永磁同步电动机应用项目可行性研究报告(刘明义)20150515

设备选型项目可行性研究报告项目名称：永磁同步电动机应用单位名称：晋能鑫磊煤电有限公司批准：复审：初审：编制：晋能鑫磊煤电工程部2015年05月15日1设备选型项目可行性研究报告项目名称永磁同步电动机应用主要构成200-2000KW部分辅机高压电动机可研编制人刘明义负责部门工程部项目负责人刘明义一、项目提出的背景及必要性：随着经济的发展和社会的进步，我国对于电能的需求越来越大；而电力企业发电的同时，也产生大量烟尘、硫化物、氮氧化物等外排物，增加了对环境的污染。在能源需求和环境问题出现矛盾的情况下，电厂节能降耗，降低厂用电率，对于缓解能源紧张的问题具有重大意义。发电厂的厂用电量，除了少量用于照明、检修，以及变压器等损耗外，大部分由电动机消耗。因此，提高电动机效率是降低厂用电最有效的途径。针对电动机效率问题，国家先后出台了多项标准要求，包括《GB18613-2012中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》、《GB30254-2013高压三相笼型异步电动机能效限定值及能效等级》、《GB30253-2013永磁同步电动机能效限定值及能效等级》等，以及鼓励生产高效电动机的一系列惠民政策。由于我国高效能电机研究和制造起步较晚，截止2014年底，高效异步电动机应用普及率不足5%；而超高效异步起动永磁同步电动机，虽然节能效果最优，但是由于制造技术难度高、价格贵等因素，实际应用更是少之又少。晋能鑫磊煤电有限公司新建2×350MW超临界间接空冷机组，配置2×1215t/h循环流化床锅炉，同步建设脱硫、脱硝装置。计划2015年8月1日浇筑第一罐混凝土，1#机组计划于2017年4月1日前投产发电，2#机组计划于2017年7月1日前投产发电。目前，本项目尚处于设备选型阶段，公司领导提出，要紧紧围绕省委、省政府“转型跨越，再造一个新山西”的战略部署，以“奉献绿色能源，服务山西发展”为使命，不断探索节能途径。针对异步起动永磁同步电动机的超高效节能优势，晋能鑫磊煤电有限公司工程部组织人员，通过电话调研、现场考察等方式，与部分永磁同步电动机厂家、永磁同步电动机应用电厂进行了技术交流，并就永磁同步电动机的价格与生产厂家进行了磋商，初步认为，永磁同步电动机在价格合理，对电厂造价不构成较大影响的情况下，可以在部分辅机设备上选用。未来，随着永磁同步电动机的批量化生产，价格进一步下调，应用范围将越来越广，逐步取代普通异步电动机也将成为趋势，其节能优势必将得到更大的体现。2二、国内外调研报告：（咨询专家意见、国内外解决方案、用户使用情况等）（一）异步起动永磁同步电动机研究现状国外利用稀土永磁体进行高效节能电机的开发较早。法国于1978年开发成功稀土钴永磁同步电机。电机的功率为0.5-18.5KW，效率比一般感应电动机高2%-8%，功率因素提高0.05%-0.15%。随后，前苏联、美国、英国等也推出了类似系列的电机，但是功率一般都不大。这是因为异步起动永磁同步电动机在转子上不仅有起动鼠笼，还要安装永磁体。国内也有许多高校和科研院所从事高效永磁电机的研究和设计工作。1980年，沈阳工业大学开发出我国第一台稀土钴永磁同步电动机（4KW4极）和第一台汝铁硼永磁同步电动机（11KW6极）。西北工业大学、清华大学、华中科技大学等在高效永磁电机的研究方面也取得了很多成果。但是，稀土永磁电机的一些问题严重制约了其推广和应用。一是稀土永磁体的高温失磁问题，二是稀土永磁体的成本问题。虽然我国是稀土王国，但是稀土永磁电机的成本较感应电机还是高很多，如何提高稀土永磁电机的性能，并不断降低这种电机的价格，提高其性价比是目前应该解决的问题。近年来，随着稀土永磁电动机的不断研究和应用，这种电机的效率越来越高，实际应用的异步起动永磁同步电动机效率最高达到97%以上，功率因素达到0.99。2013年，我国制定了针对永磁电动机的能效标准《GB30253-2013永磁同步电动机能效限定值及能效等级》，并于2014年7月1日正式实施。