目前,我国在家电行业已逐步采用变频调速控制技术以降低能耗,而工业控制领域中的许多速度调节方法还停留在传统技术层面上。根据美国能源部的一项数据显示,如果采用最新的高效率电机设备和一定的变频调速装置来替代旧的电机设备,工业用户至少能在现有基础上节省电能18%以上。目前,许多国家均已指定流量压力控制必须采用变频调速装置取代传统方式,我国也在积极鼓励工业企业采用高效、节能的电动机、锅炉、窑炉、风机、泵类等设备。
二、以电子信息技术改造传统产业,达到节能降耗目的
随着电子技术、信息技术的发展,电子信息技术在产品中的应用日趋成熟,传统的电机技术与电子信息技术相结合,产生了“机电一体化”产品。“机电一体化”又称“机械电子学”,是在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进了电子技术,并将机械装置、电子设备以及软件等有机地结合起来构成的系统的总称。“机电一体化”电机与传统电机有着质的区别,“机电一体化”电机包含了控制部分既控制器及嵌入式软件和驱动部分既电机,它是利用嵌入式软件实现对系统的智能化模糊控制。这种智能化模糊控制不仅能有效提高系统的运行精度,而且可以根据系统负载变化实时调整电机输出转速、输出功率,充分达到节能降耗的目的。下面举两个例子来说明“机电一体化”电机的使用效果:
1.高效节能伺服控制电机在工业缝纫机领域的应用
前面提到传统的工业缝纫机电机是一款交流离合器电机,效率仅为40~50%;电机在工作时,不论缝制布料厚薄,始终全功率输出;在缝纫机待料待机时,电机通过离合器脱开负载,继续空载运行,造成极大的待机损耗。而高效节能伺服控制电机采用直流无刷电机作为驱动元件,效率达到70~80%;伺服控制系统内含嵌入式软件,系统随时检测缝制布料的厚薄,将信息实时传递给嵌入式软件,通过软件调节电机的输出转速和输出功率,始终使电机工作在最合理、最节能状态;在缝纫机待料待机时,系统停止工作,没有待机损耗。通过高效节能伺服控制电机替代交流离合器电机在工业缝纫机领域推广应用,可在该领域节能50~60%,每台缝纫机可节电576千瓦时/年,据缝纫机行业协会估算,全国现在生产使用的工业缝纫机至少200万台,那么随着高效节能伺服控制电机的替代使用,可为社会节电11.52亿千瓦时/年。
高效节能伺服控制电机不仅可以在缝纫机行业推广应用,也可以在工业集尘设备、机械加工设备中替代传统的交流电机,其节电效果普遍达到30%以上。
2.变频调速电机在风机、泵类设备中的应用
风机、泵类设备年耗电量占全国电力消耗的1/4,大量的电能由于交流电动机只能恒速输出、无法根据工况变化自行调节而浪费。变频调速技术是20世纪80年代末兴起的一种新型电力传动调速技术,它以体积小、重量轻、转矩大、精度高、功能强,可靠性高,操作简便,便于通信等功能优于以往的传统调速方式(如变极调速、调压调速、滑差调速等)。变频调速运行,是根据负载转速的变化要求,改变供电电流的频率,并配合电压的调节,以获得合理的电机运行工况。在不同的转速情况下,均保持较高的运行效率。变频控制技术的应用,不仅降低了电能消耗,同时能改善启动性能,保护电动机及负载设备免受瞬时启动的冲击,延长其工作寿命,还提高电动机及负载设备的工作精确度。
风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术,受到国家政府的普遍重视,《中华人民共和国节约能源法》把它列为通用技术加以推广。实践证明,变频电机用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果,普遍节电达到30%~50%。
三、致力于打造节能服务提供商,为保护环境尽责
节能降耗已成为当今社会发展的一大主题,而且各行各业电动化、智能化的程度越来越高,由此催生了一个巨大的节能市场。作为高压变频领域的领航企业,我们根植市场前沿,致力于打造节能服务提供商,为中国的节能事业添力,为保护人类共同的生存环境尽责,并将此作为公司的历史使命。在这一使命的驱使下,公司自成立后,即自主研发高压变频调速产品,经过近10年的完善、改进和推广,如今高压变频调速装置遍布全国除台湾以外的所有省、市、地区,在电力、冶金、水泥、石化、矿山等高耗能行业,在华能、大唐、国电、华电、中电投等电力集团,在宝钢、首钢、鞍钢、邯钢、中石油、中石化等国有大中型企业,在大大小小的私有企业,利德华福的产品得到了广泛认可,发挥了巨大的经济效益,为社会节约了大量能源。同时海外市场销售稳步向前,先后在南亚、西亚、欧洲、南美、北美取得重要突破,为我们的产品全面进入国际市场奠定坚实的基础。
同时,我们还投入大量资金,利用北京得天独厚的人文环境,引进清华、北交大等重点院校的优秀技术人才进行专业培养,并与科研院所、大专院校合作开发高压变频器、风力发电变流器等产品,如今,公司产品在性能、品质、大功率、应用领域方面不断提升。在性能方面,我们实现了从最初的交流变压变频控制到矢量控制,从普通二角限到四象限运行能量回馈;在品质方面,公司已建立了一套完整的质量保证体系,运行稳定性逐年提高,故障率逐年下降,从用户现场的实践证明了我们的产品品质已达到了国外同等水平;在产品功率等级上,目前已实现了8000kW变频器的设计和销售;在应用领域方面,我们除在传统应用领域外还扩大了覆盖面,开发了应用于除风机水泵外的矿井提升、皮带传送等高精度、高性能控制的特殊负载。2006年,由我们投资成立的清能华福公司自主研制的1.5MW双馈异步风力发电变流器样机,目前已实现少量销售和风机现场投运成功,明年将形成批量生产,实现部分替代进口品牌,这些都将为中国节能环保事业作出新的贡献。
十年来,公司在响应国家提倡的节能减排号召方面做出了积极的贡献,我们向社会提供的2000台变频调速设备每年为国家节煤约115.2万吨,每年减少对环境产生粉煤灰23.04万吨。
四、电机节能的远景目标和发展方向
随着电子信息技术的发展,电机节能的前景十分看好。据国家能源部的初步估算:如果全面启动电机节能工程,推广变频调速、永磁调速等先进电机调速技术,改善风机、泵类电机系统调节方式,逐步淘汰闸板、阀门等机械节流调节方式,全国的用电量将下降15~20%而GDP保持不变。
通过研发高效节能的变频调速技术,在工业、交通、办公自动化等领域推广使用,将电机的平均能耗下降20~30%,这是电机行业“十一五”期间的节能目标。