2002年1月11日，上海市节能服务中心根据南京会议精神，召开了上海地区项目启动会议。会上由上海市经委节能环保处陈振千同志向参加会议的6名中国电机系统节能项目上海地区顾问委员会委员颁发了聘书。同时宣布成立由化工、冶金、机电、电厂、供水等行业10名专家组成的电机系统节能项目专家组。
1  项目背景
    工业电机系统是中国的主要电力用户，占全部用电量（大约6×1011kW）的50％以上。改进设计、优化系统配置以及提高电机运行效率能减少电机系统用电量20％以上。从而可提高能源利用率及减少CO2和NOX排放量，降低工厂运行成本及改善全球生存环境。联合国工业发展组织（UNDIO）通过在中国建立一个国家项目——“中国电机系统节能推广计划”来促进中国工业企业的电机系统优化节能工作。项目确定首先在江苏省和上海市实施。这是中国政府为建立和培训全国电机系统优化专家网络机构的10年计划中的第一步，也是重要的一步，然后由这些专家帮助更多的工业企业实施电机系统优化节能项目改造工作。
2  项目简况
    项目名称：中国电机系统节能项目
    项目地点：中华人民共和国，重点在上海市和江苏省
    开始时间：2001年12月
    估计结束日期：2004年8月
    项目受益国：中华人民共和国
    实施单位：联合国工业发展组织（UNDIO）
    合作单位：美国能源部（USDOE）
              美国能源效率经济委员会
              劳伦斯伯克利实家实验室
              中国国家技术质量监督局
3  工作任务
    1）参加电机系统（电机、水泵、风机、压缩机）节能技术优化培训班，由联合国工业发展组织聘请的国际电机系统专家授课，培训班分专家讲课和现场培训二部分。其中，至少5名优化专家参与本项目后期工作；
    2）对至少100名工业企业经理和专业技术人员提供电机系统节能培训，使他们掌握国际先进的电机系统节能技术，为本单位、本行业电机系统进行节能改造；
    3）在不同行业实施6个电机系统节能改造项目，对其中比较成功的4个项目进行总结，编写案例报告，供本市以及全国示范推广；
    4）至少对15个企业提供电机系统节能的技术评估，以帮助这些企业确定和实施电机系统优化节能改造计划；
    5）协助国家有关部门修改电机系统有关标准，协助国家有关机构拟定国家电机系统节能计划；
    6）安排10名专家分二批赴美国、加拿大学习、考察。
4  节能项目应用实例
    徐州发电厂是将京杭大运河的水输送至厂内，供8台机组冷却塔用水。岸边补水泵共有4台电机，其中＃3号电机型号为JSR158-6、550kW、6kV。6kV厂用电通过6km的架空线送到岸边补水泵站开关柜。＃3电机就是第一台进行变频调速改造的电机。
    6kV电机的变频改造方案一般有4种，分别为：
    1）采用6kV变频器、6kV电机方案，即高压方案；
    2）将6kV电压降至3kV，采用3kV变频器、3kV电机方案，即中压方案；
    3）将6kV电压降至1kV以下，采用低压变频器、低压电机方案，即低压方案；
    4）将6kV电压降至1kV以下，采用低压变频器，然后将电压升至6kV，采用6kV电机方案，即高低高方案。
    通过比较，选用了低压方案。
    选择低压方案的最大优点是造价低，且低压变频技术已完全成熟，应用范围广。这一点从4单位的投标书中可以看出。4单位的报价各不相同，但有一点是共同的，即低压方案的报价最低，见表1。其中低压方案90万元报价的项目明细见表2。
表1  4家单位报价万元 　 高压方案 中压方案 高低高方案 低压方案
单位1 170 160 120 90
单位2 138.6 113.4 不推荐 95
单位3 153.3 120 不推荐 93
单位4 138 117 不推荐 83

表2  低压方案90万报价项目明细表万元
序号 项目 价格
1 ZS0?800kW干式变压器 18
2 Y630?6?560kW电机 15.5
3 ABB?ACSE0变频器 38.5
4 控制屏 4
5 新建机房土建费 5
6 安装费 5
7 高低压电缆线 4
8 合计 90

改造后的效益简析：＃3补水电机在未改造前运行时，电机基本上满载，水泵所消耗的功率约为550kW，水泵的流量约为0.85×3168（水泵的铭牌流量）=2692.8m3/h。改造后，电机运行在频率47Hz就能满足生产用水的需要。根据离心泵叶轮的相似定律
    P1/P2=(n1/n2)3、Q1/Q2=n1/n2，
异步电动机的转速关系式n=(1－s)可得：
    P1/P2=(f1/f2)3、Q1/Q2=f1/f2
    改造后水泵运行的实际功率和流量为：
    P1=(f1/f2)3·P2=(47/50)3×550=456.8kW
    Q1=(f1/f2)·Q2=(47/50)×0.85×3168=2531m3/h
    水泵按年运行7000h计算，在理想情况下：
    年节电(550－456.8)×7000=652400kWh；
    年节水(2692.8－2531)×7000=1132600m3。
    设电价为0.5元/kWh，水费为0.09元/m3，一年可节约：427630元
    投资回报期为：总投资额/总节约额=900000/427630=2.1年。
    从表1可以看出，选用变频器的电压等级越低，工程的造价就越低。实现同样的功能，低压方案的造价只有高压方案的60％左右，约为1500元/kW。
5  结语
    根据目前已投入运行的变频器实际节能效果及多次节能学术会议上不少专家教授讨论结果，达成如下共识：
    1）采用变频器调速节能效果是明显的，约在20％～30％左右；
    2）功率在500kW以下采用电压为660V电机较高压电机合理，可节约投资60％；
    3）目前高压变频器价格较高，尤其是进口变频器约2500～3000元/kW，投资回收年限高达5～6年；
    4）应该提倡选用国产660V中功率变频器，可以大大节约投资，减少投资回收年限。
    虽然目前国内高压大功率变频器制造厂不少，但质量和使用经验上须逐步提高，面对国内市场的大量需求，国产高压变频器要打开市场必须注意以下几点：
    ——消化吸收国外高压变频器的先进制造技术；
    ——提高功率器件的内在质量，增加功率器件耐压及电流余量，以减少元器件故障；
    ——配套高压变压器应采取H级绝缘则完全可以取代进口配套变压器，以降低整机造价；
    ——对谐波进行抑制，以减少其对电网的干扰；
    ——功率300～500kW装置采用国产变频器则造价不超过1200元/kW；
    ——对风机水泵调速节能装置首先要使其谐波干扰符合要求，安全可靠，而对动静态指标不必苛求；
    ——投资回收年限力争做到2年左右，对国产高压变频器应大力支持，以促进民族工业的发展。