中国工业电机系统节能现状与展望

1、电机及系统节能的重要意义

电机及其系统广泛应用于我国能源、化工、冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用设施、家用电器以及电力拖动等多个行业和领域，是我国工业基础的基础（如图1）。据统计测算,我国电机保有量约19亿kW，总耗电量约3.8万亿kWh，占全社会总用电量的64%，其中工业领域电机总用电量为2.9万亿kWh，约占工业用电的75%，是名副其实的“用电大户”。另据统计，我国中小型电机行业企业约有2 000家左右，其中300家为行业骨干企业，从业人数在30万人以上。

电机巨大的保有量和规模庞大的产业市场，充分表明了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”及“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焦点问题，而中小型电机系统本身占能源消耗比例高，节能潜力巨大，已经成为世界各国政府和国际组织的共识。

2、工业领域中电机节能的主要类型

电机是依据电磁感应定律而制造出的机械，主要用于实现电能和机械能之间的相互转换。根据电能和机械能之间转换的过程，电机可分为发电机和电动机2类：发电机是由机械能转化为电能，向电网或用电设备输送电能；而电动机则是由电能转化为机械能，向机械系统输出动力。发电机系统多由大型同步发电机构成，单台功率大，总体数量少；小型同步发电机则多用于应急电源或分布式能源系统中，其比例较小。

而交流电动机则由于应用范围广、产能大而成为电机及系统节能面对的关键目标。交流电动机有很多种类型，行业内一般按中心高和功率大小以及电机的主要应用场所，划分为大型、中小型、分马力和微特电机4类（见图2）：功率超过4 000 kW以上一般称为大型电机（以6 kV、10 kV等电压等级的高压交流异步电动机和同步电动机为主），主要用于工业领域中的超大型装备驱动，单台功率大，总体数量少。

功率小于0.75 kW 以下的电机中，一种是基本以单相供电方式为主、一般适用于家电设备的分马力电机，一种是功率更小的、适用于精密机械控制（如：电动工具）的微特电机，其特点是数量多，但总体功率较小。

功率范围在0.75 kW 至3 550 kW 的电机中，主要是用于工业驱动的中小型交流低压、交流高压异步电动机（中型与小型的分界线随时代和产品升级的变化一直在调整，目前一般以355 kW为分界），其特点是覆盖面广，数量多；总体功率巨大。另据测算，在交流电动机产能中，普通交流三相异步电动机所占比例最高，为87%，单相异步电动机占4%，同步电动机占5%，交直流两用电动机占4%。

而交流三相异步电动机又分笼型和绕线型转子2种，但其中绕线型转子交流三相异步电动机的使用范围和应用场所较笼型交流三相异步电动机少得多，因此国内电机行业的主要产能和应用均集中在中小型三相交流笼型异步电动机中。因此，在中国工业领域推进电机系统节能主要针对的是中小型交流电动机及其拖动系统。

3 电机产业现状和推进系统节能中存在的问题

1、电机产业的现状

中国电机工业的发展已逾百年历程，已经形成比较完整的产业体系，产品的品种、规格、性能和产量都已基本满足我国国民经济的发展需要。2001—2013年期间，我国交流电动机总产量从6 263.3 万kW/年提高到27 914.6 万kW/年，年复合增长率为13.26%。2014年，全国交流电动机累计总产量30 134.40 万kW，与2013 年同期相比，同比增长4.43%。我国已经成为世界上最大的电动机生产、使用和出口大国。

2、存在的问题

近年来，电机产业在研发平台建设、能效标准体系建设以及智能装备建设等方面做出了巨大的努力，但是与国外先进水平相比，我国的电机产业除了在设计的精细化、制造的智能化、质量的一致性等方面还存在一定的差距以外，电机及系统在实际应用中还存在不足。

3、高效节能电机的市场占有率较低，而系统的运行效率更低

根据国家惠民工程实施情况的统计，经过努力，我国高效电动机的市场占有率已经从原来不足5%提高到25%左右，但是还应看到，70%以上的电机产品效率仍然比国外先进水平低2%～5%，高效电动机的市场占有率总体还比较低。而在实际运行中，由于系统匹配不合理、设备长期低负荷运行、系统调节方式落后等原因，导致电机系统的实际运行效率比国外先进水平低10%～20%，差距更大。

4、电机生产和使用者中欠缺节能意识

系列化标准化制造的电机产品在工业体系设备需求中可视作标准零件，这就导致电机生产企业的服务对象往往是配套机械制造企业，如：风机厂、水泵厂、压缩机厂或减速机厂，电机生产企

交流电动机的功率范围及应用领域划分

业往往并不掌握电机的最终用途和使用情况，导致电机生产企业和配套机械制造企业缺乏推进电机系统节能意识，在经济上也缺乏推进的主观动力。而在工业企业运行体系中，电机的最终用户对电机的运行管理普遍比较粗放，企业把节能工作的重点放在煤、天然气、油等一次能源上，普遍不了解、不掌握电机是工业企业运行中最大的电能消耗者这一基本事实，导致设备管理者普遍欠缺电机系统节能意识，同时也缺乏相关的知识与技术。

5、电机节能技术复杂，缺乏统一的技术规范

工业领域中电机系统的节能潜力是最大的，但由于涉及到各种不同行业、各种复杂多样的工况、各种不同的负载特性以及千差万别的工艺过程，导致电机系统节能是一个综合考虑电机本体、拖动设备、控制电动机的装置、管网系统以及各子系统、部件间最佳或较佳匹配等多种因素的复杂的系统节能工程。

而目前普遍缺乏针对不同工况条件下电机系统的节能解决方案，普遍存在“电机系统节能就是更换高效电机”这一常见误区，缺乏在何种条件下适合采用何种电机系统节能技术等统一的技术规范，这是导致电机系统的实际运行效率较低的深层次原因。