引言：

從歐盟到中國，高效節(jié)能電機的工業(yè)應(yīng)用正在掀起一波浪潮。對用戶而

言，高效電機僅僅意味著遵從政府的能效等級要求嗎？什么樣的高效電

機又值得我們?nèi)リP(guān)注？

作者： 杜斌 西門子（中國）有限公司
 

高效電機在行動


西門子高效電機
 

如果你是一家設(shè)備制造商，想在歐洲市場購買普通的IE1電機，可能現(xiàn)在已經(jīng)辦不到了：因為從2011年6月16日開始，歐盟規(guī)定只有符合國際能效等級2（IE2）或更高能效等級的高效電機才能在歐洲市場銷售。或許你只是在中國生產(chǎn)和銷售，那么2011年7月1日開始正式實施的GB18613-2006同樣開始適用于你：針對中小型三相交流電機，提出了強制性能效標(biāo)準(zhǔn)——只有符合中國國家能效等級2級的電機才允許在市場上銷售。

遵從法規(guī)， 倡導(dǎo)節(jié)能， 一切似乎水到渠成。那么業(yè)界對于高效電機的疑惑又來自于哪里？高效電機帶來的價值又在哪里？

應(yīng)對能耗尖峰從上世紀(jì)90年代始，美國開始啟動電機改進計劃。近年來，歐盟、澳大利亞、加拿大等普遍趨向加速各類電動機的更新?lián)Q代，革新電動機的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將帶有信息處理和控制功能的裝置與電動機集成一體，成為機電一體化產(chǎn)品，“電動機日益向高性能、高精度、大容量、小型化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。”

在政府法規(guī)方面，歐盟上述強制性規(guī)定措施的依據(jù)為歐盟關(guān)于低壓三相異步電機的新法規(guī)，它規(guī)定了輸出為0.75 kW至375 kW的異步三相電機的最低能效要求。該條法規(guī)旨在限制歐洲工業(yè)電動機的能耗，以改善氣候保護、提高資源效率。

此行動具有巨大潛力，因為從全球角度來看，異步電機的使用率要高于任何其他電動機。使用范圍包括通風(fēng)設(shè)備、泵、壓縮機、軋機和碾壓機，覆蓋化工業(yè)、機械加工、印刷車間、原料處理技術(shù)和造船業(yè)等行業(yè)。低壓電機的全球市場容量每年達近60億歐元。單在歐洲，其銷售量就達數(shù)百萬。

在中國, 據(jù)統(tǒng)計，2010年全國電機年耗電約為2萬億千瓦時，占全國用電總量的60%和工業(yè)用電量的80%。為配合“十二五”規(guī)劃單位GDP能耗下降16%的目標(biāo)，中國進一步加強對高效電機應(yīng)用的大力推廣，并提出電機平均能耗下降2 0 ％ - 3 0 ％ 的目標(biāo)。早在2006年12月，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會發(fā)布了強制性標(biāo)準(zhǔn)《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》，規(guī)定低于三級能效的電機

禁售， 并設(shè)定四年過渡期， 2 0 1 1 年7 月1 日以后， 將禁售三級能效電機， 這意味著2012年以后高效節(jié)能電機將全面取代傳統(tǒng)高能耗電機。推廣使用高效電機既可直接節(jié)約大量電能，還可帶動壓縮機、水泵、風(fēng)機等設(shè)備提高能效水平，進而提高整個裝備制造業(yè)的能效水平。

早在2 0 世紀(jì)9 0 年代初， 美國電機制造商協(xié)會( N E M A ) 就制訂了電機效率標(biāo)準(zhǔn)( N E M A 1 2 - 1 0等級/ N E M A 1 2 - 1 1 等級/ 超高效N E M A 1 2 - 1 2 （ N E M APremium）)，其中超高效的NEMA Premium級電機比NEMA 12-10等級效率提高了1~3個百分點、損耗平均下降了20%左右，而且美國于1992年10月就頒布了EPACT能源政策法令，該法令實質(zhì)上強制規(guī)定了電動機的效率必須達到NEMA12-10所規(guī)定的最低效率值。

歐洲方面，1999年，歐盟委員會交通能源局(EU-DGTE)與歐洲電機和電力電子制造商協(xié)會(CEMEP)就電動機分級計劃達成CEMEP協(xié)議，對電動機的效率水平進行了分級（Eff3低效等級/Eff2一般等級/Eff1高效等級）全球范圍來看，目前高效電機的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在基本做到全球統(tǒng)一的IEC標(biāo)準(zhǔn)，等級分為IE1標(biāo)準(zhǔn)等級/IE2高效等級/IE3超高效等級。

中國制定的能效標(biāo)準(zhǔn)更接近歐洲標(biāo)準(zhǔn)，即IEC規(guī)定的IE1標(biāo)準(zhǔn)效率值相當(dāng)于歐盟Eff2和中國目前的3級能效標(biāo)準(zhǔn)。而IEC的IE2高效效率相當(dāng)于歐盟Eff1和中國的2級能效標(biāo)準(zhǔn)。至于最低能效強制性標(biāo)準(zhǔn)（MEPS），目前世界上已制定電動機強制性能效標(biāo)準(zhǔn)的國家和地區(qū)有澳大利亞、新西蘭、加拿大、巴西、美國、墨西哥，以及歐盟MEPS最低強制能效

