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【權威解讀】中國工業電機系統節能現狀與展望

發布日期:2018-12-19

 


電機及系統節能的重要意義

 

       電機及其系統廣泛應用于我國能源、化工、冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用設施、家用電器以及電力拖動等多個行業和領域,是我國工業基礎的基?。ㄈ繽?)。據統計測算,我國電機保有量約19億kW,總耗電量約3.8萬億kWh,占全社會總用電量的64%,其中工業領域電機總用電量為2.9萬億kWh,約占工業用電的75%,是名副其實的“用電大戶”。另據統計,我國中小型電機行業企業約有2000家左右,其中300家為行業骨干企業,從業人數在30萬人以上。

     電機巨大的保有量和規模龐大的產業市場,充分表明了電機及系統在國民經濟和社會發展中有著不可替代的重要地位和作用。電機系統節能是當今國際高度關注和重點研究的領域,也是我國“十一五”及“十二五”期間實施節能減排既定國策的重點關注領域。隨著全球能源消耗的逐年快速增長,節能降耗、減排、減少溫室氣體排放已成為全球共同關注的重大焦點問題,而中小型電機系統本身占能源消耗比例高,節能潛力巨大,已經成為世界各國政府和國際組織的共識。


 


 工業領域中電機節能的主要類型


     電機是依據電磁感應定律而制造出的機械,主要用于實現電能和機械能之間的相互轉換。根據電能和機械能之間轉換的過程,電機可分為發電機和電動機2類:發電機是由機械能轉化為電能,向電網或用電設備輸送電能;而電動機則是由電能轉化為機械能,向機械系統輸出動力。發電機系統多由大型同步發電機構成,單臺功率大,總體數量少;小型同步發電機則多用于應急電源或分布式能源系統中,其比例較小。而交流電動機則由于應用范圍廣、產能大而成為電機及系統節能面對的關鍵目標。交流電動機有很多種類型,行業內一般按中心高和功率大小以及電機的主要應用場所,劃分為大型、中小型、分馬力和微特電機4類(見圖2):功率超過4 000 kW以上一般稱為大型電機(以6 kV、10 kV等電壓等級的高壓交流異步電動機和同步電動機為主),主要用于工業領域中的超大型裝備驅動,單臺功率大,總體數量少。功率小于0.75 kW 以下的電機中,一種是基本以單相供電方式為主、一般適用于家電設備的分馬力電機,一種是功率更小的、適用于精密機械控制(如:電動工具)的微特電機,其特點是數量多,但總體功率較小。功率范圍在0.75 kW 至3 550 kW 的電機中,主要是用于工業驅動的中小型交流低壓、交流高壓異步電動機(中型與小型的分界線隨時代和產品升級的變化一直在調整,目前一般以355 kW為分界),其特點是覆蓋面廣,數量多;總體功率巨大。另據測算,在交流電動機產能中,普通交流三相異步電動機所占比例最高,為87%,單相異步電動機占4%,同步電動機占5%,交直流兩用電動機占4%。而交流三相異步電動機又分籠型和繞線型轉子2種,但其中繞線型轉子交流三相異步電動機的使用范圍和應用場所較籠型交流三相異步電動機少得多,因此國內電機行業的主要產能和應用均集中在中小型三相交流籠型異步電動機中。因此,在中國工業領域推進電機系統節能主要針對的是中小型交流電動機及其拖動系統。


電機產業現狀和推進系統節能中存在的問題


3.1 電機產業的現狀

中國電機工業的發展已逾百年歷程,已經形成比較完整的產業體系,產品的品種、規格、性能和產量都已基本滿足我國國民經濟的發展需要。2001—2013年期間,我國交流電動機總產量從6 263.3 萬kW/年提高到27 914.6 萬kW/年,年復合增長率為13.26%。2014年,全國交流電動機累計總產量30 134.40 萬kW,與2013 年同期相比,同比增長4.43%。我國已經成為世界上最大的電動機生產、使用和出口大國。

 

