0引言
目前,中國能源消耗占世界消耗總量的20%,溫室氣體排放居世界首位,節(jié)能減排刻不容緩,“十二五”規(guī)劃綱要中將節(jié)能減排放在首位。電機作為重要的工業(yè)能耗設(shè)備,廣泛應(yīng)用于流體機械領(lǐng)域,其產(chǎn)量的增長速度直接反映國民經(jīng)濟的增長速度。電機系統(tǒng)具有巨大的市場空間和節(jié)能潛力,電機系統(tǒng)節(jié)能工程已被列為“十二五”十大重點節(jié)能工程之一,是國家實施節(jié)能減排既定工作的重點關(guān)注領(lǐng)域。
1國內(nèi)電機應(yīng)用現(xiàn)狀
目前,中國生產(chǎn)和在用的電機以Y系列為主,占據(jù)了近90%以上的市場份額,效率平均值為87.3%左右,中國在用高效電機比例僅占3%。近年來,中國電機能效水平不斷提高,但總體水平仍然較低,從電機自身效率看,中國電機系統(tǒng)的運行效率比發(fā)達國家低3%~5%;從電機系統(tǒng)的運行效率看,因匹配不合理、調(diào)節(jié)方式落后等原因,中國電機系統(tǒng)運行效率僅為發(fā)達國家的80%~90%
普通電機的大量使用造成巨大用電浪費。若電機能效水平提高2%,可在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)節(jié)電200 x 108kW·h,相當(dāng)于1 x 104 MW裝機容量的火力發(fā)電廠的年發(fā)電量。因此,工業(yè)領(lǐng)域電機能效水平的提高,不僅直接關(guān)系到工業(yè)能耗水平,而且對社會整體用電效率具有很大影響。通過大力推廣高效電機,淘汰在用普通電機,對現(xiàn)有普通電機進行改造等方式能夠促進電機系統(tǒng)效率的提高,對節(jié)約電能意義非常重大。推廣使用高效電機既可節(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,進而提高中國整個裝備制造業(yè)的能效水平。
2高效節(jié)能電機的原理及效率分析
高效節(jié)能電機,是采用新型電機設(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。
提高電機的效率主要是降低電機的五種損耗,即定子繞組損耗、轉(zhuǎn)子繞組損耗、鐵心損耗、風(fēng)摩損耗和雜散損耗。因此,電機效率的提高主要從減少損耗入手,高效電機對降低5種損耗的主要措施有:
a)更換磁性槽楔,可使磁性槽楔氣隙密度分布趨于均勻,縮短有效氣隙長度,減少空載電流,改善功率因數(shù);
b)降低鐵心損耗,使用低損耗、高磁感的冷軋無取向電工鋼替代高損耗的熱軋電工鋼,損耗降低幅度能夠達到20%;
c)增加定子和轉(zhuǎn)子的有效材料用量,改進線圈結(jié)構(gòu),增加銅線截面,減少銅耗,提高制造精度,降低雜質(zhì)損耗;
d)降低機械損耗,通常包括通風(fēng)系統(tǒng)損耗及軸承摩擦損耗,隨著電機容量的增加,其在總損耗中比重也隨之增大通過改善通風(fēng)結(jié)構(gòu)、改進風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、減小風(fēng)扇尺寸等措施,損耗降低幅度能夠達到35%;
e)降低雜散損耗,包括雜散鐵損和雜散銅損,能耗量占總損耗的10%~15%。
與普通電機相比,高效節(jié)能電機的節(jié)能效果非常明顯,通常情況下效率可平均提高4%,總損耗比普通系列電機降低20%以上,節(jié)約電能15%電機的節(jié)能效果如圖1所示,隨著高效電機的運行時間越長,節(jié)電效果越明顯。
中國目前大批量生產(chǎn)的Y, Y2, Y3系列及J02系列三相異步電機為普通效率的電機產(chǎn)品;YE2, YX3系列為高效率三相異步電機產(chǎn)品,YE3系列等為超高效率產(chǎn)品,如表1所示
