電機系統能效評估及高效電機推廣應用淺析

王根 周勝 梁棟

銅聯商務咨詢（上海）有限公司

0 引言

能源在國民經濟發展中起著決定性作用，隨著中國現代化建設的不斷發展、科學技術和生活水平的不斷提高，能源消耗也在逐年增加[1]。由于我國能源結構仍以不可再生能源為主，因此節能減排對我國建設和發展有著重要意義。

電動機是水泵、壓縮機、風機等設備的主要動力源，廣泛用于工業、農業、交通、國防等領域。電機及系統作為我國工業的基礎，在國民經濟中的重要性不言而喻，而電機能耗占總能耗比例之高，也決定了其節能的重要性。我國是全球最大的中小型電機生產和應用國，但與發達國家相比，高效電機產量、應用率均很低，除部分新建項目外，絕大部分電機是普通電機。

究其原因是因為電機及其系統的復雜性、技術的專業性、政策的連續性等對電機系統節能的實施造成很大困難，存在“大馬拉小車”的情況。存量電機用電量占總用電量的50%左右，超過工業企業用電量的70%，長期以往的輕負載運行會導致大量的能源浪費，因此，高效電機的廣泛應用對節能減排具有非常重要的意義。

要廣泛應用高效電機，首先必須建立能效評估體系，對能耗進行甄別。這個過程需發揮生產企業、節能服務機構和最終用戶的積極性，同時開展政策引導,樹立行業典型,加強部門合作，加強監督，及逐步推進。

1 電機及其系統能效評估現狀

世界上許多國家對電動機系統的節能高度重視，制定并頒布了電動機能耗標準，如國際電工委員會（IEC）制定的電動機能耗分級標準IEC60034-30，我國于2020年5月公布了電機能效新標準《GB18613-2020電動機能效限定值及能效等級》[2]，該標準提高了三相異步電動機能效限定值，于2021年6月1日實施，至此，IE3以下的能效電機被強制停產，電機行業全面進入“IE3時代”[3]。

我國電機能效標準與國際標準對比見表1。3級效率（對應國際IEC標準IE3）為目前我國最低能效限定值，2級效率（對應國際IEC標準IE4）為標準等級，1級效率（對應國際IEC標準IE5）為最高能效限定值[4]。我國節能電機主要產品有YX3系列和YE3系列異步電機，其中YX3系列是2005年生產的，屬三級能耗，達到IEC60034-30IE2標準等級；YE3系列是2010年生產的，屬二級能耗電機，達到IEC60034-30IE3標準等級。

表1 三相異步電動機能效標準對比

除電機能效標準外，我國還制定了產品、節能改造、綠色制造等標準[5]，從設計、制造、測試、應用環節建立了電機系統節能標準體系，包括設備能效標準、系統經濟運行標準和節能控制標準三種類型[6]。

2 電機系統能效評估方法

2.1 電機系統運行效果評價指標體系的建立

2.1.1 指標體系層次分析法

電機系統的穩定運行涉及系統中各個組成部分，包含因素眾多，因此要采用系統工程法對指標體系進行分類和剖析。常用的指標體系分析法為層次分析法[7]，基本原理見圖1。

圖1 層次分析法基本原理圖

由圖1可知，層次分析法展現出從下到上的遞進關系，其基本思路是將一個目標或因素分解成多種元素。層次分析法從上到下依次為目標層、準則層、方案層。各層次之間相互影響，相互依存。當同一層次所含因素較多時，可采用權值法確定權數，對指標進行量化。當某一層元素發生變化時，可反映到其他層次，體現出系統的有序性和關聯性。

2.1.2 綜合評價指標體系

電機系統運行效果評價指標體系適用于1 000 kW以下的中小型電動機和風機、泵、空氣壓縮機等單個拖動設備的電機系統。本文依據層次分析法建立的電機系統綜合評價指標體系包含4個準則層，以下從4個準則層對電機系統運行綜合評價指標體系進行分析。

