電機(jī)能效升級，加速推進(jìn)

2021年6月1日，新版強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB18613-2020《電動機(jī)能效限定值及能效等級》(新國標(biāo))正式實施，將國際標(biāo)準(zhǔn)IE5效率列為中國三相異步電動機(jī)最高的一級能效等級指標(biāo);IE4能效為二級能效指標(biāo);IE3能效定為三相異步電動機(jī)能效限定值，即三級能效——這意味著，IE3以下能效等級的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電機(jī)從去年6月起開始強(qiáng)制停產(chǎn)，IE2能效的電機(jī)逐步走向被淘汰替換的道路。

今年6月，國家工信部、發(fā)改委等六部門聯(lián)合發(fā)布了《工業(yè)能效提升行動計劃》，提出到2025年，規(guī)模以上工業(yè)單位增加值能耗比2020年下降13.5%;并且結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際，該行動計劃還提出了一系列具體目標(biāo)，其中包括到2025年，新增高效節(jié)能電機(jī)占比達(dá)到70%以上。

(相關(guān)資料圖)

而根據(jù)信達(dá)證券的研究指出，現(xiàn)階段，中國高效節(jié)能電機(jī)的市場份額僅為3%左右，大多數(shù)電機(jī)執(zhí)行的是IE1或IE2能效標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率較發(fā)達(dá)國家低20%左右，電機(jī)行業(yè)的新舊產(chǎn)能淘汰勢在必行。

工業(yè)電機(jī)應(yīng)用現(xiàn)況，任重道遠(yuǎn)

工業(yè)電機(jī)是能源消耗的“大戶”，也是國家重點(diǎn)用能設(shè)備能效提升的專項監(jiān)察對象。根據(jù)《工業(yè)能效提升行動計劃》的要求，今后將圍繞電機(jī)、變壓器、鍋爐等通用用能設(shè)備，持續(xù)開展能效提升專項行動，加大高效用能設(shè)備的應(yīng)用力度，加強(qiáng)重點(diǎn)用能設(shè)備系統(tǒng)匹配性節(jié)能改造和運(yùn)行控制優(yōu)化——高效節(jié)能電機(jī)技術(shù)的發(fā)展已到了刻不容緩的時候。

然而，從現(xiàn)階段來看，大部分國內(nèi)工業(yè)電機(jī)企業(yè)在實施能效提升的過程中，仍然面臨著兩大“瓶頸”：

一是，由于我國中小型企業(yè)占比較大，受限于這類型企業(yè)的技術(shù)開發(fā)能力、企業(yè)資金投入以及政府扶持力度的差異較大，使得許多企業(yè)實現(xiàn)工業(yè)品全生命周期綠色制造的能力整體較弱，而一批行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)邁出了堅實的第一步，起到先行示范作用;

二是，中國目前單位GDP能耗水平與發(fā)達(dá)國家相比更高，且各地區(qū)和城市的差異也較大，因此如果需要在全國范圍內(nèi)對工業(yè)電機(jī)行業(yè)進(jìn)行節(jié)能提效的話，還有很長的一段路要走。

高效節(jié)能電機(jī)，百花齊放

從去年6月1日起，西門子已完全停止了在華生產(chǎn)、銷售不符合新國標(biāo)的電機(jī)，實際上，早在2014年，西門子就已經(jīng)在中國推出了IE3能效的電機(jī)，并積極幫助客戶推進(jìn)高能效電機(jī)轉(zhuǎn)換;2022年5月西門子發(fā)布全新SIMOTICS 1LE0 IE4高能效電機(jī)，該系列電機(jī)針對中國市場需求而生，研發(fā)和生產(chǎn)均在中國完成，旨在推動中國制造業(yè)低碳轉(zhuǎn)型。

2022年，ABB電機(jī)與發(fā)電機(jī)發(fā)布了多款高低壓電機(jī)產(chǎn)品，能效等級均達(dá)到IE4及以上，滿足了市場多樣化的需求，它們分別是M3BP IE4低壓過程用途電機(jī)、M2BAX IE4一般用途電機(jī)、M3AL/M3BL IE5磁阻同步電機(jī)、M2BJX IE5低壓超高效永磁同步電機(jī)、M3FT/M3ET高動態(tài)響應(yīng)電機(jī)。

臥龍電驅(qū)在今年推出了WEPM系列變頻調(diào)速永磁電機(jī)，采用稀土磁體，強(qiáng)力永久，轉(zhuǎn)矩密度高、功率密度高、功率因數(shù)高，能效水平可覆蓋IE4、IE5。

要提升電機(jī)能效水平，其關(guān)鍵在于有效降低電機(jī)的損耗，從目前這批工業(yè)電機(jī)生產(chǎn)廠商的技術(shù)開發(fā)路線來看，總體上表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

從傳統(tǒng)的感應(yīng)電機(jī)，向稀土永磁及磁阻電機(jī)等類型發(fā)展，預(yù)計高效感應(yīng)電機(jī)和永磁電機(jī)將會成為未來一定時期內(nèi)的主流產(chǎn)品;

