引言:
從歐盟到中國(guó),高效節(jié)能電機(jī)的工業(yè)應(yīng)用正在掀起一波浪潮。對(duì)用戶而
言,高效電機(jī)僅僅意味著遵從政府的能效等級(jí)要求嗎?什么樣的高效電
機(jī)又值得我們?nèi)リP(guān)注?
作者: 杜斌 西門子(中國(guó))有限公司
高效電機(jī)在行動(dòng)
西門子高效電機(jī)
西門子高效電機(jī)
如果你是一家設(shè)備制造商,想在歐洲市場(chǎng)購(gòu)買普通的IE1電機(jī),可能現(xiàn)在已經(jīng)辦不到了:因?yàn)閺?011年6月16日開(kāi)始,歐盟規(guī)定只有符合國(guó)際能效等級(jí)2(IE2)或更高能效等級(jí)的高效電機(jī)才能在歐洲市場(chǎng)銷售;蛟S你只是在中國(guó)生產(chǎn)和銷售,那么2011年7月1日開(kāi)始正式實(shí)施的GB18613-2006同樣開(kāi)始適用于你:針對(duì)中小型三相交流電機(jī),提出了強(qiáng)制性能效標(biāo)準(zhǔn)——只有符合中國(guó)國(guó)家能效等級(jí)2級(jí)的電機(jī)才允許在市場(chǎng)上銷售。
遵從法規(guī), 倡導(dǎo)節(jié)能, 一切似乎水到渠成。那么業(yè)界對(duì)于高效電機(jī)的疑惑又來(lái)自于哪里?高效電機(jī)帶來(lái)的價(jià)值又在哪里?
應(yīng)對(duì)能耗尖峰從上世紀(jì)90年代始,美國(guó)開(kāi)始啟動(dòng)電機(jī)改進(jìn)計(jì)劃。近年來(lái),歐盟、澳大利亞、加拿大等普遍趨向加速各類電動(dòng)機(jī)的更新?lián)Q代,革新電動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),將帶有信息處理和控制功能的裝置與電動(dòng)機(jī)集成一體,成為機(jī)電一體化產(chǎn)品,“電動(dòng)機(jī)日益向高性能、高精度、大容量、小型化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。”
在政府法規(guī)方面,歐盟上述強(qiáng)制性規(guī)定措施的依據(jù)為歐盟關(guān)于低壓三相異步電機(jī)的新法規(guī),它規(guī)定了輸出為0.75 kW至375 kW的異步三相電機(jī)的最低能效要求。該條法規(guī)旨在限制歐洲工業(yè)電動(dòng)機(jī)的能耗,以改善氣候保護(hù)、提高資源效率。
此行動(dòng)具有巨大潛力,因?yàn)閺娜蚪嵌葋?lái)看,異步電機(jī)的使用率要高于任何其他電動(dòng)機(jī)。使用范圍包括通風(fēng)設(shè)備、泵、壓縮機(jī)、軋機(jī)和碾壓機(jī),覆蓋化工業(yè)、機(jī)械加工、印刷車間、原料處理技術(shù)和造船業(yè)等行業(yè)。低壓電機(jī)的全球市場(chǎng)容量每年達(dá)近60億歐元。單在歐洲,其銷售量就達(dá)數(shù)百萬(wàn)。
在中國(guó), 據(jù)統(tǒng)計(jì),2010年全國(guó)電機(jī)年耗電約為2萬(wàn)億千瓦時(shí),占全國(guó)用電總量的60%和工業(yè)用電量的80%。為配合“十二五”規(guī)劃單位GDP能耗下降16%的目標(biāo),中國(guó)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)高效電機(jī)應(yīng)用的大力推廣,并提出電機(jī)平均能耗下降2 0 % - 3 0 % 的目標(biāo)。早在2006年12月,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布了強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》,規(guī)定低于三級(jí)能效的電機(jī)
禁售, 并設(shè)定四年過(guò)渡期, 2 0 1 1 年7 月1 日以后, 將禁售三級(jí)能效電機(jī), 這意味著2012年以后高效節(jié)能電機(jī)將全面取代傳統(tǒng)高能耗電機(jī)。推廣使用高效電機(jī)既可直接節(jié)約大量電能,還可帶動(dòng)壓縮機(jī)、水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備提高能效水平,進(jìn)而提高整個(gè)裝備制造業(yè)的能效水平。
標(biāo)準(zhǔn)在前
