北京推广使用高效电动机的研究

陶 毅

（北京节能环保中心，北京 100029）

电动机是实现能源形式转换的重要基础性通用设备，同时也是能源消耗较大的电器设备。有资料显示，我国电动机作为各种机械设备的动力源，其系统容量约7亿kW，年用电量约占全国总用电量的60%，达到2万亿kWh左右，每年新增容量达到1.5亿kW，但高效电动机市场份额不到3%，电动机拖动系统整体运行效率比发达国家低20%左右。其中风机、泵类、压缩机和空调制冷机的用电量分别占全国用电量的10.4%、20.9%、9.4%和6%。我国80%以上的电动机产品效率比国外先进水平低2～5个百分点。虽然国产高效电动机与国外先进水平相当，但价格高、市场占有率低；电动机传动调速及系统控制技术差距较大。

电动机系统存在的主要问题是：电动机及被拖动设备效率低，电动机、风机、泵等设备陈旧落后，效率比国外先进水平低2～5个百分点；系统匹配不合理，“大马拉小车”现象严重，设备长期低负荷运行；系统调节方式落后，大部分风机、泵类采用机械节流方式调节，效率比调速方式约低30%。

推广应用高效电动机是提高电能利用效率的重要措施，国家发展和改革委员会在《中长期节能专项规划》中将电动机系统节能列入十大重点工程之一。2006年7月发布的《“十一五”十大重点节能工程实施意见》中指出：“电动机系统量大面广，节电潜力巨大。”。因此，积极开展高效电动机推广工作，对于促进全社会节能减排具有重要意义。

北京市自2006年到2009年连续4年完成单位GDP能耗下降4%以上的指标，这一目标的实现主要是产业结构的调整、推进产业结构轻型化结果。但必须看到，节能降耗再依靠结构调整没有更多余地，在继续推进产业结构调整的同时，必须向科技节能、管理节能的深层次发展，走内涵促降的节能道路。为此，北京市发展和改革委员会在《北京市2008年节能节水减排技术推广计划》及《加快发展循环经济建设资源节约型环境友好型城市2008年行动计划》中均明确提出了“重点推进电动机等用能设备更新改造”的要求。因此，调研全市电动机应用现状，分析电动机设备节能潜力，探索推广使用高效电动机对促进节能减排，培育新兴产业具有重要的作用。

1 北京市电动机应用现状

2007年北京节能环保中心完成了对北京市重点耗能企业电动机使用情况的调查项目。从调查中发现，目前全市企业大部分使用Y系列普通三相异步电动机，部分老设备还在使用J系列电动机，企业拥有电动机少的几十台，多的近万台，由于电动机能源损耗大，因此存在较严重的电能浪费现象。主要存在问题如下。

1.1 北京市工业用电仍占全市用电量较大比重

北京市虽然对产业结构进行了调整，但工业用能仍在全市能源消费总量中占有较大比重。电动机作为关键性的动力设备，普遍应用于工业生产。据统计，2007年北京市工业用电量234.08亿kWh，占全社会电力终端消费628.24亿kWh的37.2%（据2008年《北京市统计年鉴》）。全市工业用电还存在较大的节能空间。

1.2 电动机耗电占工业耗电量的比重较大

据统计，北京市电动机总容量约为600万kW，电动机作为各种机械设备的动力源，其用电量约占全市工业用电总量的70%左右。电动机是电能转换为机械能的基本方式，除工业企业外，大型建筑及市政设施等对电动机的使用也极为广泛，其用电占行业及单位总用电量的比重也较高。

1.3 高耗能电动机在用现象较为严重

目前北京市大部分企业仍在使用损耗大、效率低的超役龄老设备。据测算，仍在使用的国家明令淘汰的电动机容量约占全市电动机总容量的9%左右。为了解北京市电动机耗电现状，2008年3月，北京市发展改革委组织开展了全市重点用能单位使用国家明令淘汰用能设备情况专项检查，检查范围包括年综合能源消费量5000 tce以上重点用能单位431家。检查结果显示：全市有166家重点用能单位使用淘汰电动机2896台，容量12.5万kW。

