变频节能技术研究及应用项目可行性研究报告

高低压变频节能技术研究及应用项目可行性研究报告1立项的背景与意义1.1立项背景能源是发展国民经济、改善人类生活水平的重要物质基础，具有特别重要的战略地位。而我国目前能源供需矛盾尖锐，结构不合理，能源利用效率低。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》明确指出:“要坚持节能优先，降低能耗的发展思路，攻克主要耗能领域的节能关键技术，重点研究高耗能领域的节能技术与装备，大力提高一次能源利用效率和终端用能效率”。国家“十一五”规划纲要进一步提出“十一五”期间我国要实现单位GDP能耗下降20%左右的目标。2007年6月，国务院印发了节能减排综合性工作方案，方案指出：节能降耗是贯彻落实科学发展观，构建社会主义和谐社会的重大举措；是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路；是提高人民生活质量，维护中华民族长远利益的必然要求。2007年国家信息产业部研究指出，为实现节能降耗的发展目标，节能技术的贡献度必须达到55%以上。因此开展节能降耗技术研究具有重大的经济和社会意义。1.2立项意义根据2012年全国电力工业统计数据，2012年全社会用电量累计达49591亿度，而全国工业用电量为36061亿度，占总用电量的72.7%。故工业节能是全社会节能工作的重点，也是国家“十二五”规划纲要要求突出抓好的重点节能领域。电机是工业生产领域不可或缺的一部分，也是最主要的耗能用户之一，广泛应用于石油、化工、电力、冶金、环保和市政等国民经济各领域。据不完全统计，电机总耗能量约占全国用电量的64%左右，节能潜力十分巨大。2006年国家发改委在《“十一五”十大重点节能工程实施意见》中明确规定，电机系统节能是十大重点节能工程之一。因此，变频技术作为一项能够大力节省能源的高新技术显得尤为重要。本项目立足对电机系统进行全面节能分析，并通过变频器的开发来开展电机系统高效节能技术研究及应用，在建设资源节约型，环境友好型社会的潮流下，具有深远的社会效益。2国内外研究现状与发展趋势2.1国内外研究现状变频器作为商品开始在国内上市，是近十年的事，销售额逐年增加，于今全年有超过数十亿元的市场。其中，各种进口品牌居多，功率小至百瓦大至上万千瓦；功能简易或复杂；精度低或高；响应慢或快;有噪音或无噪音等等。对于许多用户来说,这十年中经历了多次更新，现所使用的变频器大都属于目前最为先进的机型如果从应用的角度来说，我们的水准与发达国家没有什么两样。作为国内制造商,通过这十年来对国外的先进技术进行销化，也正在积极地进行国产变频器的自主开发．努力追赶世界发达国家的水平。回顾近十年来国外通用变频器技术的发展对于深入了解交流传动与控制技术的走向，以及如何站在高起点上结合我国国情开发我国自己的产品应该说具有十分积极的意义。2.2发展趋势变频器的发展是世界高速经济发展的产物。其发展的趋势大致为：主控一体化：日本三菱公司将功率芯片和控制电路集成在一快芯片上的DIPIPM（即双列直插式封装）的研制已经完成并推向市场。一种使逆变功率和控制电路达到一体化，智能化和高性能化的HVIC（高耐压IC）SOC（SystemonChip）的概念已被用户接受，首先满足了家电市场低成本、小型化、高可靠性和易使用等的要求。因此叶以展望，随着功率做大，此产品在市场上极具小型化用日本富士（FUJI）电机的三添胜先生的话说，变频器的小型化就是向发热挑战。这就是说变频器的小型化除了出自支撑部件的实装技术和系统设计的大规模集成化，功率器件发热的改善和冷却技术的发展已成为小型化的重要原因。ABB公司将小型变频器定型为Comp－ACTM他向全球发布的全新概念是，小功率变频器应当象接触器、软起动器等电器元件一样使用简单，安装方便，安全可。低电磁噪音化:今后的变频器都要求在抗干扰和抑制高次谐波方面符合EMC国际标准，主要做法足在变频器输入侧加交流电抗器或有源功率因数校正电路，改善输入电流波形降低电网谐波以及逆变桥采取电流过零的开关技术。