從設(shè)備類型來看， 目前的工業(yè)節(jié)能設(shè)備主要包括工業(yè)動 力設(shè)備及余熱利用設(shè)備，其中工業(yè)動力設(shè)備的節(jié)能以節(jié)能電 機和壓縮機為主;余熱利用設(shè)備主要包括余熱鍋爐以及熱泵 等。按照《工業(yè)能效提升行動計劃》的規(guī)劃，到2025年， 新增高效節(jié)能電機占比要達(dá)到70%以上，電能占工業(yè)終端能 源消費比重要達(dá)到30%左右(圖1)。在技術(shù)上，鼓勵電機 生產(chǎn)企業(yè)開展性能優(yōu)化、鐵芯高效化、機殼輕量化等系統(tǒng)化 創(chuàng)新設(shè)計，優(yōu)化電機控制算法與控制性能，加快高性能電磁 線、稀土永磁、高磁感低損耗冷軋硅鋼片等關(guān)鍵材料創(chuàng)新升 級，推行電機節(jié)能認(rèn)證，推進電機高效再制造，推動使用企 業(yè)開展設(shè)備能效水平和運行維護情況評估，科學(xué)細(xì)分負(fù)載特 性及不同工況，加快電機更新升級。

　　永磁直驅(qū)+變頻方案節(jié)能效果顯著

　　在《電機能效提升計劃(2021-2023年)》中提到， 針對使用變速箱、耦合器的傳動系統(tǒng)，鼓勵采用低速直驅(qū) 和高速直驅(qū)式永磁電機。由此， 一批工控廠商紛紛開始采 用永磁直驅(qū)電機，去掉中間傳動設(shè)備，輔以高壓變頻驅(qū)動 技術(shù)，令整體項目系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡潔、運營及維護經(jīng)濟，同 時也大幅提高了節(jié)能效率。

圖 1 由工信部、發(fā)改委等六部委聯(lián)合制定的 《工業(yè)能效提升行動計劃》目標(biāo)（圖片來源：經(jīng)濟日報）

　　例如，在煤礦行業(yè)，新時達(dá)開發(fā)的永磁直驅(qū)變頻驅(qū)動 解決方案改變了主運輸(以膠帶運輸機為主)異步電動機 驅(qū)動減速器的傳統(tǒng)配套模式，提高了運行效率，取消了減 速機等中間環(huán)節(jié)，協(xié)助企業(yè)的降本增效?，F(xiàn)場系統(tǒng)采用高 壓變頻驅(qū)動，對兩組皮帶機變頻控制，為了有效實現(xiàn)電機的負(fù)載平衡控制，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用主從方式進行控 制，主從變頻器之間采用ModBus總線通信。從該項目的使 用效果來看，永磁直驅(qū)系統(tǒng)控制的應(yīng)用優(yōu)勢有：降低膠帶 帶強、實現(xiàn)皮帶機多電機驅(qū)動時的轉(zhuǎn)矩平衡、重載啟動平 穩(wěn)、可自動調(diào)速、對于載荷不均的皮帶機系統(tǒng)可節(jié)約電能 及降低皮帶的磨損。

　　另外，水泥、硅酸鹽制品、新型建筑材料、耐火材 料、化肥、黑色與有色金屬選礦以及玻璃陶瓷等生產(chǎn)行業(yè) 中用到的球磨機，主要用于對各種礦石和其它可磨性物料 進行干式或濕式粉磨。為了提升整體系統(tǒng)效率，提高過載 能力，避免“大馬拉小車”，特別是減少由于減速機故障所 帶來的維護工作量和維護成本，匯川技術(shù)開發(fā)的節(jié)能方案 運用了低速永磁直驅(qū)電機，通過取消減速機和液力耦合器 等中間傳動環(huán)節(jié)，使得系統(tǒng)節(jié)電率可達(dá)8%-15%，過載倍數(shù) 2，可實現(xiàn)重載起車，且免維護，節(jié)能效益明顯。

　　而合康新能開發(fā)的給水泵變頻改造方案也非常有特 色，它通過高速電機直驅(qū)+變頻調(diào)速的方式，為給水泵等大 功率調(diào)速設(shè)備的節(jié)能改造提供了一種新的高效節(jié)能方案。 在鄂爾多斯電力集團某大型火力發(fā)電企業(yè)“#1機組給水泵 變頻節(jié)能改造項目”中，瞄準(zhǔn)液耦調(diào)速電動給水泵的三大能 耗關(guān)鍵環(huán)節(jié)，即液耦傳動、電機效率、給水泵組效率，合 康新能提出了更有針對性的改造方案：高速直驅(qū)變頻方案 直接去掉了原來給水系統(tǒng)調(diào)速用的液力耦合器，徹底消除了液耦傳動產(chǎn)生的機械能量損耗;將原電機替換為高速電動機，并與給水泵直連，再通

