陶 毅

（北京節(jié)能環(huán)保中心，北京 100029）

電動機是實現(xiàn)能源形式轉換的重要基礎性通用設備，同時也是能源消耗較大的電器設備。有資料顯示，我國電動機作為各種機械設備的動力源，其系統(tǒng)容量約7億kW，年用電量約占全國總用電量的60%，達到2萬億kWh左右，每年新增容量達到1.5億kW，但高效電動機市場份額不到3%，電動機拖動系統(tǒng)整體運行效率比發(fā)達國家低20%左右。其中風機、泵類、壓縮機和空調制冷機的用電量分別占全國用電量的10.4%、20.9%、9.4%和6%。我國80%以上的電動機產(chǎn)品效率比國外先進水平低2～5個百分點。雖然國產(chǎn)高效電動機與國外先進水平相當，但價格高、市場占有率低；電動機傳動調速及系統(tǒng)控制技術差距較大。

電動機系統(tǒng)存在的主要問題是：電動機及被拖動設備效率低，電動機、風機、泵等設備陳舊落后，效率比國外先進水平低2～5個百分點；系統(tǒng)匹配不合理，“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴重，設備長期低負荷運行；系統(tǒng)調節(jié)方式落后，大部分風機、泵類采用機械節(jié)流方式調節(jié)，效率比調速方式約低30%。

推廣應用高效電動機是提高電能利用效率的重要措施，國家發(fā)展和改革委員會在《中長期節(jié)能專項規(guī)劃》中將電動機系統(tǒng)節(jié)能列入十大重點工程之一。2006年7月發(fā)布的《“十一五”十大重點節(jié)能工程實施意見》中指出：“電動機系統(tǒng)量大面廣，節(jié)電潛力巨大。”。因此，積極開展高效電動機推廣工作，對于促進全社會節(jié)能減排具有重要意義。

北京市自2006年到2009年連續(xù)4年完成單位GDP能耗下降4%以上的指標，這一目標的實現(xiàn)主要是產(chǎn)業(yè)結構的調整、推進產(chǎn)業(yè)結構輕型化結果。但必須看到，節(jié)能降耗再依靠結構調整沒有更多余地，在繼續(xù)推進產(chǎn)業(yè)結構調整的同時，必須向科技節(jié)能、管理節(jié)能的深層次發(fā)展，走內(nèi)涵促降的節(jié)能道路。為此，北京市發(fā)展和改革委員會在《北京市2008年節(jié)能節(jié)水減排技術推廣計劃》及《加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟建設資源節(jié)約型環(huán)境友好型城市2008年行動計劃》中均明確提出了“重點推進電動機等用能設備更新改造”的要求。因此，調研全市電動機應用現(xiàn)狀，分析電動機設備節(jié)能潛力，探索推廣使用高效電動機對促進節(jié)能減排，培育新興產(chǎn)業(yè)具有重要的作用。

1 北京市電動機應用現(xiàn)狀

2007年北京節(jié)能環(huán)保中心完成了對北京市重點耗能企業(yè)電動機使用情況的調查項目。從調查中發(fā)現(xiàn)，目前全市企業(yè)大部分使用Y系列普通三相異步電動機，部分老設備還在使用J系列電動機，企業(yè)擁有電動機少的幾十臺，多的近萬臺，由于電動機能源損耗大，因此存在較嚴重的電能浪費現(xiàn)象。主要存在問題如下。

1.1 北京市工業(yè)用電仍占全市用電量較大比重

北京市雖然對產(chǎn)業(yè)結構進行了調整，但工業(yè)用能仍在全市能源消費總量中占有較大比重。電動機作為關鍵性的動力設備，普遍應用于工業(yè)生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，2007年北京市工業(yè)用電量234.08億kWh，占全社會電力終端消費628.24億kWh的37.2%（據(jù)2008年《北京市統(tǒng)計年鑒》）。全市工業(yè)用電還存在較大的節(jié)能空間。

