秦宏波

(上海市能效中心，上海 200083)

0 引 言

作為世界上最大的發(fā)展中國家，我國仍處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化深化發(fā)展階段，能源資源需求保持剛性增長。能源消耗特別是化石能源消耗是我國二氧化碳排放最主要的來源。為了如期實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和，必須堅定不移地把節(jié)約能源資源放在首位。電機(jī)系統(tǒng)能效提升是實現(xiàn)能源節(jié)約的重要組成部分。

電動機(jī)是水泵、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的主要動力源，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、交通等社會生活各個領(lǐng)域。電機(jī)系統(tǒng)用電量約占一個國家用電量的50%，占工業(yè)企業(yè)用電量的70%以上，這就決定了電機(jī)及其系統(tǒng)節(jié)能工作的重要地位。我國是全球最大的中小型電機(jī)生產(chǎn)和應(yīng)用國家，但是全國高效電機(jī)產(chǎn)量和應(yīng)用比例很低，除了部分新建項目采用高效電機(jī)之外，在用的存量電機(jī)大部分是普通電機(jī)，且大部分高效電機(jī)都出口到國外。因此，我國電機(jī)能效與發(fā)達(dá)國家相比仍舊較低。

隨著世界能源形勢日益緊張，發(fā)達(dá)國家能源政策中都將推廣和使用高效、超高效電機(jī)作為重要內(nèi)容。通過節(jié)能監(jiān)察和政策引導(dǎo)，我國電機(jī)能效水平已有很大的提高，但總體水平與發(fā)達(dá)國家相比仍有明顯差距。由于電機(jī)及其系統(tǒng)的復(fù)雜性、電機(jī)節(jié)能技術(shù)的專業(yè)性、電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能財政支持政策等因素，目前我國仍面臨著存量電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過程中電機(jī)與拖動設(shè)備不匹配、電機(jī)用戶對高效電機(jī)認(rèn)識不足、電機(jī)系統(tǒng)評價和技術(shù)規(guī)范不足等問題。為了實現(xiàn)我國節(jié)能減排和“雙碳”的目標(biāo)，高效電機(jī)的推廣應(yīng)用和系統(tǒng)整體能效提升工作迫在眉睫。

建立電機(jī)系統(tǒng)能效評估指標(biāo)體系，是高效電機(jī)推廣應(yīng)用的重要支撐。這不僅需要發(fā)揮電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)、節(jié)能服務(wù)機(jī)構(gòu)和終端用戶的積極性，同時需要政府的標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)、政策支持和監(jiān)督執(zhí)法等措施。

本文基于層次分析法原理建立了電機(jī)系統(tǒng)能效評估指標(biāo)體系，并對20家典型工業(yè)企業(yè)進(jìn)行了電機(jī)系統(tǒng)能效評估?；谠u價結(jié)果提出了高效電機(jī)推廣措施。

1 電機(jī)及其系統(tǒng)能效評估工作現(xiàn)狀

世界上許多國家對電動機(jī)系統(tǒng)節(jié)能高度重視，制定并頒布了電動機(jī)的能耗標(biāo)準(zhǔn)。為了統(tǒng)一和協(xié)調(diào)全球市場，國際電工委員會(IEC)制定了電動機(jī)能耗分級標(biāo)準(zhǔn)IEC 60034-30。2020年5月，我國批準(zhǔn)公布了新修訂電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)GB 18613—2020《電動機(jī)能效限定值及能效等級》[1]。該標(biāo)準(zhǔn)提高了三相異步電動機(jī)能效限定值的要求，已于2021年6月1日開始實施。自此，IE3以下能效電機(jī)停止生產(chǎn)，國內(nèi)電機(jī)生產(chǎn)行業(yè)已全面進(jìn)入“IE3時代”[2]。

我國電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)對比如表1所示。目前的三級能效對應(yīng)IEC標(biāo)準(zhǔn)的IE3效率等級；二級能效對應(yīng)IEC標(biāo)準(zhǔn)的IE4效率等級；一級能效對應(yīng)IEC標(biāo)準(zhǔn)的IE5效率等級，為最高能效值[3]。