　　過高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，來負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)高速電動機的轉(zhuǎn)速，從而大幅提升了電機的整機效率以及整體泵組運行的總效率;高速直驅(qū)變頻方案令系統(tǒng)的節(jié)電效果更加顯著，達(dá)到甚至超越了客戶預(yù)期。

　　同步磁阻電機助力低碳排放

　　同步磁阻電機(SynRM) 一直是近幾年工業(yè)領(lǐng)域用戶較為關(guān)注的一個電機種類，根據(jù)市調(diào)機構(gòu)QYResearch的報告顯示， 2021年全球交流同步磁阻電機市場規(guī)模大約為170.31百萬美元，預(yù)計2028年將達(dá)到301.36百萬 美元，2022-2028期間年復(fù)合增長率(CAGR)為8.30%， 2021年中國約占全球同步磁阻電機市場份額的15.25%，預(yù) 計未來六年中國市場的復(fù)合增長率約為11.11%，并在2028 年規(guī)模達(dá)到54.76百萬美元，全球交流同步磁阻電機的頭部 廠商主要包括ABB、Danfoss、Siemens和KSB (REEL)等。

圖 3 匯川技術(shù)開發(fā)的低速直驅(qū)永磁電機

　　從結(jié)構(gòu)來看，與傳統(tǒng)的感應(yīng)電機不同的是，同步磁阻 電機的轉(zhuǎn)子由層疊的鐵層制成，這種鐵層形成了一種輕質(zhì) 但堅固的結(jié)構(gòu)， 允許磁力穿過它，這一形狀被精確地設(shè)計 以引導(dǎo)轉(zhuǎn)子內(nèi)的磁阻。因此， 轉(zhuǎn)子將自身對準(zhǔn)定子線圈產(chǎn) 生的磁通量，基本上“鎖定”到位，這使得它能夠以與磁通 量完全相同的速度運動，即同步運動，并且同步磁阻電機的轉(zhuǎn)子不含磁鐵或稀土成分，制造它所需的材料比傳統(tǒng)電 機少。

　　同步磁阻電機的能源損耗比同類感應(yīng)電機低得多，這 是因為這類電機中的轉(zhuǎn)子沒有磁鐵或繞組，幾乎沒有功率 損耗，這帶來了較低的運行溫度，再加上無繞組的簡單轉(zhuǎn) 子結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)電機相比，減少了維修需求和故障風(fēng)險。 此外，同步磁阻電機的噪音水平明顯低于傳統(tǒng)的感應(yīng)電 機，因此工作環(huán)境更加舒適，非常適合于不需要大過載和 高速度的較為廣泛的工業(yè)應(yīng)用場所。并且同步磁阻電機產(chǎn) 生的環(huán)境足跡較低，由于它的制造不使用稀土材料，這意 味著不需要采礦，也減少了廢棄物的產(chǎn)生，它在從生產(chǎn)到 回收的整個生命周期中只產(chǎn)生較低的碳足跡，在同類產(chǎn)品 中具有較佳的低排放性能。

　　ABB的高效同步磁阻電機于2011年推出，具有IE4能效 等級，最初應(yīng)用于泵和風(fēng)機，隨后在2019年，ABB推出了 IE5超高能效同步磁阻電機，產(chǎn)品被應(yīng)用在各種工業(yè)生產(chǎn)環(huán) 境中。根據(jù)ABB實驗室的測量表明，與常用的IE3電機相比， 同步磁阻電機 IE5電機的能源損耗可降低40%，且二氧化碳 排放也顯著下降。相較于標(biāo)準(zhǔn)電機系列，同步磁阻電機及變 頻器組合是電機改造的一種較佳的解決方案。IE5同步磁阻 電機與IE2感應(yīng)電機的尺寸相同，無需進行機械改造，易于 替代傳統(tǒng)感應(yīng)電機。另外，隨著目前變頻器應(yīng)用數(shù)量的增 加，也推動了同步磁阻電機技術(shù)的商業(yè)化和接受度。