1.2 電動機耗電占工業(yè)耗電量的比重較大

據(jù)統(tǒng)計，北京市電動機總容量約為600萬kW，電動機作為各種機械設備的動力源，其用電量約占全市工業(yè)用電總量的70%左右。電動機是電能轉換為機械能的基本方式，除工業(yè)企業(yè)外，大型建筑及市政設施等對電動機的使用也極為廣泛，其用電占行業(yè)及單位總用電量的比重也較高。

1.3 高耗能電動機在用現(xiàn)象較為嚴重

目前北京市大部分企業(yè)仍在使用損耗大、效率低的超役齡老設備。據(jù)測算，仍在使用的國家明令淘汰的電動機容量約占全市電動機總容量的9%左右。為了解北京市電動機耗電現(xiàn)狀，2008年3月，北京市發(fā)展改革委組織開展了全市重點用能單位使用國家明令淘汰用能設備情況專項檢查，檢查范圍包括年綜合能源消費量5000 tce以上重點用能單位431家。檢查結果顯示：全市有166家重點用能單位使用淘汰電動機2896臺，容量12.5萬kW。

2 北京市推廣使用高效電動機條件已經(jīng)成熟

2.1 具備條件

目前北京市已具備推廣使用高效電動機的各項條件。第一，從電動機使用企業(yè)角度看，現(xiàn)在使用的電動機多已進入更新期，可利用這個機會，將低效的、老化的普通電動機更新為達到國家節(jié)能標準的高效電動機。第二，從電動機生產(chǎn)企業(yè)角度看，國內(nèi)已有多家企業(yè)生產(chǎn)高效節(jié)能電動機，北京市已具有批量生產(chǎn)能力，可年產(chǎn)300萬kW優(yōu)質高效電動機。第三，從更換成本角度看，更換高效電動機的投資可在2年內(nèi)基本收回。詳見表1。

表1 11kW4極電動機總費用計算對比表 元

2.2 淘汰高耗能電動機的依據(jù)

2.2.1 國家公布的淘汰電動機產(chǎn)品目錄

國家已先后公布17批淘汰產(chǎn)品目錄，其中規(guī)定J系列電動機在1985年停止使用。（注：Y系列與J系列電動機二者效率只差0.5%，而淘汰J系列電動機的理由有：與Y系列比效率低0.5%；機座和容量的對應關系不符合國際標準；溫升高；過載能力小；功率因數(shù)低；技術性能差；堵轉轉矩低；能耗高等。）

2.2.2 國家公布的強制性能效標準

我國已于2002年初頒布了國家強制性標準GB 18613—2002《中小型三相異步電動機能效限定值及節(jié)能評價值》的電動機能效標準，并于2006年進行了修訂，改為國家強制性標準GB 18613—2006《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》。該標準中確定：達到能效三級指標的為普通電動機；達到能效二級指標的為節(jié)能電動機，即高效電動機；達到能效一級指標的為超高效電動機。

3 國外高效電動機研發(fā)與應用情況

發(fā)達國家高效電動機研發(fā)應用一直處于領先地位。20世紀70～80年代石油危機出現(xiàn)后，各國均把節(jié)能降耗提到國家戰(zhàn)略的高度。發(fā)達國家尤其以美國為代表，率先提出高效電動機的想法，GE等8家大公司首先開展研制高效電動機的工作。隨后幾年，美歐等主要發(fā)達國家均制定了相應標準，高效電動機的研發(fā)及使用始終處于領先地位。

3.1 美國電動機市場準入標準

美國國會于1992年頒布了能源政策法令，并于5年后即1997年10月24日正式實施。該法令規(guī)定了美國高效電動機標準，即EPAct標準。該效率指標與原來一般效率的電動機相比，其損耗下降20%～30%，效率提高1.5%～5%。1997年制定超高效電動機標準，即Premium Efficiency標準。為實施電動機節(jié)能降耗戰(zhàn)略，美國政府啟動了美國電動機挑戰(zhàn)計劃，嚴格實施產(chǎn)品認證及準入制度，美國能源部在聯(lián)邦法律10 CFR part 431注冊，1999年11月4日正式生效：要求所有在美國1Hp-200Hp 2、4、6P通用型三相異步電動機，在2年的時間里必須通過能源部的效率認證即CC認證，所獲得的認證號碼（CC號碼）需清晰標注在電動機銘牌顯著的位置上，并要承擔相應法律責任。2007年圣誕節(jié)前，美國國會通過能源政策法令（2007EPAct），在36個月之后，于2011年1月將超高效電動機標準（Premium Efficiency）定為電動機最低能效標準，即電動機產(chǎn)品進入市場的準入標準。

