电机系统能效评估及高效电机推广应用浅析

王根 周胜 梁栋

铜联商务咨询（上海）有限公司

0 引言

能源在国民经济发展中起着决定性作用，随着中国现代化建设的不断发展、科学技术和生活水平的不断提高，能源消耗也在逐年增加[1]。由于我国能源结构仍以不可再生能源为主，因此节能减排对我国建设和发展有着重要意义。

电动机是水泵、压缩机、风机等设备的主要动力源，广泛用于工业、农业、交通、国防等领域。电机及系统作为我国工业的基础，在国民经济中的重要性不言而喻，而电机能耗占总能耗比例之高，也决定了其节能的重要性。我国是全球最大的中小型电机生产和应用国，但与发达国家相比，高效电机产量、应用率均很低，除部分新建项目外，绝大部分电机是普通电机。

究其原因是因为电机及其系统的复杂性、技术的专业性、政策的连续性等对电机系统节能的实施造成很大困难，存在“大马拉小车”的情况。存量电机用电量占总用电量的50%左右，超过工业企业用电量的70%，长期以往的轻负载运行会导致大量的能源浪费，因此，高效电机的广泛应用对节能减排具有非常重要的意义。

要广泛应用高效电机，首先必须建立能效评估体系，对能耗进行甄别。这个过程需发挥生产企业、节能服务机构和最终用户的积极性，同时开展政策引导,树立行业典型,加强部门合作，加强监督，及逐步推进。

1 电机及其系统能效评估现状

世界上许多国家对电动机系统的节能高度重视，制定并颁布了电动机能耗标准，如国际电工委员会（IEC）制定的电动机能耗分级标准IEC60034-30，我国于2020年5月公布了电机能效新标准《GB18613-2020电动机能效限定值及能效等级》[2]，该标准提高了三相异步电动机能效限定值，于2021年6月1日实施，至此，IE3以下的能效电机被强制停产，电机行业全面进入“IE3时代”[3]。

我国电机能效标准与国际标准对比见表1。3级效率（对应国际IEC标准IE3）为目前我国最低能效限定值，2级效率（对应国际IEC标准IE4）为标准等级，1级效率（对应国际IEC标准IE5）为最高能效限定值[4]。我国节能电机主要产品有YX3系列和YE3系列异步电机，其中YX3系列是2005年生产的，属三级能耗，达到IEC60034-30IE2标准等级；YE3系列是2010年生产的，属二级能耗电机，达到IEC60034-30IE3标准等级。

表1 三相异步电动机能效标准对比

除电机能效标准外，我国还制定了产品、节能改造、绿色制造等标准[5]，从设计、制造、测试、应用环节建立了电机系统节能标准体系，包括设备能效标准、系统经济运行标准和节能控制标准三种类型[6]。

2 电机系统能效评估方法

2.1 电机系统运行效果评价指标体系的建立

2.1.1 指标体系层次分析法

电机系统的稳定运行涉及系统中各个组成部分，包含因素众多，因此要采用系统工程法对指标体系进行分类和剖析。常用的指标体系分析法为层次分析法[7]，基本原理见图1。

图1 层次分析法基本原理图

由图1可知，层次分析法展现出从下到上的递进关系，其基本思路是将一个目标或因素分解成多种元素。层次分析法从上到下依次为目标层、准则层、方案层。各层次之间相互影响，相互依存。当同一层次所含因素较多时，可采用权值法确定权数，对指标进行量化。当某一层元素发生变化时，可反映到其他层次，体现出系统的有序性和关联性。

2.1.2 综合评价指标体系

电机系统运行效果评价指标体系适用于1 000 kW以下的中小型电动机和风机、泵、空气压缩机等单个拖动设备的电机系统。本文依据层次分析法建立的电机系统综合评价指标体系包含4个准则层，以下从4个准则层对电机系统运行综合评价指标体系进行分析。

1）节能设计。图纸/设备选型满足标准GB/T 26921要求的为2分，否则0分；基础设施建设，包括建筑、照明、设备设施（专用设备、通用设备、计量设备、污染物处理设备）满足要求的3分，否则0分。基础设施建设根据设备、购置合同、资产管理文件等判断。

2）节能设备。电机系统组成部分有控制系统、电动机、传动设备、拖动设备、管网及辅机系统。控制系统有节能高效控制设备且满足标准要求运行在最佳工作状态的为5分，有节能高效控制设备但没有运行在最佳工作状态的3分，无节能控制设备的0分；电动机设备能效1级的10分，2级的7分，3级的3分；传动设备传动方式高效的5分，否则0分；拖动设备能效1级的10分，2级的7分，3级的3分；管网及辅机系统根据生产情况及现场判定，通过的5分,否则0分。

3）运行与管理。运行与管理主要分为管理制度、经济运行评价和节能监测三部分。管理制度具备完善节能操作规程、设备运行维护记录、定期人员培训、定期管网检查、防止泄漏制度等的为10分；只包含一项或部分项的5分；符合标准要求，产品有测试报告的3分；其它1分。经济运行评价方面按经济运行评价标准进行评价，合理的10分，不合理的3分，未评价的0分。节能监测方面需定期开展节能监测，评价结果为节能，否则0分。

4）优化与改造。这一准则主要看电机系统是否开展过节能改造。过去5年实施3项以上节能改造并有评价报告的10分，1~2项的5分，否则0分；如果企业不足5年就实施1~2项节能改造的10分，否则0分。

