新型高效节能电动机及控制装置建设项目可行性研究报告书.docx
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新型高效节能电动机及控制装置建设项目可行性研究报告书
1总论
1.1项目名称及承办企业
项目名称：
年产500万kW新型高效节能电动机及控制装置建设项目
承办企业：
某某梦*由电机工程有限公司
企业法定代表人：
***，董事长
项目负责人：
***，副总经理
1.2承办企业基本情况
某某梦*由电机工程有限公司（简称梦*由公司），是于2009年组建成立的集科研、生产、销售、服务为一体的高科技企业，是在科学发展观的旗帜下诞生、在节能减排的大潮中启航、迎着金融风暴奋进的高成长性企业。
梦*由公司现有员工68人，其中高级工程师18人（含教授级高工5人），并聘请两院院士5人、教授博导8人为高级技术顾问，还聘请某科技大学博士生导师XXX教授担任首席科学家，研发实力较强。
梦*由公司以研发设计为先导，以新型高效节能电机为主要产品方向，以“研制绿色电机、助推节能减排、创造无限动力”为使命，以“兴业报国、科学发展、和谐共赢、创新未来”为宗旨，以“高起点、高标准、超常规”和打造“规模化、系列化、现代化”生产制造能力与竞争实力为跨越式发展战略，决心为我国的电机系统节能事业和电机装备制造业做出较大贡献，力争在5-6年内打造成为具有鲜明特色、雄厚实力的产业新锐、华夏明星。
作为梦*由公司控股股东的某某某大紫思高科技研发中心（简称“某大紫思”），是某科技大学某某校友会兴办的高科技研发机构，主要依托某科技大学雄厚的科研实力和某某校友中的各类专业人才，开展高科技成果的推广应用与转化，组织研发高科技课题与项目。
某大紫思由8位两院院士和某科技大学16位教授专家担任高级顾问和学术带头人，有24位具有高级技术职称的校友作为技术骨干，并由某科技大学科技处一位副处长和科长分别担任副主任与主任助理。
科研实力较强，研发领域较广，科技成果较多。
1.3项目建设的重要意义及必要性
1.3.1电动机是工农业生产和人民生活中广泛使用、极为重要的动力设
备，其耗电量占全社会总用电量的60%以上。
然而，我国目前电机的能效等级较低，低效落后电机依然大量使用，“大马拉小车”现象普遍存在，电能浪费严重惊人。
国家高度重视电机系统节能工作，从“十一五规划”、“中国节能技术政策大纲”、“中华人民共和国节约能源法”到国务院发布的“关于进一步加强节油节电工作的通知”等法律法规和产业政策文件，均把电机系统节能放在节电工作的首位，列为“十大节能工程”和“十大节能产品惠民工程”之一，已经并正在连续出台一系列鼓励扶持政策与措施，把淘汰低效落后电机并加快研制、推广应用高效节能电机列为节能减排的重要任务之一。
目前，在我国各个工程领域，均存在着严重的“大马拉小车”现象，低效落后电机占80%左右。
一是在各大油田所用抽油机和各煤矿企业所用皮带输送机、提升机、刮板机等设施的驱动装置多为普通Y、Y2系列和YB、YB2、YBk系列电动机，所耗电能占总用电量的60%左右，电力费用占生产总成本的25%左右。
由于抽油机、输送机等设备在起动时需要很大的起动转矩（一般为3-4倍以上），而正常运行时所需转矩相对较小；且抽油机电机在其工作的一个周期里，提升阶段电机从电网吸收功率，下降阶段则处于发电状态向电网送出电能，因此造成了两大问题：
一是“大马拉小车”，电机负载率低（平均负载率仅20%左右，个别甚至不足10%），功率因数低（有的不足0.2）；二是电网波动较大，引起功率损耗增大，电网运行质量差。
这些问题的存在不仅极大地浪费了电力资源，增加了原油成本，也严重影响电网的运行安全。
针对上述问题，多年来国内外曾提出许多技术方案并研制了许多改进型电机，如高转差电机、永磁电机、直线电机、变频调速电机、变极电机、定子绕组采用△—Y接法电机和晶闸管调压降压运行电机等。
但这些技术方案和装置不是技术性能改进不大，就是成本过高，或是控制转换复杂可靠性差，或是机械特性太硬而与装置系统匹配性能差等等，因而均不能有效地解决“大马拉小车”和电网波动大的问题。
某科技大学新型电机国家专业实验室主任、某某某大紫思副总工程师XXX教授与某大紫思的其他电机专家一起经过不懈探索研究，利用最新的电机绕组理论，采用谐波、复合绕组新技术和多功率新技术相结合的路线，并运用独创的“去匝”新技术和绕组连接新方法，提出了一种全新的抽油机用三功率高效节能电动机技术方案。
此方案可使抽油机电动机的负载率提高20%以上，功率因数提高0.2左右，节电率可高达35%以上。
目前，已根据此方案由某大紫思设计制造了20台1140V、55/37/22kw、18.5/11/7.5kw三功率高效节能电动机，并已投入某某油田运行一年多，其运行稳定可靠，主要性能指标比较理想，效率比其他电动机提高2~3个百分点，最高功率因数达到0.93，最高有功节电率达35%，最高综合节电率达41.92%，达到目前同类电机的最高水平。
