电机系统节能技术发展分析

电机系统节能技术发展分析电机系统包括电动机，被拖动装置，传动系统，控制（调速）系统以及管网负荷等，是一个涉及多学科、多专业、多领域的复杂系统。

电机系统首先是通过电动机将电能转化为机械能，再通过被拖动装置（如风机，水泵，压缩机，机床，传送带等）做功，实现各种所需的功能。

电机系统节能是二十一世纪电机行业产品发展的必然趋势，目前世界各国在本行业都向绿色化、高效化、智能化方向发展，大家已经意识到电机系统节能技术在本行业乃至全国经济社会发展中的重要作用，已经纷纷投入到电机系统节能技术的研究中，正积极通过法令推动电机系统降低损耗、提高效率。

电机系统用于各行各业，涉及各种复杂多样的工况，不同的负载特性，千差万别的工艺过程，因此，电机系统节能工程技术是在首先满足负载要求功能的前提下，选用合适的系统部件，并将它们合理组合匹配，以使系统综合节能效果和系统性价比达到最佳或较佳的综合工程技术。

以下是国外某权威机构推荐的不同节能措施及可能达到的节能量。

表不同节能措施的节能量注1：具体节能措施不是上述措施的简单累加，而可能是上述一种或多种措施的组合。

从上表可知，除管网外，电机系统节能的所有措施，主要是围绕电动机来展开的，如设计、制造和选用通用或专用高效或超高效电动机，电动机和负载合理匹配的正确选型以及设计和制造出既能满足负载特性要求，又能得到很好节能效果且性价比高的专用高效电动机或高效机组（如电机-水泵、电机-风机机组等），通过调速驱动，软启动，调压控制，功率因数补偿等措施节能，电能的质量控制等。

并且如果高效电动机和高效终端设备和调速装置不能合理的匹配（通用高效电动机往往难以在许多复杂负载情况下使系统达到高效），综合节能效果将不理想，造成“高成本的高效电机和高效终端设备或调速装置组合在一起不节能或节能不明显“的结果。

因此，电机系统节能工程是一个复杂的系统工程。

我国目前在通用电机产品本体节能技术研究方面已经开展了一些工作，但在其成套化，系统化，工程化应用方面尚有大量工作要做，我国在专用高效电机的工程化技术研究和应用方面与国外先进水平差距很大，在电机系统综合节能工程技术研究和系统节能产品工程技术研究方面，与国外先进水平差距很大。

1、国外电机系统节能发展现状发达国家政府对电机及系统节能技术的研究开发投入了巨额财政资助，除辅以政策法规推动之外，还积极推动全世界的电机及系统节能技术的发展，如“中国电机系统节能项目”就是由联合国工业发展组织和美国能源部提供援助资金，国外电机及系统的发展具有以下特点：1）、高效、超高效电机市场推进速度加快主要发达国家都在各自的发展计划中提出了明确的强制推行高效电机的时间如表4。

表4.各国高效、超高效电机推进情况美国于1992年10月颁布EPACT能源政策法令，该法令规定电动机的效率必须达到NEMA标准(NEMA12-10)所规定的最低效率值。

美国能源部认为通过该标准的实施，到2010年后，可每年节电130亿千瓦时，并可相应地节约大量的电费和430万千瓦发电容量的投资。

此后美国还出台了更多的相关法令。

加拿大、墨西哥、巴西和欧洲各国也颁布了电动机能效标准。

1992年加拿大议会通过了能源效率法令（EPACT），其中包括了电动机的最低能效标准，并规定该标准在1997年开始正式生效，其电动机效率指标和美国EPACT指标相同。

