电机系统能效提升措施及手段

1. 电机系统能效提升措施及手段 国家中小型电机及系统节能工程技术研究中心

2. 提纲 电机系统节能相关政策 我国电机能效基本情况 1 2 电机系统能效提升技术 3 合同能源管理项目实施 4

3. 1 电动机—电能转化为机械能，驱动风机、水泵、压缩机、机床、磨机、轧机、搅拌机等等 电机的分类——按功率划分 • 功率0.75~3550kW • 高精密机械或控制装置 中小型电机 微特 电机 大型 电机 分马力电机 • 功率0.75kW以下 • 一般为单相供电，用于家电 • 功率≧4000kW

4. 1 我国电机发展历史简介

5. 1 我国电机发展历史简介

6. 1 我国电机发展历史简介 第五代（2010） 我国交流低压异步电机发展历史 第四代（2000） 第三代（90） 第二代（80） 第一代（50-60）

7. 2 我国电机发展历史简介 我国交流高压异步电机发展历史 未来发展 第三代（2010） 第二代（1986） 第一代（1965）

8. 电机及系统 64%电能 控制装置 其他电机 驱动系统 电机 负载 水泵 风机 空压机 起重 传输 机床 1 • 电机系统广泛应用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用设施、家用电器等多个行业和领域 • 据统计测算,2011年我国电机保有量约17亿千瓦，总耗电量约3万亿kWh，占全社会总用电量的64%，其中工业领域电机总用电量为2.6万亿kWh，占工业用电的75% 电机系统能效现状 工业用电机系统---- 绝对用电耗能大户！

9. 1 电机系统能效现状 • 按照GB18613-2012标准，我国目前生产和在用电机多为低于标准规定的3级能效，平均效率87% • 发达国家推行的高效电机效率已达91%以上 • 美国超高效电机效率高达93% • 系统运行效率比我国高10~20%

10. 1 高效电机市场占有率

11. 1 电机系统能效提升的意义 • 整体提升电机系统效率5-8%，年可实现节电1300-2300亿度，相当于2-3个三峡电站的发电量

12. 提纲 电机系统节能相关政策 我国电机能效基本情况 1 2 电机系统能效提升技术 3 合同能源管理项目实施 4

13. 2 电机能效标准及相关政策 • 高耗能产品淘汰制度 • 节能节水专用设备企业所得税优惠 • 节能产品认证和节能产品政府采购目录 • 电动机能效标识 • 固定资产投资项目节能评估和审查 • 三相异步电动机产品质量国家监督抽查 • 电动机惠民工程 • 合同能源管理

14. 2 电机能效标准及相关政策

15. 2 执行电机能效提升计划 禁止生产、销售、采购低效电机 淘汰在用低效电机 淘汰低效电机 产能 鼓励生产高效电机 ，主要是列入国家节能产品惠民工程，国家予以财政补贴的三类高效电机 我国在用电机存量约为17亿千瓦，基本上是低效电机 生产环节 使用环节 鼓励高效电机替换 鼓励生产高效电机 鼓励进行再制造 Text in here 鼓励通过再制造进行优化匹配，设计和生产与拖动负载匹配的高效电机、设计和生产高效机组、设计和生产高效电机系统 本次推出的电机能效提升计划中将淘汰低效电机作为重点工作之一，计划从生产和使用环节进行限制，双管齐下，确保电机本体效率的提升：

16. 2 • GB18613-2012能效标准中既有强制性的指标，又有推荐性指标，所以我国的能效标准属于条款强制性标准 • 生产企业不得生产属于GB18613-2012范围内效率低于3级能效标准电机 电机能效标准——概况 GB 18613能效标准的演变 GB18613-2012 内容：能效等级、 能效限定值、目标 能效限定值、节能 评价值。 范围：0.75-375kW 试验方法：测量输 入和输出功率的损 耗分析法。 GB-18613-2006 内容 ：能效等级、 能效限定值、目标能 效限定值、节能评价 值、功率因数。 范围：3、2级0.55- 315kW; 1级3kW- 315kW。 试验方法：损耗分 析法，杂散损耗0.5% GB 18613-2002 内容：能效限定值、 节能评价值、功率因 数。 范围：0.55-315kW 试验方法：限定值 用损耗分析法，杂散 损耗0.5%；节能评价 值实测法(112B)

