機的裝機量巨大，且與國民經濟水平的相關性極高。在中國政府高調開展節(jié)能減排的大背景下，發(fā)展節(jié)能電機如箭在弦上，引而待發(fā)。一時間，“節(jié)能電機有望加速全面取代傳統電機”的聲音不絕于耳，也引起了全社會的關注。然而，節(jié)能電機之路卻并不樂觀，政策困境、企業(yè)的技術實力、全社會的商業(yè)成熟度都制約著這一產業(yè)的發(fā)展。挖掘商業(yè)機會需要對產業(yè)內在狀況有更深入的理解。為了推廣節(jié)能電機，我國對普通標準電機制定了強制性新標準，其中高效節(jié)能電機的平均效率為90.5%，相比傳統Y系列電機的平均效率大約提高了3%，達到了發(fā)達國家同類產品的水平。高效節(jié)能電機的價格較傳統電機平均高20%～30%，但通過節(jié)省電費支出，基本在1年內即能消化回收多支出的購置費用。據經驗測算，以電機產品壽命10年計，通常購置、安裝、維護費用占總費用的3%，電費占97%。以10 kW電機為例，假定普通電機購置價格為2 100元，高效節(jié)能電機購置價格為2 600元，年運行時間為3000小時，工業(yè)電價為0.6元/kWh，電機效率提高3%，則購置成本回收時間只需0.93 a。

盡管從長期看，節(jié)能電機有顯著的經濟效益，但中國企業(yè)生產高效節(jié)能電機的積極性仍然不高。國家政策在高效節(jié)能電機的推廣過程中起決定性作用，實際情況中，多種因素導致了中國高效節(jié)能電機的推廣難。電機的銷售渠道主要有3類：終端用戶占5%，代理商約占15%，下游產業(yè)的機械設備配套商占80%。電機作為各種工業(yè)設備的主要部件，其下游產業(yè)主要是各種工業(yè)機械設備生產企業(yè)。其中風機、泵類、壓縮機和空調制冷機對電機產品的需求量最大，其耗電量分別占全國總耗電量的10.4%、20.9%、9.4%和6%。而工業(yè)機械設備產業(yè)競爭大都非常激烈，對上游的電機價格非常敏感，大多難以承受價格高20%～30%的節(jié)能電機。因此，價格因素成了高效節(jié)能電機在國內推廣的最大障礙。另一方面，國內企業(yè)普遍缺乏節(jié)能意識，決策時很少考慮隱性成本?；趥鹘y的價格招標采購模式，必然導致價格低廉的電機產品勝出。面對國內市場需求不足，生產高效節(jié)能電機的企業(yè)從一開始就不得不開拓國外市場，產品出口比例曾一度高達95%以上，目前出口比例仍在70%以上。

在全球降低能耗的背景下，高效節(jié)能電機成為全球電機產業(yè)發(fā)展的共識。西方發(fā)達國家都相繼制定了電動機的能效標準與能效標識制度，明確了電機節(jié)能與效率提高的時間表、執(zhí)行方式與實施范圍。電機的應用范圍非常廣泛，覆蓋生產生活的各個方面，不同的電機應著不同的功能要求而出現。機床、軋鋼機、鼓風機、印刷機、水泵、抽油機、起重機、傳送帶、生產線等設備上大量使用電動機；高層建筑的電梯、滾梯由電動機牽引，賓館自動門、旋轉門也靠電動機驅動；電動汽車由電機驅動；醫(yī)療設備中的心電機、X光機、CT、牙科手術工具、滲析機、呼吸機、電動輪椅等等，也都離不開電動機作為動力。節(jié)能減排是中國政府近幾年工作的重點內容，其中，工業(yè)節(jié)能又是節(jié)能減排工作的重中之重，而在電機系統節(jié)能又是工業(yè)節(jié)能最重要的內容，國家相繼出臺了一些政策落實節(jié)能減排工作。在電機系統節(jié)能方面，中國相繼出臺了一些指導政策，加快了淘汰低效電機及拖動設備的速度，加強了高效節(jié)能電機推廣力度；財政部和國家發(fā)改委將高效、超高效電機應用列入惠民工程；工業(yè)和信息化部也先后發(fā)布了兩批“高耗能落后機電設備（產品）淘汰目錄”；財政部和國家發(fā)改委又將高效電機納入節(jié)能產品惠民工程實施范圍；節(jié)能環(huán)保產業(yè)發(fā)展規(guī)劃中將電機系統節(jié)能列入重點節(jié)能九大工程，提出示范推廣稀土永磁無鐵芯電機、電動機用鑄銅轉子技術等高效節(jié)能電機技術和設備。

我國能源生產和消費已列世界第二，但仍遠遠滿足不了工業(yè)生產和人民生活發(fā)展的需要，在能源十分緊張的情況下，卻因為在節(jié)能方面的巨大差距，造成單位產值能耗太大，每年的能源浪費驚人。能源短缺和環(huán)境污染是人類當前面臨的共同的世紀性難題。上世紀70年代以來兩次世界性的能源危機以及當前環(huán)境問題的嚴重性，引起世界各國對節(jié)能技術的廣泛關注。我國提出了不斷提高能源利用效率和效益的節(jié)能目標，而節(jié)能工作的重點則放在推行量大面廣的節(jié)能技術上。如相當一部分的風機、水泵類負載，由于采取恒速驅動，浪費掉大量的電能。這類拖動系統約占工業(yè)電力拖動總量的50%，如果采用調速節(jié)能技術則至少可節(jié)約20%以上的電能。其中一項重要措施就是要逐步實現電動機、風機、泵類設備和系統的經濟運行，發(fā)展電機調速節(jié)電和電力電子節(jié)電技術，只有這樣才能以較低的能源消費彈性系數和較大的節(jié)能量來長期支持國民經濟快速、健康、持續(xù)的發(fā)展。

