電機(jī)節(jié)能改造的誤區(qū) - 專訪西安西瑪電機(jī)有限公司技術(shù)中心主任張邦寧

我國于2020年9月明確2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和目標(biāo)，未來三十五年實(shí)現(xiàn)凈零排放任務(wù)艱巨。在這一背景下，工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能降耗成為關(guān)鍵抓手，而電機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)的核心動(dòng)力設(shè)備，其能效水平直接關(guān)乎生產(chǎn)效率與能源消耗。此外，我國在2024年3月出臺(tái)了《推動(dòng)大規(guī)模設(shè)備更新和消費(fèi)品以舊換新行動(dòng)方案》，要求聚焦鋼鐵、有色、石化、化工、建材、電力、機(jī)械、航空、船舶、輕紡、電子等重點(diǎn)行業(yè)，大力推動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備、用能設(shè)備、發(fā)輸配電設(shè)備等更新和技術(shù)改造，為電機(jī)的節(jié)能改造提供了政策支持。

電機(jī)是工業(yè)核心動(dòng)力設(shè)備，其耗電量占全社會(huì)用電量的70%、工業(yè)用電量的75%。工業(yè)領(lǐng)域的電機(jī)用電量有75%用于驅(qū)動(dòng)泵、風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)等設(shè)備，能效提升潛力巨大。但不少企業(yè)在節(jié)能改造中存在誤區(qū)，認(rèn)為僅更換高效電機(jī)就必然節(jié)能降碳，卻忽視了電機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性，實(shí)則需綜合電機(jī)效率、功率因數(shù)、“電機(jī) + 設(shè)備 + 控制系統(tǒng)”運(yùn)行模式及負(fù)載特性等多方面設(shè)計(jì)評(píng)估。

為厘清問題，特邀請(qǐng)西安西瑪電機(jī)有限公司技術(shù)中心主任、技術(shù)部技術(shù)管理室主任張邦寧探討改造誤區(qū)與對(duì)策。西瑪電機(jī)深度參與國家 Y 、Y2、Y3、YX3 、YE2等交流電機(jī)到Y(jié)E3、YE4、YE5 系列高效電機(jī)、YVFE3-YVFE5變頻調(diào)速電機(jī)；Y、YKK、YKS系列高壓電機(jī)到Y(jié)X、YXKK系列高效高壓電機(jī)及永磁同步電機(jī)等電機(jī)產(chǎn)品國家統(tǒng)一設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)制修訂，可為高耗能企業(yè)節(jié)能改造提供專用電機(jī)及系統(tǒng)解決方案。


現(xiàn)任西安西瑪電機(jī)有限公司技術(shù)中心主任、技術(shù)部技術(shù)管理室主任，中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員、陜西省機(jī)械工程學(xué)會(huì)理事、陜西機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接分會(huì)理事、陜西機(jī)械工程學(xué)會(huì)數(shù)控自動(dòng)化分會(huì)理事、陜西省創(chuàng)新方法研究會(huì)副秘書長、陜西省創(chuàng)新方法專家。

高耗能企業(yè)電機(jī)節(jié)能改造的常見誤區(qū)

高耗能企業(yè)在電機(jī)節(jié)能改造中，常因?qū)夹g(shù)原理、系統(tǒng)特性的認(rèn)知偏差陷入誤區(qū)，主要集中在以下三方面：

（一）電機(jī)與負(fù)載不匹配

許多企業(yè)存在“換高效電機(jī)即節(jié)能”的認(rèn)知誤區(qū)，認(rèn)為高效電機(jī)效率高，更換后電費(fèi)自然下降。但電機(jī)系統(tǒng)是復(fù)雜整體，電機(jī)僅是其中一環(huán)，若電機(jī)與負(fù)載不匹配（如“大馬拉小車”或“小馬拉大車”），高效電機(jī)的節(jié)能優(yōu)勢無法發(fā)揮。
例如，某企業(yè)為一臺(tái)負(fù)載率僅30%的水泵更換了一級(jí)能效電機(jī)，但因電機(jī)功率遠(yuǎn)超實(shí)際需求，長期在低負(fù)載狀態(tài)運(yùn)行。高效電機(jī)的設(shè)計(jì)高效區(qū)間多在 70%-100%負(fù)載率，低負(fù)載下其效率反而低于適配的普通電機(jī)，最終導(dǎo)致能耗未降反升。這種“重電機(jī)本體、輕系統(tǒng)匹配”的做法，使得高效電機(jī)淪為“擺設(shè)”。

（二）過度依賴變頻技術(shù)

變頻技術(shù)因能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，在節(jié)能領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但若盲目使用，反而會(huì)增加能耗。部分企業(yè)認(rèn)為“只要裝變頻器，就能節(jié)能”，卻忽視了設(shè)備的運(yùn)行特性。
對(duì)于負(fù)載穩(wěn)定、無需頻繁調(diào)速的設(shè)備（如恒定流量的化工反應(yīng)釜攪拌電機(jī)），加裝變頻器后，變頻器自身的能耗（約為電機(jī)功率的 3%-5%）會(huì)直接增加系統(tǒng)總能耗；同時(shí)，變頻器與電機(jī)的兼容性問題可能導(dǎo)致諧波干擾，影響設(shè)備壽命。此外，變頻系統(tǒng)的前期投資較高，若節(jié)能效果不明顯，企業(yè)的投資回報(bào)率會(huì)大幅降低。

