高效節能電機

當接到《節能機電設備(產品)推薦目錄(第五批)》的證書時，有些激動：高效率三相步電動機的高度認可。根據實驗數據，采用新設備投入的成本，會在兩年內以節省電能的方式回饋回來。”
 
“高效電機節省的電量是非常大的，如果電機連續運轉兩三年，節約的電費就能再買一臺電機了。”南陽防爆集團董事長魏華鈞同樣對節能電機的前景十分看好。
 
近日，天安電氣集團也發布了一款自主研發的永磁復合電機。天安集團磁性轉動技術研究所副所長龔宇在發布會上表示，此款永磁復合電機的運行效率可達80%以上，額定效率可達90%以上，節能效果十分顯著。
 
實際上，電機是名副其實的“用電大戶”，60%以上的電能都被用于驅動其運轉。有數據顯示，2013年我國電機保有量約17億千瓦，總耗電量約3萬億千瓦時，占全社會用電總量的64%、工業用電量的75%。
 
由此可見，如果能從電機上節省出能量，其前景十分可觀。在多位業內人士看來，節能需求將是電機的永恒主題，在全球節能減排的大背景下，打造高效節能電機成為全球電機制造業發展的共識。
 
耗能大戶堪比三峽發電量
電機是一種利用電和磁的相互作用，實現能量轉換和傳遞的電磁機械裝置，應用范圍覆蓋鋼鐵、有色、石化、化工、建材等各個行業領域。凡是需要將電能轉化為機械能或將機械能轉化為電能的地方都必須用到電機。因此，電機行業整體上具有巨大的市場容量。
 
在我國，電機工業已走過百年歷程，目前，國內中小型電機保有量達16億千瓦，我國成為最大的中小型電機生產、使用和出口大國。然而，我國高端電機市場卻長期被外資壟斷，高端電機制造方面相比國際仍處于落后狀態。
 
究其原因，中投顧問高級研究員賀在華對《中國科學報》記者分析，一是我國缺乏自主研發能力，造成高技術含量、高附加值產品品種較少;二是國內電機制造產業鏈并未完全建立，制約了高端電機制造的發展;三是我國能源節約、環境保護意識不夠強烈，高端電機在我國的應用領域較少。
 
事實上，電機耗能在我國十分嚴重。中國節能協會常務副理事長王秦平給出一組數據：我國電機壽命平均比國外低3%~5%，運行系統效率比國外低10%~20%。以此估算，我國電機效能若提高1%，每年可節電約260億千瓦;如果電機系統的效率提高5%~8%，每年的節電量相當于2~3個三峽大壩的發電量。
 
在日前召開的“中國制造2025：高端裝備制造與工業應用協同創新高峰論壇”上，中國電器工業協會發展與咨詢部主任王琨指出，綠色發展是“中國制造2025”的一個指導方針，但我國電機制造業發展卻面臨資源消耗和電機能源轉換效率之間的矛盾。
 
“我們國家gdp占全球的12%，能源消耗卻占全球的22%，高耗能行業單位產品能耗與國外差距高達10%，電機系統及電機與拖動設備的運行效率與國外先進技術甚至相差20%。”王琨表示，電機是一個中轉的設備，若能耗被電機所耗盡，那將給工業節能帶來重大打擊。
 
提高電機能效是關鍵
2010年10月，我國政府在哥本哈根會議期間承諾：到2020年，中國單位gdp能耗和二氧化碳排放比2005年下降40%~45%;2011年3月，我國又在《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》中明確提出，“十二五”期間，我國單位gdp能耗和二氧化碳排放分別降低16%和17%。
 
電力消費占總能源消費50%以上，而電機用電量又占全社會用電量的50%以上，因此，提高電機能效將是我國節能減排政策中必不可少的重要環節。
 
王琨表示，2013年，工信部和質檢總局就聯合發布了《全國電機能效提升計劃》，擬用三年時間，通過推廣、淘汰、改造電機及電機系統1億千瓦，提升電機能效，實現年工業用電節約300億千瓦時。
 
“上述計劃目前已進入中后期階段。”王琨介紹，這幾年，我國重點強化了對標準的引領和約束，對永磁復合電機能效限值進行了規定，重點推薦了59個電機節能產品、4個高效節能電機產品、25項節能電機技術，兩年多時間累計推廣高效電機、淘汰低效電機系統，節能改造4000多萬千瓦時。
 
