永磁同步電動機應用項目可行性研究(劉明義)2015.05.15

1、設(shè)備選型項目可行性研究報告項目名稱： 永磁同步電動機應用單位名稱： 晉能鑫磊煤電有限公司 批 準： 復 審： 初 審： 編 制： 晉能鑫磊煤電工程部2015年05月15日設(shè)備選型項目可行性研究報告項目名稱永磁同步電動機應用主要構(gòu)成200-2000KW部分輔機高壓電動機可研編制人劉明義負責部門工程部項目負責人劉明義一、項目提出的背景及必要性：隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，我國對于電能的需求越來越大；而電力企業(yè)發(fā)電的同時，也產(chǎn)生大量煙塵、硫化物、氮氧化物等外排物，增加了對環(huán)境的污染。在能源需求和環(huán)境問題出現(xiàn)矛盾的情況下，電廠節(jié)能降耗，降低廠用電率，對于緩解能源緊張的問題具有重大意義。發(fā)電廠的廠用電量

2、，除了少量用于照明、檢修，以及變壓器等損耗外，大部分由電動機消耗。因此，提高電動機效率是降低廠用電最有效的途徑。針對電動機效率問題，國家先后出臺了多項標準要求，包括GB18613-2012 中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級、GB 30254-2013 高壓三相籠型異步電動機能效限定值及能效等級、GB 30253-2013 永磁同步電動機能效限定值及能效等級等，以及鼓勵生產(chǎn)高效電動機的一系列惠民政策。由于我國高效能電機研究和制造起步較晚，截止2014年底，高效異步電動機應用普及率不足5%；而超高效異步起動永磁同步電動機，雖然節(jié)能效果最優(yōu)，但是由于制造技術(shù)難度高、價格貴等因素，實際應用更是

3、少之又少。晉能鑫磊煤電有限公司新建2×350MW超臨界間接空冷機組，配置2×1215t/h循環(huán)流化床鍋爐，同步建設(shè)脫硫、脫硝裝置。計劃2015年8月1日澆筑第一罐混凝土，1#機組計劃于2017年4月1日前投產(chǎn)發(fā)電，2#機組計劃于2017年7月1日前投產(chǎn)發(fā)電。目前，本項目尚處于設(shè)備選型階段，公司領(lǐng)導提出，要緊緊圍繞省委、省政府“轉(zhuǎn)型跨越，再造一個新山西”的戰(zhàn)略部署，以“奉獻綠色能源，服務山西發(fā)展”為使命，不斷探索節(jié)能途徑。針對異步起動永磁同步電動機的超高效節(jié)能優(yōu)勢，晉能鑫磊煤電有限公司工程部組織人員，通過電話調(diào)研、現(xiàn)場考察等方式，與部分永磁同步電動機廠家、永磁同步電動機應用電

4、廠進行了技術(shù)交流，并就永磁同步電動機的價格與生產(chǎn)廠家進行了磋商，初步認為，永磁同步電動機在價格合理，對電廠造價不構(gòu)成較大影響的情況下，可以在部分輔機設(shè)備上選用。 未來，隨著永磁同步電動機的批量化生產(chǎn)，價格進一步下調(diào)，應用范圍將越來越廣，逐步取代普通異步電動機也將成為趨勢，其節(jié)能優(yōu)勢必將得到更大的體現(xiàn)。二、國內(nèi)外調(diào)研報告：（咨詢專家意見、國內(nèi)外解決方案、用戶使用情況等）（一）異步起動永磁同步電動機研究現(xiàn)狀國外利用稀土永磁體進行高效節(jié)能電機的開發(fā)較早。法國于1978年開發(fā)成功稀土鈷永磁同步電機。電機的功率為0.5-18.5KW，效率比一般感應電動機高2%-8%，功率因素提高0.05%-0.15%。