　　另據(jù)悉，在今年11月初舉辦的第六屆中國國際進口博 覽會(進博會)期間，ABB運動控制展出了一系列明星產(chǎn) 品與數(shù)字化解決方案，包括ABB云傳動、Motion OneCare無憂服務(wù)、ACH580-31超低諧波系列變頻器、通用型傳動 ACS580MV、工業(yè)級傳動柜體ACS880-07C、ABB伺服驅(qū)動 器和伺服電機、AC500 PLC自動化系列、低壓現(xiàn)代化服務(wù)、 HX&HY高性能防爆伺服電機、IMD永磁變頻一體機，以及 HDS大功率高效永磁同步伺服電機等。其中的IMD永磁變頻 一體機采用差異化軸向設(shè)計，使一體機的整體體積更加緊 湊，該產(chǎn)品電氣設(shè)計采用稀土永磁方案，搭配ABB兼容型 平臺變頻器，性能更出色，系統(tǒng)節(jié)能可高達(dá)近60%，電機 與變頻器的集成方案，可助力客戶優(yōu)化采購、安裝、調(diào)試 等各個環(huán)節(jié)，結(jié)合可擴展的狀態(tài)監(jiān)測功能，共同創(chuàng)造更高 的客戶價值。

圖 4 ABB 推出的 IE5 超高能效同步磁阻電機 以及 IMD 永磁變頻一體機

　　優(yōu)化電機控制算法與性能

　　隨著工業(yè)市場對于節(jié)能環(huán)保的需求日益增長，越來越 多的新型技術(shù)和材料被應(yīng)用于高效節(jié)能電機的研制中，并 以同步磁阻電機、混合磁阻電機、高速電機為代表，與此 同時，針對各種特殊應(yīng)用場景，這些都要求廠商能夠提供 適應(yīng)性更優(yōu)的控制策略，既可降低設(shè)備的綜合成本，又可 大幅提升節(jié)能效率。在這一趨勢下，采用先進的電機驅(qū)控 算法技術(shù)，迭代更高效的電機與電機驅(qū)動控制效果，成為 了目前眾多工控廠商開發(fā)的重要方向之一。

　　例如， 一些長線纜及高速電機應(yīng)用場合，為了濾除 諧波，降低干擾，提升效率及安全性，會在變頻器輸出端 與電機端之間加入正弦濾波器，而正弦濾波器的加入會導(dǎo) 致電機控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型發(fā)生改變，傳統(tǒng)的矢量控制技術(shù) 無法保證原有控制性能，會出現(xiàn)誤差變大、性能變差、算 法不收斂等問題。針對這種情況，為了能夠滿足變頻器輸 出帶正弦濾波器負(fù)載控制需求，保障設(shè)備安全穩(wěn)定運行， 偉創(chuàng)電氣依托自主研發(fā)的核心技術(shù)儲備，研制出正弦濾波 器矢量控制技術(shù)，以安全濾波、節(jié)能降耗、穩(wěn)定可靠等優(yōu) 勢，滿足多種應(yīng)用場景中對正弦濾波器的控制需求。

　　偉創(chuàng)電氣正弦濾波器矢量控制技術(shù)，通過采用新型的 濾波器觀測器技術(shù)獲得電機側(cè)的電壓電流狀態(tài)，使用阻尼 控制解決正弦濾波器的諧振問題，相對傳統(tǒng)技術(shù)中未考慮 正弦濾波器的標(biāo)量或矢量控制的情況，能夠顯著提高電機 控制穩(wěn)定性，保留矢量控制的高動態(tài)性能;同時，大大降低電機電流諧波含量，有效控制電機溫升，避免電機高溫 失磁和過電壓現(xiàn)象，實現(xiàn)電力系統(tǒng)更低的功率消耗，助力 電網(wǎng)及用戶設(shè)備的安全運行。偉創(chuàng)電氣正弦濾波器矢量控 制技術(shù)可適配異步電機、永磁同步電機等多種電機類型， 結(jié)合無速度傳感器電流矢量控制、濾波器諧振抑制控制、 正弦濾波器加變壓器升壓控制方案、變壓器一次側(cè)及二次 側(cè)阻抗參數(shù)自學(xué)習(xí)等強大功能，讓整體方案發(fā)揮更出色， 目前已被成功應(yīng)用在高速磁浮、空浮、高壓潛油電泵及離 心泵等諸多場景中，使用效果廣受市場好評。