早在2 0 世紀(jì)9 0 年代初, 美國(guó)電機(jī)制造商協(xié)會(huì)( N E M A ) 就制訂了電機(jī)效率標(biāo)準(zhǔn)( N E M A 1 2 - 1 0等級(jí)/ N E M A 1 2 - 1 1 等級(jí)/ 超高效N E M A 1 2 - 1 2 ( N E M APremium)),其中超高效的NEMA Premium級(jí)電機(jī)比NEMA 12-10等級(jí)效率提高了1~3個(gè)百分點(diǎn)、損耗平均下降了20%左右,而且美國(guó)于1992年10月就頒布了EPACT能源政策法令,該法令實(shí)質(zhì)上強(qiáng)制規(guī)定了電動(dòng)機(jī)的效率必須達(dá)到NEMA12-10所規(guī)定的最低效率值。
歐洲方面,1999年,歐盟委員會(huì)交通能源局(EU-DGTE)與歐洲電機(jī)和電力電子制造商協(xié)會(huì)(CEMEP)就電動(dòng)機(jī)分級(jí)計(jì)劃達(dá)成CEMEP協(xié)議,對(duì)電動(dòng)機(jī)的效率水平進(jìn)行了分級(jí)(Eff3低效等級(jí)/Eff2一般等級(jí)/Eff1高效等級(jí))全球范圍來(lái)看,目前高效電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在基本做到全球統(tǒng)一的IEC標(biāo)準(zhǔn),等級(jí)分為IE1標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)/IE2高效等級(jí)/IE3超高效等級(jí)。
中國(guó)制定的能效標(biāo)準(zhǔn)更接近歐洲標(biāo)準(zhǔn),即IEC規(guī)定的IE1標(biāo)準(zhǔn)效率值相當(dāng)于歐盟Eff2和中國(guó)目前的3級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)。而IEC的IE2高效效率相當(dāng)于歐盟Eff1和中國(guó)的2級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)。至于最低能效強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)(MEPS),目前世界上已制定電動(dòng)機(jī)強(qiáng)制性能效標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家和地區(qū)有澳大利亞、新西蘭、加拿大、巴西、美國(guó)、墨西哥,以及歐盟MEPS最低強(qiáng)制能效
標(biāo)準(zhǔn)。
這些標(biāo)準(zhǔn)似乎是為工業(yè)低壓電機(jī)量身定做的。“電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)注定要受生態(tài)設(shè)計(jì)規(guī)范的限制,”負(fù)責(zé)歐洲委員會(huì)立法的政策官員Ismo Groenroos-Saikkala說(shuō),“對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中使用電動(dòng)機(jī)的工業(yè)業(yè)務(wù),電動(dòng)機(jī)消耗了大部分的電力。在成員國(guó)中,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)消耗的能量約占全部工業(yè)能耗的70%,”他同時(shí)表示,“這些驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能效在成本效益上可提高20-30%。使用高能效電機(jī)是最重要的手段之一。”
高效電機(jī)的角色
高效電機(jī)由于采用了新型電機(jī)設(shè)計(jì)、新工藝及新材料,通過(guò)降低電磁能、熱能和機(jī)械能的損耗,提高輸出效率。與標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)相比,使用高效電機(jī)的節(jié)能效果非常明顯,通常情況下效率可平均提高4%。
根據(jù)國(guó)內(nèi)外的調(diào)查,工業(yè)領(lǐng)域的電機(jī)年平均運(yùn)行時(shí)間約在3000 h左右,但在石油、化工、造紙、冶金和電力等行業(yè),電機(jī)往往需24 h/天運(yùn)轉(zhuǎn),年運(yùn)行時(shí)間往往超過(guò)6000 h。對(duì)于這些運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、負(fù)荷較高的場(chǎng)合,如采用超高效率電機(jī)將會(huì)對(duì)能源節(jié)約帶來(lái)更顯著的效果。其實(shí),高效電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)還不僅僅是節(jié)能,還有降低長(zhǎng)期運(yùn)行成本,提高品質(zhì),適合紡織、風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)使用,靠節(jié)電一年可收回電機(jī)購(gòu)置成本。