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崔華建:淺談高效電機的政策、技術及經濟效益問題

人物對話2020.10.30
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眾所周知,全球氣候變化深刻影響人類生存和發展,是各國共同面臨的重大挑戰。氣候變化成為當今世界最關注的問題之一,可以說,持續推進節能減排是應對氣候變化的關鍵。近年來,國家財政充分發揮對國民經濟和社會發展的重要調控和管理手段的作用,不斷加大投入,支持節能減排應對氣候變化。工業是節能減排的重點領域,而電機是工業領域最廣泛的配套設備。在我國,電機系統的用電量約占總用電量的60%。因此,電機的高效節能是促進工業節能的關鍵。


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隨著國家節能減排政策的大力實施,普通電機相對于高效電機而言已不再具備競爭優勢。為使得電機系統的生產和應用企業效率的提升,達到更好的節能效果,一直以來,國家通過各種手段鼓勵高效電機的生產、強制淘汰低效電機。提高電機能效標準也是各個國家的重要政策引導和強制執行的手段之一。然而,高效電機的推廣卻并不順利。大家都知道高效電機節能、環保、高效等具有一系列的優點,但卻因為價格問題而遲遲不被接受。因此,高效電機領跑者編輯部邀請了上海電氣液壓氣動有限公司崔華建高工,請他就當前國際國內高效電機相關政策引導、技術經驗,以及應用高效電機所帶來的經濟效益和社會效益等問題談一談他的看法。


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崔華建高工


崔華建,教授級高級工程師,曾任上海躍進電機廠總工程師,上海先鋒電機廠總工程師、廠長,上海電機(集團)公司、上海聯合電機(集團)公司、上海電氣先鋒電機有限公司總工程師,現工作于上海電氣液壓氣動有限公司。

問 1

請介紹一下當前國際與國內電機能效標準和高效電機相關政策的現狀。

:現在我們淺談一下世界上頒發電動機能效標準和高效電機的一些政策法規問題。目前,國際上電機能效標準領先的有美國、歐盟、國際電工委員會等國家和團體標準。早在80年代,美國就提出了高效電機的概念。自1992年10月24日起,NEMA標準MG1-1993的EPACT(E+)高效電機標準成為強制性執行標準。1997年,美國執行E+2標準。隨后又推出E+3超高效電機標準并于2010年12月17日強制性執行。加拿大、澳大利亞等一些國家也相繼跟進。歐盟于1999年推出高效電機效能標準(即EU-CEMEP協議),EU-CEMEP協議對電機的效率水平進行了分級和標識,即Eff1、Eff2、Eff3三個等級,該協議規定了制造商在產品銘牌和樣本數據表上列出效率檔次的標識及效率數值。并于2005年底起實施IE1標準效率,2011年起實施IE2高效標準效率,于2015和2021年分階段實施IE3標準效率。


為統一全球的電機效率標準,國際電工委員會IEC組織于2008年10月頒布了IEC 60034-30單速、三相籠型感應電機的能效分級標準。根據各國不同的情況,IEC 60034-30統一將電機能效標準分為IE1、IE2、IE3、IE4四個等級,并制定了50Hz和60Hz兩套標準體系,分別用于電源頻率50Hz和60Hz的國家和地區。對50Hz電源,IE1的能效水平相當于歐盟的Eff2;IE2的能效水平相當于歐盟的Eff1。對60Hz電源IE2與美國EAPACT能效水平相同,IE3與美國的NEMA PRIMIER水平相同。2016年IEC組織又發布了IEC 60034-30-2:2016,首次正式發布IE5效率標稱限定值。


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跟隨國際上有關電動機效率標準的發展趨勢,配合我國節能減排政策的落實,進入21世紀后,我國開始制訂國家標準GB 18613《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》。該標準于2007年7月1日正式實施,并規定自2011年7月1日起,凡是能效標準達不到國標強制要求IE2的產品不能生產和銷售。2012年9月1日起,將電機目標能效限定值作為推薦性建議,要求在額定輸出功率的電機效率不應低于國家2級(IE3)能效標準。今年,更是發布新版標準GB18613-2020《電動機能效限定值及能效等級》,宣布自2021年6月1日起實施IE3強制性最低能效標準。此外,2008年6月1日,我國還頒布了《能源效率標識管理辦法》,規定了電機必須標識能效等級。關于我國老的電機系列產品的政策法規,這里就不細談了。


問 1

技術是推動一個行業發展的關鍵。您在電機領域深耕多年,能否給大家分享一些技術干貨?