3.2 存在的問題

近年來,電機產業在研發平臺建設、能效標準體系建設以及智能裝備建設等方面做出了巨大的努力,但是與國外先進水平相比,我國的電機產業除了在設計的精細化、制造的智能化、質量的一致性等方面還存在一定的差距以外,電機及系統在實際應用中還存在不足。

 

3.2.1 高效節能電機的市場占有率較低,而系統的運行效率更低

根據國家惠民工程實施情況的統計,經過努力,我國高效電動機的市場占有率已經從原來不足5%提高到25%左右,但是還應看到,70%以上的電機產品效率仍然比國外先進水平低2%~5%,高效電動機的市場占有率總體還比較低。而在實際運行中,由于系統匹配不合理、設備長期低負荷運行、系統調節方式落后等原因,導致電機系統的實際運行效率比國外先進水平低10%~20%,差距更大。

 

3.2.2 電機生產和使用者中欠缺節能意識

系列化標準化制造的電機產品在工業體系設備需求中可視作標準零件,這就導致電機生產企業的服務對象往往是配套機械制造企業,如:風機廠、水泵廠、壓縮機廠或減速機廠,電機生產企

 

圖2 交流電動機的功率范圍及應用領域劃分

 

業往往并不掌握電機的最終用途和使用情況,導致電機生產企業和配套機械制造企業缺乏推進電機系統節能意識,在經濟上也缺乏推進的主觀動力。而在工業企業運行體系中,電機的最終用戶對電機的運行管理普遍比較粗放,企業把節能工作的重點放在煤、天然氣、油等一次能源上,普遍不了解、不掌握電機是工業企業運行中最大的電能消耗者這一基本事實,導致設備管理者普遍欠缺電機系統節能意識,同時也缺乏相關的知識與技術。

 

3.2.3 電機節能技術復雜,缺乏統一的技術規范

工業領域中電機系統的節能潛力是最大的,但由于涉及到各種不同行業、各種復雜多樣的工況、各種不同的負載特性以及千差萬別的工藝過程,導致電機系統節能是一個綜合考慮電機本體、拖動設備、控制電動機的裝置、管網系統以及各子系統、部件間最佳或較佳匹配等多種因素的復雜的系統節能工程。而目前普遍缺乏針對不同工況條件下電機系統的節能解決方案,普遍存在“電機系統節能就是更換高效電機”這一常見誤區,缺乏在何種條件下適合采用何種電機系統節能技術等統一的技術規范,這是導致電機系統的實際運行效率較低的深層次原因。

 



我國電機及系統節能工作實施情況

     從2008年開始,我國根據電機產業在國民經濟中的地位,按照節能減排方針的要求,頒布實施了多項針對電機能效提升和系統節能的規劃和措施,主要分為政策鼓勵、標準規范、監督核查等。

 

4.1 政策鼓勵

為貫徹落實國務院《關于進一步加大工作力度確保實現“十一五”節能減排目標的通知》(國發[2010]12號)精神,財政部、國家發改委組織開展了高效電機的推廣工作,并根據《財政部國家發展改革委關于開展“節能產品惠民工程”的通知》(財建[2009]213 號),財政部和國家發改委制定了《節能產品惠民工程高效電機推廣實施細則》,于2010年5月31日頒布實施。該政策的主要內容是對生產使用高效率、超高效率電機進行財政補貼,使高效電機市場份額從不足3%提高到25%。不同類型的電動機根據成本的不同進行了差別化的補貼標準(該補貼標準在財政部、國家發改革《關于做好2011年高效電機推廣工作的通知》(財建[2011]62號)文件中又予以調整)。補貼標準見表1。經過近5年的努力,根據國家惠民辦和工信部節能與綜合利用司的統計,全國累計推廣高效電機3 541.09萬kW,實施電機系統節能改造1 710.10萬kW,實施淘汰電機的高效再制造792.58 萬kW。為此,已累計發放10 億元的補貼資金,帶動實現節電95.1億kWh。

 

不僅如此,為配合國家的補貼政策,部分地方(如:上海、廣東、廣西等)也出臺了與地方電機系統應用特色配套的財政鼓勵政策。上海市針對存量電機數量比較大,運行時間比較長的特點,有針對性的鼓勵以電機節能再制造為目標的“以舊換新”配套政策。廣東省則針對中小企業較多、電機種類比較集中的特點重點支持電機系統節能改造和注塑機的節能改造,都取得了不錯的成果。