以某電機廠的Y系列普通電機、YE2系列高效電機、YE3系列超電機為例,詳細介紹其功率及各項技術(shù)數(shù),如表2所示,并分析其各類電機的效率。
由表2和圖2可看出,此電機廠的Y系列普通電機平均效率為89.2%, YE2系列高效電機平均效率可達91.2% , YE3系列超高效電機平均效率可達92.6%,高于國內(nèi)目前的平均水平。普通電機更換為超高效電機,效率可提高3.4%,運行時間越長,節(jié)能效果越好。
另外,高效電機的效率明顯比普通電機的效率高。電機額定功率越低,其效率提高的幅度越大;反之,電機額定功率越高,其效率提高幅度越小,主要原因是低功率電機損耗所占比例較高,所以額定功率越低的電機,更換為高效電機越好。
3高效節(jié)能電機的應(yīng)用
目前,首都航天機械公司動力供應(yīng)車間供冷工段低壓電機型號主要Y2系列,該工段主要廠房的供冷工作,目前有8臺電機,3臺Y-315M-4的電機,運行時2用1備,5臺Y-250M-4的電機,運行時4用1備,每年供冷時間為120 d,每天24 h,年耗電量達到120 x 104kW·h按照《工業(yè)和信息化部國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局關(guān)于組織實施電機能效提升計劃(2013年至2015)的通知》,該系列電機屬于普通淘汰電機。
針對上述問題,經(jīng)過調(diào)研、比較,對供冷工段原有電機進行一對一更換電機改造方桉如表3所示
超高效電機發(fā)展較為成熟,改造方便,運行穩(wěn)定可靠,完全適合長期運行的工況電機。安裝尺寸符合IEC標準,與原系列電機相同。
4應(yīng)用效果分析
4.1工程項目投資
工程項目總費用為16 x 104元,主要包括YE3-250M-4購置費用7x104元,YE3-315M-4購置費用9x104元,生產(chǎn)廠家負責(zé)安裝、調(diào)試。
4.2經(jīng)濟效益
4.2.1節(jié)電量理論計算
選用超高效電機比普通電機1 a的節(jié)電量、電費如式(1)所示:
式(1)和式(2)中,W表示年節(jié)電量,kW·h;T表示年運行時間,h;Pn表示電機額定功率,kW;F表示電機平均負載率,F(xiàn)≦1;ηL表示普通電機效率,%;ηH表示高效電機效率,%;Ce表示電機,元/(KW·h);MY表示年節(jié)電費,元。
根據(jù)電機的實際運行情況,經(jīng)計算,55 kW電機每年可節(jié)電14 466 kW·h , 132 kW電機每年可節(jié)電17 863 kW·h,改造項目每年可節(jié)省總電量32 392kW·h。首都航天機械公司現(xiàn)用電價為1.47元//(kW·h) ,經(jīng)計算年節(jié)電費為47 523元,結(jié)合國家的財政補貼政策及原電機折舊費,可使投資回收期控制在3a以內(nèi)。
4.2.2年耗電量的實際數(shù)據(jù)對比
根據(jù)改造前后的實際耗電量,每年可節(jié)省電量30780 kW·h.其數(shù)據(jù)如表4所示
通過對改造后理論耗電量和實際耗電量的對比可知,兩種計算方法的節(jié)電價值大體相當(dāng),超高效電機可提高效率2.6%左右,達到了節(jié)約能源的目的。
5結(jié)語
推廣使用高效電機對于中國當(dāng)前的節(jié)能減排具有重要意義。通過對普通電機進行改造,能夠有效地降低能源消耗,提高能源利用效率,有利于改善環(huán)境,這對于貫徹節(jié)能減排國策,減少企業(yè)經(jīng)營成本,提高企業(yè)經(jīng)濟效益具有重要意義
作者:李超 來源:《能源與節(jié)能》第112期
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