电机系统节能技术及改造案例.ppt
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1、电机系统能效提升技术与方法,国家中小型电机及系统节能工程技术研究中心,提纲,合同能源管理项目实施,电机系统能效提升技术,1,2,3,4,1,电动机电能转化为机械能,驱动风机、水泵、压缩机、机床、磨机、轧机、搅拌机等等,1,1,第一代(50-60),交流低压异步电机产品发展,第四代(2000),第五代(2010),第二代(80),第三代(90),1,第一代(1965),交流高压异步电机产品发展,第三代(2010),未来发展,第二代(1986),2,1,电机系统广泛应用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用设施、家用电器等多个行业和领域据统计测算,2011年我国电机保有量约17亿千瓦,总耗电量约3万
2、亿kWh,占全社会总用电量的64%,其中工业领域电机总用电量为2.6万亿kWh,占工业用电的75%,工业用电机系统-绝对用电耗能大户!,1,各国高效、超高效电机推进情况,1,按照GB18613-2012标准,我国目前生产和在用电机多为低于标准规定的3级能效,平均效率87%发达国家推行的高效电机效率已达90%以上美国超高效电机效率高达93%系统运行效率比我国高1020%,1,整体提升电机系统效率5-8%,年可实现节电1300-2300亿度,相当于2-3个三峡电站的发电量,提纲,合同能源管理项目实施,电机系统能效提升技术,1,2,3,4,2,电动机能效标识三相异步电动机产品质量国家监督抽查电动机节
3、能产品认证 高耗能产品淘汰制度固定资产投资项目节能评估和审查节能节水项目企业所得税优惠电动机惠民工程合同能源管理,2,“十一五”国家十大节能工程之一“电机系统节能工程”2010年 5月,国家财政部、发改委发布“节能产品惠民工程高效电机推广实施细则”2012年7月,国务院发布“十二五”国家战略性新兴产业发展规划,节能环保产业位列七大战略性新兴产业之首 2012年5月16日,国务院常务会议,决定安排财政补贴16亿元支持推广高效电机。2012年8月,国务院 节能减排“十二五”规划 2012年2月,工信部发布工业节能十二五规划(2011-2015年)2013年5月,工信部、质检总局发布电机能效提升计划
4、,2,本次推出的电机能效提升计划,将淘汰低效电机作为重点工作之一,从生产和使用环节入手,双管齐下:生产环节禁止生产、销售低效电机促进电机生产转型、提升高效电机产业化能力使用环节按计划路线图逐步淘汰在用的低效电机,鼓励新增需求采用高效电机 实施存量电机系统节能技术改造,鼓励通过电机的再制造进行系统优化匹配,2,2,适用于1000V以下、50HZ三相交流电源供电,额定功率在0.75kw375kw范围内,极数为2、4、6极,单速封闭自扇冷式,N设计,连续工作制的一般用途电动机或防爆电动机。,2,电机能效标准适用电机的范围,2,目前国内主要生产的低效电机(效率低于GB18613-2013标准3级能效)
5、:,2,目前国内主要生产的低效电机:,基于上述产品进行改进设计、自行命名的一些产品,只要该类产品适用于GB18613-2012的产品范围,且效率达不到GB 18613-2012标准3级能效水平,都属于禁止生产、销售和使用范围。,电机能效标准目前生产的低效电机,产品类型代号,规格代号,补充代号,特殊环境代号,我国对电机型号的标识有统一的标准规定,通过电机型号可以了解到电机的基本信息,如系列、功率、极数等,电机型号标识主要由以下内容组成,2,电机能效标准电机型号标识方式,Y,异步电动机,户外化工防腐、等级1,132中心高、短机座、4极,132S-4,WF1,例:,2,电机能效标准电机型号标识方式,