2 北京市推广使用高效电动机条件已经成熟

2.1 具备条件

目前北京市已具备推广使用高效电动机的各项条件。第一，从电动机使用企业角度看，现在使用的电动机多已进入更新期，可利用这个机会，将低效的、老化的普通电动机更新为达到国家节能标准的高效电动机。第二，从电动机生产企业角度看，国内已有多家企业生产高效节能电动机，北京市已具有批量生产能力，可年产300万kW优质高效电动机。第三，从更换成本角度看，更换高效电动机的投资可在2年内基本收回。详见表1。

表1 11kW4极电动机总费用计算对比表 元

2.2 淘汰高耗能电动机的依据

2.2.1 国家公布的淘汰电动机产品目录

国家已先后公布17批淘汰产品目录，其中规定J系列电动机在1985年停止使用。（注：Y系列与J系列电动机二者效率只差0.5%，而淘汰J系列电动机的理由有：与Y系列比效率低0.5%；机座和容量的对应关系不符合国际标准；温升高；过载能力小；功率因数低；技术性能差；堵转转矩低；能耗高等。）

2.2.2 国家公布的强制性能效标准

我国已于2002年初颁布了国家强制性标准GB 18613—2002《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值》的电动机能效标准，并于2006年进行了修订，改为国家强制性标准GB 18613—2006《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》。该标准中确定：达到能效三级指标的为普通电动机；达到能效二级指标的为节能电动机，即高效电动机；达到能效一级指标的为超高效电动机。

3 国外高效电动机研发与应用情况

发达国家高效电动机研发应用一直处于领先地位。20世纪70～80年代石油危机出现后，各国均把节能降耗提到国家战略的高度。发达国家尤其以美国为代表，率先提出高效电动机的想法，GE等8家大公司首先开展研制高效电动机的工作。随后几年，美欧等主要发达国家均制定了相应标准，高效电动机的研发及使用始终处于领先地位。

3.1 美国电动机市场准入标准

美国国会于1992年颁布了能源政策法令，并于5年后即1997年10月24日正式实施。该法令规定了美国高效电动机标准，即EPAct标准。该效率指标与原来一般效率的电动机相比，其损耗下降20%～30%，效率提高1.5%～5%。1997年制定超高效电动机标准，即Premium Efficiency标准。为实施电动机节能降耗战略，美国政府启动了美国电动机挑战计划，严格实施产品认证及准入制度，美国能源部在联邦法律10 CFR part 431注册，1999年11月4日正式生效：要求所有在美国1Hp-200Hp 2、4、6P通用型三相异步电动机，在2年的时间里必须通过能源部的效率认证即CC认证，所获得的认证号码（CC号码）需清晰标注在电动机铭牌显著的位置上，并要承担相应法律责任。2007年圣诞节前，美国国会通过能源政策法令（2007EPAct），在36个月之后，于2011年1月将超高效电动机标准（Premium Efficiency）定为电动机最低能效标准，即电动机产品进入市场的准入标准。

3.2 欧盟高效电动机市场份额

欧盟在20世纪90年代中期开始对电动机节能进行调研和政策制订工作。1999年欧盟委员会交通能源局（EU-DGTE）与欧洲电动机和电力电子制造商协会（CEMEP）就电动机分级计划达成了自愿协议（简称CEMEP协议）。该协议对电动机的效率水平进行了分级，即Eff1、Eff2、Eff3。CEMEP规定到2003年Eff3级较低效率水平的电动机的市场份额削减50%；在2006年后禁止生产和流通Eff3级电动机。由于该协议指标被列入了欧盟环保和节能计划，因此其被视作欧盟各国统一遵守的标准。到2004年已经有36家电动机生产企业先后签署了该协议，且Eff1高效电动机市场份额已上升到7%，Eff3低效电动机下降到8%。2008年欧盟制定强制性电动机最低能效标准《单速三相笼型感应电动机的能源效率分级》。

3.3 我国与国外电动机标准的对应

我国电动机能效级别与国外电动机能效等级的对应关系是：能效三级，是当前我国的强制性标准（未达到该标准的不准使用），该级别标准相当于我国原Y2型标准，对应于欧盟EFF2；能效二级为我国高效电动机标准，对应于欧盟EFF1,与美国Epact高效电动机水平相当，标准发布4年后强制实施（即2011年7月1日）；能效一级为我国超高效电动机标准，与美国Premium Efficiency标准水平相当。