17. 2 电机能效标准——适用电机的范围

18. 电机能效标准——适用电机的范围 2

19. 电机能效标准——电机型号标识方式 2 • 我国对电机型号的标识有统一的标准规定，通过电机型号可以了解到电机的基本信息，如系列、功率、极数等，电机型号标识主要由以下内容组成 产品类型代号 补充代号 规格代号 特殊环境代号

20. 电机能效标准——电机型号标识方式 2 例： Y 132S-4 WF1 户外化工防腐、等级1 132中心高、短机座、4极 异步电动机

21. 电机能效标准——我国常见电机型号 2

22. 2 电机能效标准——目前生产的低效电机 目前国内主要生产的低效电机(效率低于GB18613-2013标准3级能效）：

23. 电机能效标准——目前生产的低效电机 2 目前国内主要生产的低效电机： 目前我国很多生产企业基于上述产品进行改进设计、自行命名或独立开发的一些产品未一一列出，但只要该类产品适用于GB18613-2012的产品范围，且的效率达不到GB 18613-2012标准3级能效水平，都属于禁止生产、销售和使用范围。

24. 淘汰电机的依据 2 国家工信部于2009年12月4日颁布了高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录（第一批）（工节[2009]第67号），将低压电机中的J、JO、JO2等及其派生系列产品予以明令淘汰 国家工信部于2012年4月6日颁布了高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录（第二批）（公告2012年第14号），将低压电机中的Y系列产品予以明令淘汰

25. 2 淘汰低效电机——路线图 2015年底前 • 第二批（2003年（含）前生产Y系列）淘汰目录 • 拟定第三批（2003年（含）前生产Y2、Y3系列）淘汰目录 • 企业自行命名的低效电机 Jump 2014年底前 Growth • 第二批（1998年（含）前生产Y系列）淘汰目录 2013年底前 • 第一批（JO2、JO3等系列）淘汰目录 • 第二批（1993年（含）前生产Y系列）淘汰目录 Start

26. 2 节能产品惠民工程 节能产品惠民工程：力促推广 • 《节能产品惠民工程高效电机推广实施细则》（财建〔2010〕232号） • 《关于做好2011年高效电机推广工作的通知》（财建〔2011〕62号） • 2011年高效电机推广任务为3177万千瓦 • 国家预计补贴20亿元 • 使高效电机市场份额从不足3%提高到25%

27. 2 节能产品惠民工程 节能产品惠民工程：实施情况 财政部、发改委、工信部《关于简化节能家电、高效电机补贴兑付信息管理及加强高效节能工业产品组织实施等工作的通知》（财建〔2013〕8号）

28. 2 电机能效提升计划 计划中鼓励生产企业生产高效电机。该高效电机是指列入国家节能产品惠民工程，国家予以财政补贴的三类电机： 符合GB 18613-2012《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》适用范围（1000V以下、50Hz、功率范围在0.75kW~375kW、极数范围2极、4极、6极、单速、封闭自扇冷式、通用设计型、连续工作制）的一般用途或防爆用途的低压交流三相鼠笼型异步电动机，设计和制造效率高于或等于2级水平 低压高效三相异步电机 • 额定功率：355千瓦（含）~25000千瓦（含） • 额定电压：6000伏或10000伏的高压三相异步电动机 • 极数：2、4、6、8、10、12极 • 效率指标：电机效率保证值不低于规定指标（见节能产品惠民工程高效电机推广实施细则及相关文件的附件1、附件2） 高压高效三相异步电机 高效电机 • 额定功率:0.55千瓦（含）~315千瓦（含） • 额定电压:690伏及以下的稀土永磁三相同步电动机 • 2、4、6极自启动永磁同步电动机在额定点的效率应高于或等于GB18613标准规定的2极效率保证值 • 8极及以上自启动永磁电机在额定点的效率应大于或等于同功率6极电机的效率 稀土永磁高效同步电机

29. 提纲 电机系统节能相关政策 我国电机能效基本情况 1 2 电机系统能效提升技术 3 合同能源管理项目实施 4

30. 3 电机系统能效提升的基本概念 • 电机系统—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，传送带等）做功，实现各种所需的功能 • 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。 • 电机系统能效提升—首先满足负载要求功能的前提下，设计、制造和选用合适的部件，使它们合理匹配，以使系统综合节能效果和性价比达到最佳或较佳，单一环节的效率提高效果并不理想

