提升電機系統(tǒng)能效 變頻器市場迎發(fā)展黃金期

　　電機和變頻器盡管很少出現(xiàn)在公眾的視野中，但它們幾乎無處不在。從制造業(yè)的工業(yè)泵、風(fēng)機和傳送帶、以及交通運輸工具中的推進系統(tǒng)，到電氣設(shè)備中的壓縮機和建筑中的暖通空調(diào)系統(tǒng)，電機和變頻器為現(xiàn)代生活中的大量基礎(chǔ)應(yīng)用和場景提供了動力來源。

　　在過去十多年間，電機和變頻器技術(shù)突飛猛進，通過創(chuàng)新設(shè)計實現(xiàn)了驚人的能源效率。然而，目前依然有大量運行中的電機驅(qū)動系統(tǒng)(全球總計約3億臺)出現(xiàn)效率低下或耗能過高的問題，導(dǎo)致嚴重的能源浪費。

　　2021年，中國確立了“雙碳”目標(biāo)的路線圖，力爭在2030年前達到二氧化碳排放峰值，2060年前實現(xiàn)碳中和。實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，既是嚴峻挑戰(zhàn)，又是重大機遇。電機產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，可大幅提升能源利用效率，助力企業(yè)低碳轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展。

　　在“雙碳”背景下，傳統(tǒng)的高碳行業(yè)如鋼鐵、有色、化工等行業(yè)對節(jié)能減排降耗的需求迫切，電機作為風(fēng)機、泵、壓縮機、機床、傳輸帶等各種機械設(shè)備的驅(qū)動裝置，其耗電量約占中國整個工業(yè)電耗的60%以上。

　　去年，《電機能效提升計劃(2021-2023年)》的提出，進一步加強和規(guī)范電機能效標(biāo)準實施和能效市場監(jiān)管，淘汰低效落后電機，加快高效節(jié)能電機應(yīng)用推廣，對落實碳達峰碳中和目標(biāo)具有實際的推動意義。

　　2022年，“雙碳”工作仍將大力推進，節(jié)能減排依舊是各企業(yè)十分重要的任務(wù)。變頻器作為電機控制和節(jié)能環(huán)保的關(guān)鍵部件，其重要性不容忽視，必將迎來更廣闊的發(fā)展空間。

　　電機能效全面提升 助力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)

　　在“碳達峰”和“碳中和”的國家目標(biāo)下，提高能效是各個涉電行業(yè)都面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。電機作為電器和其他各種機械的動力源，不僅廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，更是用電大戶。

　　電機是耗電量很大的單種類設(shè)備，根據(jù)國際能源署的一項調(diào)查，電機耗電量占據(jù)工業(yè)領(lǐng)域耗電量的大約2/3，占大約46%的全球耗電量。在我國，這一數(shù)據(jù)更為觸目驚心，根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，電機能耗約占整個工業(yè)能耗的65%以上，占全國總耗電的60%。電機能效每提高1個百分點，可年節(jié)約用電260億度左右;如果電機系統(tǒng)效率提升5-8個百分點，每年節(jié)約的電量相當(dāng)于2-3個三峽電站的發(fā)電量。

　　2021年6月1日，GB 18613-2020《電動機能效限定值及能效等級》實施，設(shè)置合理的電機能效限定值，不但有利于中國如期實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，還能推動電機產(chǎn)品能效升級。

　　2021年11月22日，工信部、市場監(jiān)管總局印發(fā)了《電機能效提升計劃(2021-2023年)》(以下簡稱《計劃》)，提出要加快高效節(jié)能電機推廣應(yīng)用，其中包括開展存量電機節(jié)能改造，加快淘汰不符合現(xiàn)行國家能效標(biāo)準要求的落后低效電機。此外，還強調(diào)要加大高效節(jié)能電機應(yīng)用力度。

　　《計劃》中提出，鼓勵鋼鐵、有色、石化、化工、建材、紡織等重點工業(yè)行業(yè)開展用能設(shè)備節(jié)能診斷，結(jié)合設(shè)備能效水平和運行維護情況，評估先進節(jié)能技術(shù)裝備推廣應(yīng)用潛力。引導(dǎo)企業(yè)實施電機等重點用能設(shè)備更新升級，優(yōu)先選用高效節(jié)能電機，加快淘汰不符合現(xiàn)行國家能效標(biāo)準要求的落后低效電機。