3.2 歐盟高效電動機市場份額

歐盟在20世紀90年代中期開始對電動機節(jié)能進行調研和政策制訂工作。1999年歐盟委員會交通能源局（EU-DGTE）與歐洲電動機和電力電子制造商協(xié)會（CEMEP）就電動機分級計劃達成了自愿協(xié)議（簡稱CEMEP協(xié)議）。該協(xié)議對電動機的效率水平進行了分級，即Eff1、Eff2、Eff3。CEMEP規(guī)定到2003年Eff3級較低效率水平的電動機的市場份額削減50%；在2006年后禁止生產(chǎn)和流通Eff3級電動機。由于該協(xié)議指標被列入了歐盟環(huán)保和節(jié)能計劃，因此其被視作歐盟各國統(tǒng)一遵守的標準。到2004年已經(jīng)有36家電動機生產(chǎn)企業(yè)先后簽署了該協(xié)議，且Eff1高效電動機市場份額已上升到7%，Eff3低效電動機下降到8%。2008年歐盟制定強制性電動機最低能效標準《單速三相籠型感應電動機的能源效率分級》。

3.3 我國與國外電動機標準的對應

我國電動機能效級別與國外電動機能效等級的對應關系是：能效三級，是當前我國的強制性標準（未達到該標準的不準使用），該級別標準相當于我國原Y2型標準，對應于歐盟EFF2；能效二級為我國高效電動機標準，對應于歐盟EFF1,與美國Epact高效電動機水平相當，標準發(fā)布4年后強制實施（即2011年7月1日）；能效一級為我國超高效電動機標準，與美國Premium Efficiency標準水平相當。

4 高效電動機推廣應用情況

4.1 主要內(nèi)容

（1）推廣高效電動機及高效拖動設備：用高效電動機更換國家明令淘汰的J系列電動機。

（2）電動機系統(tǒng)合理匹配：首先對電動機系統(tǒng)進行合理匹配診斷，包括：電動機與拖動設備的匹配和拖動設備在系統(tǒng)中的匹配，以減少不匹配造成的低效率。

（3）增加變頻調速裝置：對拖動設備工況變化大，運行工況點經(jīng)常偏離高效區(qū)的，可增加電動機變頻調速裝置。

（4）優(yōu)化控制系統(tǒng)：在更換過程中具備條件的，同時推廣自動化控制系統(tǒng)（包括軟啟動）。

4.2 進度安排

該項目涉及到北京市所有用能單位的在線淘汰電動機的更換改造，計劃用2年時間進行實施。將應淘汰電動機全部更換完畢，并鼓勵用能單位提前對部分Y系列電動機進行更新改造工作。

計劃2009年完成對全市高耗能企業(yè)30%的電動機的更換；2010年完成對全市高耗能企業(yè)70%的電動機的更換；2011年（即“十二五”起）全面啟動對全市的Y系列電動機的更新工作。

4.3 目標

扣除47臺不在國家標準容量等級7.5～315 kW范圍內(nèi)的非標準設備，2009—2010年，對166家單位正在使用國家明令淘汰的電動機設備2849臺（總容量10.1萬kW，占淘汰總容量的81%）全部更換為能效二級指標或高于能效二級指標的高效電動機。