5、隨后，前蘇聯(lián)、美國、英國等也推出了類似系列的電機，但是功率一般都不大。這是因為異步起動永磁同步電動機在轉(zhuǎn)子上不僅有起動鼠籠，還要安裝永磁體。國內(nèi)也有許多高校和科研院所從事高效永磁電機的研究和設(shè)計工作。1980年，沈陽工業(yè)大學開發(fā)出我國第一臺稀土鈷永磁同步電動機（4KW 4極）和第一臺汝鐵硼永磁同步電動機（11KW 6極）。西北工業(yè)大學、清華大學、華中科技大學等在高效永磁電機的研究方面也取得了很多成果。但是，稀土永磁電機的一些問題嚴重制約了其推廣和應用。一是稀土永磁體的高溫失磁問題，二是稀土永磁體的成本問題。雖然我國是稀土王國，但是稀土永磁電機的成本較感應電機還是高很多，如何提高稀土永磁電機的性

6、能，并不斷降低這種電機的價格，提高其性價比是目前應該解決的問題。近年來，隨著稀土永磁電動機的不斷研究和應用，這種電機的效率越來越高，實際應用的異步起動永磁同步電動機效率最高達到97%以上，功率因素達到0.99。2013年，我國制定了針對永磁電動機的能效標準GB 30253-2013 永磁同步電動機能效限定值及能效等級，并于2014年7月1日正式實施。（二）永磁同步電動機相比異步電動機的技術(shù)特點序號對比項目感應式高效三相異步電動機異步起動永磁同步電動機備注1轉(zhuǎn)速異步同步2電機功率電機制造技術(shù)成熟，功率最大可以達到幾萬千瓦。由于技術(shù)難度高，目前高壓電機最大功率異步起動永磁同步電動機最大功率僅為20

7、00KW。3功率因素小于0.85，隨負載變化而變化。大于0.95，不隨負載變化而變化。4效率高效異步電動機效率較一般異步電動機效率有一定提高，但比永磁電動機要低。穩(wěn)態(tài)運行時無轉(zhuǎn)子繞組損耗，定子電流較小，使得定子繞組損耗較小，因而其效率較高。5經(jīng)濟運行范圍感應電機負載為額定60%-100%時，經(jīng)濟性較好。額定負載的25%-125%都具有較高的效率。6體積和重量一般對于高壓電機，可以省略空冷器或水冷卻器，因此體積較小，重量較輕。7工藝較好轉(zhuǎn)子工藝復雜，需要隔磁。8可靠性技術(shù)成熟，安全可靠。容易退磁，但是隨著耐高溫的汝鐵硼永磁材料的出現(xiàn)，這種情況已有很大的改善，只要設(shè)計和使用合理，一般不會出現(xiàn)退磁。

8、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復雜，機械強度相對較差。9制造成本較低為了獲得較好的性能都采用高性能的汝鐵硼，而這種稀土永磁材料相對較為昂貴，這就使得異步起動永磁同步電動機制造成本相對較高。10檢修維護檢修維護簡單，技術(shù)含量相對一般，所需費用較少。檢修時，對人員有較高的技術(shù)要求，維護費用相對較高。（三）永磁同步電動機國內(nèi)生產(chǎn)能力1、國內(nèi)高壓永磁同步電動機生產(chǎn)廠家主要有山西北方機械制造有限責任公司、湘潭電機股份有限公司、安徽明騰永磁機電設(shè)備有限公司、江蘇中能金石機電設(shè)備有限公司、北京百正創(chuàng)源科技有限公司等生產(chǎn)廠家。由于技術(shù)原因和推廣受限，各廠生產(chǎn)的高壓永磁同步電動機功率在200-2000KW范圍之內(nèi)，有的廠家只能生產(chǎn)2