（二）永磁同步电动机相比异步电动机的技术特点序号对比项目感应式高效三相异步电动机异步起动永磁同步电动机备注1转速异步同步2电机功率电机制造技术成熟，功率最大可以达到几万千瓦。由于技术难度高，目前高压电机最大功率异步起动永磁同步电动机最大功率仅为2000KW。3功率因素小于0.85，随负载变化而变化。大于0.95，不随负载变化而变化。4效率高效异步电动机效率较一般异步电动机效率有一定提高，但比永磁电动机要低。稳态运行时无转子绕组损耗，定子电流较小，使得定子绕组损耗较小，因而其效率较高。5经济运行范围感应电机负载为额定60%-100%时，经济性较好。额定负载的25%-125%都具有较高的效率。6体积和重量一般对于高压电机，可以省略空冷器或水冷却器，因此体积较小，重量较轻。7工艺较好转子工艺复杂，需要隔磁。38可靠性技术成熟，安全可靠。容易退磁，但是随着耐高温的汝铁硼永磁材料的出现，这种情况已有很大的改善，只要设计和使用合理，一般不会出现退磁。转子结构复杂，机械强度相对较差。9制造成本较低为了获得较好的性能都采用高性能的汝铁硼，而这种稀土永磁材料相对较为昂贵，这就使得异步起动永磁同步电动机制造成本相对较高。10检修维护检修维护简单，技术含量相对一般，所需费用较少。检修时，对人员有较高的技术要求，维护费用相对较高。（三）永磁同步电动机国内生产能力1、国内高压永磁同步电动机生产厂家主要有山西北方机械制造有限责任公司、湘潭电机股份有限公司、安徽明腾永磁机电设备有限公司、江苏中能金石机电设备有限公司、北京百正创源科技有限公司等生产厂家。由于技术原因和推广受限，各厂生产的高压永磁同步电动机功率在200-2000KW范围之内，有的厂家只能生产200-800KW功率范围。2、国内低压永磁同步电动机生产厂家相对较多。入选“节能产品惠民工程”高效电机推广目录(第四批)的厂家有14个单位，入选“节能产品惠民工程”高效电机推广目录(第五批)的厂家有43个单位。（四）永磁同步电动机国内电厂应用情况1、高压永磁同步电动机目前在电厂主要应用于磨煤机、皮带机、风机、水泵、浆液循环泵、空压机等转速为1500r/min及以下设备。已经应用的电厂均反映节能效果明显，大约在15%至20%左右。案例：国电太原第一热电厂脱硫氧化风机太原第一热电厂脱硫氧化风机共3台，原设计安装电动机型号YKK4004-6，功率250KW，额定电压6KV，额定电流31.5A，额定功率因素0.82，额定转速990r/min，接法Y，工作方式S1，防护等级IP44，绝缘等级F。2011年，太原第一热电厂将#1、#2脱硫氧化风机电机更换为异步起动永磁电动机。型号TYC4002-6,功率280KW，额定电压6KV，额定电流28.4A，额定功率因素0.98，额定转速1000r/min，接法Y，工作方式S1，防护等级IP23，绝缘等级F。改造试运时，在氧化风机同样工况下观察数据，#1脱硫氧化风机电流15.35A，#3脱硫氧化风机电流20.49A，综合节电率14.12%，有功节电率12.38%。42014年11月15日，我公司人员去太原一电厂参观，从脱硫运行在线监测画面看到，#1脱硫氧化风机电流15.03A，#3脱硫氧化风机电流20.39A。现场观察，还发现#1脱硫氧化风机异步启动永磁电动机的振动、温度，均比#3脱硫氧化风机感应式异步电动机要小；并且异步启动永磁电动机比感应式异步电动机减少了空冷器，体积变得更小。本案例中有一点需要注意，太一原设计安装的异步电动机YKK4004-6(280KW)效率约为93.3%，我国目前大量推广使用的高效异步电动机YXKK4004-6(280KW)效率约为93.9%，而异步起动永磁同步电动机TYC4002-6(280KW)效率为96.5%，比高效异步电动机还要高2.6%。经计算，太原第一热电厂型号为TYC4002-6(280KW)的异步起动永磁同步电动机，相比同功率高效异步电动机的综合节电率实际约为11.54%，有功节电率约为10.06%。