（三）對(duì)節(jié)能改造的成本認(rèn)知模糊

不少企業(yè)過度關(guān)注前期投資成本，認(rèn)為“節(jié)能改造是額外負(fù)擔(dān)”，傾向選擇低價(jià)低質(zhì)產(chǎn)品，卻忽視了長期運(yùn)營成本。某紡織企業(yè)為降低初期投入，選用了價(jià)格低廉的低效變頻電機(jī)，雖初期節(jié)省了10%的采購費(fèi)用，但運(yùn)行中電機(jī)效率比標(biāo)準(zhǔn)值低5%，且故障率高。按其24小時(shí)運(yùn)行的工況計(jì)算，每年多支出電費(fèi)約8萬元，三年的額外電費(fèi)已遠(yuǎn)超初期節(jié)省的成本，還因停機(jī)維修損失了生產(chǎn)效益。這種“撿芝麻丟西瓜”的做法，與節(jié)能改造的長期目標(biāo)背道而馳。

針對(duì)常見誤區(qū)的應(yīng)對(duì)策略

（一）解決電機(jī)與負(fù)載匹配問題

企業(yè)需在改造前對(duì)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行全面評(píng)估，具體可通過三步實(shí)現(xiàn)：
1、數(shù)據(jù)采集：聯(lián)合專業(yè)團(tuán)隊(duì)或節(jié)能服務(wù)公司，測試電機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率、電流、電壓等參數(shù)，記錄負(fù)載變化規(guī)律（如晝夜波動(dòng)、季節(jié)差異）；
2、精準(zhǔn)選型：根據(jù)負(fù)載特性選擇適配的電機(jī)。例如，對(duì)負(fù)載率長期穩(wěn)定在 80% 左右的設(shè)備，選用額定功率略高于負(fù)載的高效電機(jī)；對(duì)負(fù)載波動(dòng)大的設(shè)備，優(yōu)先考慮變頻調(diào)速電機(jī)；
3、系統(tǒng)優(yōu)化：結(jié)合傳動(dòng)裝置（如減速器、聯(lián)軸器）的效率，優(yōu)化電機(jī)與設(shè)備的連接方式，減少傳動(dòng)損耗。若企業(yè)技術(shù)能力不足，可委托電機(jī)制造商或第三方機(jī)構(gòu)制定改造方案，確保系統(tǒng)整體高效。

（二）科學(xué)應(yīng)用變頻技術(shù)

企業(yè)在決定是否采用變頻技術(shù)時(shí)，需做好“三評(píng)估”：
1、工況評(píng)估：分析設(shè)備是否需要調(diào)速（如風(fēng)機(jī)是否需根據(jù)室溫調(diào)節(jié)風(fēng)量）、調(diào)速范圍（轉(zhuǎn)速變化區(qū)間）及頻率（每天調(diào)速次數(shù)），僅對(duì)需動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的設(shè)備使用變頻技術(shù)；
2、經(jīng)濟(jì)性評(píng)估：計(jì)算變頻系統(tǒng)的投資回收期（投資回收期 = 初期投資 ÷ 年節(jié)能收益），若回收期超過設(shè)備預(yù)期壽命，則不建議采用；
3、兼容性評(píng)估：選擇與電機(jī)匹配的變頻器（如防爆場合需用防爆變頻器），并加裝濾波裝置減少諧波干擾，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

（三）建立全生命周期成本理念

企業(yè)應(yīng)從“短期投入”轉(zhuǎn)向“長期收益”視角，具體可從三方面著手：
全成本核算：計(jì)算設(shè)備全生命周期的總費(fèi)用（采購成本 + 運(yùn)行電費(fèi) + 維護(hù)費(fèi) + 殘值），而非僅看采購價(jià)。以400kW 高壓電機(jī)為例，一級(jí)能效（YE5）較三級(jí)能效（YE3）采購成本高4%，但效率高1.51%，按年運(yùn)行8000小時(shí)、電費(fèi)0.6元 /度計(jì)算，每年可省電費(fèi)約400×1.51%×8000×0.6=2.9萬元，兩年即可收回差價(jià)；
1、收益量化：除電費(fèi)節(jié)省外，還需計(jì)算設(shè)備效率提升帶來的生產(chǎn)增益（如電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定使產(chǎn)品合格率提高）、維護(hù)成本降低（高效電機(jī)故障率低，維修頻次減少）等隱性收益；
2、第三方驗(yàn)證：委托專業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)不同方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)估，避免因信息不對(duì)稱導(dǎo)致決策偏差。

容易被忽視的誤區(qū)及應(yīng)對(duì)

