在過去十多年間，電機和變頻器技術(shù)突飛猛進，通過創(chuàng)新設(shè)計實現(xiàn)了驚人的能源效率。然而，目前依然有大量運行中的電機驅(qū)動系統(tǒng)（全球總計約3億臺）出現(xiàn)效率低下或耗能過高的問題，導(dǎo)致嚴(yán)重的能源浪費。
2021年，中國確立了“雙碳”目標(biāo)的路線圖，力爭在2030年前達到二氧化碳排放峰值，2060年前實現(xiàn)碳中和。實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，既是嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，又是重大機遇。電機產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，可大幅提升能源利用效率，助力企業(yè)低碳轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展。
在“雙碳”背景下，傳統(tǒng)的高碳行業(yè)如鋼鐵、有色、化工等行業(yè)對節(jié)能減排降耗的需求最為迫切，電機作為風(fēng)機、泵、壓縮機、機床、傳輸帶等各種機械設(shè)備的驅(qū)動裝置，其耗電量約占中國整個工業(yè)電耗的60%以上。
去年，《電機能效提升計劃（2021-2023年）》的提出，進一步加強和規(guī)范電機能效標(biāo)準(zhǔn)實施和能效市場監(jiān)管，淘汰低效落后電機，加快高效節(jié)能電機應(yīng)用推廣，對落實碳達峰碳中和目標(biāo)具有實際的推動意義。
2022年，“雙碳”工作仍將大力推進，節(jié)能減排依舊是各企業(yè)十分重要的任務(wù)。變頻器作為電機控制和節(jié)能環(huán)保的關(guān)鍵部件，其重要性不容忽視，必將迎來更廣闊的發(fā)展空間。
電機能效全面提升 助力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)
在“碳達峰”和“碳中和”的國家目標(biāo)下，提高能效是各個涉電行業(yè)都面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。電機作為電器和其他各種機械的動力源，不僅廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，更是用電大戶。
電機是耗電量最大的單種類設(shè)備，根據(jù)國際能源署最近的一項調(diào)查，電機耗電量占據(jù)工業(yè)領(lǐng)域耗電量的大約2/3，占大約46%的全球耗電量。在我國，這一數(shù)據(jù)更為觸目驚心，根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，電機能耗約占整個工業(yè)能耗的65％以上，占全國總耗電的60%。電機能效每提高1個百分點，可年節(jié)約用電260億度左右；如果電機系統(tǒng)效率提升5-8個百分點，每年節(jié)約的電量相當(dāng)于2-3個三峽電站的發(fā)電量。
2021年6月1日，GB18613-2020《電動機能效限定值及能效等級》實施，設(shè)置合理的電機能效限定值，不但有利于中國如期實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，還能推動電機產(chǎn)品能效升級。
2021年11月22日，工信部、市場監(jiān)管總局印發(fā)了《電機能效提升計劃（2021-2023年）》（以下簡稱《計劃》），提出要加快高效節(jié)能電機推廣應(yīng)用，其中包括開展存量電機節(jié)能改造，加快淘汰不符合現(xiàn)行國家能效標(biāo)準(zhǔn)要求的落后低效電機。此外，還強調(diào)要加大高效節(jié)能電機應(yīng)用力度。
《計劃》中提出，鼓勵鋼鐵、有色、石化、化工、建材、紡織等重點工業(yè)行業(yè)開展用能設(shè)備節(jié)能診斷，結(jié)合設(shè)備能效水平和運行維護情況，評估先進節(jié)能技術(shù)裝備推廣應(yīng)用潛力。引導(dǎo)企業(yè)實施電機等重點用能設(shè)備更新升級，優(yōu)先選用高效節(jié)能電機，加快淘汰不符合現(xiàn)行國家能效標(biāo)準(zhǔn)要求的落后低效電機。