4.4 措施

（1）強制淘汰J系列電動機與鼓勵更換高效電動機相結合。

（2）重點耗能設備優(yōu)先更換與推動社會使用高效設備相結合。

（3）政府補貼資金與企業(yè)自籌資金相結合。

5 效果評估

5.1 技術指標分析

高效電動機被稱為“綠色電動機”，是因為高效電動機與普通電動機相比，高效電動機通過采用優(yōu)質材料并且優(yōu)化設計，能源損耗平均下降20%左右，而超高效電動機則比普通電動機少損耗30%以上的電能。因國內(nèi)尚未制定高效電動機的統(tǒng)一型號，所以本分析僅以北京畢捷電動機股份公司生產(chǎn)的符合國家能效標準二級的GX系列高效電動機為參照標準。高效電動機的價格較普通Y系電動機一般要貴30%左右，目前J系列淘汰電動機的運行效率較接近Y系列電動機，因此，從節(jié)能的角度比較，高效電動機可比普通電動機節(jié)能2%～5%，最高達到7%，如：把Y系列4極電動機和GX系列4極電動機進行比較，詳見表2。

表2 Y系列與GX系列4極電動機效率比較表

可見，采用高效率電動機會對能源節(jié)約帶來顯著的效果。

5.2 經(jīng)濟效益分析

5.2.1 設定計算參數(shù)

改造設備數(shù)量及總容量以北京市節(jié)能執(zhí)法大隊2008年6月24日提供數(shù)據(jù)為準，2009—2010年改造比例按30%和70%計算。非標準設備改造除外；額定容量等級按國家強制性標準《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》（GB 18613—2006）劃分；設備年運行時間按3000 h、電費按0.8元/kWh計算，Y型及高效電動機運行效率僅參考北京畢捷電機股份公司樣本。

5.2.2 運行電費單價計算

按照Y系列與高效電動機運行效率，計算年運行電費和運行電費單價，詳見表3。

表3 電動機運行電費單價計算表

5.2.3 節(jié)約電費計算

從調查結果看，在30～160 kW額定等級內(nèi)計劃改造電動機的容量較多，占70%左右。為簡化計算，設備容量統(tǒng)一按4極容量等級測算，改造前后共節(jié)約電費4860萬元，2009年和2010年將分別節(jié)約電費1458萬元和3402萬元。

5.2.4 投資回收期限計算

應用高效電動機，不但符合國家能源政策，而且對于使用者在經(jīng)濟收益上也是相當可觀的。一般2年左右就可將高效電動機與普通電動機的銷售差價收回。

5.3 社會效益分析

5.3.1 計算依據(jù)

按用火力發(fā)電大氣污染物排放系數(shù)（g/kWh）折算：

SO2：8.03 g/kWh；NOX：6.90 g/kWh；煙塵：3.35 g/kWh（以上數(shù)據(jù)出自中國統(tǒng)計年鑒）；

1 kWh=0.404 kgce；

CO2為：2.5 t/tce（數(shù)據(jù)出自國家發(fā)展改革委能源研究所）。

5.3.2 計算結果

以電動機一般使用壽命周期15年計算，北京市高耗能企業(yè)更換高效電動機后所實現(xiàn)的社會效益，詳見表4。

表4 北京市高耗能企業(yè)更換高效電動機后的社會效益

高效電動機應用的直接效果是節(jié)能降耗，電動機系統(tǒng)運行效率若按提高2個百分點、工業(yè)用電價格按0.80元/kWh計算，則全國及北京市實現(xiàn)節(jié)電效益預測，見表5。

5.4 其他效益

（1）由于更新高效電動機帶來電動機結構的根本變化，使電動機的噪音也有較大的降低，一般能降低5～10 dB，達到低噪音電動機水平，對環(huán)境治理有顯著的效果。

（2）高效電動機、特別是超高效電動機的普遍推廣使用，對貫徹原國家經(jīng)貿(mào)委1999年16號令，國家發(fā)改委2002年34號文件，即：決定以冷軋硅鋼片取代熱軋硅鋼片，可以起到有效的推動和強化作用。

表6 高效電機節(jié)電效益預測范圍

（3）采用節(jié)能產(chǎn)品替代淘汰設備，可以節(jié)約電能消耗，減少發(fā)電對環(huán)境的影響。同時在一定程度上也緩解了用電緊張狀況。