除電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)外，在電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能方面，我國還制定了高效節(jié)能電機(jī)產(chǎn)品、能效分級、節(jié)能改造、綠色制造等標(biāo)準(zhǔn)[4]，涵蓋了高效節(jié)能電機(jī)設(shè)計、制造、測試、應(yīng)用、評價與認(rèn)證等各個環(huán)節(jié)，基本建立了電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系框架，主要包括設(shè)備能效標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能控制標(biāo)準(zhǔn)等。

表1 三相異步電動機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)對比

2 電機(jī)系統(tǒng)能效評估指標(biāo)體系建立

2.1 層次分析法基本原理

電機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行涉及系統(tǒng)中的各個組成部分，包含眾多指標(biāo)因素，因此，電機(jī)系統(tǒng)能效評估應(yīng)采用系統(tǒng)工程方法來對指標(biāo)體系進(jìn)行分類和剖析。層次分析法[5]是常用的指標(biāo)體系分析和構(gòu)建方法，其基本原理如圖1所示。

圖1 層次分析法基本原理

由圖1可知，層次分析法展現(xiàn)出遞進(jìn)關(guān)系，其基本思路是將一個目標(biāo)或因素分解成多種組成元素。層次分析法的各層次從上到下依次為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層，各層次之間相互影響、相互依存。當(dāng)同一層次所含因素較多時，可采用權(quán)值法確定權(quán)數(shù)，對指標(biāo)進(jìn)行量化。當(dāng)某一層元素發(fā)生變化時，可反映到其他層次，體現(xiàn)出系統(tǒng)的有序性和關(guān)聯(lián)性?；谠摲椒?，可將眾多指標(biāo)因素統(tǒng)一起來，建立科學(xué)合理的電機(jī)系統(tǒng)能效評估指標(biāo)體系。

2.2 能效評估指標(biāo)體系

電機(jī)系統(tǒng)能效評估指標(biāo)體系適用于中小型電動機(jī)(1 000 kW以下)、單個拖動設(shè)備(風(fēng)機(jī)、泵、空氣壓縮機(jī))及其控制裝置、傳動裝置和管網(wǎng)等組成的穩(wěn)定運(yùn)行的電機(jī)系統(tǒng)。本文依據(jù)層次分析法建立的電機(jī)系統(tǒng)能效評估指標(biāo)體系包含6個準(zhǔn)則層因素。

(1) 設(shè)備設(shè)施。該部分主要評價電機(jī)系統(tǒng)組成設(shè)備設(shè)施的能效情況，包括電動機(jī)、拖動系統(tǒng)、控制裝置、管網(wǎng)4個二級指標(biāo)，總分40分。

(2) 系統(tǒng)設(shè)計。該部分主要評價電機(jī)系統(tǒng)是否按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，總分10分。

(3) 節(jié)能監(jiān)測。該部分主要評價電機(jī)系統(tǒng)的計量、監(jiān)測情況，包括計量統(tǒng)計、在線監(jiān)測、節(jié)能監(jiān)測3個二級指標(biāo)，總分10分。

(4) 運(yùn)行控制。該部分主要對電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行控制進(jìn)行評價，包括經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和優(yōu)化控制2個二級指標(biāo)，總分10分。

(5) 節(jié)能改造。該部分對電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能改造情況進(jìn)行評價，包括技術(shù)改造和效果評價2個二級指標(biāo)，總分10分。

(6) 管理措施。該部分對電機(jī)系統(tǒng)整體節(jié)能管理水平進(jìn)行評價，包括管理制度、人員能力、維護(hù)保養(yǎng)、節(jié)能操作4個二級指標(biāo)，總分20分。

根據(jù)上述評分準(zhǔn)則，電機(jī)系統(tǒng)能效評估總分為100分，等級可分為3級。其中1級最高，為領(lǐng)跑者等級。各等級電機(jī)系統(tǒng)能效評估綜合得分范圍如表2所示。電機(jī)系統(tǒng)能效評估綜合得分低于60分的，應(yīng)及時采取節(jié)能措施改善系統(tǒng)運(yùn)行。