而控制电源用的开关电源将推崇半谐振方式，这种开关控制方式在30－50MhZ时的噪声可降低15－20dB。专用化:通用变频器中出现专用型家族是近年来的事。其目的是更好发挥变频器的独特功能并尽可能地方便用户。如用于起重税负载的ARBACC系列，用广交流电梯的SiemensMICO340系列和FUJIFRN5000G11UD系列，其他还有用于恒压供水、上作机械主轴传动、电源再生、纺织、机车牵引等专用系列。系统化:作为发展趋势，通用变频器从模拟式、数字式、智能化、多功能向集中型发展。最近，日本安川由机提出了以变频器，伺服装置，控制器及通讯装置为中心的概念，并制定了相应的标准。目的是为用户提供最佳的系统。因此可以预见在今后．变频器的高速响应件和高性能什将是基本条件。3事实主要内容、技术关键点和创新点、预期目标、主要技术成果3.1项目实施主要内容本项目主要研究变频节能技术及应用。从风机、水泵等负载整体节能入手，合理调节设备的实际需求，选用合适的高低压变频器对设备进行转速调节，达到最佳的节能效果。具体以下：（1）现场数据采集、分析、可行性方案。通过分析风机、水泵等负载的长期运行数据，对现场情况进行实地调查，出具可行性方案。（2）土建工程。根据方案，实施基础土建，散热工程等。（3）变频改造EPC项目管理（4）项目验收后运维管理3.2技术关键与创新点本项目的主要技术关键点如下：(1)高效率、无污染、高功率因数高压变频采用的是功率单元串联的高-高方案，采用了多绕组高压移相变压器，二次侧绕组中流过的电流在变压器一次侧叠加时，形成非常逼近正弦波的电流波形。经过实际测试，50Hz运行时，网侧电流谐波＜2％，电机侧输出电压谐波＜1.5％（即使在40Hz时，仍然＜2％），成套装置的效率＞97％，功率因数＞0.96。完全满足了IEEE519－1992对电压、电流谐波含量的要求。另外，通过采用自主开发的专用PWM控制方法，比同类的其它方法还可进一步降低输出电压谐波1～2％。(2)先进的故障单元旁路运行（专业核心技术）为了提高系统的可靠性，整个变频调速系统中考虑了一定的输出电压余量，并在各功率单元中增加了旁路电路。当某个功率单元出现故障时，可以自动监测故障并启动旁路电路，使得该单元不再投入运行，同时程序会自动进行运算，调整算法，使得输出的三相线电压仍然完全对称，电机的运行不受任何影响。这种控制方法处于国际先进，国内领先的水平，它将大大提高系统的可靠性和运行的稳定性。(3)高性能的控制技术变频率先实现了简易矢量控制技术，可以实现恒转矩快速动态响应，并且具有加、减速自适应功能，即可根据运行工况参数的实际变化，自动调整加、减速时间，在不超过最大允许电流的情况下，快速达到设定转速；同时，系统可以自动识别电机转速，用户可以不考虑电机目前的运行状态，电机不需要停止运行就可直接实现电动机的启动、加速、减速或停车操作。高低压变频还可以实现反馈能量自动限制功能。（4）高可靠性高压变频器控制电源可实现外部220V供电和高压电源辅助供电双路电源自动切换，同时配置了UPS，即使两路电源都出现故障时，控制系统仍然可以工作足够长的时间，控制整个系统安全停机，发出报警，并记录故障时的所有状态参数。采用高速光纤通信，可有效避免电磁干扰。整流变压器有完善的温度监控功能。独特设计的功率柜风道，主要发热元器件都靠近或处于风道中，散热效果好，保证了系统的过载能力。抗电网电压波动能力强，当电网电压在-15％～+15％范围内波动时，系统可以正常工作；对于功率单元，在电压-25％～+20％范围内变化时，都可正常工作。本项目主要创新点：（1）接口丰富，可与多种自动化设备和系统接口，满足各种现场不同需要，特殊接口可以定制。（2）故障单元计数保护，当单元故障数目超过设定值时，系统可自动切换到工频运行。（3）独特设计的功率柜风道，主要发热元器件都靠近或处于风道中，散热效果好，保证了系统的过载能力。