1、電機及系統(tǒng)節(jié)能的重要意義

電機及其系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于我國能源、化工、冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用設(shè)施、家用電器以及電力拖動等多個行業(yè)和領(lǐng)域，是我國工業(yè)基礎(chǔ)的基礎(chǔ)（如圖1）。據(jù)統(tǒng)計測算,我國電機保有量約19億kW，總耗電量約3.8萬億kWh，占全社會總用電量的64%，其中工業(yè)領(lǐng)域電機總用電量為2.9萬億kWh，約占工業(yè)用電的75%，是名副其實的“用電大戶”。另據(jù)統(tǒng)計，我國中小型電機行業(yè)企業(yè)約有2 000家左右，其中300家為行業(yè)骨干企業(yè)，從業(yè)人數(shù)在30萬人以上。

電機巨大的保有量和規(guī)模龐大的產(chǎn)業(yè)市場，充分表明了電機及系統(tǒng)在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中有著不可替代的重要地位和作用。電機系統(tǒng)節(jié)能是當(dāng)今國際高度關(guān)注和重點研究的領(lǐng)域，也是我國“十一五”及“十二五”期間實施節(jié)能減排既定國策的重點關(guān)注領(lǐng)域。

隨著全球能源消耗的逐年快速增長，節(jié)能降耗、減排、減少溫室氣體排放已成為全球共同關(guān)注的重大焦點問題，而中小型電機系統(tǒng)本身占能源消耗比例高，節(jié)能潛力巨大，已經(jīng)成為世界各國政府和國際組織的共識。

2、工業(yè)領(lǐng)域中電機節(jié)能的主要類型

電機是依據(jù)電磁感應(yīng)定律而制造出的機械，主要用于實現(xiàn)電能和機械能之間的相互轉(zhuǎn)換。根據(jù)電能和機械能之間轉(zhuǎn)換的過程，電機可分為發(fā)電機和電動機2類：發(fā)電機是由機械能轉(zhuǎn)化為電能，向電網(wǎng)或用電設(shè)備輸送電能；而電動機則是由電能轉(zhuǎn)化為機械能，向機械系統(tǒng)輸出動力。發(fā)電機系統(tǒng)多由大型同步發(fā)電機構(gòu)成，單臺功率大，總體數(shù)量少；小型同步發(fā)電機則多用于應(yīng)急電源或分布式能源系統(tǒng)中，其比例較小。

而交流電動機則由于應(yīng)用范圍廣、產(chǎn)能大而成為電機及系統(tǒng)節(jié)能面對的關(guān)鍵目標(biāo)。交流電動機有很多種類型，行業(yè)內(nèi)一般按中心高和功率大小以及電機的主要應(yīng)用場所，劃分為大型、中小型、分馬力和微特電機4類（見圖2）：功率超過4 000 kW以上一般稱為大型電機（以6 kV、10 kV等電壓等級的高壓交流異步電動機和同步電動機為主），主要用于工業(yè)領(lǐng)域中的超大型裝備驅(qū)動，單臺功率大，總體數(shù)量少。

功率小于0.75 kW 以下的電機中，一種是基本以單相供電方式為主、一般適用于家電設(shè)備的分馬力電機，一種是功率更小的、適用于精密機械控制（如：電動工具）的微特電機，其特點是數(shù)量多，但總體功率較小。

功率范圍在0.75 kW 至3 550 kW 的電機中，主要是用于工業(yè)驅(qū)動的中小型交流低壓、交流高壓異步電動機（中型與小型的分界線隨時代和產(chǎn)品升級的變化一直在調(diào)整，目前一般以355 kW為分界），其特點是覆蓋面廣，數(shù)量多；總體功率巨大。另據(jù)測算，在交流電動機產(chǎn)能中，普通交流三相異步電動機所占比例最高，為87%，單相異步電動機占4%，同步電動機占5%，交直流兩用電動機占4%。

而交流三相異步電動機又分籠型和繞線型轉(zhuǎn)子2種，但其中繞線型轉(zhuǎn)子交流三相異步電動機的使用范圍和應(yīng)用場所較籠型交流三相異步電動機少得多，因此國內(nèi)電機行業(yè)的主要產(chǎn)能和應(yīng)用均集中在中小型三相交流籠型異步電動機中。因此，在中國工業(yè)領(lǐng)域推進(jìn)電機系統(tǒng)節(jié)能主要針對的是中小型交流電動機及其拖動系統(tǒng)。

