高效率电机

生技室2012年3月高效电动机节能应用研讨一、引言节能减排在中国已成风潮，这个概念在各个领域都极受关注，尤其是电动机能耗在工业用电中占主导地位。据《电动机调速技术产业化途径与对策的研究报告》显示，我国电机系统用电量约占全国用电量的66%，各类电机的运行效率比国外先进水平低10-20百分点，电机节能潜力巨大。2008年，IEC发布的IEC60034-30《单速三相笼型感应电动机的能效分级》标准指出：提高电机系统(包括电动机、连接器、负载机械以及控制器等)的效率是节能工程关注的重点，通过系统优化其节能潜力可达到30-60%。中国：到2020年单位GDP减排40-45%。由于近些年来能源供应的持续紧张，使得不少国家的政府对电动机的效率水平越来越重视。一方面鼓励电机制造业积极开发和生产具有较高效率指标的所谓“高效率电机”，并通过一系列的措施激励电动机用户积极采用“高效率电机”；另一方面则组织制订电动机能效标准，对生产和进口的电动机的效率水平进行管理。二、高效率电机及电动机能效标准1高效率电机高效率电机一般指高效率三相感应电动机。这种电机开始出现在上世纪70年代第一次能源危机时,它与一般电动机相比其损耗约下降20%左右。对于工作在运行时间较长，负载率较高的场合，具有较好的节能效果。这种电机的功率等级与安装尺寸关系，以及其他性能要求则与一般电动机相同。由于能源供应的持续紧张，近年又出现了所谓超高效率电机，其损耗又比高效率电机下降15%～20%。二高效率电机及电动机能效标准2电动机能效标准目前世界上己有十余个国家和地区颁发了电动机能效标准，主要有美国、欧盟、澳大利亚和中国的电动机能效标准。2008年6月1日，中国由发改委和质检总局颁布实施《能源效率标识管理办法》。电机必须标识能效等级。1）美国的电动机能效标准美国1992年颁发能源政策法令（即EPAct）规定，从1997年起在美国生产和从国外进口到美国的电动机必须达到EPact规定最低效率指标。该法令所覆盖的产品范围为电压230/460V,频率为60Hz,功率从1～200马力范围内的三相笼型感应电动机。为进一步促进更高效率电机的发展，美国电机制造商协会(NEMA)在2002年制订了超高效率电机的能效标准，一般称为NEMAPremium标准，损耗较EPACT指令规定的再下降20%左右,功率范围扩大到1～500马力。美国2010年执行IE3能效限定值。2）欧盟的电动机能效标准欧盟的电动机能效标准为欧盟与欧洲电机制造商协会在1997年签订的的协定(即EU-CEMEP协定)。该协定将电动机的效率分为eff1、eff2、eff3三级，eff1级的效率为最高。该协定所覆盖的产品范围为电压400V,频率为50Hz,功率从1.1～90kW范围内的封闭扇冷型三相笼型感应电动机。2009年，电动机最低能效强制性标准（MEPS)诞生，在2011年1月1日达到或超过IE2标准。3）IEC的电动机能效标准2008年，IEC/TC2确定了IEC60034-30单速、三相、笼型感应电动机效率分级。规定了全球统一的新电动机效率等级。其中IE1为标准效率等级；IE2为高效率等级；IE3为超高效等级；IE4为超超高效等级。IE1为标准效率，是世界各国列入即将淘汰的效率等级。4）中国的电动机能效标准中国对中小型三相感应电动机在2002年颁发了能效标准，并在2005年年底进行了修订，即“GB18613—2006中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级”。该标准适用于690V及以下电压，频率为50Hz,功率在0.55kW～315kW范围内的封闭扇冷型三相笼型感应电动机。2007年7月1日起实施。该标准将电机效率分为1、2、3三个能效等级，1级效率最高。3级为能效限定值，系强制性标准条款，要求一般用途电动机均应达到此指标；能效等级2级为节能评价值，系对节能电动机或高效电动机进行节能认证时所需满足之指标。标准还规定，在该标准实施4年后，即2011年7月1日能效等级2级将作为能效限定值。