31. 4 电机系统节能改造存在的问题 • 工业领域的节能潜力最大，但由于涉及到各行业，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，各种各样的电机系统，因此，电机系统节能工程是一个综合考虑电动机本体、拖动设备、控制电动机的装置、管网系统以及各子系统、部件间最佳或较佳匹配等多种因素的复杂的系统节能工程 • 对电机系统节能还存在不少误区，而且还存在许多困难，一定程度上限制了电机系统节能工程的开展，使得电机系统节能工程实施相比其他节能工程的进展十分缓慢

32. 3 电机系统能效提升的主要措施 • 推广高效电机、淘汰低效电机 ——电机本体存量调整与增量提升相结合 • 鼓励电机高效再制造 ——淘汰低效电机与电机高效再制造相结合 • 系统节能技术研究和产品开发，实施系统节能改造 ——技术研发与推广示范相结合 • 推广合同能源管理项目实施 ——传统技改方式与创新项目实施模式相结合

33. 3 电机系统节能技术 电机系统节能技术面临很多挑战，急需开展以下工作： • 深入开展电机及其系统节能技术研究：研发高效节能电机；高效风机、泵、压缩机系统；高效传动系统；电机系统的合理匹配；电机系统节能的系统集成方案，系统集成产品等。 • 制订电机系统节能相关导则、标准：系统节能改造导则、专用领域的电机系统节能检测、评价标准等。 • 建立电机系统节能认证机构：市场准入认证、节能产品认证、各类高效电机系统节能认证。

34. 变极变速节能技术 高效电机置换 系统运行优化控制 变频调速节能技术 系统匹配 相控调压 3 电机系统节能匹配技术 应用范围广 节电率10~50% 适合流量调节范围大、频率高的场合 效果直观 适用于长期稳定运行负载 负荷率变化 功率因数低 高压电机改造 流量调节定量的风机 推广应用 解决大马拉小车 解决重载大惯量起动 伺服电机系统 多功率电机 开关磁阻电机 无滑环绕线电机 电机使用密度大 关联度高产能上下游互相影响

35. 3 电机系统节能匹配技术 通过研究，提出根据电机负载特性、多种不同工况进行详细划分，提出相应匹配节能技术，实现系统能源最优利用率，主要节能匹配技术有： 1、高效电机匹配节能技术 • 适用于负载率较高（50%以上）、年运行时间较长的恒转矩负载，运行效率平均提高3%～5% • 以11kW、4极电机为例，Y系列（低于3级能效）电机效率为88%，YE3（2级能效)电机效率为91%，年运行时间为4000h，负荷率为0.75，可得采用高效率电机每年的电能节约为： • 按每度电费0.75元计，一年可节约电费925.5元。按Y系列电机销售价2020元、YE3销售价3750元计，差价1730元，回收期1.4年。

36. 3 电机系统节能匹配技术 2、永磁同步电动机匹配节能技术 • 适用负荷变化较频繁、经常运行于空载、轻载状态的负载，在车床、冲床、化纤、纺织、拉丝类设备上应用，有较好节能效果，平均节电率高达10％以上 • 案例1：在化纤工业生产中，聚酯切片干燥设备（转鼓设备），配套电机为三相异步电动机，型号为Y132S-4（5.5kW），干燥设备的加工过程为：加料之后，电机转矩通过减速机传递给转鼓，带动转鼓以3.5转/分钟的转速运行，其运行周期约为14个小时。为了使转鼓顺利起动，常按转鼓最大负荷来选配电动机，因此正常运行时负荷率在30%左右，转鼓配套电机能力过剩很大。因此，将转鼓配套的异步电动机替换为高起动转矩永磁同步电动机。

37. 3 上海德福伦化纤有限公司聚酯切片干燥转鼓电机的节能改造 电机系统节能匹配技术

38. 电机系统节能匹配技术 3 化纤倍捻机用永磁电机的替换 • 案例2： 310g化纤倍捻机是化纤长丝加捻设备，作为喷水织机前道设备，纺织厂需大 量配备。一台倍捻机由两台7.5KW三相异步电动机驱动，倍捻机是纺织厂的主要用电设备，占纺织厂总用电量的50%以上。而倍捻机常用的普通三相异步电动机，效率在87%以下，长期运行在轻载状态下，功率因数也很低，造成电能浪费。 在节能改造时可采用二台7.5KW 三相稀土永磁同步电动机替代原异步电动机，在吴江南华喷织有限公司一车间25~48号24台倍捻机上的实测结果为： 一台稀土永磁同步电动机每年可节电：0.75（度/小时）×24（小时）×330（天）= 5940（度），每年可节省电费： 4455（元/年）。吴江南华喷织有限公司共有倍捻机576台，全部改造完毕后，每年可节省电费：4455（元/年）× 576（台）= 2566080 （元/年）= 256.6（万元/年）