細分負載特性及不同工況，針對風(fēng)機、水泵、壓縮機、機床等通用設(shè)備，鼓勵采用2級能效及以上的電動機。針對變負荷運行工況，推廣2級能效及以上的變頻調(diào)速永磁電機。針對使用變速箱、耦合器的傳動系統(tǒng)，鼓勵采用低速直驅(qū)和高速直驅(qū)式永磁電機。大力發(fā)展永磁外轉(zhuǎn)子電動滾筒、一體式螺桿壓縮機等電動機與負載設(shè)備結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計技術(shù)和產(chǎn)品。
到2023年，高效節(jié)能電機年產(chǎn)量將達到1.7億千瓦，在役高效節(jié)能電機占比達到20%以上，實現(xiàn)年節(jié)電量490億千瓦時，相當(dāng)于年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1500萬噸，減排二氧化碳2800萬噸。
有專家指出，《計劃》的提出將為永磁電機和驅(qū)動永磁電機的變頻器市場帶來風(fēng)口。未來，將會有大量的節(jié)能高效的永磁電機來替代存量市場中的低效電機，且也會為配套驅(qū)動永磁電機的低壓變頻器帶來增長動力。
提高能源效率的措施在幫助工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施減少排放方面將起到核心作用。數(shù)據(jù)顯示，用于驅(qū)動樓宇和工業(yè)等應(yīng)用的電機耗費全球約45%的電力，全球尚在運行的電機約有3億臺，而目前只有23%的電機配備了變頻器，升級電機以及配備變頻器可使全球降低10%的耗電量。
ABB中國運動控制事業(yè)部負責(zé)人戚魯平表示：“ABB提倡使用變頻器，因為當(dāng)變頻器和電機結(jié)合使用時，通常可以降低至少25%的能耗。”
加快高效節(jié)能電機應(yīng)用推廣 變頻器市場迎發(fā)展良機
在蘇州偉創(chuàng)電氣科技股份有限公司產(chǎn)品管理部經(jīng)理王凱看來，《計劃》的核心是以電機系統(tǒng)生產(chǎn)制造、技術(shù)創(chuàng)新、推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)服務(wù)為重點方向，積極實施節(jié)能改造升級和能量系統(tǒng)優(yōu)化，不斷提升電機系統(tǒng)能效，支撐重點行業(yè)和領(lǐng)域節(jié)能提效，助力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。
目前以永磁同步電機、磁阻電機為代表的高效能電機已開始大量生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用。高效能電機都需要變頻器控制，以永磁同步電機為例，很多情況下都無法直接接入市電，需要配套變頻器驅(qū)動使用。因此，隨著高效能電機的應(yīng)用越來越廣，配套的變頻器市場需求將不斷增大，這無疑給國內(nèi)變頻器行業(yè)的發(fā)展注入了一劑強心劑。
另一方面，電機高效能的實現(xiàn)，電機生產(chǎn)企業(yè)除了加大節(jié)能技改，還需聯(lián)合變頻器生產(chǎn)企業(yè)不斷適配驅(qū)動器來提升電機的性能，拓展電機和變頻器配套使用的節(jié)能空間，這將進一步促進變頻器生產(chǎn)企業(yè)的市場參與度，并加速變頻器在電機存量市場上的替換步伐。
王凱表示，在高效能電機驅(qū)動技術(shù)上，偉創(chuàng)電氣2021年初就成立了高效智能行業(yè)部，提高關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)品迭代，加快變頻器在同步磁阻電機、永磁同步電機、同步直驅(qū)電機、高速電機等新型高效節(jié)能電機的應(yīng)用，持續(xù)提高能源資源利用效率。目前同步電機驅(qū)動技術(shù)成熟可靠，同步磁阻電機驅(qū)動技術(shù)也是碩果累累。