從電機(jī)的設(shè)計和生產(chǎn)工藝方面入手，例如提升電機(jī)本體效率，這主要依賴電機(jī)自身的電磁方案優(yōu)化設(shè)計、電機(jī)絕緣性能優(yōu)化、電機(jī)系統(tǒng)散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化、低損耗材料選型等，搭載永磁技術(shù)的電機(jī)設(shè)備，將在能效提升上具有不可比擬的明顯優(yōu)勢;

使用變頻器驅(qū)動電機(jī)提升整體效率，針對泵和風(fēng)機(jī)等負(fù)載應(yīng)用通常使用的閥門控制而言，使用變頻驅(qū)動可以大幅降低系統(tǒng)的能效損耗;

針對特定應(yīng)用場景，采用智能優(yōu)化算法，協(xié)助設(shè)計人員快速實現(xiàn)節(jié)能型電機(jī)的優(yōu)化，以獲取優(yōu)質(zhì)的定制化解決方案。

西門子SIMOTICS 1LE0 IE4高能效電機(jī)

ABB高能效同步磁阻電機(jī)

臥龍電驅(qū)WEPM系列變頻調(diào)速永磁電機(jī)

變頻傳動技術(shù)，專機(jī)專用

在整體電機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)中，與執(zhí)行電機(jī)相配套的驅(qū)動系統(tǒng)在能效升級中的作用同樣不可忽視。以同步磁阻電機(jī)為例，這類電機(jī)少量或者不應(yīng)用稀土資源，令制造成本更低，且效率近乎對等永磁同步電機(jī)，能效可達(dá)到IE4甚至更高，因此目前備受市場用戶的青睞。

在驅(qū)動技術(shù)方面，盡管同步磁阻與永磁同步電機(jī)有著較為相似的數(shù)學(xué)模型，并且在驅(qū)動方式的硬件上與成熟的永磁同步電機(jī)驅(qū)動平臺可完全兼容，降低了同步磁阻電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的成本費(fèi)用;但由于同步磁阻電機(jī)的參數(shù)相比于永磁同步電機(jī)變化更為劇烈，這也為驅(qū)動控制帶來了難題。

為此，偉創(chuàng)電氣針對同步磁阻電機(jī)開環(huán)矢量控制技術(shù)進(jìn)行了深入的研究及優(yōu)化，在軟件上根據(jù)同步磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型特點(diǎn)，開發(fā)出專機(jī)專用、能夠匹配同步磁阻電機(jī)驅(qū)動算法的開環(huán)矢量控制技術(shù)，推出了AC330同步磁阻電機(jī)專用驅(qū)動器，使得綜合節(jié)能率可高達(dá)5%~35%。

偉創(chuàng)電氣AC330同步磁阻電機(jī)專用驅(qū)動器

定制化開發(fā)，降低系統(tǒng)能耗

在某些特殊應(yīng)用領(lǐng)域，一些電機(jī)企業(yè)通過加強(qiáng)和設(shè)備制造商之間的合作，對電機(jī)進(jìn)行定制化設(shè)計，盡可能減少傳動鏈系統(tǒng)的損耗，也是一條十分有效的途徑。

例如，在船舶領(lǐng)域，丹佛斯攜手康明斯完成的首批香港新建渡輪混合動力高速雙體渡輪項目中，共有兩艘450客位混合動力的高速雙體渡輪，總長40米，設(shè)計航速23節(jié)，額定載客450人，采用了并聯(lián)混合動力直流組網(wǎng)系統(tǒng)，全船動力系統(tǒng)主要設(shè)備由兩臺康明斯QSK50主機(jī)、兩臺丹佛斯Editron永磁同步電機(jī)、四組總計311.2kW·h的動力電池和多臺變頻器構(gòu)成。

丹佛斯Editron永磁同步電機(jī)可根據(jù)航路上不同的運(yùn)行區(qū)域?qū)崿F(xiàn)發(fā)電、電動兩種運(yùn)行模式的切換。在非排放控制區(qū)域航行過程中，船舶由主機(jī)驅(qū)動，同時驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)生電能向電池充電及供給日用負(fù)載;而在排放控制區(qū)域，電池作為全船能量源，電機(jī)驅(qū)動船舶行進(jìn)實現(xiàn)零排放;在配備充電樁的碼頭長時間靠泊時，該配置亦可滿足岸電向電池組充電要求。該系統(tǒng)方案可實現(xiàn)靈活的船舶電驅(qū)動模式，在滿足香港地區(qū)排放要求的同時，也降低了燃油消耗，減少船舶設(shè)備維護(hù)成本，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。

后 記

10月20日，國家工業(yè)和信息化部發(fā)布2022年第23號公告，批準(zhǔn)了《YE2 系列(IP23)三相異步電動機(jī)技術(shù)規(guī)范(機(jī)座號 160～400)》等1036項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與電機(jī)產(chǎn)品直接相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)14項，其中8項標(biāo)準(zhǔn)為修訂版本，6項標(biāo)準(zhǔn)為新制訂，要求相關(guān)企業(yè)對換版標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，進(jìn)一步規(guī)范電機(jī)的設(shè)計、生產(chǎn)和制造。隨著一系列電機(jī)生產(chǎn)制造、能效監(jiān)察等新國標(biāo)的正式實施，將有力推動中國高效節(jié)能電機(jī)的發(fā)展在政策和技術(shù)的驅(qū)動下邁上一個新臺階，而這也是國家實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)中的一個很重要的組成部分。