近10年來，現代電力電子技術開始向高頻、高效（低開關損耗）、高功率因數、高功率密度（組合集成化）及高壓大功率方向迅速發(fā)展。以GTO、JT、MOSFET為代表的自關斷器件得到長足的發(fā)展，尤其是以IGBT為代表的雙極型復合器件的驚人發(fā)展，使得電力電子器件正沿著大容量、高頻、易驅動、低損耗、智能模塊化的方向前進。伴隨著電力電子器件的飛速發(fā)展，大功率逆變器及交流調速技術的發(fā)展也日趨高性能化。

近年來，國民經濟各部門對風機和水泵需求不斷增長，據有關部門統計，全國風機、水泵電動機裝機總容量約35 000 MW，耗電量約占全國電能耗量的40%左右。以火力發(fā)電廠為例，據統計全國火力發(fā)電廠的送風機、引風機、一次風機、排粉風機、鍋爐給水泵、循環(huán)水泵、凝結水泵和灰漿泵等的配套高壓電動機總容量約為15000MW，這些設備為長期連續(xù)運行但常處于低負荷及變負荷的運行狀態(tài)，因此其節(jié)能潛力很大。據估計通過變頻器調速提高風機、水泵系統運行效率的節(jié)能潛力每年可達300～500億kWh，相當于6～10座裝機容量為1 000 MW級的大型火力發(fā)電廠的年發(fā)電總量。因此大力推廣變頻器特別是高壓變頻器的應用十分有意義。目前國際上對高壓電動機變頻調速技術的研究非?；钴S，變頻器種類繁多。我國高壓電動機多為6 kV和10kV等級，由于受到電力電子器件耐壓限制，尚難以實現該等級變頻器的直接高壓輸出。而單元串聯式多電平變頻器的輸出電壓可達到10kV甚至更高，且輸入、輸出波形好，對電網的諧波污染小，因此在我國得到廣泛應用。國際上該技術比較成熟，輸出電壓可達14.4 kV，變頻器采用水冷技術，單機最大容量可達15 000 kW。我國采用空冷技術，變頻器驅動的電動機功率在3 500 kW以下。國外變頻器基本已做到開環(huán)、閉環(huán)以及無速度傳感器控制三位一體的控制，而我國的產品大多仍是普通的V/ F控制方式。業(yè)內在變頻器調速系統方面已開展了許多研究，當務之急是如何將理論知識轉化為工業(yè)產品，提高我國變頻器的性能和質量。變頻器發(fā)展對與之配套的電動機提出了新的要求。以往對配套電動機的研究，主要在減小變頻器供電電源的諧波分量所引起的電動機損耗增加、溫升升高、振動加大、噪聲增大以及諧波轉矩增大等方面。近年來，隨著IGBT在變頻器中的應用，載波頻率甚至高達20 K，由此帶來一系列負面影響，如高頻的PWM脈沖波嚴重影響電動機的絕緣和壽命，變頻器輸出的共模電壓，形成軸電流，造成軸承點蝕，從而縮短電動機壽命。此外變頻電動機的供電電源經高頻調制，其性能測試方法不同于工頻電機，急需研制適合變頻電機性能測試的方法和檢測儀器。

5 結語

交流異步電動機被人們廣泛地使用來拖動工作機械，中國是一個中小型電機的生產大國，也是一個中小型電機的使用大國。電機作為主要的驅動動力源，交流電動機耗用的電能已占全國總發(fā)電量的60%以上,可我國80%以上的電機產品效率比國外先進水平低2～3個百分點。伴隨我國經濟的高速增長,資源能源消耗、生態(tài)環(huán)境惡化已經成為經濟社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸因素和最大障礙。節(jié)約能源、保護環(huán)境和提高經濟效益，開發(fā)和推廣高效節(jié)能電機已是勢在必行，意義巨大。

節(jié)能信息與動態(tài)

金山區(qū)加大產業(yè)結構調整力度

今年來，金山區(qū)采取多項措施加大產業(yè)結構調整力度，著力改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

（1）提升行業(yè)準入門檻。完善新建項目環(huán)保管控體系，實施項目準入清單，高標準引進新項目，提高產業(yè)集聚度。完善“三委四局一中心”會審制度，嚴格實行建設項目落戶一票否決制。

（2）加強常態(tài)管理。監(jiān)督杜絕“未批先建”和“未批先開”情況，堅決停建或依法取締產能嚴重過剩行業(yè)的違規(guī)建設項目，全面清理整、頓違反環(huán)評制度和“三同時”制度的建設項目。

（3）積極引導升級改造。引導企業(yè)加大節(jié)能改造，使用綠色能源、清潔技術，降低產品單耗、產值能耗，逐步實現資源節(jié)約型、環(huán)境友好型發(fā)展。全面落實環(huán)境整治工作方案，加快實施新一輪產業(yè)結構調整3年行動。

（金山）

Energy Saving Technology and Developing Trend of Electrical Motor

Luo Lipei
Dongfeng Motor Co.,Ltd

The article introduces huge potential of developing energy saving electrical motor and points out that there are 100 billion currency level market of energy saving electrical motor to be developed energy saving electrical motor. The author describes technical countermeasures of electrical motor energy saving and finally introduces developing prospect and trend of electrical motor energy saving technologies.

Electrical Motor, Conservation Technology, Developing Trend

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.08.001