世界焦點(diǎn)！從IE2一躍而上IE4、IE5，高效工業(yè)電機(jī)迭代刻不容緩

電機(jī)能效升級(jí)，加速推進(jìn)

2021年6月1日，新版強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18613-2020《電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》(新國(guó)標(biāo))正式實(shí)施，將國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IE5效率列為中國(guó)三相異步電動(dòng)機(jī)最高的一級(jí)能效等級(jí)指標(biāo);IE4能效為二級(jí)能效指標(biāo);IE3能效定為三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值，即三級(jí)能效——這意味著，IE3以下能效等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電機(jī)從去年6月起開(kāi)始強(qiáng)制停產(chǎn)，IE2能效的電機(jī)逐步走向被淘汰替換的道路。

今年6月，國(guó)家工信部、發(fā)改委等六部門(mén)聯(lián)合發(fā)布了《工業(yè)能效提升行動(dòng)計(jì)劃》，提出到2025年，規(guī)模以上工業(yè)單位增加值能耗比2020年下降13.5%;并且結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)際，該行動(dòng)計(jì)劃還提出了一系列具體目標(biāo)，其中包括到2025年，新增高效節(jié)能電機(jī)占比達(dá)到70%以上。

(相關(guān)資料圖)

而根據(jù)信達(dá)證券的研究指出，現(xiàn)階段，中國(guó)高效節(jié)能電機(jī)的市場(chǎng)份額僅為3%左右，大多數(shù)電機(jī)執(zhí)行的是IE1或IE2能效標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率較發(fā)達(dá)國(guó)家低20%左右，電機(jī)行業(yè)的新舊產(chǎn)能淘汰勢(shì)在必行。

工業(yè)電機(jī)應(yīng)用現(xiàn)況，任重道遠(yuǎn)

工業(yè)電機(jī)是能源消耗的“大戶”，也是國(guó)家重點(diǎn)用能設(shè)備能效提升的專項(xiàng)監(jiān)察對(duì)象。根據(jù)《工業(yè)能效提升行動(dòng)計(jì)劃》的要求，今后將圍繞電機(jī)、變壓器、鍋爐等通用用能設(shè)備，持續(xù)開(kāi)展能效提升專項(xiàng)行動(dòng)，加大高效用能設(shè)備的應(yīng)用力度，加強(qiáng)重點(diǎn)用能設(shè)備系統(tǒng)匹配性節(jié)能改造和運(yùn)行控制優(yōu)化——高效節(jié)能電機(jī)技術(shù)的發(fā)展已到了刻不容緩的時(shí)候。

然而，從現(xiàn)階段來(lái)看，大部分國(guó)內(nèi)工業(yè)電機(jī)企業(yè)在實(shí)施能效提升的過(guò)程中，仍然面臨著兩大“瓶頸”：

一是，由于我國(guó)中小型企業(yè)占比較大，受限于這類(lèi)型企業(yè)的技術(shù)開(kāi)發(fā)能力、企業(yè)資金投入以及政府扶持力度的差異較大，使得許多企業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)品全生命周期綠色制造的能力整體較弱，而一批行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)邁出了堅(jiān)實(shí)的第一步，起到先行示范作用;

二是，中國(guó)目前單位GDP能耗水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比更高，且各地區(qū)和城市的差異也較大，因此如果需要在全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)工業(yè)電機(jī)行業(yè)進(jìn)行節(jié)能提效的話，還有很長(zhǎng)的一段路要走。

高效節(jié)能電機(jī)，百花齊放

從去年6月1日起，西門(mén)子已完全停止了在華生產(chǎn)、銷(xiāo)售不符合新國(guó)標(biāo)的電機(jī)，實(shí)際上，早在2014年，西門(mén)子就已經(jīng)在中國(guó)推出了IE3能效的電機(jī)，并積極幫助客戶推進(jìn)高能效電機(jī)轉(zhuǎn)換;2022年5月西門(mén)子發(fā)布全新SIMOTICS 1LE0 IE4高能效電機(jī)，該系列電機(jī)針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)需求而生，研發(fā)和生產(chǎn)均在中國(guó)完成，旨在推動(dòng)中國(guó)制造業(yè)低碳轉(zhuǎn)型。

2022年，ABB電機(jī)與發(fā)電機(jī)發(fā)布了多款高低壓電機(jī)產(chǎn)品，能效等級(jí)均達(dá)到IE4及以上，滿足了市場(chǎng)多樣化的需求，它們分別是M3BP IE4低壓過(guò)程用途電機(jī)、M2BAX IE4一般用途電機(jī)、M3AL/M3BL IE5磁阻同步電機(jī)、M2BJX IE5低壓超高效永磁同步電機(jī)、M3FT/M3ET高動(dòng)態(tài)響應(yīng)電機(jī)。

臥龍電驅(qū)在今年推出了WEPM系列變頻調(diào)速永磁電機(jī)，采用稀土磁體，強(qiáng)力永久，轉(zhuǎn)矩密度高、功率密度高、功率因數(shù)高，能效水平可覆蓋IE4、IE5。

要提升電機(jī)能效水平，其關(guān)鍵在于有效降低電機(jī)的損耗，從目前這批工業(yè)電機(jī)生產(chǎn)廠商的技術(shù)開(kāi)發(fā)路線來(lái)看，總體上表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

從傳統(tǒng)的感應(yīng)電機(jī)，向稀土永磁及磁阻電機(jī)等類(lèi)型發(fā)展，預(yù)計(jì)高效感應(yīng)電機(jī)和永磁電機(jī)將會(huì)成為未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)的主流產(chǎn)品;

