高效电机在行动

如果你是一家设备制造商,想在欧洲市场购买普通的IE1电机,可能现在已经办不到了:因为从2011年6月16日开始,欧盟规定只有符合国际能效等级2(IE2)或更高能效等级的高效电机才能在欧洲市场销售。

傅昆,亚洲控制工程
杜斌,西门子(中国)有限公司
如果你是一家设备制造商,想在欧洲市场购买普通的IE1电机,可能现在已经办不到了:因为从2011年6月16日开始,欧盟规定只有符合国际能效等级2(IE2)或更高能效等级的高效电机才能在欧洲市场销售。

或许你只是在中国生产和销售,那么2011年7月1日开始正式实施的GB25985-2010同样开始适用于你:针对单相交流电机和小功率三相交流电机,提出了强制性能效标准——只有符合中国国家能效等级2级的电机才允许在市场上销售。

遵从法规,倡导节能,一切似乎水到渠成。那么业界对于高效电机的疑惑又来自于哪里?高效电机带来的价值又在哪里?

应对能耗尖峰

从上世纪90年代始,美国开始启动电机改进计划。近年来,欧盟、澳大利亚、加拿大等普遍趋向加速各类电动机的更新换代,革新电动机的传统结构,将带有信息处理和控制功能的装置与电动机集成一体,成为机电一体化产品,“电动机日益向高性能、高精度、大容量、小型化、数字化和智能化方向发展。”

在政府法规方面,欧盟上述强制性规定措施的依据为欧盟关于低压三相异步电机的新法规,它规定了输出为0.75 kW至375 kW的异步三相电机的最低能效要求。该条法规旨在限制欧洲工业电动机的能耗,以改善气候保护、提高资源效率。

此行动具有巨大潜力,因为从全球角度来看,异步电机的使用率要高于任何其他电动机。使用范围包括通风设备、泵、压缩机、轧机和碾压机,覆盖化工业、机械加工、印刷车间、原料处理技术和造船业等行业。低压电机的全球市场容量每年达近60亿欧元。单在欧洲,其销售量就达数百万。

在中国, 据统计,2010年全国电机年耗电约为2万亿千瓦时,占全国用电总量的60%和工业用电量的80%。为配合“十二五”规划单位GDP能耗下降16%的目标,中国进一步加强对高效电机应用的大力推广,并提出电机平均能耗下降20%-30%的目标。早在2006年12月,国家标准化管理委员会发布了强制性标准《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价》,规定低于三级能效的电机禁售,并设定四年过渡期,2011年7月1日以后,将禁售三级能效电机,这意味着2012年以后高效节能电机将全面取代传统高能耗电机。推广使用高效电机既可直接节约大量电能,还可带动压缩机、水泵、风机等设备提高能效水平,进而提高整个装备制造业的能效水平。

标准在前

早在20世纪90年代初,美国电机制造商协会(NEMA)就制订了电机效率标准(NEMA 12-10等级/ NEMA12-11等级/超高效NEMA12-12(NEMA Premium)),其中超高效的NEMA Premium级电机比NEMA 12-10等级效率提高了1~3个百分点、损耗平均下降了20%左右,而且美国于1992年10月就颁布了EPACT能源政策法令,该法令实质上强制规定了电动机的效率必须达到NEMA12-10所规定的最低效率值。

欧洲方面,1999年,欧盟委员会交通能源局(EU-DGTE)与欧洲电机和电力电子制造商协会(CEMEP)就电动机分级计划达成CEMEP协议,对电动机的效率水平进行了分级(Eff3低效等级/Eff2一般等级/Eff1高效等级)

全球范围来看,目前高效电机的标准现在基本做到全球统一的IEC标准,等级分为IE1标准等级/IE2高效等级/IE3超高效等级。

中国制定的能效标准更接近欧洲标准,即IEC规定的IE1标准效率值相当于欧盟Eff2和中国目前的3级能效标准。而IEC的IE2高效效率相当于欧盟Eff1和中国的2级能效标准。

至于最低能效强制性标准(MEPS),目前世界上已制定电动机强制性能效标准的国家和地区有澳大利亚、新西兰、加拿大、巴西、美国、墨西哥,以及欧盟MEPS最低强制能效标准。

这些标准似乎是为工业低压电机量身定做的。“电力驱动系统注定要受生态设计规范的限制,”负责欧洲委员会立法的政策官员Ismo Groenroos-Saikkala说,“对于生产过程中使用电动机的工业业务,电动机消耗了大部分的电力。在成员国中,驱动系统消耗的能量约占全部工业能耗的70%,”他同时表示,“这些驱动系统的能效在成本效益上可提高20-30%。使用高能效电机是最重要的手段之一。”

高效电机的角色

高效电机由于采用了新型电机设计、新工艺及新材料,通过降低电磁能、热能和机械能的损耗,提高输出效率。与标准电机相比,使用高效电机的节能效果非常明显,通常情况下效率可平均提高4%。

根据国内外的调查,工业领域的电机年平均运行时间约在3000 h左右,但在石油、化工、造纸、冶金和电力等行业,电机往往需24 h/天运转,年运行时间往往超过6000 h。对于这些运行时间长、负荷较高的场合,如采用超高效率电机将会对能源节约带来更显著的效果。

其实,高效电机的优点还不仅仅是节能,还有降低长期运行成本,提高品质,适合纺织、风机、水泵、压缩机使用,靠节电一年可收回电机购置成本。在专业人士看来,高效电机通过直接启动、或用变频器调速,可全面更换异步电机;电机功率因数接近1,提高电网品质因数,无需加功率因数补偿器 ;电机电流小,节约输配电容量、延长了系统整体运行寿命等等,都是潜在的效益。以55kW电机为例,高效电机比一般电机节电15℅,电费每度按0.5元计算,使用节能电机一年内靠节电可收回更换电机的费用。

成本的疑惑

最初,业界由于相关购置成本问题而有些犹豫。事实上,一次性投资成本的高企令不少用户望而却步,但是现在,越来越多的最终用户和设备制造商已开始得以“解惑”——原因是:采用高效电机不但遵从了政府法规和节能大势,同样由于节约了能源成本,新电机高出原先较便宜电机的额外购置成本,将在两年之内收回。

西门子工业驱动技术集团低压电机业务区负责人Joerg Hassmann认为:“一台驱动装置的能源成本可占其使用生命周期成本的95%。在使用过程中,IE2电机的能效比IE1电机高2至7个百分点,即使其购置成本可能比旧型号要高,也能够更快地回收成本。如果该型号电机分两班运行,因为节约了能源成本,购置成本则可以在一至两年内收回。”

尽管IE2电机可以为公司和环境带来双赢机会,但购买这些新电机的步履却不轻松。一方面,它需要额外的资本。另一方面,作投资决定时通常不会考虑总体拥有成本(TCO)和生命周期成本——这也是中国市场面临的问题。

一般来说,电机销售面向三类客户:即终端用户、代理商和设备配套商,其中设备配套商占80%。由此可见,电机产品能否最终被市场接受,机械设备配套商的态度最为关键。 那么,设备制造商在最初设计时为什么不考虑高效电机?答案很简单:一来用户没提出高效要求;二来高效电机的高成本(高效电机由于原材料使用较多,成本要比普通电机高出20%),也决定了其高价格。

随着法规的完善,来自用户的高效要求很快就会来到,而说服用户接受高效电机的投资成本,需要的除了沟通,还有技术本身的进一步发展以降低制造成本。

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