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中小型電機的發展趨勢及市場預測
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一、引言

  中小型電機是量大面廣的機電產品,它廣泛應用于工業、農業、國防、公共設施和家用電器等各個領域,如風機、泵、壓縮機、紡織機、軋鋼機、機床、空調機、電動車輛的動力源等,其耗電量占全國總發電量的60%以上,中小型電機的發展對國民經濟建設、能源利用、環境保護和人民生活的提高都起著重要作用,因此各國政府對其發展均相當重視,并制定了相應的法規,標準和優惠政策加以制約、規范和扶持。

  同時,隨著國民經濟和科學技術的發展,特別是電力電子、計算機和材料科學等高新技術的迅速發展,為制造高性能的機電一體化產品提供了條件,也對電機設計、制造和性能提出了更高的要求。

  面對入世,國際機電市場進一步拓寬,我國的中小型電機企業將面對更多的挑戰和機遇,在未來幾年如何迅速融入國際市場,爭取更多的市場份額,將成為今后我國中小型電機企業發展的重要生命線。因此,深入了解目前國內外中小型電機的發展現狀和趨勢,加快產品的更新換代,積極調整產業結構,主動適應國際市場的發展要求,具有重要的現實意義。

二、國外中小型電機的發展趨勢

  國外中小型電機制造廠在材料、工藝、設計等方面不斷進行改進,電機更新換代速度快、開發周期短。國外電機的先進水平主要體現在:可靠性高、壽命長、專業化程度高、電機效率高、噪聲低、重量輕、外形美觀、絕緣等級高(采用F級或H級)等方面,除此之外,以美國為代表的工業發達國家又在高效電機、變頻電機和特種電機等方面作了大量細致和深入的研究工作,推出了新的產品系列,制定了相應的產品標準,極大地豐富了電機各類和電機理論,拓展了電機市場。

  1.美國的電機能效標準和高效節能電機

  能效標準產生的背景是70年代的兩次世界性的能源危機,當依賴能源進口的美國經歷了兩次能源危機后,他們深深體會到能源對國民經濟和社會的穩定起著至關重要的作用,是經濟發展的命脈,并于80年代制定了電機能效標準。當時能夠達到電機能效標準的電機被視為高效電機,凡購買這種高效電機的用戶,都可以獲得電力公司發放的補貼,補貼數額為每馬力10~20美元,正好是低效電機與高效電機的差價。由于政策的影響,電機效率不斷提高,到1990年在美國所有銷售的中小型電機中,已有20%~30%的電機達到了能效標準的要求。

  進入90年代,全球環境問題又成為困擾世界經濟持續發展的大問題。美國各階層的人們都認識到,現代經濟的發展必須依賴于大量能源的消耗,而消耗能源所帶來的污染降低了人們的生活品質。于繼續以加大能源的消耗來發展經濟是行不通的,而簡單地限制能源的使用量也是不可取的。解決這一問題最可行的方法是提高能源利用的技術水平,在不增加能源消耗和情況下使經濟持續發展、人民的生活水平不斷提高。為提高能源的利用率,美國國會于1992年10月24日通過了《能源政策法案》(Energy Policy ACT簡稱EPACT),規定在60個月以后,即1997年10月24日以后,凡制造、進口和安裝在成套設備上的一般用途的電機,必須達到所規定的指標,即所謂EPACT指標(標準)。達到此標準的電機,其損耗下降20%~30%,效率提高1.5%~5%,并進行了實驗方法和實驗室認證的強制性規定。EPACT規定承擔認證任務的實驗室必須經過國家實驗室認證委員會(NVLAP)的認可。該認可委員會對申請電機效率認證的實驗室提出包括人員、儀器設備和管理等方面的具體要求,比如測量電壓、電流、功率和轉矩的儀器精度要達到0.2級以上等。目前美國的電機采用直接在產品銘牌上標出電機的標稱效率和最小效率的方法,以便用戶選用和社會監督。但是產品銘牌上的效率值并不是由生產商自己隨便標上的,生產商在開發出新電機后,要把這種電機送到上述獨立的認證實驗室進行效率測試,試驗合格后,再把實驗報告提交給美國能源部,經能源部審核并由能源部授予認可號后,生產商方可在其銘牌上標入標準規定的能效值。

  盡管高效電機會導致電機制造成本增加,價格有所提高,但是對于一些長時間運行的場合,高效電機能為用戶節約更多的電費,使電機在壽命周期總成本降得更低,也為減小社會的用電總量做出一定貢獻。為此,美國的各大電機廠家紛紛推出自己的高效電機,例如美國EMERSON電氣公司的US電機部新近推出的改進型的8410LUS電機,它借助于低耗硅鋼片和其他一些獨特的設計,其效率超出了聯邦新規定的電機效率,表1是部分4級整馬力8410LUS高效電機與典型電機的效率比較及其節省電費情況概算(7)(按每千瓦時3美分電費計算)。

  表1 部分8410LUS高效電機與普通電機效率比較
  電機功率 效率值 每年不同工作制下節省的電費
 。R力) 841PLUS 典型值 4000小時 6000小時 8760小時
 。ǘ嗟梗 (三班倒) (連續)
  ----------------------------------------------------------
  3 89.5 83.5 $27.45 $41.17 $60.10
  30 94.1 89.0 $163.54 $245.31 $358.16
  100 95.4 91.6 $389.29 $583.92 $852.52
  ----------------------------------------------------------

  可以看出,高效電機為用戶節省的電費是相當可觀的,特別是對于那些長時間運行的電機效果更為顯著,因此美國率先在石油化工行業推廣使用高效電機,其功率覆蓋等級由原來的1~200馬力擴大到1~500馬力。當美國的造紙行業看到了高效電機為石化行業帶來的經濟效益后,也開始主動超前使用高效電機。