9、00-800KW功率范圍。2、國內(nèi)低壓永磁同步電動機生產(chǎn)廠家相對較多。入選“節(jié)能產(chǎn)品惠民工程”高效電機推廣目錄(第四批)的廠家有14個單位，入選“節(jié)能產(chǎn)品惠民工程”高效電機推廣目錄(第五批) 的廠家有43個單位。（四）永磁同步電動機國內(nèi)電廠應用情況1、高壓永磁同步電動機目前在電廠主要應用于磨煤機、皮帶機、風機、水泵、漿液循環(huán)泵、空壓機等轉(zhuǎn)速為1500r/min及以下設(shè)備。已經(jīng)應用的電廠均反映節(jié)能效果明顯，大約在15%至20%左右。案例：國電太原第一熱電廠脫硫氧化風機太原第一熱電廠脫硫氧化風機共3臺，原設(shè)計安裝電動機型號YKK4004-6，功率250KW，額定電壓6KV，額定電流31.5A，額定

10、功率因素0.82，額定轉(zhuǎn)速990r/min，接法Y，工作方式S1，防護等級IP44，絕緣等級F。2011年，太原第一熱電廠將#1、#2脫硫氧化風機電機更換為異步起動永磁電動機。型號TYC4002-6,功率280KW，額定電壓6KV，額定電流28.4A，額定功率因素0.98，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，接法Y，工作方式S1，防護等級IP23，絕緣等級F。改造試運時，在氧化風機同樣工況下觀察數(shù)據(jù)，#1脫硫氧化風機電流15.35A，#3脫硫氧化風機電流20.49A，綜合節(jié)電率14.12%，有功節(jié)電率12.38%。2014年11月15日，我公司人員去太原一電廠參觀，從脫硫運行在線監(jiān)測畫面看到，#1脫硫

11、氧化風機電流15.03A，#3脫硫氧化風機電流20.39A?，F(xiàn)場觀察，還發(fā)現(xiàn)#1脫硫氧化風機異步啟動永磁電動機的振動、溫度，均比#3脫硫氧化風機感應式異步電動機要?。徊⑶耶惒絾佑来烹妱訖C比感應式異步電動機減少了空冷器，體積變得更小。本案例中有一點需要注意，太一原設(shè)計安裝的異步電動機YKK4004-6(280KW)效率約為93.3%，我國目前大量推廣使用的高效異步電動機YXKK4004-6(280KW)效率約為93.9%，而異步起動永磁同步電動機TYC4002-6(280KW)效率為96.5%，比高效異步電動機還要高2.6%。經(jīng)計算，太原第一熱電廠型號為TYC4002-6(280KW)的異步起

12、動永磁同步電動機，相比同功率高效異步電動機的綜合節(jié)電率實際約為11.54%，有功節(jié)電率約為10.06%。節(jié)能效果非常顯著。2、低壓永磁同步電動機目前在電廠可應用范圍較廣，只是由于價格問題，大量應用會影響基建造價，因此實際應用并不多?？梢源罅ν茝V的是空冷島風機應用，因為可以取消減速機，抵消一部分造價，并降低了維護成本，得到直接空冷發(fā)電機組的青睞。這方面，北京百正創(chuàng)源科技有限公司有成功案例，湘潭電機股份有限公司也具備這方面的能力。（五）永磁同步電動機與異步電動機經(jīng)濟性比較1、電機成本下面是幾個電機廠315KW至2000KW電動機的大概價格：電機功率電機極數(shù)佳木斯（萬元）上海（萬元）南陽（萬元）北方

13、機械永磁電動機（萬元）31546.700010.73004.000012.600050049.310013.330018.0000020.0000800411.540016.350023.500032.00001000413.610018.610026.000040.00002000423.190036.440052.500080.000031568.600011.32004.000012.6000500610.780015.020018.0000020.0000800613.990020.140023.500032.00001000615.350023.100026.000040.00002