6 措施

6.1 完善配套政策和制度

（1）建立完善的電動機能耗、效率等強制性標準及淘汰更新制度，爭取用5～10年時間，從根本上改變北京市電動機技術落后、能耗高的狀況。

（2）建立健全電耗分類分項統(tǒng)計指標體系、節(jié)能設計規(guī)范體系和能耗標準監(jiān)督考核體系，制定相應的強制性政策法規(guī)，用法律規(guī)定和相關標準規(guī)范電動機產(chǎn)品的市場準入、高效電動機的更新使用及運行管理。

（3）加強電動機節(jié)能的科學管理。在企業(yè)中加強對電動機系統(tǒng)的運行管理，加強對企業(yè)中電動機系統(tǒng)能耗、效率、運行科學化的監(jiān)測、控制，縮小與先進企業(yè)和發(fā)達國家的差距，把電動機系統(tǒng)運行管理引向制度化、科學化；建立能耗監(jiān)督、考核體系，對電動機系統(tǒng)電耗情況進行嚴格的考核、監(jiān)督；通過實施電動機節(jié)能改造試點工程，認真總結高效電動機推廣、運行使用經(jīng)驗，加快高效電動機推廣使用步伐。

6.2 加大宣傳培訓力度

（1）組織召開高效電動機推廣使用研討會，請政府部門、科研院所、相關生產(chǎn)、使用企業(yè)參加，分析現(xiàn)狀，論證可行，探索方式方法，取得基本共識，共同促進高效電動機推廣應用。

（2）加大對推廣高效電動機的宣傳力度。其中包括：專項展會、專題講座、專題培訓班，以公益廣告等形式，對高效電動機性能、生產(chǎn)運行管理等常識進行宣傳介紹。

6.3 在財政、稅收、信貸等方面給予政策傾斜

由政府有關部門制定促進高效電動機開發(fā)、使用、更新等方面的財政、稅收、信貸扶持政策。對更新改造高效電動機積極性高的企業(yè)在資金上給予支持，原則上以企業(yè)用戶投入為主，政府支持為輔。在本次示范項目中，政府從財政拿出專項資金，原則上按設備招標價格的50%給予補貼。這是從未有過的政策傾斜補貼力度。

6.4 明確組織機構，健全推廣制度

（1）由政府責成相關部門明確設立電動機進入北京市場的準入標準，擬定推廣使用高效電動機的具體計劃和措施，提出淘汰老舊高耗能電動機的時間表，明確組織實施機構，制定具體實施方案，上報政府相關部門批準后強制執(zhí)行。

（2）由北京市發(fā)展改革委牽頭、相關部門配合，將高效電動機的推廣使用與企業(yè)法人代表的業(yè)績掛鉤，明確電動機更新淘汰制度，獎勵與懲罰相結合，以利于高效電動機推廣使用工作順利推進。

7 結束語

由于本次淘汰電動機容量等級涵蓋7.5～315 kW，電動機型號根據(jù)電動機形式（鼠籠式、線繞式）、極數(shù)、防護等級等區(qū)分，數(shù)量很大，并且根據(jù)其具體使用情況，還會有很多特種電動機型號。在項目推進過程中，充分考慮項目實施的困難性，在設備公開招標中，盡可能考慮選擇技術力量比較強的大型生產(chǎn)企業(yè)，盡可能增加中標企業(yè)的數(shù)量，盡可能涵蓋需要淘汰改造的電動機型號，以保證項目的順利進行。

北京市率先實施推廣使用高效節(jié)能電動機示范項目，對完成“十一五”節(jié)能減排指標，加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型城市，為人文北京、科技北京、綠色北京起到重要的作用，為北京市早日成為國際大都市奠定基礎。

示范項目為“十二五”期間完成北京市用能單位進行淘汰和更換高效電動機系統(tǒng)改造、強化節(jié)能執(zhí)法力度、激勵用戶使用節(jié)能產(chǎn)品、大力推進全市各領域提高能源利用效率的步伐提供了依據(jù)。