根据上述评分准则，电机系统运行效果等级可分为3级，1级最高，为领跑者等级。各级系统综合得分不低于表2的规定，当综合得分低于60分时，应采取措施改善系统。

表2 电机系统运行效果评价等级

2.2 基于层次分析法的能效评估体系试点应用

经调研，随机确定了20家能效评估试点应用企业[8]，评估工作从过程角度综合评价其能效指标。

评价结果为，2级和3级企业的有15家，占75%，1级企业的2家，低于60分的3家，见表3和图2。评价结果说明，目前电机能效水平仍有很大提升空间，推广和应用高效电机刻不容缓。

图2 企业评价分布

表3 20家企业电机系统能效评估清单

3 高效电机推广机制

虽然政策引导、标准约束和强制性监督核查使我国高效电机产能获得了巨大提升，能效工作得到了很大推进，但总体未能达到预期目标，为此，建议如下：

3.1 建立高效电机能效跟踪及推广服务平台

通过建立高效电机能效跟踪及推广服务平台，开展电机运行数据摸底工作，将企业、区县和集团电机能效情况通过平台填报进行收集和分析，可得到企业、工业园区乃至城市的大数据信息，再针对这些信息进行能源消耗种类、运行特点等分析，制定出节能规划或节能方案。

与此同时，推广服务平台包括高效电机推广管理平台、节能服务平台、能效检测平台、宣传平台，并将政府机构、科研院所、电机厂家、节能公司纳入平台，为企业提供政策、技术、节能、采购等咨询[9]，见图3。

图3 中国高效电机推广项目(PREMCI)成果展专栏

3.2 补贴政策分析

电机系统包括风机、泵、空气压缩机等，耗电量约占工业用电量的74%，占工业用能的30%。如上海市，存量电机670万kW，其中水泵208万kW、风机104万kW、空压机88万kW、电动机270万kW，且每年新增约7万kW。

国家标准GB 18613-2020《三相异步电动机能效限定值及能效等级》于2021年6月正式实施，按照新标准，存量电机基本处于3级能效水平以下，而2级能效水平电机成本还将继续增加。

出台低效电机替代补贴政策：由于新电机标准及电机改造成本较高等原因，建议政府出台“以旧换新”财政补贴政策。国家曾经对节能产品进行补贴，补贴方式分补贴到制造商与补贴到用户两种，其中，补贴到用户方式较好，究其原因是补贴过程较复杂，不确定性大，制造商需把基本信息反馈到政府后才能得到补贴。所以，建议将补贴到终端用户的方式应用到制造商。此外，上海已对具有良好经济效益、社会效益和环境效益的节能技改项目有资金奖励，奖励金额根据实施后产生的节能量计算[10]。

为持续推动高效电机的使用，本文建议：①补贴申报主体为用能企业或节能服务公司，允许节能服务公司打包申报（不超过3个企业），同时增加补贴申报门槛，每个申报主体使用的高效电机至少300 kW以上。②提高补贴标准，2级及以上能效电机按照国家补贴标准的2倍进行补贴，相当于将改造项目投资回收期由5年缩短到3年；新建项目按改造项目的0.6倍补贴，相当于2、3级差价的80%。补贴建议见表4。

表4 高效电机建议补贴标准

3.3 积极拓展市场模式和新型营销模式

高效电机推广的一大阻碍是用能企业或节能服务公司资金不足，因此，资金来源有待多元化。大型节能项目多是由节能服务公司提供资金的，因此，建议将政府资金与银行融资相结合，通过设立高效电机基金等方式，增加节能服务公司的融资渠道，同时将政府补贴给用能方，让节能公司在优胜劣汰的竞争中获得补贴，增强融资能力[11]。

随着经济的不断发展，电子商务与互联网遍布各个行业。网络营销——一种全新的营销模式，能快速反映市场变化，并很好地控制市场，且投资成本低，能够一对一与客户沟通。网络营销实现的条件是：目标客户是否有能力接受或愿意接受这种方式。一定要根据销售方式选择产品，并妥善解决售后服务。此外，随着市场竞争的激烈，支付方式也逐渐改变，向安全方向发展。高效电机的推广亦可利用这种营销模式，打破行业壁垒，使电机系统能被更快、更专业的高效电机替代。

在政府扶持政策的引导下，通过更多融资方式和营销手段达到高效电机应用市场化不断提高、合同能源管理资金占比/金融机构融资占比显著提升、政府补助资金下降的目的。打通管理侧→一线人员→用电客户的连接关系，建立一套全流程闭环式管控的营销推广评估体系（见图4），帮助全链路、分场景追踪的营销效果，进行针对性的提升与优化，确保资源合理调配、策略精准发力[12]。

图4 全流程闭环推广成效评估体系

4 结论

基于电机系统能效评估方法及我国现行政策与市场模式，文章提出了积极推广高效电机的若干措施：

1）开展培训、宣传及推广

推进企业、节能评估机构、节能服务公司、节能量审核机构的交流和培训，加强管理和技术人员的能力建设，按行业（如水泥、化工、钢铁、矿山、建材等）树立应用典型，推进成熟的节能技术。各个推广企业要按要求完善内部管理，保证产品质量、产品能效、推广数据的真实性。要广泛宣传高效电机的意义、实施效果,鼓励全社会积极参与,最大程度地发挥政策引导作用。

2）增强部门合作和政府的强制性

高效电机推广是一项系统工程,涉及企业、层次、环节多,必须加强协作。政府部门虽针对节能减排推出了很多具体措施，但还需积极引导和监督、还需协同与配合[13]，共同打造高效电机大规模推广应用的新局面。

3）开展关键节能技术的研究

从技术看，我国近年来持续加大研发投入，加强自主创新能力的建设；从生产能力看，我国高效电机行业已形成较为完整的产业链，但生产的是低附加值、高能耗的普通电机，因此需紧紧把握高效电机推广的有利时机，加快高效电机规模化应用，推进节能减排，带动电机的产业结构升级。