偉創(chuàng)電氣的AC330同步磁阻電機專用變頻器集成了同步磁阻電機的驅(qū)動控制理念，開發(fā)了全新的矢量控制算法，做了全新的磁鏈觀測器，在純同步磁阻電機以及永磁輔助式同步磁阻電機場合，均有優(yōu)良的控制效果，同時兼容了異步電機以及永磁同步電機的控制技術(shù)，在確保產(chǎn)品高可靠性基礎(chǔ)上，進一步提升了產(chǎn)品的軟件集成度，更好地解決了客戶在產(chǎn)品選型方面的煩惱，配合豐富的擴展接口以及全面的擴展配件，確保了同步磁阻電機驅(qū)動應(yīng)用場合的高可靠性、高穩(wěn)定性、高適應(yīng)性。AC330同步磁阻電機專用變頻器目前廣泛應(yīng)用于塑料機械、空壓機、機床主軸、紡織機械、制藥機械等設(shè)備控制，也可用于風(fēng)機、泵、石油、化工、造紙機械等各種重型機械設(shè)備節(jié)能。
“電機往往是在工業(yè)領(lǐng)域中主要的耗能部分之一，這將推動整個工業(yè)領(lǐng)域的雙碳戰(zhàn)略落地。”北京合康新能科技股份有限公司市場部總監(jiān)余錦全表示，目前，永磁電機的效率高，應(yīng)用會越來越廣泛，變頻器需要考慮滿足永磁電機的驅(qū)動需求。未來越來越多的變頻器將會與永磁電機配套，提升整體節(jié)能效率。此外，電機是重要的資產(chǎn)以及生產(chǎn)工具，客戶希望電機能夠延長生命周期，減少停機故障。所以，很多客戶希望未來變頻器能加上預(yù)測性維護、資產(chǎn)管理等功能，對電機的保護功能進一步加強。
在“碳達峰”和“碳中和”目標(biāo)備受關(guān)注的當(dāng)下，綠色低碳可持續(xù)發(fā)展路徑成為企業(yè)的必然選擇，節(jié)能高效的電機對制造業(yè)企業(yè)而言尤為重要。臺達在高能效電機方面，自1999年開始關(guān)注，逐步在對各個行業(yè)領(lǐng)域?qū)嵤└M與應(yīng)用，積累了大量的關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)驗。根據(jù)目前的工業(yè)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀來看，大多是以節(jié)能為核心目的。臺達希望新推出的電機產(chǎn)品不僅能獲得市場的認可，還希望新產(chǎn)品能夠在降低稀土消耗、提升設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以及增加功率密度的同時減少的耗材使用，從而達到整個電機產(chǎn)品的供應(yīng)鏈節(jié)能降耗的目的。
臺達-中達電通變頻器產(chǎn)品經(jīng)理李成剛介紹，臺達現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品，以“電機高能效控制”為核心的傳動系統(tǒng)是提升產(chǎn)品線競爭力的重要途徑之一。目前全系變頻器產(chǎn)品均能夠以最佳的效率驅(qū)動臺達現(xiàn)有的“永磁同步磁阻電機”產(chǎn)品。臺達不僅從電機能效等級方面進行了提升，還將變頻器本身的控制損耗降低到了最低。
C2000Plus系列產(chǎn)品，具備磁場矢量變頻驅(qū)動技術(shù)，支持有/無編碼器回授的應(yīng)用情境，為傳動系統(tǒng)提供高性能的速度、轉(zhuǎn)矩及位置控制。相較于前代機種，C2000Plus系列大幅增強過載能力，最大功率段可達560kW，為各類重型定轉(zhuǎn)矩負載應(yīng)用提供最佳的驅(qū)動能力與穩(wěn)定性。豐富的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用功能及簡易維修低故障率的自我診斷特色，為終端客戶有效節(jié)省建構(gòu)及營運成本，替用戶掌握致勝先機，提升產(chǎn)業(yè)競爭力。
匯川技術(shù)在電機領(lǐng)域也深耕多年。擁有汽車級電機平臺，在新能源汽車電機工業(yè)，永磁電機領(lǐng)域，市場份額穩(wěn)居前列；為軌道交通制造牽引電機，并在國內(nèi)多個城市十余條軌交線路中落地；并為風(fēng)電變槳、塑料機械、紡織機械等細分行業(yè)提供電機專機定制化服務(wù)。