6、2,电机能效标准我国常见电机型号,2009年12月4日:工信部颁布了高耗能落后机电设备(产品)淘汰目录(第一批)(工节2009第67号),将低压电机中的J、JO、JO2等及其派生系列产品予以明令淘汰,2012年4月6日:工信部颁布了高耗能落后机电设备(产品)淘汰目录(第二批)(公告2012年第14号),将低压电机中的Y系列产品予以明令淘汰,2,淘汰低效电机淘汰目录,Growth,Start,Jump,2013年底前,第一批(JO2、JO3等系列)淘汰目录 第二批(1993年(含)前生产Y系列)淘汰目录,第二批(2003年(含)前生产Y系列)淘汰目录 拟定第三批(2003年(含)前生产Y2、Y3
7、系列)淘汰目录 企业自行命名的低效电机,第二批(1998年(含)前生产Y系列)淘汰目录,2014年底前,2015年底前,2,节能产品惠民工程:力促推广,2011年高效电机推广任务为3177万千瓦国家预计补贴20亿元使高效电机市场份额从不足3%提高到25%,节能产品惠民工程高效电机推广实施细则(财建2010232号)关于做好2011年高效电机推广工作的通知(财建201162号),2,节能产品惠民工程:实施情况,财政部、发改委、工信部关于简化节能家电、高效电机补贴兑付信息管理及加强高效节能工业产品组织实施等工作的通知(财建20138号),2,2,列入国家节能产品惠民工程,国家予以财政补贴的三类电机
8、:,提纲,合同能源管理项目实施,电机系统能效提升技术,1,2,3,4,电机系统包括电动机、负载、传动装置、控制(调速)装置以及管网负荷等。,3,高效电机一定节能,但节能效果与负载特性和运行工况有关,当应用在转矩与转速平方成比例的工况时(如离心式水泵、风扇等),转速的增加将会导致输出功率(转矩)的增加,有时会削弱提高效率所带来的好处,3,电机,机组,系统,专用高效电机变频调速电机伺服控制电机,直驱式水泵机组直驱式螺杆压缩机机组,控制装置,4,应用于工业领域的电机,由于涉及行业多,不同的负载设备,复杂多样的工况,千差万别的工艺过程,因此,电机系统节能工程是一个综合考虑电动机本体、拖动设备、控制装置
9、、管网以及各子系统间最佳匹配的复杂的系统工程对电机系统节能还存在不少误区,而且还存在许多困难,一定程度上限制了电机系统节能工程的开展,针对电机系统节能,急需开展以下工作:深入开展电机、机组及系统节能技术研究:研发高效节能电机;高效风机、水泵、压缩机机组;电机系统的合理匹配;电机系统节能的技术集成方案,系统节能集成产品等。制订电机系统节能相关标准与规范:电机系统能耗诊断规范、电机系统节能改造规范、电机系统能效检测与评价规范等。建立电机系统节能认证机构:市场准入认证、节能产品认证、各类高效电机系统节能认证。,3,推广高效电机、淘汰低效电机 电机存量调整与增量提升相结合鼓励电机高效再制造 淘汰低效电
10、机与电机高效再制造相结合系统节能技术研究和产品开发,实施系统节能改造 技术研发与推广示范相结合推广合同能源管理项目实施 传统技改方式与创新项目实施模式相结合,3,3,3,通过研究,提出根据电机负载特性、多种不同工况进行详细划分,提出相应匹配节能技术,实现系统能源最优利用率,主要节能匹配技术有:1、高效电机匹配节能技术适用于负载率较高(50%以上)、年运行时间较长的恒转矩负载,运行效率平均提高3%5%以11kW、4极电机为例,Y系列(低于3级能效)电机效率为88%,YE3(2级能效)电机效率为91%,年运行时间为4000h,负荷率为0.75,可得采用高效率电机每年的电能节约为:按每度电费0.75
11、元计,一年可节约电费925.5元。按Y系列电机销售价2020元、YE3销售价3750元计,差价1730元,回收期1.4年。,3,2、永磁同步电动机匹配节能技术适用负荷变化较频繁、经常运行于空载、轻载状态的负载,在车床、冲床、化纤、纺织、拉丝类设备上应用,有较好节能效果,平均节电率高达10以上案例1在化纤工业生产中,聚酯切片干燥设备(转鼓设备),配套电机为三相异步电动机,型号为Y132S-4(5.5kW),干燥设备的加工过程为:加料之后,电机转矩通过减速机传递给转鼓,带动转鼓以3.5转/分钟的转速运行,其运行周期约为14个小时。为了使转鼓顺利起动,常按转鼓最大负荷来选配电动机,因此正常运行时负荷