 

4.2 標準規范

開展電機能效提升和電機系統節能工程,相關的標準必須先行。從國際上的實施情況來看,自2007年起,隨著國際標準中對電機能耗測試方法的調整和統一,并伴隨著新一代節能型高效電機研發需要,主要發達國家都在各自的發展計劃中提出了明確的強制推行高效電機的時間表。各國積極從政策、技術和市場3個方面綜合加快電機及系統節能技術的發展。美國和歐洲分別從1997年和2011年強制推行高效電機:按照歐盟委員會頒布的電機產品EUP實施措施法案,歐盟各國自2011年已開始強制推行高效率標準電機;美國則自2011年起率先強制推行要求更高的超高效率標準電機。以上這些措施都是以各自的能效標準為依據的。2008 年,IEC 發布了60034-30 標準(即電動機的能效分級標準),其中明確指出電動機的能效等級分為4級:IE1(普通能效)、IE2(高效)、IE3(超高效)、IE4(超超高效),不僅如此,該標準還規定了統一的高效電機檢測方法,因此從標準角度統一了全球的電機能效指標。我國很早就開始重視電機產品的節能問題,因此從2002年起就已經制定了中小型三相異步電動機的能效標準,分別在2006 年和2013 年根據國際上的能效標準變化做了2次修訂,把電機產品的能效整整提升了2個等級,并根據電機的類型和功率范圍增加制定了小功率電機、高壓電機和稀土永磁電機的能效標準(如圖3)。從電機產品的標準角度來看,我國的電機產品能效標準已經與世界現行標準保持一致。由于電機系統包含了電動機、被拖動機械、管網、控制機構、檢測裝置等多個單元,因此電機能效提升和電機系統節能不僅僅是制定了電機等設備的能效標準就能夠滿足要求,而是必須依靠電機系統能效的標準體系建設來統一規范和實施。電機系統能效的標準體系包括:設備能效標準(指在不降低產品性能和安全要求的前提下,對產品利用能源利用提出要求,如:能效限定值、節能評價值和能效等級等)、經濟運行標準(指在滿足工藝要求、安全生產、環保和可靠運行的前提下,通過科學管理,調節工況或技術改進等措施,為達到節能能源,提高經濟效益所規定的標準)、檢測和計算方法標準(指對節能活動的檢測方法、計算方法所規定的技術要求,其作用在于規定統一的、正確的檢測方法和計算方法,同時指導檢測人員按所規定的計算方法進行檢測和計算)和節能改造標準(對節能裝置滿足的要求以保證使用性的標準,主要作用是規定節能裝置的質量和安全性要求等)。通過近10年來的努力,我國已經基本建立了以電機(包括風機、水泵)能效、電機的經濟運行、電機的能效測試以及系統改造等標準為核心的電機系統節能標準體系。

 

4.3 監督核查

      根據我國工業企業中存量電機多、存量電機中淘汰設備多、低效電機也多的特點,工信部和國家質檢總局在2013年6月頒布實施我國的“全國電機能效提升計劃”(以下簡稱“提升計劃”)。“提升計劃”的主要目標是:到2015年,實現電機產品升級換代,50%的低壓三相籠型異步電動機產品、40%的高壓電動機產品達到高效電機能效標準規范;累計推廣高效電機1.7 億kW,淘汰在用低效電機1.6 億kW,實施電機系統節能技改1億kW,實施淘汰電機高效再制造2 000萬kW。

 

      根據“提升計劃”的技術路線圖,在2013年至2015年共計3年的時間,要逐步淘汰我國于20世紀開發的Y、Y2 及其主要派生系列產品,針對這些存量落后的產品,對電機生產企業要求按照新的能效標準制造推廣高效電機、對用戶電機系統節能技改的方式從生產者和使用者2 個方面同步推進。

 

圖3 國內電動機能效標準變化歷程

 