缺乏效果監(jiān)測機(jī)制

部分企業(yè)在改造后未建立能耗監(jiān)測機(jī)制，導(dǎo)致“改后不管”，無法驗(yàn)證節(jié)能效果。例如，某化工企業(yè)更換高效電機(jī)后，因管道堵塞導(dǎo)致負(fù)載增加，電機(jī)效率下降，但未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，6 個(gè)月后才因電費(fèi)激增排查出問題，已多耗電費(fèi)12萬元。
應(yīng)對(duì)這一問題需構(gòu)建“監(jiān)測 - 評(píng)估 - 優(yōu)化”閉環(huán)：
1、建立監(jiān)測系統(tǒng)：安裝智能電表、傳感器，實(shí)時(shí)采集電機(jī)能耗數(shù)據(jù)，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；
2、定期評(píng)估：每月對(duì)比改造前后的能耗數(shù)據(jù)，計(jì)算節(jié)能率【節(jié)能率 =（改造前能耗 - 改造后能耗）÷ 改造前能耗 ×100%】，若節(jié)能率低于預(yù)期，及時(shí)排查原因；
3、動(dòng)態(tài)優(yōu)化：根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整設(shè)備參數(shù)（如變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定），定期維護(hù)（如清理風(fēng)機(jī)葉輪積灰），確保系統(tǒng)長期高效運(yùn)行；
4、第三方評(píng)估：每1-2年委托第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能效果核驗(yàn)，保證數(shù)據(jù)客觀準(zhǔn)確。

節(jié)能改造下的高效電機(jī)技術(shù)趨勢與發(fā)展

我國電機(jī)節(jié)能形勢嚴(yán)峻，提高電機(jī)能效是實(shí)現(xiàn)電機(jī)節(jié)能的必由之路。在高效電機(jī)的開發(fā)中，使用鑄銅轉(zhuǎn)子是提高電機(jī)效率的有效方法，也是行業(yè)發(fā)展的趨勢，銅轉(zhuǎn)子電機(jī)是實(shí)現(xiàn)IE5一級(jí)能效的關(guān)鍵技術(shù)，其發(fā)展歷程與優(yōu)勢如下：

（一）技術(shù)突破歷程

2017年，國內(nèi)首次在 YE4 鑄銅轉(zhuǎn)子系列電機(jī)研發(fā)中采用鑄銅轉(zhuǎn)子方案技術(shù)，但受限于工藝，僅能生產(chǎn) H132 以下的小規(guī)格產(chǎn)品，且成本高、推廣難；2018年，國內(nèi)企業(yè)突破批量生產(chǎn)技術(shù)，銅轉(zhuǎn)子電機(jī)開始商業(yè)化應(yīng)用；2022年，H355大規(guī)格鑄銅轉(zhuǎn)子研制成功，填補(bǔ)國內(nèi)空白，隨后無缺陷鑄銅轉(zhuǎn)子、大長徑比鑄銅轉(zhuǎn)子等技術(shù)突破，徹底解決了行業(yè)難題。

（二）核心優(yōu)勢

1、效率提升：銅的導(dǎo)電率是鋁的 1.6 倍，鑄銅轉(zhuǎn)子可降低轉(zhuǎn)子損耗15%-20%，使電機(jī)整體效率提升2%-5%，輕松達(dá)到IE5標(biāo)準(zhǔn)；
2、適應(yīng)復(fù)雜工況：銅的耐熱性優(yōu)于鋁，可在高溫（150℃以上）、過載（120%負(fù)載）、頻繁啟動(dòng)等嚴(yán)酷環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，適用于冶金、礦山等行業(yè)；
3、啟動(dòng)性能優(yōu)異：在相同啟動(dòng)電流下，鑄銅轉(zhuǎn)子電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩比鋁轉(zhuǎn)子高10%-15%，適合起重、電梯等需大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的設(shè)備；
4、高速穩(wěn)定性：銅的機(jī)械強(qiáng)度高，可承受3.6萬轉(zhuǎn)/分鐘的高轉(zhuǎn)速，適用于高速主軸電機(jī)等精密設(shè)備。

目前，銅轉(zhuǎn)子電機(jī)已在新能源汽車、高端制造等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，隨著工藝成熟，其成本與鋁轉(zhuǎn)子電機(jī)的差距正逐步縮小，成為高效節(jié)能改造的優(yōu)選方案。西瑪電機(jī)是節(jié)能改造的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，參與研發(fā)的YE5銅轉(zhuǎn)子超高效節(jié)能電機(jī)，在節(jié)能改造領(lǐng)域取得了顯著優(yōu)勢。

結(jié)語

高耗能企業(yè)的電機(jī)節(jié)能改造并非“換個(gè)電機(jī)就行”，而是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需擺脫對(duì)單一技術(shù)的依賴，從匹配性、經(jīng)濟(jì)性、長效性多維度統(tǒng)籌規(guī)劃。通過科學(xué)評(píng)估、精準(zhǔn)選型、動(dòng)態(tài)監(jiān)測，才能實(shí)現(xiàn)“真節(jié)能、降成本、促減排”的目標(biāo)。

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