39. 3 电机系统节能匹配技术 3、变极调速节能技术 • 主要用于高压电机系统改造，通过改变定子绕组的接线方式，达到改变电机的极数，实现改变电机转速的目的。适用于需要定量调节、但不需要频繁调节流量的场所，如某些风机、水泵类负载，由于环境条件（如季节、温度等）发生变化要求对流量进行调节，其调速精度要求不高。其综合节电率可达到10～30%。 • 针对水泵、风机等需要定量调节流量的场所，将单速高压电机再制造成变极双速高压电机，比采用高压变频器调速具有投资少、成本低、节能效果好、对电网无污染、不受场地限制等优点

40. 3 电机系统节能匹配技术 • 案例3：高压单速电机改造成变极双速电机 • YSKL1250-16 3800kW/ 6kV发电厂循泵电机改为16/18P双速电机 • 电机输出功率减少30%，年节电237万度

41. 3 电机系统节能匹配技术 4、电机减容或增容增效改造 • 按实际运行工况、容量需求，重新设计制造，减小或增加电动机容量， 使之按需输出，达到节能目的；对于连续运行、负荷基本恒定、不调速、不频繁启动情况下，综合节电率可达15％左右。 案例4：一台额定功率为3500千瓦的6千伏电机，因产量增加要增加电机功率，现对该电机进行增容改造，在原定子槽内嵌入重新设计的线圈，采用减薄绝缘结构和真空浸漆工艺，可使电机的额定功率提高到4000-4200千瓦。如果新购一台4000千瓦电机，需投资约80万元，而本方案只需投资20多万元。

42. 3 电机系统节能匹配技术 5、风机、水泵专用电机匹配节能技术 • 适用于风机、水泵等负载场合，解决因二次选型增容、电机功率等级限制等造成的机组效率较低、“大马拉小车”状况。 • 案例5：上海某节能科技公司将该技术用于上海卷烟厂动力车间水泵电机的节能改造。 • 节电率达到12.3% 对类似设备采用专用高效电机替换加上机组流量调节、提升系统运行效率具有示范指导作用

43. 3 电机系统节能匹配技术 6、无刷双馈调速异步电动机技术 无刷双馈电机是近年来发展起来的一种由两套不同极对数的定子绕组和一套绕线转子绕组构成的新型交流感应电机。经过特殊设计的绕线转子，使得两套定子绕组产生不同极对数的旋转磁场间接相互作用，并能对其相互作用进行控制来实现能量传递。其中一套定子绕组接固定工频电源，称为功率绕组，另一套定子绕组接变频驱动控制器，称为控制绕组。 它的主要特点是用1/3或1/2的功率取代全功率的高压变频，用于有速度变化要求但调速范围较小（不超过30%）的场所，比使用高压变频还节能3%以上，并且维护简单，体积小，节能效果好，比安装高压变频还多节能3%以上。 案例6：湖北某电机公司将该技术改造高压大功率绕线转子异步电动机，用于大功率球磨机、粉碎机等设备的改造。综合节电率可达到10%～40%。

44. 3 电机系统节能匹配技术 7、新型无滑环绕线转子异步电动机 起动状态和正常运行状态分开设计，分别达到最佳性能，提高效率2-4%。电机起动力矩大，可在1.3-2.1倍中任意设计；起动电流小，仅为3.2-5.7倍，无需软起动；功率因数高，2-10极电机功率因数都可达到0.9以上，不需功率因数补偿；效率高，160-3000kW、2-10极型电动机效率可达到95.4-97.3%； 主要适用于：矿山（铁矿、金矿、有色金属矿）球磨机电机、水泥磨机电机、真空泵电机、油隔泵电机、中小型轧钢电机、油田磕头机专用电机等。