12、率在30%左右,转鼓配套电机能力过剩很大。因此,将转鼓配套的异步电动机替换为高起动转矩永磁同步电动机。,3,4,310G化纤倍捻机是化纤长丝加捻设备,作为喷水织机前道设备,纺织厂需大量配备,一台倍捻机由两台7.5KW三相异步电动机驱动,占纺织厂总用电量的50%以上。而倍捻机常用的普通三相异步电动机,效率在87%以下,长期运行在轻载状态下,功率因数也很低,造成电能浪费。在节能改造时可采用二台7.5KW 三相稀土永磁同步电动机替代原异步电动机,在吴江南华喷织有限公司一车间2548号24台倍捻机上的实测结果为:,一台稀土永磁同步电动机每年可节电:0.75(度/小时)24(小时)330(天)=5940
13、(度),每年可节省电费:4455(元/年)。吴江南华喷织有限公司共有倍捻机576台,全部改造完毕后,每年可节省电费:4455(元/年)576(台)=2566080(元/年)=256.6(万元/年),3,3、变极调速节能技术主要用于高压电机系统改造,通过改变定子绕组的接线方式,达到改变电机的极数,实现改变电机转速的目的。适用于需要定量调节、但不需要频繁调节流量的场所,如某些风机、水泵类负载,由于环境条件(如季节、温度等)发生变化要求对流量进行调节,其调速精度要求不高。其综合节电率可达到1030%。针对水泵、风机等需要定量调节流量的场所,将单速高压电机再制造成变极双速高压电机,比采用高压变频器调速
14、具有投资少、成本低、节能效果好、对电网无污染、不受场地限制等优点,3,高压单速电机改造成变极双速电机YSKL1250-16 3800kW/6kV发电厂循泵电机改为16/18P双速电机电机输出功率减少30%,年节电237万度,3,4、电机减容或增容增效改造按实际运行工况、容量需求,重新设计制造,减小或增加电动机容量,使之按需输出,达到节能目的;对于连续运行、负荷基本恒定、不调速、不频繁启动情况下,综合节电率可达15左右。案例4:一台额定功率为3500千瓦的6千伏电机,因产量增加要增加电机功率,现对该电机进行增容改造,在原定子槽内嵌入重新设计的线圈,采用减薄绝缘结构和真空浸漆工艺,可使电机的额定功
15、率提高到4000-4200千瓦。如果新购一台4000千瓦电机,需投资约80万元,而本方案只需投资20多万元。,3,5、风机、水泵专用电机匹配节能技术适用于风机、水泵等负载场合,解决因二次选型增容、电机功率等级限制等造成的机组效率较低、“大马拉小车”状况。案例5、上海卷烟厂动力车间水泵电机的节能改造:现状:Y200L2-2-37KW普通电机拖动IS100-65-250清水离心泵,电机负荷率90%以上,年运行时间3000小时以上;方案:将原低效电机改用YSE2-200L2-2-37KW水泵专用高效电机,同时调整水泵阀门,尽量接近额定流量运行;效果:节电率达到12.3%。,3,6、无刷双馈调速异步电
16、动机技术 无刷双馈电机是近年来发展起来的一种由两套不同极对数的定子绕组和一套绕线转子绕组构成的新型交流感应电机。经过特殊设计的绕线转子,使得两套定子绕组产生不同极对数的旋转磁场间接相互作用,并能对其相互作用进行控制来实现能量传递。其中一套定子绕组接固定工频电源,称为功率绕组,另一套定子绕组接变频驱动控制器,称为控制绕组。它的主要特点是用1/3或1/2的功率取代全功率的高压变频,用于有速度变化要求但调速范围较小(不超过30%)的场所,比使用高压变频还节能3%以上,并且维护简单,体积小,节能效果好,比安装高压变频还多节能3%以上。案例6 湖北某电机公司将该技术改造高压大功率绕线转子异步电机用于大功
17、率球磨机、粉碎机等设备的改造。综合节电率可达到10%40%。,3,7、新型无滑环绕线转子异步电动机 起动状态和正常运行状态分开设计,分别达到最佳性能,提高效率2-4%。电机起动力矩大,可在倍中任意设计;起动电流小,仅为倍,无需软起动;功率因数高,2-10极电机功率因数都可达到0.9以上,不需功率因数补偿;效率高,160-3000kW、2-10极型电动机效率可达到95.4-97.3%;主要适用于:矿山(铁矿、金矿、有色金属矿)球磨机电机、水泥磨机电机、真空泵电机、油隔泵电机、中小型轧钢电机、油田磕头机专用电机等。特别“适合”取代正在使用的绕线滑环电机。,3,湖北某电机公司新型无滑环绕线转子异步电
