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提升电机系统能效 变频器市场迎发展黄金期

2022-05-24发布者:济南澳门银银河官方网

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  电机和变频器尽管很少出现在公众的视野中,但它们几乎无处不在。从制造业的工业泵、风机和传送带、以及交通运输工具中的推进系统,到电气设备中的压缩机和建筑中的暖通空调系统,电机和变频器为现代生活中的大量基础应用和场景提供了动力来源。

  在过去十多年间,电机和变频器技术突飞猛进,通过创新设计实现了惊人的能源效率。然而,目前依然有大量运行中的电机驱动系统(全球总计约3亿台)出现效率低下或耗能过高的问题,导致严重的能源浪费。

  2021年,中国确立了“双碳”目标的路线图,力争在2030年前达到二氧化碳排放峰值,2060年前实现碳中和。实现“双碳”目标,既是严峻挑战,又是重大机遇。电机产业的高质量发展,可大幅提升能源利用效率,助力企业低碳转型,实现绿色低碳可持续发展。

  在“双碳”背景下,传统的高碳行业如钢铁、有色、化工等行业对节能减排降耗的需求迫切,电机作为风机、泵、压缩机、机床、传输带等各种机械设备的驱动装置,其耗电量约占中国整个工业电耗的60%以上。

  去年,《电机能效提升计划(2021-2023年)》的提出,进一步加强和规范电机能效标准实施和能效市场监管,淘汰低效落后电机,加快高效节能电机应用推广,对落实碳达峰碳中和目标具有实际的推动意义。

  2022年,“双碳”工作仍将大力推进,节能减排依旧是各企业十分重要的任务。变频器作为电机控制和节能环保的关键部件,其重要性不容忽视,必将迎来更广阔的发展空间。


  电机能效全面提升 助力实现“双碳”目标

  在“碳达峰”和“碳中和”的国家目标下,提高能效是各个涉电行业都面临的严峻挑战。电机作为电器和其他各种机械的动力源,不仅广泛应用于各个行业,更是用电大户。

  电机是耗电量很大的单种类设备,根据国际能源署的一项调查,电机耗电量占据工业领域耗电量的大约2/3,占大约46%的全球耗电量。在我国,这一数据更为触目惊心,根据工信部数据,电机能耗约占整个工业能耗的65%以上,占全国总耗电的60%。电机能效每提高1个百分点,可年节约用电260亿度左右;如果电机系统效率提升5-8个百分点,每年节约的电量相当于2-3个三峡电站的发电量。

  2021年6月1日,GB 18613-2020《电动机能效限定值及能效等级》实施,设置合理的电机能效限定值,不但有利于中国如期实现“双碳”目标,还能推动电机产品能效升级。

  2021年11月22日,工信部、市场监管总局印发了《电机能效提升计划(2021-2023年)》(以下简称《计划》),提出要加快高效节能电机推广应用,其中包括开展存量电机节能改造,加快淘汰不符合现行国家能效标准要求的落后低效电机。此外,还强调要加大高效节能电机应用力度。

  《计划》中提出,鼓励钢铁、有色、石化、化工、建材、纺织等重点工业行业开展用能设备节能诊断,结合设备能效水平和运行维护情况,评估先进节能技术装备推广应用潜力。引导企业实施电机等重点用能设备更新升级,优先选用高效节能电机,加快淘汰不符合现行国家能效标准要求的落后低效电机。

  细分负载特性及不同工况,针对风机、水泵、压缩机、机床等通用设备,鼓励采用2级能效及以上的电动机。针对变负荷运行工况,推广2级能效及以上的变频调速永磁电机。针对使用变速箱、耦合器的传动系统,鼓励采用低速直驱和高速直驱式永磁电机。大力发展永磁外转子电动滚筒、一体式螺杆压缩机等电动机与负载设备结构一体化设计技术和产品。

  到2023年,高效节能电机年产量将达到1.7亿千瓦,在役高效节能电机占比达到20%以上,实现年节电量490亿千瓦时,相当于年节约标准煤1500万吨,减排二氧化碳2800万吨。

  有专家指出,《计划》的提出将为永磁电机和驱动永磁电机的变频器市场带来风口。未来,将会有大量的节能高效的永磁电机来替代存量市场中的低效电机,且也会为配套驱动永磁电机的低压变频器带来增长动力。

  提高能源效率的措施在帮助工业和基础设施减少排放方面将起到核心作用。数据显示,用于驱动楼宇和工业等应用的电机耗费全球约45%的电力,全球尚在运行的电机约有3亿台,而目前只有23%的电机配备了变频器,升级电机以及配备变频器可使全球降低10%的耗电量。