4 高效电动机推广应用情况

4.1 主要内容

（1）推广高效电动机及高效拖动设备：用高效电动机更换国家明令淘汰的J系列电动机。

（2）电动机系统合理匹配：首先对电动机系统进行合理匹配诊断，包括：电动机与拖动设备的匹配和拖动设备在系统中的匹配，以减少不匹配造成的低效率。

（3）增加变频调速装置：对拖动设备工况变化大，运行工况点经常偏离高效区的，可增加电动机变频调速装置。

（4）优化控制系统：在更换过程中具备条件的，同时推广自动化控制系统（包括软启动）。

4.2 进度安排

该项目涉及到北京市所有用能单位的在线淘汰电动机的更换改造，计划用2年时间进行实施。将应淘汰电动机全部更换完毕，并鼓励用能单位提前对部分Y系列电动机进行更新改造工作。

计划2009年完成对全市高耗能企业30%的电动机的更换；2010年完成对全市高耗能企业70%的电动机的更换；2011年（即“十二五”起）全面启动对全市的Y系列电动机的更新工作。

4.3 目标

扣除47台不在国家标准容量等级7.5～315 kW范围内的非标准设备，2009—2010年，对166家单位正在使用国家明令淘汰的电动机设备2849台（总容量10.1万kW，占淘汰总容量的81%）全部更换为能效二级指标或高于能效二级指标的高效电动机。

4.4 措施

（1）强制淘汰J系列电动机与鼓励更换高效电动机相结合。

（2）重点耗能设备优先更换与推动社会使用高效设备相结合。

（3）政府补贴资金与企业自筹资金相结合。

5 效果评估

5.1 技术指标分析

高效电动机被称为“绿色电动机”，是因为高效电动机与普通电动机相比，高效电动机通过采用优质材料并且优化设计，能源损耗平均下降20%左右，而超高效电动机则比普通电动机少损耗30%以上的电能。因国内尚未制定高效电动机的统一型号，所以本分析仅以北京毕捷电动机股份公司生产的符合国家能效标准二级的GX系列高效电动机为参照标准。高效电动机的价格较普通Y系电动机一般要贵30%左右，目前J系列淘汰电动机的运行效率较接近Y系列电动机，因此，从节能的角度比较，高效电动机可比普通电动机节能2%～5%，最高达到7%，如：把Y系列4极电动机和GX系列4极电动机进行比较，详见表2。

表2 Y系列与GX系列4极电动机效率比较表

可见，采用高效率电动机会对能源节约带来显著的效果。

5.2 经济效益分析

5.2.1 设定计算参数

改造设备数量及总容量以北京市节能执法大队2008年6月24日提供数据为准，2009—2010年改造比例按30%和70%计算。非标准设备改造除外；额定容量等级按国家强制性标准《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》（GB 18613—2006）划分；设备年运行时间按3000 h、电费按0.8元/kWh计算，Y型及高效电动机运行效率仅参考北京毕捷电机股份公司样本。

5.2.2 运行电费单价计算

按照Y系列与高效电动机运行效率，计算年运行电费和运行电费单价，详见表3。

表3 电动机运行电费单价计算表

5.2.3 节约电费计算

从调查结果看，在30～160 kW额定等级内计划改造电动机的容量较多，占70%左右。为简化计算，设备容量统一按4极容量等级测算，改造前后共节约电费4860万元，2009年和2010年将分别节约电费1458万元和3402万元。