標(biāo)準(zhǔn)。

這些標(biāo)準(zhǔn)似乎是為工業(yè)低壓電機量身定做的。“電力驅(qū)動系統(tǒng)注定要受生態(tài)設(shè)計規(guī)范的限制，”負責(zé)歐洲委員會立法的政策官員Ismo Groenroos-Saikkala說，“對于生產(chǎn)過程中使用電動機的工業(yè)業(yè)務(wù)，電動機消耗了大部分的電力。在成員國中，驅(qū)動系統(tǒng)消耗的能量約占全部工業(yè)能耗的70%，”他同時表示，“這些驅(qū)動系統(tǒng)的能效在成本效益上可提高20-30%。使用高能效電機是最重要的手段之一。”

高效電機由于采用了新型電機設(shè)計、新工藝及新材料，通過降低電磁能、熱能和機械能的損耗，提高輸出效率。與標(biāo)準(zhǔn)電機相比，使用高效電機的節(jié)能效果非常明顯，通常情況下效率可平均提高4%。

根據(jù)國內(nèi)外的調(diào)查，工業(yè)領(lǐng)域的電機年平均運行時間約在3000 h左右，但在石油、化工、造紙、冶金和電力等行業(yè)，電機往往需24 h/天運轉(zhuǎn)，年運行時間往往超過6000 h。對于這些運行時間長、負荷較高的場合，如采用超高效率電機將會對能源節(jié)約帶來更顯著的效果。其實，高效電機的優(yōu)點還不僅僅是節(jié)能，還有降低長期運行成本，提高品質(zhì)，適合紡織、風(fēng)機、水泵、壓縮機使用，靠節(jié)電一年可收回電機購置成本。在專業(yè)人士看來，高效電機通過直接啟動、或用變頻器調(diào)速，可全面更換異步電機；電機功率因數(shù)接近1，提高電網(wǎng)品質(zhì)因數(shù)，無需加功率因數(shù)補償器 ；電機電流小，節(jié)約輸配電容量、延長了系統(tǒng)整體運行壽命等等，都是潛在的效益。以55kW電機為例，高效電機比一般電機損耗降低15℅，電費每度按0.5元計算，使用節(jié)能電機一年內(nèi)靠節(jié)電可收回更換電機的費用。

最初， 業(yè)界由于相關(guān)購置成本問題而有些猶豫。事實上，一次性投資成本的高企令不少用戶望而卻步，但是現(xiàn)在，越來越多的最終用戶和設(shè)備制造商已開始得以“解惑”——原因是：采用高效電機不但遵從了政府法規(guī)和節(jié)能大勢，同樣由于節(jié)

約了能源成本，新電機高出原先較便宜電機的額外購置成本，將在兩年之內(nèi)收回。

西門子工業(yè)驅(qū)動技術(shù)集團低壓電機業(yè)務(wù)區(qū)負責(zé)人Joerg Hassmann認為：“一臺驅(qū)動裝置的能源成本可占其使用生命周期成本的9 5 % 。在使用過程中，IE2電機的能效比IE1電機高2至7個百分點，即使其購置成本可能比舊型號要高，也能夠更快地回收成本。如果該型號電機分兩班運行，因為節(jié)約了能源成本，購置成本則可以在一至兩年內(nèi)收回。”

盡管IE2電機可以為公司和環(huán)境帶來雙贏機會，但購買這些新電機的步履卻不

輕松。一方面，它需要額外的資本。另一方面，作投資決定時通常不會考慮總體擁有成本（TCO）和生命周期成本——這也是中國市場面臨的問題。一般來說，電機銷售面向三類客戶：即終端用戶、代理商和設(shè)備配套商，其中直接或間接銷售給設(shè)備配套商占80%。由此可見，電機產(chǎn)品能否最終被市場接受，機械設(shè)備配套商的態(tài)度最為關(guān)鍵。那么，設(shè)備制造商在最初設(shè)計時為什么不考慮高效電機？答案很簡單：一來用戶沒提出高效要求；二來高效電機的高成本(高效電機由于原材料使用較多，成本要比普

通電機高出20%)，也決定了其高價格。隨著法規(guī)的完善，來自用戶的高效要求很快就會來到，而說服用戶接受高效電機的投資成本，需要的除了溝通，還有技術(shù)本身的進一步發(fā)展以降低制造成本。

為滿足中國市場巨大的節(jié)能需求，西門子于2011年10月31日發(fā)布了一款面向中國中端市場的高效節(jié)能電機Simotics GP 1LE0。

這是西門子首次專門為滿足中國和亞洲市場的需要，由中德兩國研發(fā)人員聯(lián)合開發(fā)、并在中國本地生產(chǎn)的高效電機。

Simotics GP 1LE0是一款三相異步電機。與普通的標(biāo)準(zhǔn)電機相比，該電機的使用效率可高出10個百分點，并可以保證最多減少40%的能源損耗。獨特的設(shè)計可以使之與變頻器結(jié)合使用，這樣可以使系統(tǒng)最高降低70%的能耗。這種高效電機可滿足中國的國家能效等級2級的要求，而且還符合IE2標(biāo)準(zhǔn)。此款電機可以被廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、水處理、輕工、機床、食品、造紙、冶金等行業(yè)。