新标准下酒企低压电机能效的应用

2021-12-14张君怡王丽伟徐思新

酒·饮料技术装备 2021年6期

张君怡王丽伟徐思新

节能降耗是世界趋势，用电设备必然加以考虑。国内中型规模以上工业企业用能量约占全社会能源消耗70%，其中用能量占全社会用能量60%以上的企业是仅占全国企业1/5 的高耗能企业。总的来看，全社会能源消耗总量巨大及能源浪费的情况较为突出，国家通过制定《节约能源法》及其它法律、法规加强能源管理与节能宣传，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，引导社会有效、合理地利用能源。节能降耗实现形式较多，节水、节电、节汽等都属于节能范畴，节能降耗意味着增效，只有增效了企业才能长期可持续发展，才会有更美好的明天。

2021 年，为应对全球气候变化及推动绿色低碳发展，国家郑重提出了“碳达峰”和“碳中和”的任务目标，2030 年碳达峰，2060 年碳中和。“碳中和”从定义上来说就是指企业、团体或个人通过植物造树造林、节能减排、节约用水、用电、用煤、用油等形式，抵消自身产生的CO2排放量，实现CO2相对“零排放”。目前国内用电效率低、浪费大的问题仍十分突出，单位产值电力消耗高于发达国家，采取节电节能措施，提高电能综合利用效率，降低电力消耗也是一种得力的“碳中和”手段。

电动机作为泵、风机、压缩机、机床、输送带等各种机械设备的驱动装置，其耗电量约占国内工业电耗60%以上，其中小型三相异步电机耗电约占35%，是名副其实的耗电大户。电机系统节能工程是国家节能减排工作的重点领域，开发高效电动机、淘汰高能耗电机是提高能源利用率重要措施，符合国家发展的需要，是非常重要的。

国家除提倡节能降耗外，在政策倾斜及标准修订方面也作了一定的调整。近年来在国家政策支持下，国内电机能效水平逐步提高，但总体水平相较国外发达国家仍存在差距。劲牌有限公司作为轻工行业酒类企业，使用较多动力设备，主要分布在包装车间自动化生产线、酿造车间酿造自动化生产线，以及通用设备部分的锅炉、空压机、风机、水泵、空调、制冷机组、搅拌机等，这些相关设备都配套了具备驱动功能的低压电动机（高压电机因执行另外的GB30254-2013 标准，基本不使用），主要是中小型三相异步电动机及其他小功率电动机，这些电动机除了执行相关制造标准外，能效方面都是执行GB18613-2012《电动机能效限定及能效等级》的标准。该标准属于国家强制标准，规定了中小型三相异步电动机、单相异步电动机、空调器风扇用电机等中小型电动机的能效等级和能效限定值等信息，整合了GB18613《电动机能效限定及能效等级》和GB25958《小功率电动机能效限定值及能效等级》的相关内容，由国家标准化管理委员会提出并归口，各大主要电机公司（西门子、ABB、佳木斯、皖南电机、SEW 等）均参与了起草编制，规范了国家及行业层面的相关要求。

国内低压电机能效标准经历了GB18613-2002、GB18613-2006、GB18613-2012 及新的GB18613-2020。GB18613-2012 标准将IE2（2012 版的3 级）能效作为电机生产的最低能效标准执行已有八年时间，随着时代进步和技术革新，原有标准已不能适应现在的需求。世界主要发达国家多年前即已强制实施了IE3（2012 版的2 级）能效指标，将IE3 作为该国电机最低能效限定值，走在了节能降耗的前列。实际上我们与国外发达国家相比，无论是在制造水平还是执行标准建立方面，差距还是很明显的，这就需要我们要正视问题，自我革新。为缩短行业差距以及更好地参与国际市场的竞争，电机能效标准的更新和修订就显得尤为重要，GB18613-2020 标准因此应运而生（2020 年5 月国家公布，2021 年6 月1 日施行），将IE2能效电机列入淘汰行列，强制实施IE3 能效作为准入制标准，至此国内电机行业全面进入IE3 高效时代。

GB18613-2020 版与GB18613-2012 版相比，中小型三相异步电动机功率范围由0.75～375kw 修订为0.12～1000kw。删除了电动机目标能效限定值和电动机节能评价值两个推荐性条款，改为全文强制执行。提高了三相异步电动机能效限定值要求（GB18613-2020 中3 级和2 级分别与GB18613-2012 中2 级和1 级能效对应）。

表1、三相异步电动机能效对应表

标准的升级并不是一个简单的准入制能效由IE2 变为IE3 这么简单，而是电机能效系统工程的革新，势必导致全产业链的调整和反应，短期来看有利有弊，但整体推广是大势所趋。就电机企业而言，标准升级后有个现实问题就是，自2021 年6 月1 日起，达不到IE3 能效限定值的电机企业就不得生产和销售，需求单位也不得再采购了。