3.3预期目标通过该项目的实施，掌握变频器的多种节能预算方法。通过该项目的实施，掌握变频器拖动不同负载时候的主要特征。通过该项目的实施，掌握变频器的关键设计、生产、应用与维护技术。通过该项目的实施，掌握土建施工技能及变频器特别是高压变频器的安装调试管理工作。3.4主要技术成果项目实施期间，完成3-4个节能改造项目，力争使用变频器后系统节电率≥20%。4应用产业化背景及市场需求4.1产业化背景“十二五”时期，我国发展仍处于可以大有作为的重要战略机遇期。随着工业化、城镇化进程加快和消费结构持续升级，我国能源需求呈刚性增长，受国内资源保障能力和环境容量制约以及全球性能源安全和应对气候变化影响，资源环境约束日趋强化，节能减排面临的形势依然十分严峻。特别是我国节能减排工作还存在责任落实不到位、推进难度增大、激励约束机制不健全、基础工作薄弱、能力建设滞后、监管不力等问题。为确保实现“十二五”规划提出的节能减排约束性指标，国务院相继出台了关于“十二五”节能减排的多项政策，节能减排将成为战略发展的新型产业。本项目符合国家节能减排的产业政策。4.2市场需求目前我国能源利用效率仅为30％左右，比发达国家低10个百分点，产值能耗比世界平均水平高2倍多，是世界上产值能耗最高的国家之一。据有关单位研究，我国的节能潜力约为3亿吨标准煤，相当于去年全国能源消费总量的15．2％。若按每吨标准煤400元计，节能市场可达1200亿元之巨。当前我国石油、化工、冶金、煤炭、有色、纺织、电力（含供热）及城市供排水等重点耗电行业存在着巨大的节能市场。据有关部门最新调研资料，2003年这些重点耗电行业消费7945.47亿千瓦时，占工业用电量的62.9％，占全国供电量的42％。在这些重点耗电行业中，电机拖动系统耗电占总耗电量的60％以上。其中，以风机、水泵、压缩机等设备为主的通用设备，占行业电耗的44％，所占比重大，但平均装备水平低，平均运行效率比发达国家低20％—25％，有些系统效率不足20％，节电潜力巨大，可达500亿—700亿千瓦时。若以每千瓦时0.6元计，其年节电效益可达300亿—420亿元。本项目的变频节能技术研究与应用具有广阔的市场前景。5现有工作基础、条件和优势5.1工作基础我公司成立5年来，一直研究电机拖动系统的高效节能技术和市场推广，已为100多家单位300多个电机拖动系统进行了节能改造，客户涉及钢铁、焦化、石油化工、电力、自来水等各个行业，取得了良好的社会效益和经济效益。本项目的主要技术来源于我公司的已有实施案例，如下表所示：序号项目名称实施内容电机台数节能率1山西兰花科创变频改造项目2台23.47%2山西兆丰铝业变频改造项目电厂3台锅炉3台450KW二次风机，6台710KW引风机变频改造EMC模式交钥匙工程。9台20%5.2现有条件我公司是一家专业从事水泵、风机、压缩机等电机拖动系统及变频调速节能技术和余热余压利用技术、汽动能联产节能技术以及市政和工业照明系统等节能技术与节能产品研发、生产并按国际合同能源管理模式（EMC）提供节能服务的高新技术企业。公司技术力量雄厚，拥有以水泵、风机、电机、电气、自动控制和给排水等专业的中、高级人才为主的技术研发团队。具有熟悉各行业电机拖动系统的技术人员。公司具备现场数据采集、节能方案设计、现场项目管理，项目运维的能力，有条件有能力实施高压变频节能技术的研究及应用项目。5.3优势1、组织管理优势我公司组织机构健全，具有很好的项目实施、组织管理的经验，能保障该项目的正常实施和运行。2、项目实施经验公司到目前为止，有多台变频器的EPC实施经验。3、渠道优势公司与国内多家著名变频器厂家具有良好的合作关系，拥有采购价格、优先服务等特别优势。6、实施方案、组织方式与课题分解6.1实施方案本项目依据现实的的变频节能改造项目实施，具体如下：市场需求调研→数据采集→技改方案设计→设备、配件采购→土建工程→设备安装调试→维护和维修服务→推广应用→成果鉴定项目设总负责人一名，分课题负责人二名。6.2组织方式（1）成立领导小组为保证项目的顺