45. 3 湖北某电机公司新型无滑环绕线转子异步电动机应用案例 • 矿山水流磨机 • 迁西县中兴矿业有限公司 • 使用新型电机应用案例 • 型号为： YXR3 315L-8,95kW（2台） • YXR3 400L-8,245kW（2台） • 节电率：95kW-11%；245kW-8%（双方认可） • 年节约电费：94.55万元 • 水泥球磨机 • 武汉凌云水泥有限公司 • 使用新型电机应用案例 • 新型电机型号为 • JWHHR158-8,380kW,6kV • 节电率：12.92% • 年节约电费：20.62万元 • 油田抽油机 • 湖北江汉油田 • 使用新型电机应用案例 • 型号为： • YXQ280S-8,13/37kW,380V • （四台，原电机45kW） • 节电率：15%(双方认可) • 年节约电费： 2.37万元 • 钢铁轧钢机 • 湖北阳新华宝钢铁有限公司 • 使用新型电机应用案例 • 型号为：JWHHR1512-8 • 630kW,6kV(2台) • 节电率：5.39%(双方认可) • 年节约电费：16.3万元 • 精磨球磨机 • 南京滨江超细粉建材科技有限公司 • 使用新型电机应用案例 • 型号为：JWHHR1510-8,400kW,10kV • 节电率：10%（双方认可） • 年节约电费：16.8万元

46. 3 电机系统节能匹配技术 8、变频调速节能技术 • 可用于高压、低压电机系统改造。通过改变交流异步电动机的供电电源频率，对电动机进行调速。主要适用于负荷变化较大、需频繁调节转速的场所，对于转矩随转速二次方变化的风机、水泵负载，有较好的节能效果，综合节电率可达到10～50% 9、调压节能技术 • 可用于高压、低压电机系统改造，通过检测电动机的电压与电流相位差，并实时调节电压，使电机输出功率与实时负载精确匹配，以有效降低电机的损耗；主要适用于负荷率较低、功率因数较低、负载变化较大且速度恒定的场所，如机床、输送带等，综合节电率可达到2 ～ 5%。 10、功率因数补偿技术 • 适用于负荷功率因数低、负载功率变化大，变化速度快、有谐波源且谐波污染大的电机集群，如钢厂、化工厂、机械加工厂等。综合节电率为4%左右。

47. 3 电机及系统一体化高效节能新产品 • 传统液压式注塑机在成形时油泵始终连续运转，在无负荷运转时电动机也要消耗其额定功率约1/3的电能，是一种典型耗能设备。

48. 3 电机及系统一体化高效节能新产品 • 武汉某数控公司为注塑机节能改造提供高性能、专用的伺服驱动和伺服电机，在广东、江苏、浙江、山东、湖北、深圳等多个省市完成了近三十家企业，二十多种型号，几十个品种，500多台注塑机改造。其中包括富士康、比亚迪、法国法雷奥、台湾耀川、珠海塞纳、珠海铭祥、烟台乙胜、东莞美声、佛山亿龙、深圳悦富合、武汉武邦、襄阳骆驼知名企业。 • 案例7：拆除原有电机及油泵，同时配置新的伺服电机、伺服驱动器、旋转编码器、齿轮油泵、制动电阻、高精度压力传感器等附件。该伺服控制系统可以实时监测液压系统的压力和流量，及时通过改变伺服同步电机的转速和转矩，对压力、流量做出相应的调整，最终维持系统的压力快、准、稳控制。

49. 3 电机及系统一体化高效节能新产品 • 富士康节能改造前后结果对照表： 以一台55kW注塑机节电率40%～80%计算为例,每年节电为（0.4～0.8）×55×365×24 = 192720～385440千瓦时。按某市第三档用电每度0.82元计算，并且按照实际开机率50%计算（，一年节约电费：（192720～385440）×0.82元×0.5 =（7.8万～15.8万元）。 按照千瓦注塑机节能改造费用2千元计算，55kW×2000元 = 11万元人民币。改造后企业可以在8.4个月～16.9个月收回成本。 目前，我国 “非节能型”注塑机的市场保有量已经超过100万台。如果采用本技术进行节能改造，节能空间巨大。

50. 3 电机与拖动设备的高效匹配技术 • 高效水泵、风机、压缩机机组及其他高效机械装备 不仅要求电机及其所拖动的设备各自本体高效，还要求组合在一起的机组高效，这就要求各自的负载区和高效区能合理匹配 • 直驱式泵机组和直驱式压缩机机组 直驱式机组取消了电机与水泵、压缩机之间的联轴器或皮带轮，同时可取消泵叶轮转子轴承和压缩机电机转子轴承，降低机械损耗。在高效叶轮和高效螺杆线型的基础上，匹配电机的功率、转矩、转速，从性能和结构上做到真正的一体化设计。由于直驱式机组结构紧凑、体积小、重量轻，而且成本低、运行效率高。