稀土永磁同步电机及变频调速技术在城市自来水厂的应用-谢社平等

CITYANDTOWNWATERSUPPLY·节能减排·10城镇供水NO.12014稀土永磁同步电机及变频调速技术在城市自来水厂的应用谢社平1　郭松子1　赵卫国1　赵行义1　马贤好2（1，湖南省邵东县自来水公司，湖南邵东422800；2，北京三一电机系统有限责任公司，北京102260）城市自来水厂是用电大户，耗能很高，节能空间非常大。城市供水对城市经济社会的发展和人民生活水平的质量有着密切的联系。城市供水企业的发展也和民生息息相关，但仅靠提高水价来发展城市供水企业不可持续，节能降耗是供水企业发展的一条必经之路、可持续发展之路。降低城市供水企业的能耗，可以为企业节约开支，降低生产成本。同时，节能降耗减少了碳排放，发展低碳经济，符合国家政策,具有很好的经济效益和社会效益。1.城市自来水厂供水系统节能改造的必要性1.1城市自来水厂机泵设备高耗能现状水泵机组用电量在世界范围内约占20%~25%，在我国为21%。据有关部门统计，到2003年，我国有4200多万台水泵和风机在运行，总装机容量超过1.1亿kW，实际运行效率不到50%，系统运行效率不到30%，节电潜力巨大，据有关部门定量分析，如果节电率取20%，可改造率取50%，则节电量每年可达140亿kW·h。国家发改委副主任解振华在接受《中国经济周刊》采访时称“如果只把每年新增的电机及拖动系动更换成高效节能电机每年就可节电超1000亿千瓦时——超过三峡电站全年的发电总量，还可减少二氧化碳排放近亿吨”。在城市供水企业，自来水的制水成本（不包括原水成本）中动力费用所占的比重较大，约50%左右，而水泵、电机设备的用电量要占95%以上。笔者调查过一些自来水厂，特别是县镇自来水厂，经过分析其存在以下问题：一是设备效率不高。目前很多自来水厂水泵、电机还是上世纪七八十年代的，采用的是老化的普通三相异步电动机拖动水泵，水泵和电机的运行效率都很低，电机的运行效率在60%~70%，而水泵的平均运行效率只有50%左右，系统运行效率只有30%~40%。二是水泵、电机负载率低，电机选择不当，富裕率过大，使得电动机的实际工作负荷远低于额定负荷，约占装机容量30%~40%的电机在30%~50%的额定负荷下运行。据有关部门对6242台电机的使用情况调查，处于75%以上负荷率运行的电机仅占18.1%，50%~70%负荷率占35.6%，49%以下的占46.3%。据沈阳水泵研究所提供的数据：一台额定功率为5kW的水泵，其选用的电机一般为7.5kW，而水泵正常运行只有3kW，“大马拉小车”的现象严重。三是负荷调节与转速控制不当，许多地方采用阀门来调节流量，使得截流功率损耗很大。四是功率补偿方式不合理，功率因数低，无功损耗大。五是耗电指标千吨水电耗高，由于设备老化，选型不当，导致供水单耗能高。据《2011年县镇供水统计年鉴》，单位制水耗电量为384.75kW·h/dam3，而据笔者统计，很多自来水厂达500kW·h/dam3以上。1.2国家节能减排政策国家发展改革委副主任解振华在全国高效电机推广工作会议上表示，目前中国电机年用电量超过2万亿千瓦时，约占全国用电量的60%和工业用电量的80%。大力推广高效节能电机、推进节能减排，对于完成“十二五”期间单位GDP能耗下降目标，保障国家能源安全意义重大。国家战略纷纷出台，在2011年7月1日我国将强制推行高效电机，工信部对《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录（第二批）》公开征求意见，计划淘汰高耗能落后机电设备，包括电动机、泵等12大类135项设备；《关于印发节能产品摘要：城市自来水厂是耗能大户，节能潜力