永磁電機(jī)等高效節(jié)能電機(jī)在中國的需求潛力
永磁傳動(dòng)技術(shù)是當(dāng)前電機(jī)系統(tǒng)整體能效提升的新技術(shù),它包括有永磁渦流柔性傳動(dòng)節(jié)能裝置、永磁電機(jī)、永磁聯(lián)軸器、永磁耦合器等,是電機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。對(duì)于整體提升電機(jī)系統(tǒng)的安全運(yùn)行、節(jié)能降耗有著積極的作用。
從國務(wù)院剛發(fā)布的“中國制造2025規(guī)劃”中可以看出,國家制定該規(guī)劃的宗旨定位于制造業(yè)是實(shí)體經(jīng)濟(jì)的主體,是立國之本、富國之基和興國之器。堅(jiān)持打造先進(jìn)自主的制造業(yè),是我國提升綜合國力、保障國家安全、建設(shè)世界強(qiáng)國的必由之路!其指導(dǎo)思想之一就是創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、綠色發(fā)展。創(chuàng)新是制造業(yè)發(fā)展的靈魂和不竭動(dòng)力,綠色發(fā)展是破解資源和環(huán)境瓶頸制約的關(guān)鍵所在,是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。作為全球能源消費(fèi)量占世界總能耗的1/5之多的大國,如何把用電量最大的耗電設(shè)備電機(jī)——這一在工業(yè)節(jié)能中的末端產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效率、大節(jié)能,成為節(jié)能減排的重中之重。
近年來,我國工業(yè)化得到了快速發(fā)展,工業(yè)增加值規(guī)模已超過21萬億元,占全球的比重也超過20%,在500多種主要工業(yè)產(chǎn)品中,220余種的產(chǎn)量位居全球領(lǐng)先,但仍處于如何從制造大國轉(zhuǎn)變成制造業(yè)強(qiáng)國這一階段。雖然中國工業(yè)發(fā)展取得了巨大進(jìn)步,但必須看到,付出的資源、環(huán)境代價(jià)也是非常大的。
根據(jù)歐盟《提高高效電機(jī)和驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)份額》的研究報(bào)告顯示,工業(yè)用電動(dòng)機(jī)消耗電能占工業(yè)用電消費(fèi)的73%。其中,歐盟工業(yè)部門中,各電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)消耗電能的比例為:泵類22%、風(fēng)機(jī)16%、空壓機(jī)18%、制冷壓縮機(jī)7%、輸送機(jī)2%、其他電機(jī)為35%,即風(fēng)機(jī)、泵類及壓縮機(jī)占總消耗電能的63%。
數(shù)據(jù)顯示,2013年我國電機(jī)保有量約21億kW,總耗電約3.5萬億kWh,占全社會(huì)總用電量的64%,其中工業(yè)領(lǐng)域電機(jī)總用量為2.6萬億kWh,約占工業(yè)用電的75%。工業(yè)領(lǐng)域電機(jī)能效每提高1%,可年節(jié)約用電量260億kWh左右。從整體上提升電機(jī)系統(tǒng)效率5%~8%,可實(shí)現(xiàn)年節(jié)電1300~2300億kWh,相當(dāng)于2~3個(gè)三峽電站的發(fā)電量。
根據(jù)齒輪減速電機(jī)的效率曲線特性,負(fù)載在80%~100%之間時(shí)電動(dòng)機(jī)效率最高,運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)。但實(shí)際應(yīng)用中,多數(shù)齒輪減速電機(jī)的負(fù)載率經(jīng)常在60%以下(我國齒輪減速電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)效率更低,僅為30%~40%),“大馬拉小車”現(xiàn)象非常普遍,電能浪費(fèi)高達(dá)30%,而且長(zhǎng)期低載運(yùn)行,容易造成齒輪減速電機(jī)的損壞。永磁傳動(dòng)技術(shù)使電機(jī)與負(fù)載之間無剛性連接,通過永磁體和導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)了能量在氣隙中的傳遞,它解決了旋轉(zhuǎn)負(fù)載系統(tǒng)的對(duì)中、起動(dòng)、減震、調(diào)速及過載保護(hù)等問題,使磁力傳動(dòng)的效率達(dá)到99%。
實(shí)現(xiàn)電機(jī)的緩沖起動(dòng),因?yàn)殡姍C(jī)不需要克服負(fù)載慣性,大大減小了峰值電流,減少電耗,達(dá)到節(jié)約能源,減少設(shè)備磨損的效果。從節(jié)能減排的角度來講,用永磁電機(jī)代替異步交流電機(jī),體積小、效率可實(shí)現(xiàn)100%,電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速達(dá)到300r/s為最佳工作狀態(tài),這時(shí)在電機(jī)后蓋上背一個(gè)小的星行減速機(jī),輸出轉(zhuǎn)速可達(dá)幾到幾十r/s,滿足各種工況下的需要,如電廠、鋼廠、水泥廠、石化及化工等場(chǎng)合,針對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)、水泵、皮帶輸送機(jī)和球磨機(jī)等設(shè)備提出的節(jié)能傳動(dòng)解決方案,達(dá)到40%的節(jié)電的效果。比如說球磨機(jī),球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)屬于典型的低速大轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)系統(tǒng),永磁電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩的持續(xù)運(yùn)行,異步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)無法實(shí)現(xiàn),這種特性使得永磁電機(jī)在低速大轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用非常廣闊。
永磁電機(jī)的稀土永磁材料磁性能優(yōu)異,它經(jīng)過充磁后不再需要外加能量就能建立很強(qiáng)的永久磁場(chǎng),用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)電機(jī)的電勵(lì)磁場(chǎng)。稀土永磁電機(jī)不僅效率高,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,還可做到體積小、重量輕。既可達(dá)到傳統(tǒng)勵(lì)磁電機(jī)所無法比擬的高性能(如超高效、超高速、超高響應(yīng)速度),又可以制成能滿足特定運(yùn)行要求的特種電機(jī),如電梯曳引電機(jī)、汽車專用電機(jī)等。電梯電機(jī)也一樣,永磁同步曳引機(jī)是一種無齒輪曳引機(jī),相比傳統(tǒng)的有齒輪曳引機(jī),它沒有減速箱,具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、低溫升、低能耗、低噪聲,免維護(hù)、調(diào)速范圍寬和運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn),正常情況下較非永磁有齒輪曳引機(jī)節(jié)能40%左右,性價(jià)比很高。
中國是個(gè)稀土大國,永磁材料和永磁技術(shù)在國家七大戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)中將得到廣泛應(yīng)用,比如說節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)、新能源、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的持續(xù)性永磁電機(jī),還有新能源汽車、高端制造業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)里很多都在用永磁材料。永磁傳動(dòng)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展為我國實(shí)現(xiàn)2025智能制造、工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能減排意義重大,永磁電機(jī)市場(chǎng)前景廣闊。
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