1）節能設計。圖紙/設備選型滿足標準GB/T 26921要求的為2分，否則0分；基礎設施建設，包括建筑、照明、設備設施（專用設備、通用設備、計量設備、污染物處理設備）滿足要求的3分，否則0分。基礎設施建設根據設備、購置合同、資產管理文件等判斷。

2）節能設備。電機系統組成部分有控制系統、電動機、傳動設備、拖動設備、管網及輔機系統。控制系統有節能高效控制設備且滿足標準要求運行在最佳工作狀態的為5分，有節能高效控制設備但沒有運行在最佳工作狀態的3分，無節能控制設備的0分；電動機設備能效1級的10分，2級的7分，3級的3分；傳動設備傳動方式高效的5分，否則0分；拖動設備能效1級的10分，2級的7分，3級的3分；管網及輔機系統根據生產情況及現場判定，通過的5分,否則0分。

3）運行與管理。運行與管理主要分為管理制度、經濟運行評價和節能監測三部分。管理制度具備完善節能操作規程、設備運行維護記錄、定期人員培訓、定期管網檢查、防止泄漏制度等的為10分；只包含一項或部分項的5分；符合標準要求，產品有測試報告的3分；其它1分。經濟運行評價方面按經濟運行評價標準進行評價，合理的10分，不合理的3分，未評價的0分。節能監測方面需定期開展節能監測，評價結果為節能，否則0分。

4）優化與改造。這一準則主要看電機系統是否開展過節能改造。過去5年實施3項以上節能改造并有評價報告的10分，1~2項的5分，否則0分；如果企業不足5年就實施1~2項節能改造的10分，否則0分。

根據上述評分準則，電機系統運行效果等級可分為3級，1級最高，為領跑者等級。各級系統綜合得分不低于表2的規定，當綜合得分低于60分時，應采取措施改善系統。

表2 電機系統運行效果評價等級

2.2 基于層次分析法的能效評估體系試點應用

經調研，隨機確定了20家能效評估試點應用企業[8]，評估工作從過程角度綜合評價其能效指標。

評價結果為，2級和3級企業的有15家，占75%，1級企業的2家，低于60分的3家，見表3和圖2。評價結果說明，目前電機能效水平仍有很大提升空間，推廣和應用高效電機刻不容緩。

圖2 企業評價分布

表3 20家企業電機系統能效評估清單

3 高效電機推廣機制

雖然政策引導、標準約束和強制性監督核查使我國高效電機產能獲得了巨大提升，能效工作得到了很大推進，但總體未能達到預期目標，為此，建議如下：

3.1 建立高效電機能效跟蹤及推廣服務平臺

通過建立高效電機能效跟蹤及推廣服務平臺，開展電機運行數據摸底工作，將企業、區縣和集團電機能效情況通過平臺填報進行收集和分析，可得到企業、工業園區乃至城市的大數據信息，再針對這些信息進行能源消耗種類、運行特點等分析，制定出節能規劃或節能方案。

與此同時，推廣服務平臺包括高效電機推廣管理平臺、節能服務平臺、能效檢測平臺、宣傳平臺，并將政府機構、科研院所、電機廠家、節能公司納入平臺，為企業提供政策、技術、節能、采購等咨詢[9]，見圖3。

圖3 中國高效電機推廣項目(PREMCI)成果展專欄

3.2 補貼政策分析

電機系統包括風機、泵、空氣壓縮機等，耗電量約占工業用電量的74%，占工業用能的30%。如上海市，存量電機670萬kW，其中水泵208萬kW、風機104萬kW、空壓機88萬kW、電動機270萬kW，且每年新增約7萬kW。

國家標準GB 18613-2020《三相異步電動機能效限定值及能效等級》于2021年6月正式實施，按照新標準，存量電機基本處于3級能效水平以下，而2級能效水平電機成本還將繼續增加。