為此,工信部開展了全國范圍的培訓工作,對各省、自治區和市級的節能監察人員進行了電機系統理論知識、電機系統能效標準知識、電機系統節能技術以及監督核查方法等方面的系統培訓。同時,各省、自治區等地方節能監察機構也制定了相應的推進方案和分解計劃,由于地方落實政策的相對滯后,該項工作正在穩步推進中,預計2016年至2017年可以實現當初制定的總體目標。

 

 


解決對策及展望


5.1 對策

通過一系列的政策引導、標準約束和強制性的監督核查,我國的高效電機產能獲得了巨大的提升,電機系統能效提升工作也在穩步推進,但是從效果來看,總體進度還未能達到預期目標,因此,建議從以下3個方面繼續落實。

 

5.1.1 摸清家底,以數據說話

開展工業運行的數據摸底工作,通俗點講就是摸清家底。方法可以是多種多樣的,例如:可以采用以靜態運行數據為基礎的電能平衡測試或能源審計與評估方法,也可以采用以動態運行數據為基礎的能效管理中心建設或需求側管理等方法。通過基礎運行數據的采集和匯總,可以得到一個企業、一個工業園區乃至一個城市工業運行的大數據信息,再針對這些信息分析能源消耗的種類、運行特點,就可以有針對性的制定一個企業、一個工業園區以及一個城市的節能規劃或節能方案。

 

5.1.2 加強培訓,技術先行

雖然電機系統節能是一個綜合考慮多種因素的復雜的系統節能工程,但是也有很多適用于不同負載不同工況的電機系統節能技術,這些節能技術有些是針對恒定負載的,有些是針對周期變化負載的,而有些又是隨時可以根據負載的變化而變化的。這些節能技術有其各自的適用范圍,但在采用這些技術之前,需要對目前所使用的負載類型、運行工況做出很科學的分析和判斷,這都需要一定的專業知識做基礎,因此,必須讓企業的設備管理人員、節能服務公司的技術人員以及負責節能減排的政府管理人員盡快掌握基礎的理論知識、科學的分析方法和嚴謹的流程方案,開展電機系統能效提升和系統節能技術培訓刻不容緩。

 

5.1.3 樹立典型,按行業推進

盡管電機系統節能工作具有非常的復雜性,但是通過梳理,電機拖動的典型設備集中在風機、水泵、空壓機、中央空調、減速機等類型上,幾乎每個工業企業都是這些設備的集成運行,針對這些設備的節能技術是成熟的。但是,不同行業之間對這些設備的使用方式、運行狀況都不盡相同。因此,應按行業(如:水泥、化工、鋼鐵、礦山、建材等)樹立部分電機系統節能技術的應用典型,將成熟的節能技術分行業推進。

 

5.1.4 部門合作,政策落地

隨著社會的發展,節能減排意識已經深入人心,政府許多部門和機構都針對節能減排的大戰略推出了很多具體的措施,但是這些措施的落地還離不開政府的積極引導和監督實施,更離不開政府部門之間的協同與配合。因此,在電機系統能效提升工作中,應首先發揮科研院所和行業歸口機構在技術研發、應用、推廣等方面的核心作用;其次,質量監督管理等體系機構應將工作重點放在生產環節的質量監督抽查,確保生產企業不弄虛作假;再次,工商管理部門應針對流通環節展開市場整頓,確保用戶的合法權益;最后,政府節能減排和能源管理等監督核查機構應發揮作用,建立新建或大型改造項目的能耗評估制度,確保后續運行的節能效果。

 

5.2 展望

電機及系統作為我國工業基礎的基礎,在國民經濟中的重要性不言而喻,而電機及其系統的耗能占我國總能耗的比利之高,也決定了電機及其系統節能工作的重要地位。盡管電機及其系統本身的復雜性、電機節能技術的專業性、電機系統節能政策的連續性等對推進電機系統節能工程實施造成了不小的困難,但是只要發揮電機生產企業、節能服務機構和工業企業(最終用戶)的積極性,政府積極開展政策引導、樹立行業典型、加強部門間合作、加強監督、逐步推進,就能夠盡快完成我國電機能效提升的預定目標,為完成我國節能減排目標作出應有的貢獻。


來源 山東省人民政府網站

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