  為進一步節能,美國國家電器生產商協會(NEMA)又制定了更高效率水平的電機標準,即所謂的NEMA能效標準。該系列設計的電機效率指標再提高2~3%。個別大公司提出了更高的效率標準,例如GE公司推出的三相整馬力籠型超高效電動機(2),NEMA機座號182-449,以50馬力4級電機為例,其效率不低于94.1%,噪聲<74dB(A)、功率因數>0.8。

  總之,美國在實施電機能效標準時很好地把法律效用和市場作用精密結合起來,既考慮了消費者的權益,又照顧到了企業利益,使得能效標準能夠順利貫徹。同時,各服務性機構為了使涉及電機效率的有關人員能夠正確理解和使用電機的能效標準,通過各種方式和手段為他們提供服務。比如通過800免費電話服務,提供電機能效標準的有關技術信息、印發示范項目的資料、編寫電機及其它負載經濟運行手冊、定期舉辦培訓班和散發電機運行管理的計算機軟件等(6),這些都極大地推進了美國高效電機的生產和使用,也增強了國民的節能意識。

  中小型電機的發展趨勢及市場預測(2)
  (2002-08-14)

  2、歐洲的高效節能電動機

  歐洲的電機多采用德國DIN42673標準進行生產和規范(3),一般歐洲電機的各項性能比較先進合理,可靠性好,例如Siemens公司的1LA5、6和1FC6系列都是具有代表性的產品。對于高效電機過去沒有統一的標準,生產量也不大。隨著歐洲經濟一體化的加強,歐洲地區的節能以及降低大氣CO2含量的工作也提到了議事日程。1999年召開了高效電機會議,歐洲電機和功率電子制造商協會(CEMEP)、歐洲委員會(EU)能源組織聯合提出了歐洲電動機效率方案,即CEMEP-EU協議。參加CEMEP-EU協議低壓電機效率標準制定的有ABB、AEG、Brook Hansen和Siemens等知名電機制造廠商。該方案適用于1.1~90kw、2級和4級的電動機,要求今后生產的電動機在產品銘牌上必須有效率標志。該標志有三種形式,具體以效率指標來劃分:每一規格電機分為低指標和高指標兩檔效率標準,效率值低于低指標的稱為eff3電機(即當前生產的電動機),該eff3電機到2006年就不再生產;介于低指標和高指標之間的稱為eff2電機(相當于我國Y2系列電機的效率等級);高于高指標的稱為eff1電機。Eff2和eff1電機均為高效電機,CEMEP-EU協議規定到2003年底,高效電動機必須占50%以上(1)。以7.5KW、4級電機為例,其效率指標分為87%和90.1%兩檔,不同效率標志的電機分類見表2。

  --------------------------------------------
  效率值 降耗指標 年運行時間
  --------------------------------------------
  Eff3 <87%
  Eff2 87%~90.1% 20% 2000h
  Eff1 >90.1% 40% 4000h
  --------------------------------------------

  相比較而言,美國相應規格高效電機的效率為89.5%,歐洲eff1為90.1%,略高于美國EPACT指標。但是由于歐洲效率試驗方法是假定負載雜耗為輸入功率的0.5%,而美國為實測值,因此歐洲的eff1高效率電機實際上要略低于美國EPACT指標規定的效率水平(1)

  國外的電機廠家為進一步提高電機的效率,還努力將新材料、新工藝等引入電機的設計和制造過程中,如稀土永磁交流同步電機已經得到廣泛的應用。以11kw、4級電機為例(1),同機座號的永磁交流同步電機與其它電機的效率對比如表3所示:

  表3 永磁電機效率與其它電機效率的比較
  ---------------------------------------------------
  Y系列 EPACT高效電機 NEMA設計 永磁同步電機
  ---------------------------------------------------
  效率 88% 91% 92.4% 93.2%
  ---------------------------------------------------

  可以預測,稀土永磁電機必將以效率高、體積小、結構簡單等一系列優點在工業生產和日常生活中得到廣泛應用,并被認為是21世紀最具發展潛力的電機品種。

  總之,高效化是中小型電機的發展的主題。

  3、風力發電機

  風力發電作為可再生的清潔能源日益受到重視,歐美等國家均制定了發展風力發電的規劃,并投入大量經費開展研究和推廣應用,經過近20年的快速發展,風力發電技術已日趨成熟,并已能夠并網運行。美國加州風電場每千瓦時的發電成本已低于核電,接近油電,風電已經具備了與常規能源競爭的潛力。目前,世界風電裝機容量已超過1000萬kw,并且發展迅速,表4為1994~1998年間世界風電裝機容量情況統計(10)。

  表4 1994~1998年間世界風電機組裝機容量統計
  ---------------------------------------------------
  世界風電裝機 較上年增長 年增長率(%)
  容量(萬kw) 容量(萬kw)
  ---------------------------------------------------
  1994年 348.9 49.2 16.4
  1995年 490.0 141.1 40.4
  1996年 617.2 127.2 26.0
  1997年 718.3 101.1 16.4
  1998年 928.3 210.0 29.2
  ---------------------------------------------------

  風電機組分為大、中、小三種類型,一般單機容量小于100kw的為小型,100~1000kw為中型,大型1000kw為大型,目前風電機組以中小型為主,丹麥的風機制造業處于世界的領先水平,它出口的風電機組占全球銷量的60%以上,機組容量在300~600kw之間。

  預計到2005年將超過1850萬kw,相當于180億美元的市場。目前世界風電裝機容量最多的國家有德國、美國、丹麥(10),他們的裝機容量均在100萬kw以上。(目前我國的裝機容量為40萬kw左右,世界排名第8位。)
 
 

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