18、动机应用案例,矿山水流磨机迁西县中兴矿业有限公司 使用新型电机应用案例型号为:YXR3 315L-8,95kW(2台)YXR3 400L-8,245kW(2台)节电率:95kW-11%;245kW-8%(双方认可)年节约电费:94.55万元,水泥球磨机武汉凌云水泥有限公司 使用新型电机应用案例新型电机型号为JWHHR158-8,380kW,6kV节电率:12.92%年节约电费:20.62万元,精磨球磨机南京滨江超细粉建材科技有限公司 使用新型电机应用案例型号为:JWHHR1510-8,400kW,10kV节电率:10%(双方认可)年节约电费:16.8万元,钢铁轧钢机湖北阳新华宝钢铁有限公司 使
19、用新型电机应用案例型号为:JWHHR1512-8 630kW,6kV(2台)节电率:5.39%(双方认可)年节约电费:16.3万元,油田抽油机湖北江汉油田 使用新型电机应用案例型号为:YXQ280S-8,13/37kW,380V(四台,原电机45kW)节电率:15%(双方认可)年节约电费:2.37万元,3,8、变频调速节能技术可用于高压、低压电机系统改造。通过改变交流异步电动机的供电电源频率,对电动机进行调速。主要适用于负荷变化较大、需频繁调节转速的场所,对于转矩随转速二次方变化的风机、水泵负载,有较好的节能效果,综合节电率可达到1050%9、调压节能技术可用于高压、低压电机系统改造,通过检测
20、电动机的电压与电流相位差,并实时调节电压,使电机输出功率与实时负载精确匹配,以有效降低电机的损耗;主要适用于负荷率较低、功率因数较低、负载变化较大且速度恒定的场所,如机床、输送带等,综合节电率可达到2 5%。10、功率因数补偿技术适用于负荷功率因数低、负载功率变化大,变化速度快、有谐波源且谐波污染大的电机集群,如钢厂、化工厂、机械加工厂等。综合节电率为4%左右。,3,交流永磁伺服电动机用于传统注塑机节能改造传统液压式注塑机在成形时油泵始终连续运转,在无负荷运转时电动机也要消耗其额定功率约1/3的电能,是一种典型耗能设备。改造方法:拆除原有电机及油泵,同时配置新的伺服电机、伺服驱动器、旋转编码器
21、、齿轮油泵、滤波器、制动电阻、高精度压力传感器等附件;该伺服控制系统可以实时监测液压系统的压力和流量,及时通过改变伺服同步电机的转速和转矩,对压力、流量做出相应的调整,最终维持系统的压力快、准、稳控制。,3,注塑机通过伺服电机节能改造可节电40%-80%。能耗占塑胶生产成本的7%,假设省电45%,则企业成本下降3%以上,而现状是塑胶加工企业的平均利润率低于5%,因此注塑机的伺服化改造具有明显的经济效益。各种节能方法效益比较:,3,高效水泵、风机、压缩机机组及其他高效机械装备 不仅要求电机及其所拖动的设备各自本体高效,还要求组合在一起的机组高效,这就要求各自的负载区和高效区能合理匹配直驱式泵机组
22、和直驱式压缩机机组 直驱式机组取消了电机与水泵、压缩机之间的联轴器或皮带轮,同时可取消泵叶轮转子轴承和压缩机电机转子轴承,降低机械损耗。在高效叶轮和高效螺杆线型的基础上,匹配电机的功率、转矩、转速,从性能和结构上做到真正的一体化设计。直驱式机组结构紧凑、体积小、重量轻,而且成本低、运行效率高。,将低效电机通过重新设计、更换零部件等方法再制造成高效率电机或适用于特定负载和工况的系统节能电机(如变极电机、变频电机等),3,再制造电机优势,通过“以旧换新”,可以采用前述各种系统节能匹配技术,实施电机系统的高效再制造。,3,上海某研究所两台旧电机再制造置换案例,不仅可以通过置换节省投资48%的采购费用
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