14、000630.830037.500052.500080.0000粗略估算，北方機械制造有限責任公司生產(chǎn)的異步起動永磁同步電動機價格，是感應式高效三相異步電動機價格的1.5至2倍。以315KW電動機為例，參考國電太原第一熱電廠氧化風機電機，有功節(jié)電率約為10%，如年運行小時為5500h，則一年節(jié)約電量315*10%*5500=173250KW，每度電按0.3元/KW計算，則一年節(jié)約電費173250*0.3=51975元=5.1975萬元。如果將節(jié)約的電費用于回收電機成本，在不考慮利息的情況下，北方機械制造有限責任公司永磁電機需要12.0000/5.1975=2.31年；如果回收與佳木斯高效電動機

15、的價格差，則需要（12.0000-6.7000）/5.1975=1.02年。在這種情況下，考慮到節(jié)能降耗，以及推動我國新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從經(jīng)濟性角度考慮，可以在電廠轉(zhuǎn)速為1500r/min及以下設(shè)備廣泛使用。2、維護費用由于異步起動永磁同步電動機的結(jié)構(gòu)特殊，電動機檢修時，抽轉(zhuǎn)子需要專用工具，并需技術(shù)經(jīng)驗豐富的人員來完成，因此人工費大約比一般電機貴3000元。這方面，山西北方機械制造有限責任公司承諾在5年以內(nèi)免費為電廠維護。三、可行性方案： 方案一：所有2002000KW功率范圍轉(zhuǎn)速為1500r/min及以下高壓電機選用永磁同步電動機。對于2×350MW機組，參考同類新建工程項目，功率

16、在200KW至1500KW的高壓電機（41臺）預計如下：序號設(shè)備名稱功率（KW）數(shù)量（臺）異步電機單價（萬元）總價（萬元）永磁電動機單價（萬元）總價（萬元）1送風機2000437148803202間冷循環(huán)泵150042080602403輔機循環(huán)水泵3553113314.242.64空壓機315121012012.6151.25漿液循環(huán)泵8001016160323206氧化風機電機3154104012.650.47閉冷水泵電機3154104012.650.4合計416211174.6永磁同步電動機價格約為異步電動機價格的1.89倍。優(yōu)點：節(jié)能效果明顯，可以大量節(jié)約廠用電；缺點：加大了基建設(shè)備采購

17、成本，新技術(shù)在安全方面存在不確定性。意見：可以采用。方案二：部分2002000KW功率范圍轉(zhuǎn)速為1500r/min及以下高壓電機選用永磁同步電動機。對于一運一備的設(shè)備，建議只選用1臺異步啟動永磁同步電動機；兩運一備的設(shè)備，只選用2臺異步啟動永磁同步電動機；漿液循環(huán)泵每臺機選用2臺，共4臺。如果按此方案，則20臺電動機價格統(tǒng)計如下：序號設(shè)備名稱功率（KW）數(shù)量（臺）永磁電機數(shù)量（臺）異步電機單價（萬元）總價（萬元）永磁電動機單價（萬元）總價（萬元）1間冷循環(huán)泵1500422040601202輔機循環(huán)水泵35532112214.228.43空壓機315126106012.675.64漿液循環(huán)泵80

18、01061696321925氧化風機電機31542102012.625.26閉冷水泵電機31542102012.625.2合計3720258466.4永磁同步電動機價格約為異步電動機價格的1.81倍。優(yōu)點：節(jié)能效果明顯，可以節(jié)約廠用電。缺點：少量增加了基建設(shè)備采購成本，新技術(shù)在安全方面存在不確定性。意見：建議采用。方案三：少量高壓電機選用永磁同步電動機，作為試驗。序號設(shè)備名稱功率（KW）數(shù)量（臺）永磁電機數(shù)量（臺）異步電機單價（萬元）總價（萬元）永磁電動機單價（萬元）總價（萬元）1間冷循環(huán)泵1500422040601202輔機循環(huán)水泵35532112214.228.43空壓機315124104012.650.44閉冷水泵電機31542102012.625.2合計2310122224永磁同步電動機價格約為異步電動機價格的1.84倍。優(yōu)點：節(jié)能效果明顯，可以節(jié)約廠用電。缺點：新技術(shù)在安