您好,歡迎訪問西安西瑪電機,公司生產(chǎn)、銷售、維修:高壓電機、高效節(jié)能電機、交流電機、直流電機等系列產(chǎn)品及配套控制設備!
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我國于2020年9月明確2030年碳達峰、2060年碳中和目標,未來三十五年實現(xiàn)凈零排放任務艱巨。在這一背景下,工業(yè)領域的節(jié)能降耗成為關(guān)鍵抓手,而電機作為工業(yè)生產(chǎn)的核心動力設備,其能效水平直接關(guān)乎生產(chǎn)效率與能源消耗。此外,我國在2024年3月出臺了《推動大規(guī)模設備更新和消費品以舊換新行動方案》,要求聚焦鋼鐵、有色、石化、化工、建材、電力、機械、航空、船舶、輕紡、電子等重點行業(yè),大力推動生產(chǎn)設備、用能設備、發(fā)輸配電設備等更新和技術(shù)改造,為電機的節(jié)能改造提供了政策支持。
電機是工業(yè)核心動力設備,其耗電量占全社會用電量的70%、工業(yè)用電量的75%。工業(yè)領域的電機用電量有75%用于驅(qū)動泵、風機和壓縮機等設備,能效提升潛力巨大。但不少企業(yè)在節(jié)能改造中存在誤區(qū),認為僅更換高效電機就必然節(jié)能降碳,卻忽視了電機系統(tǒng)的復雜性,實則需綜合電機效率、功率因數(shù)、“電機 + 設備 + 控制系統(tǒng)”運行模式及負載特性等多方面設計評估。
為厘清問題,特邀請西安西瑪電機有限公司技術(shù)中心主任、技術(shù)部技術(shù)管理室主任張邦寧探討改造誤區(qū)與對策。西瑪電機深度參與國家 Y 、Y2、Y3、YX3 、YE2等交流電機到Y(jié)E3、YE4、YE5 系列高效電機、YVFE3-YVFE5變頻調(diào)速電機;Y、YKK、YKS系列高壓電機到Y(jié)X、YXKK系列高效高壓電機及永磁同步電機等電機產(chǎn)品國家統(tǒng)一設計及標準制修訂,可為高耗能企業(yè)節(jié)能改造提供專用電機及系統(tǒng)解決方案。
張邦寧
西安西瑪電機有限公司技術(shù)中心主任
現(xiàn)任西安西瑪電機有限公司技術(shù)中心主任、技術(shù)部技術(shù)管理室主任,中國機械工程學會高級會員、陜西省機械工程學會理事、陜西機械工程學會焊接分會理事、陜西機械工程學會數(shù)控自動化分會理事、陜西省創(chuàng)新方法研究會副秘書長、陜西省創(chuàng)新方法專家。
高耗能企業(yè)電機節(jié)能改造的常見誤區(qū)
高耗能企業(yè)在電機節(jié)能改造中,常因?qū)夹g(shù)原理、系統(tǒng)特性的認知偏差陷入誤區(qū),主要集中在以下三方面:
(一)電機與負載不匹配
許多企業(yè)存在“換高效電機即節(jié)能”的認知誤區(qū),認為高效電機效率高,更換后電費自然下降。但電機系統(tǒng)是復雜整體,電機僅是其中一環(huán),若電機與負載不匹配(如“大馬拉小車”或“小馬拉大車”),高效電機的節(jié)能優(yōu)勢無法發(fā)揮。
例如,某企業(yè)為一臺負載率僅30%的水泵更換了一級能效電機,但因電機功率遠超實際需求,長期在低負載狀態(tài)運行。高效電機的設計高效區(qū)間多在 70%-100%負載率,低負載下其效率反而低于適配的普通電機,最終導致能耗未降反升。這種“重電機本體、輕系統(tǒng)匹配”的做法,使得高效電機淪為“擺設”。
(二)過度依賴變頻技術(shù)
變頻技術(shù)因能動態(tài)調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速,在節(jié)能領域應用廣泛,但若盲目使用,反而會增加能耗。部分企業(yè)認為“只要裝變頻器,就能節(jié)能”,卻忽視了設備的運行特性。
對于負載穩(wěn)定、無需頻繁調(diào)速的設備(如恒定流量的化工反應釜攪拌電機),加裝變頻器后,變頻器自身的能耗(約為電機功率的 3%-5%)會直接增加系統(tǒng)總能耗;同時,變頻器與電機的兼容性問題可能導致諧波干擾,影響設備壽命。此外,變頻系統(tǒng)的前期投資較高,若節(jié)能效果不明顯,企業(yè)的投資回報率會大幅降低。