作為高精密伺服電機領(lǐng)導(dǎo)者，匯川國內(nèi)電機市場占有率第一，先后推出MS1小功率永磁伺服電機、ESMG大功率永磁伺服電機、MX無框式直驅(qū)電機、MV31通用型永磁同步電機等高效節(jié)能電機產(chǎn)品，結(jié)合匯川驅(qū)動、控制等產(chǎn)品組成優(yōu)秀的變頻解決方案，助力工業(yè)生產(chǎn)效率大幅提升的同時，相較于傳統(tǒng)解決方案平均節(jié)能25%以上。
2021年1-10月，出貨高效節(jié)能永磁電機300萬臺以上，累計功率300萬千瓦左右，每年為社會節(jié)電約50億度電，相當(dāng)于節(jié)能150萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳280萬噸。
高效電機、變頻器打組合拳 可顯著節(jié)約能源
變頻器是用來控制電機速度的設(shè)備，在使用變頻器之前，電機只能分級中斷或是全速運轉(zhuǎn)，而變頻器則可以將電機無級調(diào)節(jié)到合適的速度，其廣泛應(yīng)用可以明顯降低工業(yè)能耗，比如在水泵和風(fēng)機中，變頻器可以將水壓調(diào)整到合適的水平，連續(xù)調(diào)節(jié)建筑中的溫度。大約75%的工業(yè)電機用于驅(qū)動泵、風(fēng)機和壓縮機，這類設(shè)備效率提升潛力巨大。當(dāng)高效電機與可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和扭矩的變頻器組合時，可以達到最佳效果。電機只需以實際所需的速度運行來滿足功能要求，從而避免能源浪費以達到節(jié)約電能的目的。
從技術(shù)角度看，目前單獨提升電機能效的空間有限。北京合康新能科技股份有限公司首席工程師田凱認為，電機的節(jié)能是多維度，一是提高電機以及變頻器效率，另外，需要結(jié)合生產(chǎn)，自適應(yīng)輸出。對于變頻器而言，關(guān)鍵點是采用新技術(shù)、新算法、新拓撲。
李成剛表示，對于臺達而言，技術(shù)的關(guān)鍵點是提升電機本身的能效。主要難點更多的在于持續(xù)不斷的努力將已經(jīng)擁有100多年歷史沉淀的“電機”產(chǎn)品，通過使用更可靠的技術(shù)來優(yōu)化電機本身的性能與結(jié)構(gòu)，而電機本身的優(yōu)化也只是“電機能效提升”中的一環(huán)，更多的努力還需要優(yōu)化變頻器的電機控制策略。目前臺達一直在不斷地投入和整合大量的研發(fā)資源將精力集中在極具潛力的“永磁同步磁阻電機”產(chǎn)品上，繼而深耕更多的企業(yè)客戶。
“驅(qū)動同步電機能效，關(guān)鍵點之一是在同步電機的參數(shù)適配。現(xiàn)階段同步電機與磁阻電機都沒有類似異步電機的國家標(biāo)準(zhǔn)。功率段、型號也是眾多，而且很多高效能電機為定制化產(chǎn)品，所以面對種類繁多的電機類型，變頻器的適配性顯得格外重要。”王凱表示，針對同步電機適配問題，偉創(chuàng)電氣積極尋求和電機生產(chǎn)企業(yè)合作，參與電機生產(chǎn)企業(yè)新產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)和功能適配，開發(fā)匹配各企業(yè)所需電機的自學(xué)習(xí)方式。通過自主開發(fā)的電感參數(shù)飽和自學(xué)習(xí)技術(shù)，可獲得不同磁場飽和程度下的電機D、Q軸電感飽和特性參數(shù)，并通過MTAP在產(chǎn)生相同轉(zhuǎn)矩的情況下，最優(yōu)地分配d-q軸定子電流，使定子電流最小，進而使定子銅耗最小以達到效率最優(yōu)。
“在市場推廣過程中，我們能夠充分理解用戶關(guān)于成本方面的顧慮，但從投資回報看，能效升級所帶來的收益更加明顯。”李成剛指出，目前，臺達將多個領(lǐng)域的研發(fā)資源投入到高能效永磁同步磁阻電機和控制方式上，并把二者整合成為“高能效傳動系統(tǒng)”，其具有的現(xiàn)實意義是通過“整合”以降低系統(tǒng)能耗。