该标准能效等级3级的效率水平相当于欧盟能效协议的eff2等级，能效等级2级的效率水平则相当于欧盟能效协议的eff1等级。国际、国家能效等级与其他能效指标的关系IEC欧洲中国美国能效限定值效率分级超超高效IE4超高效IE3澳大利亚高效1级NEMAPremium高效IE2欧洲EFF12级EPActYX32011.7.1标准效率IE1欧洲EFF23级Y32007.7.1欧洲EFF3三、中国中小型电机发展及现状：1982年定型Y系列电机：1979年，全国组织具有80年代初国际先进水平的Y（IP44）系列电动机的统一设计，采用国际IEC标准规定的功率等级和安装尺寸，采用B级绝缘，1982年定型生产。1996年定型Y2系列电机Y2系列电动机是Y系列电机的更新换代产品，它是我国九十年代最新产品，其整体水平已达到国外同类产品九十年代初的水平。Y2系列电机的安装尺寸和功率等级符合IEC标准，防护等级为IP54，冷却方法为IC41l。采用F级绝缘，温升按B级考核并要求考核负载噪声指标。Y2电机73个规格中38个与GB18613能效限定值持平，19个高，16个低。派生的Y2-E高效节能电机基本达到了EFF2能效指标。2003年定型Y3系列电机1999年，国家发布《淘汰落后生产力、工艺和产品的目录（第二批）》，明确规定从2002年底起淘汰热叠轧工艺、停止生产热轧硅钢片。2002年，由上海电科所牵头国内中小型电机行业设计“以冷带热”的Y3系列电动机。该系列电机采用冷轧硅钢，全系列基本满足GB18163能效限值标准，与西门子1LA7电机性能相当。2005年高效电机---YX3系列电机从能源形势、节能减排及世界电机行业发展出发，2003年，中小型电机开始研制满足GB18163中节能评价值即中国2级，EFF1级，IE2级的高效电机。从导磁材料选择、冲片研究、通风改善等方面改进。研制出了满足欧洲EFF1级的高效电机。效率平均提高2.76%，与Y3电机相比，平均用铜增加21.06%，用铁增加35.61%，用铝增加24.47%。长期连续负荷可以节约大量电费。主要性能指标达到本世纪初世界同类电机水平,对应西门子1LA9系列电机。2010年超高效电机---铸铜转子电机针对美国2011年将在全球率先强制推行超高效率标准电机，国内电科所牵头，研制铸铜转子超高效电机系列产品开发。对于年运行时间超过4000小时的电机，电费以0.7元/度计算，1年左右可收回采用铸铜转子所需增加的成本。2、我国目前中小型异步电机市场现状截止目前，由于国内中小型电机市场上Y系列电机为主仍占据了近90%的市场份额。而目前我国高效电机的市场份额仅为5%左右，与国外在开展高效率电机的推广应用方面尚存较大的差距。由于价格因素，目前具有规模的近300家中小型电机厂中，只有约30多家生产YX3系列高效电机。我国目前广泛应用的Ｙ系列电动机效率平均值为87.3％；高效电动机的效率平均值为90.3％，超高效电动机其效率平均值为91.7％。4极电动机的能效等级4极7075808590951000.551.12.247.51522375590132200315kW%1级2级3级我国目前广泛应用的Ｙ系列电动机效率平均值为87.3％；高效电动机的效率平均值为90.3％，超高效电动机其效率平均值为91.7％。IEC效率等级划分的效率数值标准IEC60034-30;2008:效率等级划分的新国际标准•单速、三相、50Hz或60Hz，2、4或6极•额定输出范围从0.75kW-375kW•工作制类型S1或S3,额定周期持续系数为80%或更高•标准型、危险环境用、船用、制动电机在产业政策方面，国家出台了《产业结构调整指导目录》，加强产业政策与信贷、土地、财税、价格、质检等政策的协调配合，对重点地区和重点行业实行更加严格的市场准入条件，同时颁布淘汰电气设备产品目录。