大型工业企业电机系统节能改造案例分析

引言：

电机系统作为大型工业企业中最主要的用能设备，其能耗约占工业总电耗的 60% 以上。随着能源成本上升和“ 双碳” 目标推进，电机系统的节能改造成为提高能源利用效率、降低企业运营成本的重要途径。通过技术升级与系统优化，不仅可实现显著的节能效果，还有助于企业提升绿色竞争力，具有广阔的应用前景与现实意义。

一、电机系统能耗现状分析：

在大型工业企业的特定环境中，被广泛应用于诸如风机、水泵、压缩机以及输送装置等关键设备的电机，因其具备运行时间长久且功率强大的特点，进而使整体能耗水平处于较高状态。依据统计数据显示，电机系统所消耗的电量大约占据工业总电耗的 60% 至 70% ，然而其中仅有大约 30% 的电能能够被有效转化成为有用的机械功，而其余的部分则损耗在了传动、控制以及运行不当等诸多环节。在众多企业里，仍然存在使用效率较低的老旧电机的情况，或者存在系统设计不合理的状况，如出现“ 大小马拉小车” 以及长期满负荷运行之类的问题。并且，电机的控制方式普遍较为落后，由于缺乏智能化管理与动态调节手段，所以进一步加剧了能源浪费这一不良现象。从这些情况不难看出，对电机系统运行与结构予以优化，此为实现节能降耗目标的关键所在。

三、节能改造技术与措施

（一）更换高效电机

相较于传统电机而言，具备效率高以及损耗小还有运行稳定等优点的高效电机，通过将效率等级处于相对较低水平的诸如IE1、IE2 级电机淘汰掉，然后改用效率等级相对更高的IE3 或IE4 级电机，能够有效提升 5% 至10% 能效的作用。而高效电机之所以能够达到此种效果，是因其普遍采取采用优质电磁材料、优化电磁结构设计、降低风摩与铁损以及辅以先进冷却系统等措施，其目的在于提高整体运行效率并延长使用寿命。值得一提的是，对于长时间保持运行状态且负载处于稳定状况的关键设备来说，高效电机所能够带来的节能效益呈现得尤为显著。

（二）应用变频调速技术

传统电机因其多为定速运行的特性，即便在负载发生变化时，却依旧维持恒定转速，这种情况最终致使能耗浪费。而通过采用变频器对电机转速予以控制，依据实际负载状况实时去调节输出，不但能够降低能耗，而且还可减少电机启停所带来的冲击，进而使得运行平稳性得以有效提高。在风机、水泵以及冷却系统等可变负载场景里，变频调速技术普遍可以实现从 20% 至 40% 的节能效果。除此之外，变频控制还能够让设备寿命得到延长，并且能够减少维护所需要的频率，这无疑是当下最具备推广价值的电机控制改造手段之一。

（三）优化系统设计与运行管理

节能所涉及的范畴，不只是设备的更新换代这一方面，而更是在于对系统展开科学合理的设计以及精细化管理等多个关键部分。一方面来说，基于实际运行的工况条件，以合理方式去对电机容量进行选型工作，从而避免出现“ 大马拉小车” 这种不合理状况或者长期处于超负荷运行状态的不良现象发生。另一方面，需要优化工艺流程这一关键环节，将多余的流程环节进行有效减少并且降低能量的损失程度，以此来实现整体系统运行效率的提升。而且引入能够实时监测多种参数并优化调度策略的智能能效管理系统（EMS），能够有效提升管理水平的关键手段，该系统不仅可对电机运行状态、电流、电压、负载率等各类参数进行实时监测，还能及时察觉到异常情况，进而实现对电机系统开展精细化、动态化的能效管理工作。与此同时，构建一种完善的电机维护与定期进行检修的有效机制，可及时将设备出现的故障隐患进行清除，预防因设备的磨损、堵塞、轴承老化等诸多问题而使系统运行效率出现下降的情况。

三、典型案例分析

（一）改造前存在的问题

在尚未展开改造之时，被提及的该空压站里，普遍地存在着设备老化以及效率低下的问题。具体体现于系统所配置的数量众多的定速电机，它们长期运行处于不合理的工况当中，并且设备大多为传统电机，这类电机其效率普遍偏低，进而导致能源转换效率处于不足的状态，大量的电能因此遭受损耗。由于严重缺乏科学合理的控制手段，致使系统压力调节主要依赖人工进行启停操作，并且严重缺失动态响应机制，运行压力出现频繁波动的状况，最终造成空压机频繁地进行启停动作，这不但加剧了设备的磨损程度，而且还极为严重地影响到了能效方面的实际表现。除此之外，整个系统全面缺乏集中监控平台，运行过程基本依赖于经验判断来推进，管理水平显得相当落后。从统计数据中能够看到，该空压站每一年的电耗竟然高达 1200 万千瓦时，其占全厂总用电量的比例已经超过 8% 之多，已然成为对企业能效优化形成制约的重要瓶颈所在。

（二）改造措施

为解决上述提及问题并提高系统能效，该企业开启了空压站节能技术改造工程。其操作流程如下：原有的定速电机被全部更换成在宽负载范围内都能保持较高运行效率，尤其在轻负载运行状态下优势明显，进而能够显著降低电能损耗的高效永磁同步电机。而空压机方面则配置先进的变频调速系统，以便依据实时用气量对电机转速加以调整从而实现按需供能，避免出现以往持续高功率输出时所造成的能量浪费。与此同时，企业还将集中控制平台予以部署并引入PLC 与工业自动化控制技术，旨在实现对多台压缩机设备进行统一调度与智能联动，以确保系统运行压力始终保持在最优范围内，并且可按照负荷自动对主辅机运行进行切换，最终达成提高系统整体运行效率和稳定性的目标，这一系列措施相互交织，有着复杂的内在逻辑关系。

（三）改造效果

经由此次具备系统性的节能改造工作开展之后，空压站原本的运行能效实现了幅度较大的提升，其年电耗从原本约1200 万千瓦时这般的数值逐步下降到大概 780 万千瓦时左右，在此过程中达成的年节电量总计为 420万千瓦时，节电率高达 35‰ 。而该项目投资总额被合理安排在企业年度技术改造预算范围之内，预计投资回收期时长为 1.8 年，这也就意味着该项目具备良好的经济回报预期。在完成此次改造之后，空压站运行方面变得愈发平稳起来，设备频繁启停这个一直存在的问题得到了较为明显的缓解，系统控制精度也有所提升，运行人员所承担的工作强度随之降低，设备故障率以及维护成本均出现了显著下降，这一系列的变化进一步提升了整个系统的稳定性与可靠性，进而对于设备使用寿命起到了延长的作用。

结论：

通过对电机系统的节能改造实践可见，高效电机替换、变频调速控制及智能运行管理等技术手段，能够显著提升能效水平，降低企业能耗与运营成本，具备良好的经济性与实用性。为推动此类改造广泛实施，建议加强政策引导、加大财政支持、完善能效标准体系，并鼓励建设示范项目，推动节能技术与管理模式在更多工业企业中落地，助力实现绿色低碳转型目标。

参考文献：

[1]滕萃,文湘霖.变频调速技术在电机拖动中的应用研究[J].模具制造,2024,24(06):142-144.

[2] 尉蓉. 电气自动化控制中变频调速技术的运用[J]. 光源与照明,2021,(11):132-134.