按照欧盟委员会颁布的电机产品EUP实施措施法案，欧盟各国到2011年将会强制推行高效率标准电机；美国则在2011年将率先强制推行要求更高的超高效率标准电机。

根据已掌握的数据，美国、加拿大、澳大利亚等国现有电机的最低效率水平已达到高效率指标，其中美国的实施力度最大，超高效电机产业化推广效果最好，我国则明显落后。

世界各国在制定和实施电动机能效标准的同时，还积极采取有效措施促进电动机系统节能工作，欧美国家的“电机挑战计划”就是其中的一项非常好的促进措施。

虽然它是一个自愿性的参与计划，但是它确实达到了引导制造商和用户生产和使用高效电动机和高效电动机系统的目的。

2）、各国政府全面加速推进电机及系统节能技术的发展由于测试标准的改变、能效、可靠性、专用化等要求的提高，以及测试方法的改变，使得中小型电机及系统全面更新换代迫在眉睫，面临全新的设计和产品开发，新产品的产业化将遭遇很多障碍，如成本、性能、可靠性等方面，需要政府在关键技术的研究方面提供有力的资助，在产业化方面给予扶持，同时通过标准、立法和相关政策方面进行有效引导。

各国积极从政策、技术和市场三个方面综合加快电机及系统节能技术的发展。

在欧盟和美国分别实施的电机挑战计划中，欧盟建立的EuroDEEM、美国的MMASTER等免费数据库，都起到了引导制造商生产和用户使用高效电动机及系统的目的。

目前，澳大利亚、新西兰、加拿大、巴西、美国、墨西哥、印度、中国和马来西亚也纷纷通过制定法案来推行高效电机及系统。

3）、国外电机及系统产品不断进驻中国中国巨大的电机及系统的市场潜力，已经吸引国际知名企业不断进驻中国。

ABB、西门子、三洋、阿尔斯通、飞利浦、GE等都已在我国设立生产企业，并相继推出适合我国市场的电机及系统产品，以其精良、可靠的产品质量，占据一定市场份额；同时，各个跨国集团也试图利用节能、环保及装备制造业产业升级的契机，抢占市场空间，获取最大利益。

目前国外电机及系统产品占据了国内70%的高端市场，制约了我国具有自主知识产权的装备制造业的发展。

2、国内电机系统节能发展现状及水平对比目前，我国经济增长速度较快，产业结构重型化格局还没有改变。

电机系统节能对国民经济建设、能源节约及环境保护等仍具有重要地位和作用。

大家知道能源是关系到国家经济建设和社会发展的重要因素，而电动机系统是一个面大量广的应用产业，又是耗能和节能潜力最大的行业之一。

2007年各类电动机总装机容量约为10亿千瓦左右，按年运行时间1500小时计算，年耗电15000亿千瓦时以上，约占全国用电量的60%，运行效率比国外先进水平低10～30个百分点，相当于每年浪费电能约1500～4500多亿千瓦时。

电机系统节能工程既节约电能，又节约建电站的投资和相应配套设施的投资，还大大减少了CO2，SO2气体排放量等有害气体的排放，可见电机系统节能在国民经济建设和社会发展中的意义非凡。

我国已经越来越重视对电动机系统节能技术的研究和项目的开展，但我国电动机系统节能技术与装备水平距离节能目标相差很远，与国际相比有一定差距。

我国电机系统由于系统设计最大化、选型和设备采购等原因，导致电机系统大都运行在“大马拉小车”状态下，能源浪费严重。

目前用户采用最多的变频调速技术，虽然常常达到了一定的节能效果，但并没有挖掘出系统存在的全部节能潜力。

全国电机系统运行效率比国外先进水平低10－30个百分点，相当于国际20世纪七、八十年代的水平,由此产生的电能浪费达到2000多亿千瓦时每年，可见我国电机系统节能潜力巨大。

我国政府机关以及相关部门已经提出相关法规政策来推进电机系统节能发展进程，十六届五中全会提出“十一五”期间“单位生产总值能耗应比‘十五’降低20%左右”；国家发展和改革委员会启动了“十一五”国家十大重点节能工程，电机系统节能工程是其中之一；同时2008年1月颁布了电动机“能效标识”管理办法，并于2008年6月1日开始实施。