节能效果非常显著。2、低压永磁同步电动机目前在电厂可应用范围较广，只是由于价格问题，大量应用会影响基建造价，因此实际应用并不多。可以大力推广的是空冷岛风机应用，因为可以取消减速机，抵消一部分造价，并降低了维护成本，得到直接空冷发电机组的青睐。这方面，北京百正创源科技有限公司有成功案例，湘潭电机股份有限公司也具备这方面的能力。（五）永磁同步电动机与异步电动机经济性比较1、电机成本下面是几个电机厂315KW至2000KW电动机的大概价格：电机功率电机极数佳木斯（万元）上海（万元）南阳（万元）北方机械永磁电动机（万元）31546.700010.73004.000012.600050049.310013.330018.0000020.0000800411.540016.350023.500032.00001000413.610018.610026.000040.00002000423.190036.440052.500080.000031568.600011.32004.000012.6000500610.780015.020018.0000020.0000800613.990020.140023.500032.00001000615.350023.100026.000040.00002000630.830037.500052.500080.0000粗略估算，北方机械制造有限责任公司生产的异步起动永磁同步电动机价格，是感应式高效三相异步电动机价格的1.5至2倍。以315KW电动机为例，参考国电太原第一热电厂氧化风机电机，有功节电率约为10%，如年运行小时为5500h，则一年节约电量315*10%*5500=173250KW，每度电按0.3元/KW计算，则一年节约电费173250*0.3=51975元=5.1975万元。如果将节约的电费用于回收电机成本，在不考虑利息的情况下，北方机械制造有限责任公司永磁电机需要12.0000/5.1975=2.31年；如果回收与佳木斯高效电动机的价格差，则需要（12.0000-6.7000）/5.1975=1.02年。在这种情况下，考虑到节能降耗，以及推动我国新技术产业的发展，从经济性角度考虑，可以在电厂转速为1500r/min及以下设备广泛使用。52、维护费用由于异步起动永磁同步电动机的结构特殊，电动机检修时，抽转子需要专用工具，并需技术经验丰富的人员来完成，因此人工费大约比一般电机贵3000元。这方面，山西北方机械制造有限责任公司承诺在5年以内免费为电厂维护。6三、可行性方案：方案一：所有200—2000KW功率范围转速为1500r/min及以下高压电机选用永磁同步电动机。对于2×350MW机组，参考同类新建工程项目，功率在200KW至1500KW的高压电机（41台）预计如下：序号设备名称功率（KW）数量（台）异步电机单价（万元）总价（万元）永磁电动机单价（万元）总价（万元）1送风机2000437148803202间冷循环泵150042080602403辅机循环水泵3553113314.242.64空压机315121012012.6151.25浆液循环泵8001016160323206氧化风机电机3154104012.650.47闭冷水泵电机3154104012.650.4合计416211174.6永磁同步电动机价格约为异步电动机价格的1.89倍。优点：节能效果明显，可以大量节约厂用电；缺点：加大了基建设备采购成本，新技术在安全方面存在不确定性。意见：可以采用。方案二：部分200—2000KW功率范围转速为1500r/min及以下高压电机选用永磁同步电动机。对于一运一备的设备，建议只选用1台异步启动永磁同步电动机；两运一备的设备，只选用2台异步启动永磁同步电动机；浆液循环泵每台机选用2台，共4台。如果按此方案，则20台电动机价格统计如下：序号设备名称功率（KW）数量（台）永磁电机数量（台）异步电机单价（万元）总价（万元）永磁电动机单价（万元）总价（