(三)對節(jié)能改造的成本認知模糊
不少企業(yè)過度關(guān)注前期投資成本,認為“節(jié)能改造是額外負擔”,傾向選擇低價低質(zhì)產(chǎn)品,卻忽視了長期運營成本。某紡織企業(yè)為降低初期投入,選用了價格低廉的低效變頻電機,雖初期節(jié)省了10%的采購費用,但運行中電機效率比標準值低5%,且故障率高。按其24小時運行的工況計算,每年多支出電費約8萬元,三年的額外電費已遠超初期節(jié)省的成本,還因停機維修損失了生產(chǎn)效益。這種“撿芝麻丟西瓜”的做法,與節(jié)能改造的長期目標背道而馳。
安徽廬江泵站改造項目,西瑪高效電機為用戶每年節(jié)能超5%
針對常見誤區(qū)的應對策略
(一)解決電機與負載匹配問題
企業(yè)需在改造前對電機系統(tǒng)進行全面評估,具體可通過三步實現(xiàn):
1、數(shù)據(jù)采集:聯(lián)合專業(yè)團隊或節(jié)能服務公司,測試電機實際運行功率、電流、電壓等參數(shù),記錄負載變化規(guī)律(如晝夜波動、季節(jié)差異);
2、精準選型:根據(jù)負載特性選擇適配的電機。例如,對負載率長期穩(wěn)定在 80% 左右的設備,選用額定功率略高于負載的高效電機;對負載波動大的設備,優(yōu)先考慮變頻調(diào)速電機;
3、系統(tǒng)優(yōu)化:結(jié)合傳動裝置(如減速器、聯(lián)軸器)的效率,優(yōu)化電機與設備的連接方式,減少傳動損耗。若企業(yè)技術(shù)能力不足,可委托電機制造商或第三方機構(gòu)制定改造方案,確保系統(tǒng)整體高效。
(二)科學應用變頻技術(shù)
企業(yè)在決定是否采用變頻技術(shù)時,需做好“三評估”:
1、工況評估:分析設備是否需要調(diào)速(如風機是否需根據(jù)室溫調(diào)節(jié)風量)、調(diào)速范圍(轉(zhuǎn)速變化區(qū)間)及頻率(每天調(diào)速次數(shù)),僅對需動態(tài)調(diào)節(jié)的設備使用變頻技術(shù);
2、經(jīng)濟性評估:計算變頻系統(tǒng)的投資回收期(投資回收期 = 初期投資 ÷ 年節(jié)能收益),若回收期超過設備預期壽命,則不建議采用;
3、兼容性評估:選擇與電機匹配的變頻器(如防爆場合需用防爆變頻器),并加裝濾波裝置減少諧波干擾,確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
(三)建立全生命周期成本理念
企業(yè)應從“短期投入”轉(zhuǎn)向“長期收益”視角,具體可從三方面著手:
全成本核算:計算設備全生命周期的總費用(采購成本 + 運行電費 + 維護費 + 殘值),而非僅看采購價。以400kW 高壓電機為例,一級能效(YE5)較三級能效(YE3)采購成本高4%,但效率高1.51%,按年運行8000小時、電費0.6元 /度計算,每年可省電費約400×1.51%×8000×0.6=2.9萬元,兩年即可收回差價;
1、收益量化:除電費節(jié)省外,還需計算設備效率提升帶來的生產(chǎn)增益(如電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定使產(chǎn)品合格率提高)、維護成本降低(高效電機故障率低,維修頻次減少)等隱性收益;
2、第三方驗證:委托專業(yè)機構(gòu)對不同方案的經(jīng)濟性進行評估,避免因信息不對稱導致決策偏差。
山東菏澤供暖改造項目,采用西瑪高效節(jié)能電機,每年節(jié)省數(shù)萬元
容易被忽視的誤區(qū)及應對
缺乏效果監(jiān)測機制
部分企業(yè)在改造后未建立能耗監(jiān)測機制,導致“改后不管”,無法驗證節(jié)能效果。例如,某化工企業(yè)更換高效電機后,因管道堵塞導致負載增加,電機效率下降,但未及時發(fā)現(xiàn),6 個月后才因電費激增排查出問題,已多耗電費12萬元。
