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魏玉剑:数字化转型下的电机节能系统探讨

人物对话2020.12.15
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能源技术是推动科技创新、产业升级和社会进步的重要力量。“十三五”以来,在能源科技与产业的推动下,中国能源电力实现了快速发展。面对后疫情时代的诸多挑战,推动能源电力转型、缓解气候变化危机是当前社会各界普遍关心的重大问题。我们迫切需要牢固树立能源转型、绿色发展的理念,通过利用各种先进技术,推动能源系统从高碳向低碳,从以传统业务为主导向以新能源和可再生能源为主导转变。当前,在习近平生态文明思想指引下,我国正在积极构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局,推动实现碳减排和碳中和目标,为世界提供转型样板和共享经验。


随着互联网、人工智能、大数据等新一代信息技术的广泛应用,以数字经济为特征的新基建逐渐成为推动能源发展的新动力,进一步加快了数字化与能源电力的深度融合,不断催生新产业、新业态、新模式。制造企业向“智造”迈进已势不可挡,成为中国制造由大变强的重要发展方向。作为制造业的重要组成部分,电机行业自然也不例外。电机制造企业自主掌握关键核心技术,用数字化为能源系统赋能,推动能源技术、产业、装备和服务升级,进一步提高能源利用效率,控制能源消费强度,推动能源消费结构加快调整升级。近日,高效电动机领跑者编辑部访问了上海市能效中心副主任魏玉剑正高级工程,就数字化转型在电机节能系统中的应用进行了深入交流。


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魏玉剑主任


魏玉剑主任在节能领域工作多年,曾担任上海市节能监察中心主任助理、上海市合同能源管理指导委员会办公室副主任(主持工作)等职务,被国家发展改革委/联合国开发计划署/全球环境基金中国终端能效项目办聘为电动机节能项目专家,荣获上海市“十一五”节能减排标兵个人称号。目前正在从事企业高质量发展及数字转型方面研究。


数字化转型对电机系统的应用有什么影响?

答:今年党的十九届五中全会审议通过了《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》,专门提出了加快数字化发展的建议。突发的新冠肺炎疫情也再次引发产业界对“数字化转型”的关注,各个组织也都将“数字化转型”视为自身的战略核心。我国在推进“数字化转型”方面已经走在世界前列,主要标志是国家工信部于2014年推出的两化融合管理体系贯标和评定工作,我国制订《企业数字化转型过程中可持续竞争能力建设方法论》、《产业数字化转型评估框架》的两化融合标准已被国际电信联盟(ITU)正式确定为国际标准。到目前为止,全国贯标企业数量已近3万家,通过评定企业近1.3万家,下图是两化融合服务平台(www.cspiii.com)发布的贯标企业数量年增长情况。


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那什么是数字化转型呢?数字化实际上就是把复杂多变的信息转化成方便运算处理的数字,再把处理过的数字通过可视化或可执行的动作为人们服务的过程,各行业对“数字化转型”可能都有各自的理解和应用,如我们大多数人已经感受到金融领域及商业流通领域数字化转型给人们带来的便利,实际上在工业领域,包括产品设计、制造、营销、交付、服务等所有流程都在进行数字化转型再造。


电机系统是最适合数字化转型的领域,这是因为电机天然具备数字化特性,它既可以作为驱动设备也可以作为控制设备甚至计量设备,如我们可以通过采集驱动水泵的电机的电压电流等数据快速计算出水泵的流量从而代替复杂的流量测量仪表,使得信息向数字转换变得更加方便。目前,各电机生产厂家都研究和推出适应数字化需要的电机系统,如基于DSP的数字化电机控制系统、高效节能数字化电机测控系统、全数字化异步电机矢量控制系统、数字化交流电机智能控制系统、数字化永磁同步电机控制系统、数字化永磁同步电机伺服系统等等,这都表明在生产过程领域,数字化转型必然首先从电机系统开始,也必然催生出越来越智能的电机系统。


数字化技术在电机系统节能中如何发挥作用?

答: 电机系统节能一直是节能领域的重点,据统计,电机系统用电量约占全国用电量的60%,约占工商业终端用电量的70%。按照TERR节能诊断理论,电机系统节能也同样需要关注这四个方面的节能潜力,即

T(时序控制)

E(能效等级)

R(需求分析)

    R(废能再利用)


其中T(时序控制)和R(需求分析)是电机系统节能潜力挖掘的难点,传统的做法是通过加强管理对间歇性负载排除空转以及采用变速器控制等方法减少损失,效果有限,而且难以快速适应环境及生产需求的变化。数字化技术很好地解决了这个问题,通过实时在线检测技术,可以及时辨识哪些电机是处于无效运行状态,哪些电机驱动的风机、水泵、空压机等需要降低负荷运行,从而可以采用变频或停用部分设备方式使系统效率最优。不管是简单的单台电机驱动系统还是复杂的大型空调系统,数字化技术能够快速对大量数据进行处理运算,可以24小时随时随地掌握电机系统运行状态,实现本地实时智能边缘算法分析,实时跟踪工况变化,甚至还可以进行自我学习找出适合个性化的最佳运行模式,实现人工智能的功能。


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可以说,目前数字化在节能领域中应用最普及、最成熟的就是在电机系统。其中,能源消耗最大的风机、水泵、压缩机及空调系统的主要服务商纷纷推出了智能监控运营的服务。如德国的凯撒(Kaeser)原来是一家压缩空气设备的生产企业,当他发现可以利用数字化技术优化设备运行大幅提高设备效率后,逐步转变成提供压缩空气的服务商,不再销售空气压缩设备,而是将空气压缩设备安装在用户处,由凯撒维护压缩设备,通过设备为用户提供压缩空气的服务,保证用户降低压缩空气成本的前提下,能够及时获得所需的压缩空气。另外,一些大型信息技术服务商也开始进军这个领域,如华为推出空压机大数据节能解决方案,该解决方案依托华为“沃土”平台与第三方平台,对空压机工作全程监控,实时调整排气压力。据测算,该方案普及后将每年减少全国范围内电费支出约36亿元



碳中和对电机系统的应用会产生怎样影响?

答:9月22日,我国国家领导人在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话强调,我国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。这是我国向全球首次明确碳中和的时间点,也是向世界表明坚决履行巴黎气候协定的承诺,更是国内未来绿色发展的动员令。


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“碳中和”已成为今年最热门的话题之一,特别是在节能减排领域,为未来40年的工作指明了方向。碳中和必然会加快中国的能源转型,光伏发电、风电、核电及生物质能源必然会大幅增加,电能将成为终端能源主体,终端能源消费中电气化率将接近或达到100%,终端用能也必然以用电为主。


从终端用能的用途划分来看,主要包括驱动、加热、照明及电子产品。从驱动技术的发展看,电机系统取代内燃机的趋势非常明显,从电动汽车的快速普及就能够感受到。一部电动汽车的电机数量可达200个以上,不管是驱动模块、还是控制模块、以及空调都是靠电机系统完成的。


从加热需求看,热泵技术代替锅炉的趋势也非常明显。可以肯定地讲,碳中和的要求会促进电机系统更加广泛更大领域的应用,电机系统的智慧应用也必将为碳中和做出贡献。



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来源:高效电机领跑者

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