电机系统应用现状
电动机广泛应用于拖动风机、泵、鼓风机、空气压缩机、制冷机和各种机床等机械传动装置及其他各类电气设备,是量大面广的终端耗能大户。电机系统包括电动机、被拖动装置、传动控制系统及管网负荷。据统计,2010年我国各类电动机总装机容量约为10亿kW,年耗电量达2.38万亿kWh以上,约占全国用电量的57%。其中,风机、泵类、压缩机和空调制冷机的用电量分别占全国用电量的10. 4%、20. 9%、9.4%和6%。
改革开放以来,我国制造业有了长足发展,近些年企业通过自主研发和消化吸收,电动机、风机、泵、压缩机等相关产业的产品性能、质量有了显著提高,对推动电机系统的节能工作起了很大的促进作用。
提高电机系统的能效,就是要在满足工艺要求的前提下,消耗最少的能源,其能效提高的潜力在于电力变压器、电机、拖动设备的自身效率及匹配达到最优。
电机系统节能潜力
中小型电机用电量约占总发电量的50%以上,其产量的增长速度最能反映国民经济的增长速度,是国民经济中的重要产业。我国20世纪末前的一、二十年,年产量基本在3千万kW左右。进入二十一世纪,国民经济高速发展,中小型电机也处于快速发展阶段。据国家统计局公布的数据,2008年我国交流电动机的产量达到创纪录的2亿kW,从2003年起首次突破1亿kW,2003年至2008年底,我国交流电动机的总产量已突破9亿kW,相当于建国后50多年总和的近两倍,而同期我国新增发电机装机规模约4.5亿kW(总装机规模达8亿kW),为建国后50多年总和的1.3倍。从国际市场需求来看,2008年中小型电机的年出口量达3千多万kW。我国已经成为世界上最大的中小型电机生产、使用和出口大国。根据国际通用估算方法,电动机装机容量为发电机装机容量的2.5~3.5倍,据此推算,今后较长一段时期,电动机产量还将会持续快速扩大。中小型电机产业市场巨大,充分表明了中小型电机及系统在国民经济和社会发展中有着不可替代的重要地位和作用。
电机系统节能是当今国际高度关注和重点研究的领域,也是我国“十一五”乃至“十二五”期间实施节能减排既定国策的重点关注领域。随着全球能源消耗的逐年快速增长,节能降耗、减排,减少温室气体排放已成为全球共同关注的重大问题,中小型电机系统节能潜力巨大,已经成为世界各国政府和国际组织的共识。2008年我国全年总用电量为3.427万亿千瓦时,其中中小型电机系统用电1.95万亿千瓦时(折合标煤7.9亿吨)以上,约占全国总用电量的57%。
由于发达国家政府和国际组织的大力推动,国际领先企业已投入了大量人力、物力、财力,在节能型中小型电机及系统的研究开发及产品的推广应用方面取得了突破性进展。但与众多国家比较,我国的电机系统尚存在很大的节能潜力和技术升级空间,长期以来我国在电机产品高效化、匹配的精细化、专用化方面、在专用高效电机产品的设计技术和研发手段、设施方面以及在电机控制等方面与发达国家有较大差距。主要表现在:
(1)电动机及被拖动设备效率低。电机产品效率比国外先进水平低2%~5%,虽然国产高效电机与国外先进水平相当,但价格高、市场占有率低;风机、泵、压缩机产品效率比国外先进水平低2%~4%,虽然设计水平与国外先进水平相当,但制造技术和工艺有差距。
(2)系统运行效率低。主要体现在系统匹配不合理,“大马拉小车”现象严重,设备长期低负荷运行;系统调节方式落后,大部分风机、泵类采用机械节流方式调节,效率比调速方式约低30%。电机系统就运行效率而言要比国外先进水平低10%~20%,相当于每年浪费电能约1500亿kWh。
统计数据表明:发达国家的电机的运行效率比我国高3~5%,系统运行效率要高25~30%,我国的电机及系统领域具有很大的节能空间。以2008年全年电机系统耗电计算,若改造现有电机系统的一半,使之平均提高运行效率25%,则可节约用电2575亿千瓦时/年以上,折合标煤1.04亿吨以上,相当于三峡08年发电总量的两倍。既可节约电能,又可节约建电站的投资和相应配套设施的投资,还大大减少了CO2等有害气体的排放,是实现十一五期间单位GDP能耗降低20%的重要手段,也是低碳经济的重要组成部分。巨大的节能市场需求为我国中小型电机及系统的节能技术和产品的发展提供了难得的机遇。
电机系统节能解决方案——变频调速节能技术
据统计,全世界的用电量中约有60%是通过电动机来消耗的。由于考虑起动、过载、系统安全等原因,高效的电动机经常在低效状态下运行。在这些电机中,有相当一部分通过采用变频器对其进行调速控制,有可能使电动机重新回到高效的运行状态,这样可节省大量的电能。
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