3 電機產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和推進(jìn)系統(tǒng)節(jié)能中存在的問題

1、電機產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀

中國電機工業(yè)的發(fā)展已逾百年歷程，已經(jīng)形成比較完整的產(chǎn)業(yè)體系，產(chǎn)品的品種、規(guī)格、性能和產(chǎn)量都已基本滿足我國國民經(jīng)濟的發(fā)展需要。2001—2013年期間，我國交流電動機總產(chǎn)量從6 263.3 萬kW/年提高到27 914.6 萬kW/年，年復(fù)合增長率為13.26%。2014年，全國交流電動機累計總產(chǎn)量30 134.40 萬kW，與2013 年同期相比，同比增長4.43%。我國已經(jīng)成為世界上最大的電動機生產(chǎn)、使用和出口大國。

2、存在的問題

近年來，電機產(chǎn)業(yè)在研發(fā)平臺建設(shè)、能效標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)以及智能裝備建設(shè)等方面做出了巨大的努力，但是與國外先進(jìn)水平相比，我國的電機產(chǎn)業(yè)除了在設(shè)計的精細(xì)化、制造的智能化、質(zhì)量的一致性等方面還存在一定的差距以外，電機及系統(tǒng)在實際應(yīng)用中還存在不足。

3、高效節(jié)能電機的市場占有率較低，而系統(tǒng)的運行效率更低

根據(jù)國家惠民工程實施情況的統(tǒng)計，經(jīng)過努力，我國高效電動機的市場占有率已經(jīng)從原來不足5%提高到25%左右，但是還應(yīng)看到，70%以上的電機產(chǎn)品效率仍然比國外先進(jìn)水平低2%～5%，高效電動機的市場占有率總體還比較低。而在實際運行中，由于系統(tǒng)匹配不合理、設(shè)備長期低負(fù)荷運行、系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式落后等原因，導(dǎo)致電機系統(tǒng)的實際運行效率比國外先進(jìn)水平低10%～20%，差距更大。

4、電機生產(chǎn)和使用者中欠缺節(jié)能意識

系列化標(biāo)準(zhǔn)化制造的電機產(chǎn)品在工業(yè)體系設(shè)備需求中可視作標(biāo)準(zhǔn)零件，這就導(dǎo)致電機生產(chǎn)企業(yè)的服務(wù)對象往往是配套機械制造企業(yè)，如：風(fēng)機廠、水泵廠、壓縮機廠或減速機廠，電機生產(chǎn)企

交流電動機的功率范圍及應(yīng)用領(lǐng)域劃分

業(yè)往往并不掌握電機的最終用途和使用情況，導(dǎo)致電機生產(chǎn)企業(yè)和配套機械制造企業(yè)缺乏推進(jìn)電機系統(tǒng)節(jié)能意識，在經(jīng)濟上也缺乏推進(jìn)的主觀動力。而在工業(yè)企業(yè)運行體系中，電機的最終用戶對電機的運行管理普遍比較粗放，企業(yè)把節(jié)能工作的重點放在煤、天然氣、油等一次能源上，普遍不了解、不掌握電機是工業(yè)企業(yè)運行中最大的電能消耗者這一基本事實，導(dǎo)致設(shè)備管理者普遍欠缺電機系統(tǒng)節(jié)能意識，同時也缺乏相關(guān)的知識與技術(shù)。

5、電機節(jié)能技術(shù)復(fù)雜，缺乏統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范

工業(yè)領(lǐng)域中電機系統(tǒng)的節(jié)能潛力是最大的，但由于涉及到各種不同行業(yè)、各種復(fù)雜多樣的工況、各種不同的負(fù)載特性以及千差萬別的工藝過程，導(dǎo)致電機系統(tǒng)節(jié)能是一個綜合考慮電機本體、拖動設(shè)備、控制電動機的裝置、管網(wǎng)系統(tǒng)以及各子系統(tǒng)、部件間最佳或較佳匹配等多種因素的復(fù)雜的系統(tǒng)節(jié)能工程。

而目前普遍缺乏針對不同工況條件下電機系統(tǒng)的節(jié)能解決方案，普遍存在“電機系統(tǒng)節(jié)能就是更換高效電機”這一常見誤區(qū)，缺乏在何種條件下適合采用何種電機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)等統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，這是導(dǎo)致電機系統(tǒng)的實際運行效率較低的深層次原因。