5.2.4 投资回收期限计算

应用高效电动机，不但符合国家能源政策，而且对于使用者在经济收益上也是相当可观的。一般2年左右就可将高效电动机与普通电动机的销售差价收回。

5.3 社会效益分析

5.3.1 计算依据

按用火力发电大气污染物排放系数（g/kWh）折算：

SO2：8.03 g/kWh；NOX：6.90 g/kWh；烟尘：3.35 g/kWh（以上数据出自中国统计年鉴）；

1 kWh=0.404 kgce；

CO2为：2.5 t/tce（数据出自国家发展改革委能源研究所）。

5.3.2 计算结果

以电动机一般使用寿命周期15年计算，北京市高耗能企业更换高效电动机后所实现的社会效益，详见表4。

表4 北京市高耗能企业更换高效电动机后的社会效益

高效电动机应用的直接效果是节能降耗，电动机系统运行效率若按提高2个百分点、工业用电价格按0.80元/kWh计算，则全国及北京市实现节电效益预测，见表5。

5.4 其他效益

（1）由于更新高效电动机带来电动机结构的根本变化，使电动机的噪音也有较大的降低，一般能降低5～10 dB，达到低噪音电动机水平，对环境治理有显著的效果。

（2）高效电动机、特别是超高效电动机的普遍推广使用，对贯彻原国家经贸委1999年16号令，国家发改委2002年34号文件，即：决定以冷轧硅钢片取代热轧硅钢片，可以起到有效的推动和强化作用。

表6 高效电机节电效益预测范围

（3）采用节能产品替代淘汰设备，可以节约电能消耗，减少发电对环境的影响。同时在一定程度上也缓解了用电紧张状况。

6 措施

6.1 完善配套政策和制度

（1）建立完善的电动机能耗、效率等强制性标准及淘汰更新制度，争取用5～10年时间，从根本上改变北京市电动机技术落后、能耗高的状况。

（2）建立健全电耗分类分项统计指标体系、节能设计规范体系和能耗标准监督考核体系，制定相应的强制性政策法规，用法律规定和相关标准规范电动机产品的市场准入、高效电动机的更新使用及运行管理。

（3）加强电动机节能的科学管理。在企业中加强对电动机系统的运行管理，加强对企业中电动机系统能耗、效率、运行科学化的监测、控制，缩小与先进企业和发达国家的差距，把电动机系统运行管理引向制度化、科学化；建立能耗监督、考核体系，对电动机系统电耗情况进行严格的考核、监督；通过实施电动机节能改造试点工程，认真总结高效电动机推广、运行使用经验，加快高效电动机推广使用步伐。

6.2 加大宣传培训力度

（1）组织召开高效电动机推广使用研讨会，请政府部门、科研院所、相关生产、使用企业参加，分析现状，论证可行，探索方式方法，取得基本共识，共同促进高效电动机推广应用。

（2）加大对推广高效电动机的宣传力度。其中包括：专项展会、专题讲座、专题培训班，以公益广告等形式，对高效电动机性能、生产运行管理等常识进行宣传介绍。

6.3 在财政、税收、信贷等方面给予政策倾斜

由政府有关部门制定促进高效电动机开发、使用、更新等方面的财政、税收、信贷扶持政策。对更新改造高效电动机积极性高的企业在资金上给予支持，原则上以企业用户投入为主，政府支持为辅。在本次示范项目中，政府从财政拿出专项资金，原则上按设备招标价格的50%给予补贴。这是从未有过的政策倾斜补贴力度。

6.4 明确组织机构，健全推广制度

（1）由政府责成相关部门明确设立电动机进入北京市场的准入标准，拟定推广使用高效电动机的具体计划和措施，提出淘汰老旧高耗能电动机的时间表，明确组织实施机构，制定具体实施方案，上报政府相关部门批准后强制执行。

（2）由北京市发展改革委牵头、相关部门配合，将高效电动机的推广使用与企业法人代表的业绩挂钩，明确电动机更新淘汰制度，奖励与惩罚相结合，以利于高效电动机推广使用工作顺利推进。

7 结束语

由于本次淘汰电动机容量等级涵盖7.5～315 kW，电动机型号根据电动机形式（鼠笼式、线绕式）、极数、防护等级等区分，数量很大，并且根据其具体使用情况，还会有很多特种电动机型号。在项目推进过程中，充分考虑项目实施的困难性，在设备公开招标中，尽可能考虑选择技术力量比较强的大型生产企业，尽可能增加中标企业的数量，尽可能涵盖需要淘汰改造的电动机型号，以保证项目的顺利进行。

北京市率先实施推广使用高效节能电动机示范项目，对完成“十一五”节能减排指标，加快发展循环经济建设资源节约型、环境友好型城市，为人文北京、科技北京、绿色北京起到重要的作用，为北京市早日成为国际大都市奠定基础。

示范项目为“十二五”期间完成北京市用能单位进行淘汰和更换高效电动机系统改造、强化节能执法力度、激励用户使用节能产品、大力推进全市各领域提高能源利用效率的步伐提供了依据。