　　此外，偉創(chuàng)電氣充分融合當(dāng)前市場需求及先進技術(shù)儲 備，最新研發(fā)出成本更低、可靠性更高的極低速無傳感技術(shù) 在感應(yīng)電機上較以往具有更好的低速域穩(wěn)定性能，搭配減速 裝置，其峰值性最低更可下探到零速。目前這項技術(shù)逐漸被 應(yīng)用在礦車、塔吊、升降機、起重機等設(shè)備中，以避免編碼 器反饋環(huán)節(jié)的異?；蚴芡獠凯h(huán)境影響帶來的干擾問題，提高 了設(shè)備運行的可靠性和安全性，滿足了工業(yè)界對極低速穩(wěn)定 運行、零速保持、零速懸停等功能的更高需求。

　　傳統(tǒng)工控領(lǐng)域發(fā)展風(fēng)起云涌

　　最近一年來，圍繞低碳發(fā)展，全球工業(yè)界正發(fā)生著巨 變。今年7月，德國工業(yè)巨頭西門子將大型傳動應(yīng)用事業(yè) 部、西門子數(shù)字化工業(yè)集團以及西門子法律上獨立運營的 Sykatec公司和Weiss Spindeltechnologie公司的相關(guān)業(yè) 務(wù)拆分重組，成立了茵夢達(dá)(Innomotics)。這家獨立運 營的電機和大型傳動公司整合了低壓至高壓電機、減速電 機、中壓變頻器和電主軸等業(yè)務(wù)，公司的運營總部設(shè)于德 國紐倫堡。

　　茵夢達(dá)全球首席執(zhí)行官Michael Reichle在接受采訪時 表示，茵夢達(dá)希望能夠在中國進一步加大投資、研發(fā)和創(chuàng) 新力度，并希望深度參與到中國的“雙碳”事業(yè)中去， 中國 的“雙碳”發(fā)展和減少碳排放的措施將為茵夢達(dá)帶來更多的 業(yè)務(wù)機會，在一些新興行業(yè)如鋰電池、氫能等，茵夢達(dá)開 發(fā)的高效傳動系統(tǒng)及設(shè)備將在其中發(fā)揮重要的作用。

圖 5 茵夢達(dá) 1LE8005 IE5 低壓電機

　　在今年9月上海工博會上，茵夢達(dá)面向中國市場首次推 出了INNOMOTICS 品牌的1LE8005 IE5低壓電機，其能效等 級達(dá)到GB18613-2020國標(biāo)一級能效，這款產(chǎn)品也是茵夢達(dá)為中國“雙碳”發(fā)展所準(zhǔn)備的一項新利器。

　　與此同時，西門子在中國市場上同樣采取多重舉措助力產(chǎn)業(yè)鏈低碳轉(zhuǎn)型。2021年9月，西門子在華啟動“零碳先鋒計劃”，西門子不僅將持續(xù)在自身運營中落實節(jié)能降碳，而且力爭至2025年在中國幫助超過500家重點供應(yīng)商加速減碳步伐，助力數(shù)十個行業(yè)的上萬家客戶節(jié)能增效，推動產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型。2023年5月，西門子在中國啟動首屆“零碳先鋒獎” 評選，最終經(jīng)過激烈角逐，能科科技股份有限公司等六家企業(yè)獲得該獎項。

　　“低碳轉(zhuǎn)型需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游伙伴合力實現(xiàn)。此次發(fā)布的‘零碳先鋒獎’既是對低碳轉(zhuǎn)型同行者的鼓勵，也為產(chǎn)業(yè)鏈邁向可持續(xù)未來注入加速度?！蔽鏖T子大中華區(qū)可持續(xù)發(fā)展負(fù)責(zé)人馬清表示，“西門子愿繼續(xù)為各方伙伴提供技術(shù)、知識、經(jīng)驗、人才、金融等全方位的支持，賦能生態(tài)伙伴實現(xiàn)經(jīng)濟效益、環(huán)境效益與社會效益的共贏?！?/p>

　　在今年工博會期間，西門子還發(fā)布了《西門子可持續(xù)發(fā)展在中國》報告，分享其在加強自身可持續(xù)運營、助力產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展，以及攜手各方共筑綠色生態(tài)方面的思考、實踐與經(jīng)驗總結(jié)。此外，西門子正式推出了“西門子可持續(xù)發(fā)展專項支持融資項目”，宣布將提供10億元人民幣專項資金，為開展低碳轉(zhuǎn)型的中小企業(yè)及生態(tài)合作伙伴提供融資方案支持。