　　細分負載特性及不同工況，針對風(fēng)機、水泵、壓縮機、機床等通用設(shè)備，鼓勵采用2級能效及以上的電動機。針對變負荷運行工況，推廣2級能效及以上的變頻調(diào)速永磁電機。針對使用變速箱、耦合器的傳動系統(tǒng)，鼓勵采用低速直驅(qū)和高速直驅(qū)式永磁電機。大力發(fā)展永磁外轉(zhuǎn)子電動滾筒、一體式螺桿壓縮機等電動機與負載設(shè)備結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計技術(shù)和產(chǎn)品。

　　到2023年，高效節(jié)能電機年產(chǎn)量將達到1.7億千瓦，在役高效節(jié)能電機占比達到20%以上，實現(xiàn)年節(jié)電量490億千瓦時，相當(dāng)于年節(jié)約標(biāo)準煤1500萬噸，減排二氧化碳2800萬噸。

　　有專家指出，《計劃》的提出將為永磁電機和驅(qū)動永磁電機的變頻器市場帶來風(fēng)口。未來，將會有大量的節(jié)能高效的永磁電機來替代存量市場中的低效電機，且也會為配套驅(qū)動永磁電機的低壓變頻器帶來增長動力。

　　提高能源效率的措施在幫助工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施減少排放方面將起到核心作用。數(shù)據(jù)顯示，用于驅(qū)動樓宇和工業(yè)等應(yīng)用的電機耗費全球約45%的電力，全球尚在運行的電機約有3億臺，而目前只有23%的電機配備了變頻器，升級電機以及配備變頻器可使全球降低10%的耗電量。

　　加快高效節(jié)能電機應(yīng)用推廣 變頻器市場迎發(fā)展良機

　　在“碳達峰”和“碳中和”目標(biāo)備受關(guān)注的當(dāng)下，綠色低碳可持續(xù)發(fā)展路徑成為企業(yè)的必然選擇，節(jié)能高效的電機對制造業(yè)企業(yè)而言尤為重要。臺達在高能效電機方面，自1999年開始關(guān)注，逐步在對各個行業(yè)領(lǐng)域?qū)嵤└M與應(yīng)用，積累了大量的關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)驗。根據(jù)目前的工業(yè)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀來看，大多是以節(jié)能為核心目的。臺達希望新推出的電機產(chǎn)品不僅能獲得市場的認可，還希望新產(chǎn)品能夠在降低稀土消耗、提升設(shè)計標(biāo)準以及增加功率密度的同時減少耗材使用，從而達到整個電機產(chǎn)品的供應(yīng)鏈節(jié)能降耗的目的。

　　臺達-中達電通變頻器產(chǎn)品經(jīng)理李成剛介紹，臺達現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品，以“電機高能效控制”為核心的傳動系統(tǒng)是提升產(chǎn)品線競爭力的重要途徑之一。目前全系變頻器產(chǎn)品均能夠以最佳的效率驅(qū)動臺達現(xiàn)有的“永磁同步磁阻電機”產(chǎn)品。臺達不僅從電機能效等級方面進行了提升，還將變頻器本身的控制損耗降低。

　　臺達有完善的變頻器產(chǎn)品家族，支持異步，同步，磁阻等多種電機控制算法，用于有/無編碼器回授的應(yīng)用情境，為傳動系統(tǒng)提供高性能的速度、轉(zhuǎn)矩及位置控制。為各類重型定轉(zhuǎn)矩負載應(yīng)用提供驅(qū)動能力與穩(wěn)定性。豐富的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用功能及簡易維修低故障率的自我診斷特色，為終端客戶有效節(jié)省建構(gòu)及營運成本，替用戶掌握致勝先機，提升產(chǎn)業(yè)競爭力。

　　高效電機、變頻器打組合拳 可顯著節(jié)約能源

　　變頻器是用來控制電機速度的設(shè)備，在使用變頻器之前，電機只能分級中斷或是全速運轉(zhuǎn)，而變頻器則可以將電機無級調(diào)節(jié)到合適的速度，其廣泛應(yīng)用可以明顯降低工業(yè)能耗，比如在水泵和風(fēng)機中，變頻器可以將水壓調(diào)整到合適的水平，連續(xù)調(diào)節(jié)建筑中的溫度。大約75%的工業(yè)電機用于驅(qū)動泵、風(fēng)機和壓縮機，這類設(shè)備效率提升潛力巨大。當(dāng)高效電機與可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和扭矩的變頻器組合時，可以達到好的效果。電機只需以實際所需的速度運行來滿足功能要求，從而避免能源浪費以達到節(jié)約電能的目的。