  加快高效节能电机应用推广 变频器市场迎发展良机

  在“碳达峰”和“碳中和”目标备受关注的当下,绿色低碳可持续发展路径成为企业的必然选择,节能高效的电机对制造业企业而言尤为重要。台达在高能效电机方面,自1999年开始关注,逐步在对各个行业领域实施跟进与应用,积累了大量的关键技术经验。根据目前的工业产业现状来看,大多是以节能为核心目的。台达希望新推出的电机产品不仅能获得市场的认可,还希望新产品能够在降低稀土消耗、提升设计标准以及增加功率密度的同时减少耗材使用,从而达到整个电机产品的供应链节能降耗的目的。

  台达-中达电通变频器产品经理李成刚介绍,台达现有的成熟产品,以“电机高能效控制”为核心的传动系统是提升产品线竞争力的重要途径之一。目前全系变频器产品均能够以最佳的效率驱动台达现有的“永磁同步磁阻电机”产品。台达不仅从电机能效等级方面进行了提升,还将变频器本身的控制损耗降低。

  台达有完善的变频器产品家族,支持异步,同步,磁阻等多种电机控制算法,用于有/无编码器回授的应用情境,为传动系统提供高性能的速度、转矩及位置控制。为各类重型定转矩负载应用提供驱动能力与稳定性。丰富的产业应用功能及简易维修低故障率的自我诊断特色,为终端客户有效节省建构及营运成本,替用户掌握致胜先机,提升产业竞争力。

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  高效电机、变频器打组合拳 可显著节约能源

  变频器是用来控制电机速度的设备,在使用变频器之前,电机只能分级中断或是全速运转,而变频器则可以将电机无级调节到合适的速度,其广泛应用可以明显降低工业能耗,比如在水泵和风机中,变频器可以将水压调整到合适的水平,连续调节建筑中的温度。大约75%的工业电机用于驱动泵、风机和压缩机,这类设备效率提升潜力巨大。当高效电机与可调节转速和扭矩的变频器组合时,可以达到好的效果。电机只需以实际所需的速度运行来满足功能要求,从而避免能源浪费以达到节约电能的目的。

  李成刚表示,对于台达而言,技术的关键点是提升电机本身的能效。主要难点更多的在于持续不断的努力将已经拥有100多年历史沉淀的“电机”产品,通过使用更可靠的技术来优化电机本身的性能与结构,而电机本身的优化也只是“电机能效提升”中的一环,更多的努力还需要优化变频器的电机控制策略。目前台达一直在不断地投入和整合大量的研发资源将精力集中在极具潜力的“永磁同步磁阻电机”产品上,继而深耕更多的企业客户。

  “在市场推广过程中,我们能够充分理解用户关于成本方面的顾虑,但从投资回报看,能效升级所带来的收益更加明显。”李成刚指出,目前,台达将多个领域的研发资源投入到高能效永磁同步磁阻电机和控制方式上,并把二者整合成为“高能效传动系统”,其具有的现实意义是通过“整合”以降低系统能耗。

  传统的变频器与电机分离的产业模式,无法有效地达到“目标一致”的整合效果。比如在特定节能场景中,面临变频需要适应电机、电机设计特性需要微调等问题,根据以往的经验,都是通过企业客户为纽带,需要分别联系变频与电机厂家,而如果使用台达的“高能效传动系统”,则仅仅需要考虑此系统的效率,无需分开对比变频器与电机各自的能效,也无需考虑“高能效电机”与变频器的匹配问题。

  在高耗能企业遇到节能降耗的挑战之下,台达也能通过整合各行业、各设备的应用经验,为企业提供一个“高能效传动系统”的降耗方案,由企业主导选择产品方案,台达再根据方案内容逐步地推进,进而协助企业实施落地,以达到双方共赢。以针对二次供水需求为例,台达推出背负式水泵一体机MPD系列,承袭了台达产品智能化的发展理念,采用一体化整体设计,更融合驱动器、电机、PLC等功能,产品更加智能,符合变频恒压供水系统需求,推动供水技术进入高效、智能、便捷的新时代。

  台达背负式水泵一体机MPD系列顺应如今广泛应用的变频恒压供水系统需求,具备多泵冗余、流量估测、汽蚀及高低水压保护等智能化功能,以及高能效、低噪音、省电柜等优点,是台达落实智能制造、深悉用户需求的体现。尤其在能效上,MPD系列达到了系统能效的IES2等级,符合新的IEC 61800-9-2标准。配合IE5的台达同步磁阻电机,为恒压供水领域带来了更加智能、节能的成长契机。

  结语 2022年,各项环保、节能的趋势和政策都在紧锣密鼓地推进中,特别是高耗能制造企业积极响应节能减排号召,开展新一轮转型升级,从传统制造向智能制造过渡,企业生产对于工业设备的性能提出了更高要求。高效能电机的技术突破和应用推广,需要各大变频器与电机生产企业,共同协作、优势互补、不断创新来推动和落实。

  我们相信,随着全面节能降耗、绿色可持续发展的理念逐渐深入,变频器企业必将迎来一个发展的黄金时期。

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