表2 電機(jī)系統(tǒng)能效評估等級

3 基于層次分析法的能效評估體系試點應(yīng)用

通過企業(yè)溝通與調(diào)研，確定了20家企業(yè)進(jìn)行電機(jī)系統(tǒng)能效評估。評估工作從過程角度，結(jié)合各能效指標(biāo)，綜合反映并分析電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果。

20家企業(yè)的評價結(jié)果如表3和圖2所示。評級為2級的企業(yè)有7家，占35%；評級為3級的企業(yè)有8家，占40%；評級為1級的企業(yè)僅2家；另有3家企業(yè)低于60分，急需采取措施進(jìn)行節(jié)能改造。

表3 20家企業(yè)電機(jī)系統(tǒng)能效評估清單

圖2 企業(yè)評級分布

不同評級企業(yè)各類指標(biāo)均值如圖3所示。從圖3可以看出，所有指標(biāo)中管理措施是得分率最差的指標(biāo)，應(yīng)重點推進(jìn)企業(yè)完善電機(jī)系統(tǒng)管理措施。另外，評級高的企業(yè)各項指標(biāo)得分均較高，而評級低的企業(yè)各類指標(biāo)得分普遍較低，且沒有某一項得分突出的情況，說明目前電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行水平較差的企業(yè)仍沒有充分重視電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能。

圖3 不同評級企業(yè)各類指標(biāo)均值

以上評價結(jié)果表明，目前企業(yè)的電機(jī)能效水平仍有很大的提升空間，高效電機(jī)的推廣和應(yīng)用刻不容緩。

4 高效電機(jī)推廣措施

通過政策引導(dǎo)、標(biāo)準(zhǔn)約束和節(jié)能監(jiān)察，我國的高效電機(jī)生產(chǎn)能力得到大幅提升，電機(jī)系統(tǒng)能效提升也在穩(wěn)步推進(jìn)。但是從實施效果來看，還未能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。建議采取如下措施。

4.1 建立高效電機(jī)能效跟蹤及推廣管理平臺

開展工業(yè)電機(jī)運(yùn)行的數(shù)據(jù)摸底工作，通俗講就是摸清家底。建立高效電機(jī)能效跟蹤及推廣管理平臺，將企業(yè)、各區(qū)縣和集團(tuán)的電機(jī)能效情況通過平臺填報進(jìn)行收集和分析，實現(xiàn)企業(yè)高效電機(jī)數(shù)字化管理。同時，建立推廣服務(wù)平臺，包括高效電機(jī)推廣管理平臺、高效電機(jī)推廣及電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能服務(wù)平臺、電機(jī)能效檢測服務(wù)平臺、宣傳平臺，將政府機(jī)構(gòu)、科研院所、電機(jī)廠家、節(jié)能公司納入平臺，為企業(yè)提供政策、技術(shù)、節(jié)能診斷、采購等咨詢。

上海市能效中心已經(jīng)建立了重點用能設(shè)備能效對標(biāo)及跟蹤平臺(上海市產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展綜合服務(wù)平臺，見圖4)。目前平臺有如下功能：企業(yè)用戶可以實時進(jìn)行重點用能設(shè)備(包括電機(jī)、水泵系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等設(shè)備)的數(shù)據(jù)填報、修改、上傳、下載，對本單位進(jìn)行能效水平對標(biāo)管理；管理員用戶可對所有填報企業(yè)設(shè)備對標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行總體分析，實現(xiàn)上海市重點用能設(shè)備能效水平對標(biāo)分析、評價和管理。未來上海市能效中心將繼續(xù)圍繞高效電機(jī)推廣工作，開展平臺建設(shè)，構(gòu)建集數(shù)據(jù)、診斷機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)、高效電機(jī)制造商、用能企業(yè)等于一體的能效跟蹤及宣傳推廣平臺。

圖4 上海市產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展綜合服務(wù)平臺主界面

4.2 鼓勵發(fā)展第三方節(jié)能技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)