從電機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝方面入手，例如提升電機(jī)本體效率，這主要依賴電機(jī)自身的電磁方案優(yōu)化設(shè)計(jì)、電機(jī)絕緣性能優(yōu)化、電機(jī)系統(tǒng)散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化、低損耗材料選型等，搭載永磁技術(shù)的電機(jī)設(shè)備，將在能效提升上具有不可比擬的明顯優(yōu)勢(shì);

使用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)提升整體效率，針對(duì)泵和風(fēng)機(jī)等負(fù)載應(yīng)用通常使用的閥門(mén)控制而言，使用變頻驅(qū)動(dòng)可以大幅降低系統(tǒng)的能效損耗;

針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景，采用智能優(yōu)化算法，協(xié)助設(shè)計(jì)人員快速實(shí)現(xiàn)節(jié)能型電機(jī)的優(yōu)化，以獲取優(yōu)質(zhì)的定制化解決方案。

西門(mén)子SIMOTICS 1LE0 IE4高能效電機(jī)

ABB高能效同步磁阻電機(jī)

臥龍電驅(qū)WEPM系列變頻調(diào)速永磁電機(jī)

變頻傳動(dòng)技術(shù)，專機(jī)專用

在整體電機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)中，與執(zhí)行電機(jī)相配套的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在能效升級(jí)中的作用同樣不可忽視。以同步磁阻電機(jī)為例，這類(lèi)電機(jī)少量或者不應(yīng)用稀土資源，令制造成本更低，且效率近乎對(duì)等永磁同步電機(jī)，能效可達(dá)到IE4甚至更高，因此目前備受市場(chǎng)用戶的青睞。

在驅(qū)動(dòng)技術(shù)方面，盡管同步磁阻與永磁同步電機(jī)有著較為相似的數(shù)學(xué)模型，并且在驅(qū)動(dòng)方式的硬件上與成熟的永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)可完全兼容，降低了同步磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的成本費(fèi)用;但由于同步磁阻電機(jī)的參數(shù)相比于永磁同步電機(jī)變化更為劇烈，這也為驅(qū)動(dòng)控制帶來(lái)了難題。

為此，偉創(chuàng)電氣針對(duì)同步磁阻電機(jī)開(kāi)環(huán)矢量控制技術(shù)進(jìn)行了深入的研究及優(yōu)化，在軟件上根據(jù)同步磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出專機(jī)專用、能夠匹配同步磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)算法的開(kāi)環(huán)矢量控制技術(shù)，推出了AC330同步磁阻電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)器，使得綜合節(jié)能率可高達(dá)5%~35%。

偉創(chuàng)電氣AC330同步磁阻電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)器

定制化開(kāi)發(fā)，降低系統(tǒng)能耗

在某些特殊應(yīng)用領(lǐng)域，一些電機(jī)企業(yè)通過(guò)加強(qiáng)和設(shè)備制造商之間的合作，對(duì)電機(jī)進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，盡可能減少傳動(dòng)鏈系統(tǒng)的損耗，也是一條十分有效的途徑。

例如，在船舶領(lǐng)域，丹佛斯攜手康明斯完成的首批香港新建渡輪混合動(dòng)力高速雙體渡輪項(xiàng)目中，共有兩艘450客位混合動(dòng)力的高速雙體渡輪，總長(zhǎng)40米，設(shè)計(jì)航速23節(jié)，額定載客450人，采用了并聯(lián)混合動(dòng)力直流組網(wǎng)系統(tǒng)，全船動(dòng)力系統(tǒng)主要設(shè)備由兩臺(tái)康明斯QSK50主機(jī)、兩臺(tái)丹佛斯Editron永磁同步電機(jī)、四組總計(jì)311.2kW·h的動(dòng)力電池和多臺(tái)變頻器構(gòu)成。

丹佛斯Editron永磁同步電機(jī)可根據(jù)航路上不同的運(yùn)行區(qū)域?qū)崿F(xiàn)發(fā)電、電動(dòng)兩種運(yùn)行模式的切換。在非排放控制區(qū)域航行過(guò)程中，船舶由主機(jī)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生電能向電池充電及供給日用負(fù)載;而在排放控制區(qū)域，電池作為全船能量源，電機(jī)驅(qū)動(dòng)船舶行進(jìn)實(shí)現(xiàn)零排放;在配備充電樁的碼頭長(zhǎng)時(shí)間靠泊時(shí)，該配置亦可滿足岸電向電池組充電要求。該系統(tǒng)方案可實(shí)現(xiàn)靈活的船舶電驅(qū)動(dòng)模式，在滿足香港地區(qū)排放要求的同時(shí)，也降低了燃油消耗，減少船舶設(shè)備維護(hù)成本，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

后 記

10月20日，國(guó)家工業(yè)和信息化部發(fā)布2022年第23號(hào)公告，批準(zhǔn)了《YE2 系列(IP23)三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)規(guī)范(機(jī)座號(hào) 160～400)》等1036項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與電機(jī)產(chǎn)品直接相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)14項(xiàng)，其中8項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)為修訂版本，6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)為新制訂，要求相關(guān)企業(yè)對(duì)換版標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，進(jìn)一步規(guī)范電機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造。隨著一系列電機(jī)生產(chǎn)制造、能效監(jiān)察等新國(guó)標(biāo)的正式實(shí)施，將有力推動(dòng)中國(guó)高效節(jié)能電機(jī)的發(fā)展在政策和技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下邁上一個(gè)新臺(tái)階，而這也是國(guó)家實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)中的一個(gè)很重要的組成部分。