这些政策和标准的实施将进一步促进电机系统节能工程的快速发展，也说明了我国对电机系统节能的迫切需求。

但由于中国建国初期的工业底子比较薄弱，并采用了前苏联的工业管理模式，电机系统中各部件的设计制造都是由各研究机构和制造厂分别各自进行的，如电机设计较多的是考虑电机本体的性能包括效率，电机设计和制造厂并不清楚他们设计和制造的产品用在什么场合，什么工况，带什么特性的负载，大部分电机制造企业没有懂拖动负载如水泵，风机，压缩机的技术人员；水泵和风机设计较多的是考虑泵体和风机结构以及叶轮，叶片的设计，并不非常清楚驱动用电机的性能，大部分风机和水泵制造厂没有懂电机设计的人员，这种分割式的设计和生产模式造成我国电机和水泵，风机等产品大部分是通用产品，即使是改革开放三十年后的今天，依然没有大的改变。

由于没有相互很好匹配的产品，电机和拖动负载组合在一起的机组系统往往是“大马拉小车”，或与负载系统不匹配，这样即使单个部件是高效产品，组合在一起则达不到高效目的，并且由于成本大大增加，使得用户对使用所谓高效电机，高效水泵，风机，压缩机等望而却步。

同时，我国的电机，水泵，风机等制造企业绝大部分不生产控制装置，也无这方面的技术人员；而控制设备如变频器等调速装置，软启动器等的设计制造企业绝大部分不了解被控制的产品，如电机，水泵等，也不了解负载的特点和要求，在市场上销售的调速和控制设备大部分是通用产品，不能很好的组合起来实现最佳的节能效果。

目前我国从事电机及系统节能技术研究的企业越来越多，但由于电机系统涉及多学科、多专业、多领域的复杂系统，需要具有综合的实力和条件。

目前从事电机系统节能领域的企业大多是采用使用高效电机、水泵、风机以及使用变频调速装置来进行系统的节能改造和优化设计，方法单一，效果不显著；而且某些工况下使用变频器和高效电动机不但不节能反而造成能源的二次浪费，电机系统节能技术发展也较慢。

目前我国主要从事电机系统节能技术的企业开展工作情况如表5：表5.我国主要从事电机系统节能技术的企业情况表3、国内情况及与国外的差距研究开发适合我国的电机及系统节能技术及产品仍存很多关键技术障碍，如电机的电机降耗技术、电机及控制系统的精细化匹配、不同电机及其系统的节能措施等，如下表6。

表6. 国内外技术外水平对比同时，国内节能产品和方法单一。

先进工业国家通用和专用电机的比例是3:7, 而我国是7：3，我国在专用高效电机的工程化技术研究和应用方面与国外先进水平差距很大。

目前，我国的电机系统节能主要采用的是更换高效电机或增加控制单元（如变频器等），但单单使用通用的高效电机或增加控制单元，在一些场合下不但达不到节能的效果反而造成资源的二次浪费。

如高启动转矩或偶尔过载的工况下需要选用较大容量的高效电机，使得高效电机长时间运行在负载率低于50%工况下，并不能达到节能的效果。

这时，就要对高效电机的正确选择和匹配、专用高效节能电机产品的进行研发，开发满足不同工况需求的专用高效节能电机产品，以及结合电机系统综合节能技术使系统运行达到最佳匹配，节能效果最理想。

目前电机系统节能技术主要以美国和欧洲技术发展较快，如日立、ABB、西门子等公司已经开发了具有自主知识产权的电机系统节能产品，走在了世界电机系统节能领域的前端。

虽然先进国家电机系统节能产品不断涌向国内市场，但其核心技术并未转让到国内。

4、电机系统节能技术水平因此，迫切需要开展电机及系统节能技术研究，针对不同电机及系统研究电机系统节能技术——“量体裁衣”，不仅仅直接选用定型产品，而是根据具体的使用条件来专门设计制造，从而可实现运行效益的优化。