應對這一問題需構(gòu)建“監(jiān)測 - 評估 - 優(yōu)化”閉環(huán):
1、建立監(jiān)測系統(tǒng):安裝智能電表、傳感器,實時采集電機能耗數(shù)據(jù),通過物聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)遠程監(jiān)控;
2、定期評估:每月對比改造前后的能耗數(shù)據(jù),計算節(jié)能率【節(jié)能率 =(改造前能耗 - 改造后能耗)÷ 改造前能耗 ×100%】,若節(jié)能率低于預期,及時排查原因;
3、動態(tài)優(yōu)化:根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整設備參數(shù)(如變頻電機的轉(zhuǎn)速設定),定期維護(如清理風機葉輪積灰),確保系統(tǒng)長期高效運行;
4、第三方評估:每1-2年委托第三方機構(gòu)進行節(jié)能效果核驗,保證數(shù)據(jù)客觀準確。
青海鹽湖海納化工有限公司節(jié)能改造現(xiàn)場試運行
節(jié)能改造下的高效電機技術(shù)趨勢與發(fā)展
我國電機節(jié)能形勢嚴峻,提高電機能效是實現(xiàn)電機節(jié)能的必由之路。在高效電機的開發(fā)中,使用鑄銅轉(zhuǎn)子是提高電機效率的有效方法,也是行業(yè)發(fā)展的趨勢,銅轉(zhuǎn)子電機是實現(xiàn)IE5一級能效的關(guān)鍵技術(shù),其發(fā)展歷程與優(yōu)勢如下:
(一)技術(shù)突破歷程
2017年,國內(nèi)首次在 YE4 鑄銅轉(zhuǎn)子系列電機研發(fā)中采用鑄銅轉(zhuǎn)子方案技術(shù),但受限于工藝,僅能生產(chǎn) H132 以下的小規(guī)格產(chǎn)品,且成本高、推廣難;2018年,國內(nèi)企業(yè)突破批量生產(chǎn)技術(shù),銅轉(zhuǎn)子電機開始商業(yè)化應用;2022年,H355大規(guī)格鑄銅轉(zhuǎn)子研制成功,填補國內(nèi)空白,隨后無缺陷鑄銅轉(zhuǎn)子、大長徑比鑄銅轉(zhuǎn)子等技術(shù)突破,徹底解決了行業(yè)難題。
(二)核心優(yōu)勢
1、效率提升:銅的導電率是鋁的 1.6 倍,鑄銅轉(zhuǎn)子可降低轉(zhuǎn)子損耗15%-20%,使電機整體效率提升2%-5%,輕松達到IE5標準;
2、適應復雜工況:銅的耐熱性優(yōu)于鋁,可在高溫(150℃以上)、過載(120%負載)、頻繁啟動等嚴酷環(huán)境下穩(wěn)定運行,適用于冶金、礦山等行業(yè);
3、啟動性能優(yōu)異:在相同啟動電流下,鑄銅轉(zhuǎn)子電機的啟動轉(zhuǎn)矩比鋁轉(zhuǎn)子高10%-15%,適合起重、電梯等需大啟動轉(zhuǎn)矩的設備;
4、高速穩(wěn)定性:銅的機械強度高,可承受3.6萬轉(zhuǎn)/分鐘的高轉(zhuǎn)速,適用于高速主軸電機等精密設備。
目前,銅轉(zhuǎn)子電機已在新能源汽車、高端制造等領域廣泛應用,隨著工藝成熟,其成本與鋁轉(zhuǎn)子電機的差距正逐步縮小,成為高效節(jié)能改造的優(yōu)選方案。西瑪電機是節(jié)能改造的行業(yè)領導者,參與研發(fā)的YE5銅轉(zhuǎn)子超高效節(jié)能電機,在節(jié)能改造領域取得了顯著優(yōu)勢。
西瑪電機公司的YE5銅轉(zhuǎn)子超高效節(jié)能電機
高耗能企業(yè)的電機節(jié)能改造并非“換個電機就行”,而是一項系統(tǒng)工程,需擺脫對單一技術(shù)的依賴,從匹配性、經(jīng)濟性、長效性多維度統(tǒng)籌規(guī)劃。通過科學評估、精準選型、動態(tài)監(jiān)測,才能實現(xiàn)“真節(jié)能、降成本、促減排”的目標。
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