四、中小型电机发展产业政策：国家《产业结构调整指导目录》中规定的淘汰产品的目录中，禁止使用、明令淘汰、低效率的电机为：JO2、JO3系列普通异步电动机JDO2、JDO3系列变极、多极异步电动机YB系列隔爆型三相异步电动机（机座号63－355mm,电压660伏及以下）1999年，国家经贸委16号令发布《淘汰落后生产力、工艺和产品的目录（第二批）》，明确规定从2002年底起淘汰热叠轧工艺、停止生产热轧硅钢片。2002年，又发布34号公告《限期淘汰热轧硅钢片》。产生了由上海电科所牵头国内中小型电机行业设计“以冷带热”的Y3系列电动机。该系列电机采用冷轧硅钢，全系列基本满足GB18163能效限值标准，与西门子1LA7电机性能相当。2007年7月1日起正式实施《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》(GB18613-2006)国家标准，意味着从今以后，凡是能效标准达不到国标强制要求的企业，将不能继续生产销售。2006年12月1日，修订实施《三相异步电动机经济运行》(GB/T12497-2006)国家标准，规定实现三相异步电机经济运行的原则及技术条件。其中规定年运行时间超过3000小时，负载率大于60%的电动机应优先选用能效指标符合节能评价值的节能（高效）电机。能效限定值能效限定值在标准中属于强制性条款，是市场准入指标，等同于技术法规。能效限定值是国家允许产品的最低能效值，低于该值的产品属于国家明令淘汰的产品。在制定能效标准时，能效限定值一般规定在目前大多数企业正常设计和正常工艺控制下可以达到的能效水平，一般在标准发布半年后就开始实施。配合节能政策：高耗能产品淘汰制度、强制标准监督检查、行业准入制度。节能评价值产品节能评价值属于推荐性指标，它是开展节能产品认证和实施鼓励性节能政策的技术依据。节能评价值一般规定在中国目前比较先进的水平上，一般企业需采用新的材料，新的结构设计和新的加工工艺才可使产品提高到一个较高的能效水平。配合节能政策：节能产品认证、节能产品目录、鼓励性财政政策、政府采购政策。五、高效电机的节能如前所述，目前国内中小型电机市场最主要还是价格方面比拼，因此，国内工业电机市场仍以普通效率Y系列电机为主，完全达到GB18613—2006规定能效限定值对应的Y3系列电机还未普及。达到能效评价等级YX3几乎没有。目前宝钢股份公司总部范围内的中小型电机，也基本上为Y系列及其衍生产品电机，其能效值最多与3级能效限定值相当。根据《三相异步电动机经济运行》(GB/T12497-2006)宝钢已经初步梳理出3500台可以改造的电机。1、高效电机节能潜力分析以一台常见的18.5kW4极电机为例，国内目前应用广泛的Y系列电机效率值为90%（国家能效3级），高效电机效率值为92.2%（国家能效2级），超高效电机效率值为93.3（国家能效1级）。按照85%平均负荷率，年运行时间6000小时来进行计算。另外考虑宝钢实际的电能成本，节电额应按0.5元/度进行计算。投资回报期对比见表1.五、电机的节能能效效率值(%)年耗电（度）年节电量（度）年节电额（元）估计价格（元）回报期（年）回报期（年）考虑补贴普通效率电机9010483300330000高效电机92.21023312502125143003.441.6超高效电机93.31011253708185466003.562.272、电机系统节能标准体系电机系统节能标准体系能效标准经济运行标准交流电气传动风机（泵类、压气压缩机）系统经济运行三相异步电动机经济运行工业用离心泵、混流泵、轴流泵与旋涡泵系统经济运行通风机系统经济运行风机、泵类负载变频调速节电传动系统及其应用技术条件变频调速中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级清水离心泵能效限定值及节能评价值通风机能效限定值及节能评价值容积式空气压缩机能效限定值及节能评价值3.电机系统节能标准、节能工程和节能政策序号节能工程主要内容相关标准配套政策和措施1更新淘汰低效电动机及高耗电设备能效标准高耗能产品淘汰制度、能效标识制度。2提高电机系统效率变频调速标准经济运行标准能效标准节能产品认证，能效标识、所得税优惠、节能产品