在專業(yè)人士看來(lái),高效電機(jī)通過(guò)直接啟動(dòng)、或用變頻器調(diào)速,可全面更換異步電機(jī);電機(jī)功率因數(shù)接近1,提高電網(wǎng)品質(zhì)因數(shù),無(wú)需加功率因數(shù)補(bǔ)償器 ;電機(jī)電流小,節(jié)約輸配電容量、延長(zhǎng)了系統(tǒng)整體運(yùn)行壽命等等,都是潛在的效益。以55kW電機(jī)為例,高效電機(jī)比一般電機(jī)損耗降低15℅,電費(fèi)每度按0.5元計(jì)算,使用節(jié)能電機(jī)一年內(nèi)靠節(jié)電可收回更換電機(jī)的費(fèi)用。
成本的疑惑
最初, 業(yè)界由于相關(guān)購(gòu)置成本問(wèn)題而有些猶豫。事實(shí)上,一次性投資成本的高企令不少用戶望而卻步,但是現(xiàn)在,越來(lái)越多的最終用戶和設(shè)備制造商已開(kāi)始得以“解惑”——原因是:采用高效電機(jī)不但遵從了政府法規(guī)和節(jié)能大勢(shì),同樣由于節(jié)
約了能源成本,新電機(jī)高出原先較便宜電機(jī)的額外購(gòu)置成本,將在兩年之內(nèi)收回。
西門子工業(yè)驅(qū)動(dòng)技術(shù)集團(tuán)低壓電機(jī)業(yè)務(wù)區(qū)負(fù)責(zé)人Joerg Hassmann認(rèn)為:“一臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置的能源成本可占其使用生命周期成本的9 5 % 。在使用過(guò)程中,IE2電機(jī)的能效比IE1電機(jī)高2至7個(gè)百分點(diǎn),即使其購(gòu)置成本可能比舊型號(hào)要高,也能夠更快地回收成本。如果該型號(hào)電機(jī)分兩班運(yùn)行,因?yàn)楣?jié)約了能源成本,購(gòu)置成本則可以在一至兩年內(nèi)收回。”
盡管IE2電機(jī)可以為公司和環(huán)境帶來(lái)雙贏機(jī)會(huì),但購(gòu)買這些新電機(jī)的步履卻不
輕松。一方面,它需要額外的資本。另一方面,作投資決定時(shí)通常不會(huì)考慮總體擁有成本(TCO)和生命周期成本——這也是中國(guó)市場(chǎng)面臨的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō),電機(jī)銷售面向三類客戶:即終端用戶、代理商和設(shè)備配套商,其中直接或間接銷售給設(shè)備配套商占80%。由此可見(jiàn),電機(jī)產(chǎn)品能否最終被市場(chǎng)接受,機(jī)械設(shè)備配套商的態(tài)度最為關(guān)鍵。那么,設(shè)備制造商在最初設(shè)計(jì)時(shí)為什么不考慮高效電機(jī)?答案很簡(jiǎn)單:一來(lái)用戶沒(méi)提出高效要求;二來(lái)高效電機(jī)的高成本(高效電機(jī)由于原材料使用較多,成本要比普
通電機(jī)高出20%),也決定了其高價(jià)格。隨著法規(guī)的完善,來(lái)自用戶的高效要求很快就會(huì)來(lái)到,而說(shuō)服用戶接受高效電機(jī)的投資成本,需要的除了溝通,還有技術(shù)本身的進(jìn)一步發(fā)展以降低制造成本。
面向中端市場(chǎng)的高效節(jié)能電機(jī)
為滿足中國(guó)市場(chǎng)巨大的節(jié)能需求,西門子于2011年10月31日發(fā)布了一款面向中國(guó)中端市場(chǎng)的高效節(jié)能電機(jī)Simotics GP 1LE0。
這是西門子首次專門為滿足中國(guó)和亞洲市場(chǎng)的需要,由中德兩國(guó)研發(fā)人員聯(lián)合開(kāi)發(fā)、并在中國(guó)本地生產(chǎn)的高效電機(jī)。
Simotics GP 1LE0是一款三相異步電機(jī)。與普通的標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)相比,該電機(jī)的使用效率可高出10個(gè)百分點(diǎn),并可以保證最多減少40%的能源損耗。獨(dú)特的設(shè)計(jì)可以使之與變頻器結(jié)合使用,這樣可以使系統(tǒng)最高降低70%的能耗。這種高效電機(jī)可滿足中國(guó)的國(guó)家能效等級(jí)2級(jí)的要求,而且還符合IE2標(biāo)準(zhǔn)。此款電機(jī)可以被廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、水處理、輕工、機(jī)床、食品、造紙、冶金等行業(yè)。