出臺低效電機替代補貼政策：由于新電機標準及電機改造成本較高等原因，建議政府出臺“以舊換新”財政補貼政策。國家曾經對節能產品進行補貼，補貼方式分補貼到制造商與補貼到用戶兩種，其中，補貼到用戶方式較好，究其原因是補貼過程較復雜，不確定性大，制造商需把基本信息反饋到政府后才能得到補貼。所以，建議將補貼到終端用戶的方式應用到制造商。此外，上海已對具有良好經濟效益、社會效益和環境效益的節能技改項目有資金獎勵，獎勵金額根據實施后產生的節能量計算[10]。

為持續推動高效電機的使用，本文建議：①補貼申報主體為用能企業或節能服務公司，允許節能服務公司打包申報（不超過3個企業），同時增加補貼申報門檻，每個申報主體使用的高效電機至少300 kW以上。②提高補貼標準，2級及以上能效電機按照國家補貼標準的2倍進行補貼，相當于將改造項目投資回收期由5年縮短到3年；新建項目按改造項目的0.6倍補貼，相當于2、3級差價的80%。補貼建議見表4。

表4 高效電機建議補貼標準

3.3 積極拓展市場模式和新型營銷模式

高效電機推廣的一大阻礙是用能企業或節能服務公司資金不足，因此，資金來源有待多元化。大型節能項目多是由節能服務公司提供資金的，因此，建議將政府資金與銀行融資相結合，通過設立高效電機基金等方式，增加節能服務公司的融資渠道，同時將政府補貼給用能方，讓節能公司在優勝劣汰的競爭中獲得補貼，增強融資能力[11]。

隨著經濟的不斷發展，電子商務與互聯網遍布各個行業。網絡營銷——一種全新的營銷模式，能快速反映市場變化，并很好地控制市場，且投資成本低，能夠一對一與客戶溝通。網絡營銷實現的條件是：目標客戶是否有能力接受或愿意接受這種方式。一定要根據銷售方式選擇產品，并妥善解決售后服務。此外，隨著市場競爭的激烈，支付方式也逐漸改變，向安全方向發展。高效電機的推廣亦可利用這種營銷模式，打破行業壁壘，使電機系統能被更快、更專業的高效電機替代。

在政府扶持政策的引導下，通過更多融資方式和營銷手段達到高效電機應用市場化不斷提高、合同能源管理資金占比/金融機構融資占比顯著提升、政府補助資金下降的目的。打通管理側→一線人員→用電客戶的連接關系，建立一套全流程閉環式管控的營銷推廣評估體系（見圖4），幫助全鏈路、分場景追蹤的營銷效果，進行針對性的提升與優化，確保資源合理調配、策略精準發力[12]。

圖4 全流程閉環推廣成效評估體系

4 結論

基于電機系統能效評估方法及我國現行政策與市場模式，文章提出了積極推廣高效電機的若干措施：

1）開展培訓、宣傳及推廣

推進企業、節能評估機構、節能服務公司、節能量審核機構的交流和培訓，加強管理和技術人員的能力建設，按行業（如水泥、化工、鋼鐵、礦山、建材等）樹立應用典型，推進成熟的節能技術。各個推廣企業要按要求完善內部管理，保證產品質量、產品能效、推廣數據的真實性。要廣泛宣傳高效電機的意義、實施效果,鼓勵全社會積極參與,最大程度地發揮政策引導作用。

2）增強部門合作和政府的強制性

高效電機推廣是一項系統工程,涉及企業、層次、環節多,必須加強協作。政府部門雖針對節能減排推出了很多具體措施，但還需積極引導和監督、還需協同與配合[13]，共同打造高效電機大規模推廣應用的新局面。

3）開展關鍵節能技術的研究

從技術看，我國近年來持續加大研發投入，加強自主創新能力的建設；從生產能力看，我國高效電機行業已形成較為完整的產業鏈，但生產的是低附加值、高能耗的普通電機，因此需緊緊把握高效電機推廣的有利時機，加快高效電機規模化應用，推進節能減排，帶動電機的產業結構升級。