相比IE2 电机，IE3 电机在设计水平、制造加工工艺和技术、材料选用等方面均有较大标准提升，生产企业要从技术、装备、工艺、材料和销售等各方面去适应和调整，这么一来直接导致电动机的实际生产成本和摊销大增，销售定价自然也要高出不少。粗略估算，IE3 比IE2 电机的成本约增加20%左右，IE4 比IE3 的成本也有较大幅度增长。为了生存，电机企业要在产品达到所要求能效指标的前提下，从材料、设计、工艺等各方面去挖潜，以求降低成本，扩大销量。硅钢、永磁体及绝缘材料等材料技术创新，机座、轴承套等关键零部件的形状和位置公差的工艺方法优化，都可以降低电机损耗，提高输出效率，降低成本，需要企业自己去摸索和创新，不同领域的突破也能取得不一样的市场认可。

图1、电机数模

目前电机企业在生产IE3 及以上能效电机的准备工作和生产能力方面也是千差万别，主力企业有能力设计和生产IE3 甚至IE4 电机，但其装备和生产管理方面离全部批量生产IE3 及以上能效电机也有差距，多数中小企业自行设计IE3 能效电机存在困难，且其工艺和装备水平甚至连小批量生产IE3 能效电机都存在困难，更新换代的步伐还是较缓。标准升级面临的最现实的问题还是国家要采取强有力手段强制淘汰IE2，引导市场尽快接受和推广IE3，否则IE3 在技术上的优势就很难真正体现。为鼓励IE3 能尽快推广和实施，国家在予以生产和使用IE4、IE5 电机的企业优惠政策和补贴的同时，也要加大对生产和使用IE3 电机企业的鼓励政策力度，培育市场，使IE2 电机能够尽快淘汰。电机本身是被列入能效标识备案、工信部节能电机产品和节能认证目录的产品，有关部门应通过监督抽查、能效标识专项检查、节能监察等手段，加大对生产、使用低能效产品的监管、处罚力度，确保IE3 全面推广。

赛威传动（SEW）作为全球减速机领域的领先品牌，为满足国家倡导节能减排要求和用户的需要，也是第一时间响应标准升级的要求，积极开发和调整产品系列，以满足新标准下的市场需求。目前劲牌公司包装灌装线的传动输送带上所使用的SEW 减速机产品，主要为DRE 及DRN系列。DRE 系列对应IEC 标准电机能效等级的IE2（2012版的3 级），前期购置使用较多。DRN 系列对应IEC 标准电机能效等级为IE3（2012 版的2 级），近几年基本都更新为节能型DRN 系列。按2020 版新标准，DRN 系列电机仅能满足国家节能电机3 级能效的出厂标准，由节能型降为准入型。为满足新市场，该公司也开发了相关系列电机，新开发的DRU 系列电机满足新标准国标2 级能效，并在7、8 月份已取得部分电机的认证，可以在国内市场销售供应，功率为0.75KW-30KW 之间（不包含7.5KW）。未来其他功率或者更高能效等级的相关系列产品，也在逐步开发、认证、完善。当然其他诸如诺德传动（NORD）等电机、减速机企业也迅速行动，力求尽快满足市场需求。

劲牌公司为规范内部能源管理，落实低碳环保的理念，降低能源消耗，制定了企业的能源管理制度，旨在通过规范用能管理、理清管理职责、管理范围及考核标准等内容，提高员工的能源管理和环保意识，节能降耗，降本增效。每一名员工都要从自己做起，以不断增强资源忧患意识、节约意识和环保意识，从而提高企业能源的使用效率，节能降耗。

图2、三相异步电动机

图3、劲牌包装自动化生产线

首先，要制定明确的高能耗电机淘汰方案和推进计划。工信部颁布的《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录》（第一、二批、三、四批）、电机能效提升计划（2013－2015 年），明确要求淘汰JO2、JO3、J2、BJO、JB3、JZ、JZ2、JZR、JZR2、JZB、JZRB、JK、JS 系列，2003 年（含）以前生产Y、Y2、Y3、YB、YB2 系列，9-35 系列锅炉通风机、Y9-35 系列锅炉引风机等电机。为贯彻落实国家高耗能落后机电设备淘汰要求，劲牌公司按照能源管理体系外审的意见，由能源管理单位牵头对各厂区的高能效电机进行了梳理和清查，按照强制淘汰和非强制淘汰的思路，制定了淘汰推进方案，全面落实高耗能落后设备的淘汰工作，提高企业内部设备电机的能效更新换代。强制淘汰类按照淘汰目录执行，非强制类按照设定的投资回收期（一般高效工业电动机投资回收期不超过2 年，劲牌公司按照3 年投资回收期进行淘汰），根据电机的使用年限、质量状态、维修费用与新型高效电机进行综合分析，确定是否淘汰更新。对于本身使用时间短、闲置设备等电机由于投入回收时间长，可以暂时不列入替换、淘汰范围。要加强设备管理人员知识培训和强化能效管理意识，在新项目采购合同中，明确要求“不得供应列入国家《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录》的设备、电机（产品），必须供应国家《工业和信息化部节能机电设备（产品）推荐目录》的设备、电机（产品）”的相关内容，可以从源头规避此类问题发生。

