电机系统节能概述-赵争鸣

电机系统节能概述

赵争鸣

清华大学电力系统国家重点实验室

清华大学电机工程与应用电子技术系

2009年9月

节能减排——电力系统节能

报告内容

¾电机系统节能内容

¾国内外电机系统节能情况¾电机系统节能技术发展趋势¾电机系统节能存在的问题¾展望与建议

背景与意义

¾节约能源是我国的基本国策，国家制定了《节能中长期专项规划》。

¾为实现规划目标，2006年国家发展改革委启动规划提出的十大重点节能工程，其中第五项为电机系统节能。

¾“十一五”规划目标：电机系统运行效率提高2个百分点，年节电200亿千瓦时。

¾工程实施：加强节能意识，开发和推广节能技术，制定节能标准，重视节能效益。

电机系统节能主要实施内容

加速老旧设备淘汰更新

更新电机后效率可提高2－3个百分点，更新风机、水泵、压缩机后效率可提高2－3个百分点。

改善风机、泵类电机系统调节方式

主要采用变频调速方式，我国风机、水泵、压缩机总装机容量约1.6亿千瓦，改变调节方式，效率可提高10－15%。

改进工艺拖动、牵引拖动调速方式

以先进的电力电子技术为重点，改造传统的工艺拖动，系统平均效率提高5－8个百分点。

优化电机系统的运行和控制

推广软启动装置、无功补偿、计算机自动控制系统等技术，节电率为10－15%。

科学设计电机系统配置

出台电机系统优化配置的设计规范。

配套措施

制定完善电动机能效标准、电动机配套设备能效标准、电动机系统经济运行管理标准等，实施电机产品能效标识制度。

合理的电压等级标准，建议增加电压标准，科学的谐波和电磁兼容（EMC）标准。

制定、颁布电动机系统经济运行管理标准、变频调速和调压节能技术标准。

强制性淘汰高能耗机电产品。

制定和实施本节能工程财政补贴资金管理方法。

电源电机控制

负载

弱电控制强电，软件控制硬件

部件融于系统，信息能量互动

电机系统组成

电机系统节能主要应用行业冶金：焦化、烧结工艺的鼓风机、除尘风

机；炼铁及炼钢工艺中除尘风机、冷却

水泵；轧钢工艺中加热炉风机、除鳞水

泵等推广变频调速。

有色：有色金属冶炼炉、除尘系统自动化

控制及风机调速改造。

电力：重点对20万千瓦以上火力发电机组

低效运行的风机、水泵系统进行变频调

速及计算机控制改造。

石油、石化、化工：工艺系统流程泵变频

调速及自动化控制改造。

煤炭：矿井通风机、排水泵调速改造及计

算机控制系统综合改造。

轻工：注塑机、液压油泵变频调速改造。

我国电机系统能效情况¾各类电动机总装机容量约为4.2亿千瓦，

年耗电1万亿千瓦时以上，约占全国用电量

的60%，运行效率比国外先进水平低10－

20个百分点。

¾我国电动机年产量约为4500万千瓦，平均

效率比发达国家低2－3个百分点

¾电机系统效率比发达国家低10－30个百分

点，相当于国际20世纪70－80年代的水平。

¾若电机效率提高2％，则可节约200亿kWh

的电能，相当于新建两座三峡水电站。

¾行业协会统计：全国有3000家电机厂，具有一定生产规模的为300家

（10％），骨干厂为70家（占60％的市场）。

¾我国电机市场主要由四大系列组成：JO2系列、Y系列、Y2系列和YX系列。¾每年约生产5％的高效电机，其中70％出口，成本增加约25％。

¾已有部分其它高效电动机得到应用，如：永磁电机、磁阻电机等。

电机及其拖动应用现状

0500

1000

1500

2000

2500

3000

万千瓦19961997199819992000年

图1. 中国电机行业主要产品产量(1996-2000)

小型交流电动机大中一般交流发电机直流电机出口电机产量

存在的问题

¾我国电机系统运行效率低、能耗高，主要是电动机及被拖动设备本身效率低，另外系统匹配和调节方式不合理造成系统效率低

¾设备陈旧、效率低。电动机、风机、水泵等设备落后，效率比发达国家平均低2－5个百分点

¾“大马拉小车”现象严重。由于我国设备可靠性差，设计选型富裕量较大，设备长期在低负荷区运行

¾系统调节方式落后。风机、泵类调节大部分仍采用机械节流方式，调速方式效率低约30%

提高常规电机效率的几个技术途径

1、提高材料特性

2、提高制造工艺水平

3、改善电机结构

4、控制电机运行

5、合理利用电磁转换原理

6、与提高功率密度相结合

7、与高功率因数相结合

8、与散热冷却相结合

提高材料特性

1、转子损耗约占电动机损耗的20%，减少转子损耗的一半意味着电机的

效率可提高0.5%～1.5% ，采用铜转子“使电动机效率提高”约为2%。

主要的问题是铸模的高成本和短寿命——高温模具和压铸工艺。

（美国，德国，意大利等国家）

2、选用合适的磁性材料是设计和制造高效率电机的关键，永磁三相

同步电动机部分替代三相异步电动机将成为现实，前者的效率比

后者高5%～10%，其功率因数接近于1。（日本采用多）。

3、高效率电机硅钢片（ＤＧＲ430-50、ＤＧＲ420-50）：采用含硅量

适中及低碳、低硫、低氮的坯料和特殊的轧制热处理工艺技术。

（英国、日本）。

4、软磁复合材料（soft magnetic composite－SMC）

（英国、澳大利亚）。