　　李成剛表示，對于臺達而言，技術(shù)的關(guān)鍵點是提升電機本身的能效。主要難點更多的在于持續(xù)不斷的努力將已經(jīng)擁有100多年歷史沉淀的“電機”產(chǎn)品，通過使用更可靠的技術(shù)來優(yōu)化電機本身的性能與結(jié)構(gòu)，而電機本身的優(yōu)化也只是“電機能效提升”中的一環(huán)，更多的努力還需要優(yōu)化變頻器的電機控制策略。目前臺達一直在不斷地投入和整合大量的研發(fā)資源將精力集中在極具潛力的“永磁同步磁阻電機”產(chǎn)品上，繼而深耕更多的企業(yè)客戶。

　　“在市場推廣過程中，我們能夠充分理解用戶關(guān)于成本方面的顧慮，但從投資回報看，能效升級所帶來的收益更加明顯?！崩畛蓜傊赋?，目前，臺達將多個領(lǐng)域的研發(fā)資源投入到高能效永磁同步磁阻電機和控制方式上，并把二者整合成為“高能效傳動系統(tǒng)”，其具有的現(xiàn)實意義是通過“整合”以降低系統(tǒng)能耗。

　　傳統(tǒng)的變頻器與電機分離的產(chǎn)業(yè)模式，無法有效地達到“目標(biāo)一致”的整合效果。比如在特定節(jié)能場景中，面臨變頻需要適應(yīng)電機、電機設(shè)計特性需要微調(diào)等問題，根據(jù)以往的經(jīng)驗，都是通過企業(yè)客戶為紐帶，需要分別聯(lián)系變頻與電機廠家，而如果使用臺達的“高能效傳動系統(tǒng)”，則僅僅需要考慮此系統(tǒng)的效率，無需分開對比變頻器與電機各自的能效，也無需考慮“高能效電機”與變頻器的匹配問題。

　　在高耗能企業(yè)遇到節(jié)能降耗的挑戰(zhàn)之下，臺達也能通過整合各行業(yè)、各設(shè)備的應(yīng)用經(jīng)驗，為企業(yè)提供一個“高能效傳動系統(tǒng)”的降耗方案，由企業(yè)主導(dǎo)選擇產(chǎn)品方案，臺達再根據(jù)方案內(nèi)容逐步地推進，進而協(xié)助企業(yè)實施落地，以達到雙方共贏。以針對二次供水需求為例，臺達推出背負式水泵一體機MPD系列，承襲了臺達產(chǎn)品智能化的發(fā)展理念，采用一體化整體設(shè)計，更融合驅(qū)動器、電機、PLC等功能，產(chǎn)品更加智能，符合變頻恒壓供水系統(tǒng)需求，推動供水技術(shù)進入高效、智能、便捷的新時代。

　　臺達背負式水泵一體機MPD系列順應(yīng)如今廣泛應(yīng)用的變頻恒壓供水系統(tǒng)需求，具備多泵冗余、流量估測、汽蝕及高低水壓保護等智能化功能，以及高能效、低噪音、省電柜等優(yōu)點，是臺達落實智能制造、深悉用戶需求的體現(xiàn)。尤其在能效上，MPD系列達到了系統(tǒng)能效的IES2等級，符合新的IEC 61800-9-2標(biāo)準。配合IE5的臺達同步磁阻電機，為恒壓供水領(lǐng)域帶來了更加智能、節(jié)能的成長契機。

　　結(jié)語 2022年，各項環(huán)保、節(jié)能的趨勢和政策都在緊鑼密鼓地推進中，特別是高耗能制造企業(yè)積極響應(yīng)節(jié)能減排號召，開展新一輪轉(zhuǎn)型升級，從傳統(tǒng)制造向智能制造過渡，企業(yè)生產(chǎn)對于工業(yè)設(shè)備的性能提出了更高要求。高效能電機的技術(shù)突破和應(yīng)用推廣，需要各大變頻器與電機生產(chǎn)企業(yè)，共同協(xié)作、優(yōu)勢互補、不斷創(chuàng)新來推動和落實。

　　我們相信，隨著全面節(jié)能降耗、綠色可持續(xù)發(fā)展的理念逐漸深入，變頻器企業(yè)必將迎來一個發(fā)展的黃金時期。