其次，要明确合适的电机能效选择原则。劲牌公司前期在生产线、通用设备（泵、风机、压缩机、空调）等凡是动力设备使用到电机的部分均要求不低于国标2 级节能，而且个别还要求了1 级能效，因高一级实际采购成本要大于低一级电机，综合采购成本及运行工况，存在运行经济性不佳，没有物尽其用的情况，大批量采购，会有一定程度的浪费。为更好地指导下属分厂动力设备配套电机能效选择，从顶层规划上节能降耗，劲牌公司能源管理部门要求按设备运行工况来选择对应能效等级的电机产品，将能效选择与实际运行时间作了明确界定。原则上当电机设备年运行时间2000 小时以上时选择2 级能效，年运行时间4000 小时以上时选择1 级能效。如：陶坛酒库风机设计为事故通风机，并不是连续运行状态，工作时间远低于限定值，可以采购符合要求的3 级能效产品，诸如其它场合的排烟风机等也是如此。消防水泵（消火栓泵和喷淋泵）为消防应急使用，日常定期点动，低负荷运行，万一发生火灾才会启动全负荷运行，电耗意义其实并不大，可采用准入的3 级能效。而且新标准3 级能效与老标准3 级相比能效提升了2%左右，对于能效等级相差一级且产品价格相差较大的，需进行详实的经济性对比分析，不能矫枉过正，一味追求产品高能效，如果一味地追求高能效电机，看似不折不扣落实了节能降耗，实则综合性价比方面也并不见得有优势。

图4、劲牌酿造自动化生产线

当然对于年运行时间2000 小时以上或确实符合连续运行工况情况，应该毫不犹豫地选择2 级能效电机。举个例子，电机轴端额定输出功率90kw 的2 极三相异步电动机效率从3 级（95%）提高到2 级（95.8%），那么所需的电机输出功率会减少94.7-93.9=0.8kw，一年减少电费支出0.8kw×3000 小时（按年运行）×0.8 元/度=1920元（约全年减排2.4 吨CO2），计算来看效果还是客观的。另外，实际经验数据表明，电动机的一次采购成本占其全生命周期总成本的比例非常小，而运行成本（主要是电费）则几乎占了全部，因此要结合设备实际运行工况，合理选择电机能效。另外，在CEL007-2016（中小型三相异步电动机能源效率标识实施规则）里，对一些特殊电机（制动电机、变频电机、同步电机、双速电机等）规范并没有具体要求，编制技术文件中要注意对能效的描述准确，要严格对照规范的适用范围，避免产生歧义。

图5、电机效率定义及计算公式

最后，要积极推广“三项设备”，落实节能降耗。为了推动社会节能意识提升，鼓励企业购置和使用环境保护、节能节水、安全生产等专用设备（三项设备），国家颁布了《环境保护专用设备企业所得税优惠目录（2017 年版）》、《节能节水专用设备企业所得税优惠目录（2017 年版）》和《安全生产专用设备企业所得税优惠目录（2018 年版）》相关法律，明确企业购置并实际使用规定的三项专用设备的，企业可以从当年的应纳税额中抵扣该设备投资额的10%，当年不足抵免的，可在此后5 个纳税年度结转抵免，节税效益是较为明显的。因“三项设备”可享受国家节能税收优惠政策，但目录中对电机部分要求优于1 级，因此在选择方面要视情况合理选择，综合考虑技术参数、设备性能和购置成本等因素，有享受优惠的条件那就一定要争取选择更高能效的1 级，既能起到节能降耗目的，又减少了公司的采购成本，一举多得。

国家为推动节能降耗和产业升级，会定期开展电机产品认证、生产及能效标识等专项监督与检查，促进了行业的规范发展。劲牌公司运营中心定期对“三项”设备目录进行更新和解读，通过培训等形式对“三项”设备的匹配选型相关知识进行宣贯，指导各设备购置部门从源头加强“三项”设备的购置可行性论证和识别，而且定期开展用能设备的能效清查和梳理，及时更新和淘汰不符合要求的产品。