:從技術上來說,NEMA高效電機和IEC高效電機都是值得借鑒的。其中,由上海電器科學研究所(集團)有限公司牽頭行業內主要骨干企業參與開發的YX3、YE3系列IEC標準高效、超高效電機,已經由研發企業做過深入的研究,并且已經批產銷售,所以這里就先不探討IEC高效電機了。本人原就職于上海電機集團公司,公司于1996年開始開發符合NEMA標準的E+高效電機和后來開發的E+3超高效電機,因此對于NEMA高效電機有一些心得體會與大家分享。


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1)NEMA高效、超高效電機的效率采用IEEE112-B標準測試。電機要考慮TEFC和ODP二個系列設計。需要注意的是,ODP系列產品的應用十分廣泛,應盡量把鐵芯外圓設計到最大;而對于TEFC電機,為提升產品的效率,哪怕犧牲散熱筋的散熱面積也是值得的。


2)大規格電機(比如440機座,500機座及以上)溫升難達標,需注重風扇、導風圈、風罩的設計,此外有些規格還要考慮定子鐵芯外圓與機座配合的特殊工藝問題。小規格電機(如140機座、180機座)效率難達標,需要全面平衡各項損耗。如硅鋼片的選型、沖片和鐵芯的加工工藝等,這些因素會直接影響鐵耗、雜散損耗和散熱效果。對于ODP大規格電機,可以考慮在定子鐵芯加幾道(哪怕是1道)徑向通風道。在保證功率因數的情況下,盡量放大氣隙,降低雜散損耗。


3)在電磁設計方面,要盡量進行優化設計。一方面,E+電機,特別是E+3電機的材料成本較高,因此應設計合適的銅鐵比,以更好的加工工藝來控制材料成本。對于較大規格的電機,企業的工藝盡量采用軟繞組。另一方面,產品設計過程中使用好的開發軟件也是十分重要的,比如在設計時能比較準確地計算繞組溫升、效率曲線、噪聲等指標,可以嘗試比較不同的槽配合的計算結果等。


4)用戶對電機的選型十分重要。只有根據負載特性和效率曲線精確計算后,選擇合適的功率等級才能使高效電機的運行效率更高。對NEMA電機來說,需要充分考慮額定功率下和使用系數下的效率


問 1

您認為應用高效電機能夠為行業帶來多大的經濟效益?如何衡量經濟效益與社會效益之間的關系?


:很多人認為高效、超高效電機制造成本相比較普通電機有較大幅度的提高,影響了經濟效益,制造商和用戶都比較難接受。根據統計,普通Y系列電機的效率平均值為87.3%,YX3系列高效電機的效率平均值為90.3%,YE3系列超高效電機效率平均值為91.7%。高效電機相比較普通電機損耗降低了約20%,超高效電機相比較高效電機來說,其損耗又降低了約15%。對于年運行時間超過8000小時的電機來說,如果負荷率超過60%,根據目前峰時段、平時段以及谷時段的不同電價,取平均值按0.7元/千瓦時粗算,基本上在一年半的時間內可以收回使用超高效電機額外增加的直接成本。所以說,使用高效和超高效電機的直接經濟效益是可以預期的。


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我們認為,社會總是在不停地進步,電動機從最初發明到現在,效率不知提高了多少。隨著新設計、新材料、新工藝不斷進步,電機效率今后必然將繼續提高,提高的難度也會相應地越來越大。但只有不斷提高電機效率,才能推動系統節能效果的提升,才能帶來更高的社會效益。當然,這個過程中也要注意遵守國際公約和國家法律法規。節能減排是現階段人類共同面對的問題,企業和企業家都應該有責任擔當,企業應當具有在追求經濟效益的同時以社會效益為最高準則的意識。



- END -


來源:高效電機領跑者

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