加快推行電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造合同能源管理，鼓勵第三方節(jié)能技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)利用更多融資方式，為用能單位電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造提供診斷、設(shè)計、融資、改造、運(yùn)行、管理等“一條龍”服務(wù)。同時，通過高效電機(jī)應(yīng)用市場化程度的不斷提高，促進(jìn)第三方節(jié)能服務(wù)機(jī)構(gòu)的技術(shù)能力提升。電機(jī)系統(tǒng)能效提升不是高效電機(jī)對低效電機(jī)的簡單替換，也不是簡單地把所有能效最高的設(shè)備連接在一起，而是根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營需求匹配其工藝、工況，提出最優(yōu)的系統(tǒng)解決方案。要針對不同行業(yè)和工況運(yùn)行特點實施專項改造提升計劃，改變簡單地更換低效電機(jī)的單一模式。節(jié)能服務(wù)公司應(yīng)按照統(tǒng)一的服務(wù)規(guī)范開展企業(yè)節(jié)能診斷，并對重點企業(yè)的電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造和運(yùn)行控制優(yōu)化。

4.3 提升高效電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)維水平

定期組織開展電機(jī)系統(tǒng)能效評價工作，對電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行、節(jié)能監(jiān)測、節(jié)能改造、優(yōu)化控制、管理制度、人員能力、維護(hù)保養(yǎng)等內(nèi)容進(jìn)行評價，對評價結(jié)果不合格者采取有效措施進(jìn)行整改或節(jié)能改造，進(jìn)一步促進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)使用過程中的節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。推進(jìn)企業(yè)、節(jié)能評估機(jī)構(gòu)、節(jié)能服務(wù)公司、節(jié)能量審核機(jī)構(gòu)的交流和培訓(xùn)，加強(qiáng)相關(guān)管理和技術(shù)人員的能力建設(shè)。

4.4 完善高效電機(jī)及系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系

標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)也是提升電機(jī)及其系統(tǒng)能效水平、促進(jìn)高效電機(jī)應(yīng)用的重要支撐。分行業(yè)完善高效電機(jī)節(jié)能技術(shù)規(guī)范、效率測試方法標(biāo)準(zhǔn)體系；完善高效電機(jī)能效評估標(biāo)準(zhǔn)，以此規(guī)范高效電機(jī)的合理使用和測試；完善與再制造電機(jī)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與要求；隨著GB 18613—2020新標(biāo)準(zhǔn)的制定與發(fā)布，能效標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)及時更新，對舊的能效標(biāo)識采取強(qiáng)制淘汰措施，并對電機(jī)的能效標(biāo)識進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范管理；完善電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理及相關(guān)服務(wù)規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)。

4.5 開展關(guān)鍵技術(shù)研究

從生產(chǎn)技術(shù)看，近年來我國電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)持續(xù)加大研發(fā)投入，不斷加強(qiáng)自主創(chuàng)新能力的建設(shè)；從生產(chǎn)能力看，我國高效電機(jī)行業(yè)也已形成較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。但是，我們必須清醒地認(rèn)識到，我國雖然是全球電機(jī)制造大國，但主要是生產(chǎn)附加值低、能耗高的普通電機(jī)，在國際電機(jī)產(chǎn)業(yè)分工中主要處于價值鏈的低端，只有掌握若干高端核心技術(shù)，才能占領(lǐng)相應(yīng)的高效電機(jī)節(jié)能市場。因此，應(yīng)大力開展電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究，發(fā)揮科研院所和行業(yè)歸口機(jī)構(gòu)在技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用、推廣等方面的核心作用。

5 結(jié) 語

通過電機(jī)系統(tǒng)能效評估體系對20家企業(yè)的典型工業(yè)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行能效評估，綜合反映電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果。評價結(jié)果顯示，目前企業(yè)電機(jī)能效水平仍有很大的提升空間，高效電機(jī)的推廣和應(yīng)用刻不容緩。在此背景下，提出了高效電機(jī)推廣措施，助力全國高效電機(jī)替代工作。高效電機(jī)的推廣以及整體用能設(shè)備的能效提升是目前最有效地支持碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)達(dá)成的措施。我們需要把握好高效電機(jī)推廣的有利時機(jī)，下決心加快推動國內(nèi)高效電機(jī)規(guī)?；瘧?yīng)用，在推進(jìn)節(jié)能減排的同時，帶動電機(jī)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級。