傳統(tǒng)的變頻器與電機分離的產(chǎn)業(yè)模式，無法有效地達到“目標(biāo)一致”的整合效果。比如在特定節(jié)能場景中，面臨變頻需要適應(yīng)電機、電機設(shè)計特性需要微調(diào)等問題，根據(jù)以往的經(jīng)驗，都是通過企業(yè)客戶為紐帶，需要分別聯(lián)系變頻與電機廠家，而如果使用臺達的“高能效傳動系統(tǒng)”，則僅僅需要考慮此系統(tǒng)的效率，無需分開對比變頻器與電機各自的能效，也無需考慮“高能效電機”與變頻器的匹配問題。
在高耗能企業(yè)遇到節(jié)能降耗的挑戰(zhàn)之下，臺達也能通過整合各行業(yè)、各設(shè)備的應(yīng)用經(jīng)驗，為企業(yè)提供一個“高能效傳動系統(tǒng)”的降耗方案，由企業(yè)主導(dǎo)選擇產(chǎn)品方案，臺達再根據(jù)方案內(nèi)容逐步地推進，進而協(xié)助企業(yè)實施落地，以達到雙方共贏。
以針對二次供水需求為例，臺達推出背負式水泵一體機MPD系列，承襲了臺達產(chǎn)品智能化的發(fā)展理念，采用一體化整體設(shè)計，更融合驅(qū)動器、電機、PLC等功能，產(chǎn)品更加智能，符合變頻恒壓供水系統(tǒng)需求，推動供水技術(shù)進入高效、智能、便捷的新時代。
背負式水泵一體機MPD系列順應(yīng)如今廣泛應(yīng)用的變頻恒壓供水系統(tǒng)需求，具備多泵冗余、流量估測、汽蝕及高低水壓保護等智能化功能，以及高能效、低噪音、省電柜等優(yōu)點，是臺達落實智能制造、深悉用戶需求的體現(xiàn)。尤其在能效上，MPD系列達到了系統(tǒng)能效的IES2等級，符合新的IEC61800-9-2標(biāo)準(zhǔn)。配合IE5的臺達同步磁阻電機，為恒壓供水領(lǐng)域帶來了更加智能、節(jié)能的成長契機。
如何助力下游企業(yè)節(jié)能并提升能效，田凱提出，先進的PWM調(diào)制技術(shù)，比如載波移相技術(shù)，可以在保證產(chǎn)品性能的前提下，降低變頻器損耗，提高變頻器效率。此外，變頻器有多種運行模式，比如最小能耗模式，根據(jù)現(xiàn)場不同工藝狀況，可以調(diào)整輸出電壓、電流，以合適的功率對電機進行輸出，整體降低電機損耗，提升能效。另外還必須要貼合實際工藝，提供整體解決方案，包括變頻器、電機、負載等因素，整體提高能效。比如，合康在某冶金球磨應(yīng)用上，采用高壓永磁直驅(qū)變頻器+高壓永磁電機方案�？蛻粼瓉聿捎玫氖瞧胀ó惒诫姍C+減速機+輔傳組成+減速機油站+軟啟動柜油站，整體機構(gòu)復(fù)雜，耗能大，功率因素低。通過合康的方案改造后，在63.5%載荷情況下，電機功率因數(shù)已達到0.95，綜合節(jié)電率為25%，運行一年多以來，中間只停機2小時，其余時間該設(shè)備一直在正常運行中，設(shè)備穩(wěn)定性得到極大提升，故障率大為降低。
企業(yè)的核心就是給用戶創(chuàng)造價值，所以在王凱看來，助力下游企業(yè)提升能效最好的辦法就是算經(jīng)濟賬，解決用戶痛點的最優(yōu)方式就是提供一份《節(jié)能方案》。王凱以132kW、380V的異步電機應(yīng)用現(xiàn)場為例，將其改造成變頻器加同步電機控制器后，綜合節(jié)電率在15％左右。以每天工作20小時，全年運行320天，電費為0.7元/度，電機工作效率90%，節(jié)電效果暫按最低節(jié)電率15%計算，年節(jié)省電費=132kW×20小時/天×320天/年×0.7元/度×90%電機工作效率×15%節(jié)電效果=79833.6元。
結(jié)語
2022年，各項環(huán)保、節(jié)能的趨勢和政策都在緊鑼密鼓地推進中，特別是高耗能制造企業(yè)積極響應(yīng)節(jié)能減排號召，開展新一輪轉(zhuǎn)型升級，從傳統(tǒng)制造向智能制造過渡，企業(yè)生產(chǎn)對于工業(yè)設(shè)備的性能提出了更高要求。高效能電機的技術(shù)突破和應(yīng)用推廣，需要各大變頻器與電機生產(chǎn)企業(yè)，共同協(xié)作、優(yōu)勢互補、不斷創(chuàng)新來推動和落實。
我們相信，隨著全面節(jié)能降耗、綠色可持續(xù)發(fā)展的理念逐漸深入，變頻器企業(yè)必將迎來一個發(fā)展的黃金時期。
共0條 [查看全部] 網(wǎng)友評論