與此同時，由于高效節能電機與普通電機相比，需耗用更多的銅、鋁、冷軋硅鋼等原材料，生產成本較高，售價也比普通電機高出10%~30%，導致采購高效電機者寥寥。為此，我國又制定了“補貼高效+禁止低效”的雙重推廣政策，以期推動高效節能電機的產銷量增長。
 
雖然國家多管齊下，但高效電機的推廣效果仍然低于政策預期。王琨坦言：“目前國內能效虛標的問題依然存在，能效標識只有85%，還有1/5沒有合格，低效能電機仍有較大市場。”而南陽防爆集團董事長魏華鈞也曾指出，為推廣高效電機使用，雖然地方政府也給予企業定額獎金，但買賬的企業依舊不多。
 
“有代表提出要把住生產關，按照國家強勢標準，低于能效電機不能生產。但是，有市場就有生產，有人敢買就有人敢賣。所以說，淘汰低效電機最關鍵的問題是要把住企業。”王琨指出，目前，電機改造針對性不強，大部分地區只是高效電機替代低效電機，并沒有針對不同行業和企業。因此，淘汰低效電機還是在于市場推廣模式和市場的約束。
 
王琨稱，下一步國家還將采取市場倒逼機制，發揮標準的引領和監督作用，并將采用一定措施對市場起到一定的約束作用。另外，還將分領域、分行業對電機系統進行改造，與壟斷終端行業的企業進行緊密的合作，推廣使用高效電機。
 
魏華鈞表示，高效電機推廣難的原因還與國內高效電機標準推行時間表滯后等因素正相關。“目前國內高效電機的標準和國際高效電機的標準一致，但推行時間卻存在差異，與美國相比至少落后5年。”為此，魏華鈞呼吁國家盡快出臺更有效的政策，疏通產業里的各個環節，促進高端電機的推廣效率。
 
高端電機將成主流
業界認為，若將在用的普通電機全部更換為高效電機，以使整個電機系統的運行效率達到歐美發達國家水平，至少還需要十年以上。
 
在賀在華看來，高端電機的研發有幾大難點：一是需要提高電機的綜合仿真技術和設計技術;二是要形成高效電機型譜，開展高效電機產品系列化工作;三是要大力研發高精度與大功率伺服技術，由于此項技術國外實行技術封閉，需要我國自主研發，研發難度較大。
 
在“中國制造2025”的大背景下，如何才能推動我國高端電機行業的發展?北京電工技術經濟研究所副所長盧琛鈺表示，首先要重點研究和制定電機系統能效分級及測試方法等標準，涉及產品的設計、制造、推廣和應用各個環節，包括對高效節能產品的選型、匹配、檢測等進行規范，以及對存量電機系統的運行監測、評估與節能改造提出詳細要求。
 
盧琛鈺表示，在高端裝備制造領域，要對大型的工程鋼機、港口機械、海洋工程裝備、高檔數控機床配套電機開展研究，實現配套電機的國產化，同時針對我國制造業自動化、智能化的發展需求，開發各類機器人用伺服電機系統，并形成相關電機及其系統產品標準、檢測標準及應用標準。
 
他還表示，產品小型化和輕量化也是未來高端電機的發展方向之一，即采用先進設計制造技術和新型優質材料，在滿足電機使用性能的條件下，減小電機的體積，降低重量。另外一個方向是，針對工業領域的特殊風機、水泵、壓縮機設備，以及針對建材、礦山、石化、紡織、船舶等典型機械設備，開發各種從結構和性能上的相匹配的直驅式電機、專用電機和派生電機等。
 
而從技術角度看，賀在華稱，高端電機制造業還將呈現以下發展趨勢：一是先進的電力電子技術替代傳統的機械方式，實現被拖動裝置控制和設備制造;二是電機呈高效化、智能化趨勢，將變頻器可控制系統集成到電機系統中，實現20%~30%節能;三是采用交流調速取代直流調速，采用配有減速裝置的電氣傳動系統。
 
值得關注的是，根據國際通用估算方法，電動機裝機容量為發電機裝機容量的2.5~3.5倍。在今后較長一段時間內，我國電動機產量還將持續擴大。預計到2020年，發電機裝機容量達到人均1千瓦，而我國電動機的裝機容量將達到45億千瓦左右，目前我國電動機的裝機容量在12億千瓦左右，新增的30多億千瓦將為高效節能電機、專用電機帶來巨大的市場空間。