而且温升、振动、噪声均较低，堪称“绿色电机”。
该产品已于2008年11月22日通过HN省科技厅组织的省部级鉴定。
参加鉴定会的院士专家给予高度评价，一致认为：
该新型节能电机“绕组设计独特新颖、理论正确、控制系统简单、运行可靠、节能效果显著，属国内首创”，“产品总体水平达到了目前国际同规格电机的先进水平”。
根据新型多功率绕组技术和自动双向切换技术，某大紫思又于2009年6月份开始设计研制了6台30kw/18.5kw、22kw/15kw输送机用YBSL系列新型双功率电机，经去年年底进行的性能测试与运行监测，节电率可达10~25%，主要指标比较理想。
总体看，ZFV系列、YBSL系列新型多功率高效节能电机是目前油田抽油机和煤矿输送机用电动机比较理想的节能换代产品，亟待尽快实现系列化、规模化生产与推广应用。
该产品的推广应用对实现我国既定的节能战略目标具有重要意义。
它具有十分广阔的市场空间，将会产生巨大的经济效益、社会效益和环境效益。
二是在建材、矿山、交通、水利、建筑、冶金、化工等行业有大量的球磨机、破碎机、压缩机在使用运行，这些设备和装置对驱动电动机既要求有高起动转矩、又要求有较低的起动电流。
目前普遍是采用绕线式感应电动机来满足要求，因为绕线式感应电动机转子电路中可以通过滑环电刷来串联外加起动电阻，而有很好的起动性能。
但另一方面，也正由于转子电路中存在滑环电刷这样的滑动触点，使得可靠性及系统运行效率降低，并因此增加了制造成本和维护费用。
目前使用的绕线式异步电动机存在难以克服的问题主要表现在滑环故障率较高，且不宜在有粉尘的场所使用，否则易产生爆炸等危险。
电机在运行的过程中，转子短接电路存在较长的外接电缆，增加了电能的损耗，降低了电机效率。
因此取消滑环碳刷系统，去掉电阻器与进相机，是一项具有重大实际意义的创新；研制生产与推广应用高效节能无刷电动机是电机系统节能的重点之一。
另外，在电力行业中使用的煤磨机，目前较多采用的是普通双鼠笼式交流异步电动机，由于启动电流大，转子笼条断裂事故频繁发生，用户维修量及成本都很大，也成为急待解决的问题。
针对传统绕线式电动机电刷、滑环故障率高、耗能高，及传统鼠笼式电机起动转矩小、起动电流大等重载起动和节能运行中存在的技术瓶颈和耗能高的老大难问题，某科技大学“新型电机国家专业实验室”经过几代电机专家的艰辛探研，首次提出了“谐波起动”、“变极启动”、“全绕组启动”和“无感绕组”、“复合绕组”综合集成新理论与新技术，并初步开发出了“变极起动无滑环绕线转子感应电动机”，取得了创新性成果，填补了国内外空白，也是对传统电机绕组理论与工艺制造的一次革命。
该类电动机彻底甩掉了滑环、碳刷系统和电阻器、进相机等辅助设备，不仅具有低起动电流，高起动转矩的特性，而且具有更高的高过载能力、高功率因数、高效率、高可靠性和维护使用简便等突出优点，经现场测试可以达到节电8-15%的可观效果。
某某某大紫思高科技研发中心的电机专家与某科技大学的XXX教授密切合作，在“变极启动无滑环绕线式感应电动机”研制成功并初步推广应用的基础上进行了深入研究与优化设计，成功解决了大中型高压绕线转子电动机应用“谐波启动”、“变极启动”技术所存在的可靠性与整体效率难以提升的技术难题，将大大提升我国电机制造和电机系统节能水平。
该产品的推广应用对实现我国节能减排的战略目标具有十分重要的意义。
该产品市场空间巨大，它的推广应用必将产生巨大的经济效益与社会效益。
1.3.2项目建设的必要性
1.3.2.1国家节约能源、保护环境的要求
“十二五”期间国家倡导建设节约型社会，把“单位GDP的能耗降低20%，污染物排放量降低10%”定为重要目标。
电机作为耗能产品，其能效水平直接关系到国家能源节约、环境保护、资金节约及二氧化硫等温室气体的减排，提高效率至关重要。
电动机的节能特性主要是指电动机的实际运行效率。
我国目前电机的效率普遍在85%-92%之间，而一个好的节能型电机的效率应该达到94%以上。
效率每上升一个百分点，电机的运行所带来的节能效应是非常明显的。
我国政府在第十二个“五年计划”的节能规划中，把“电机系统节能”列为重中之重，国家发改委提出的十大现代装备制造业规划，就包括电机系统调速节能在内的电力电子技术装备规划。
本项目产品是高效节能电机，推广应用对实现我国既定的节能战略目标具有重大作用。
1.3.2.2提高企业自主创新能力的需要
国家“十二五规划”强调要增强自主创新能力，形成一批拥有自主产权和知名品牌、国际竞争力较强的优势企业。
自主创新是行业发展的需要，也是企业发展的动力所在。
本项目产品是在国家发明专利“谐波起动方法”和“异步电动机转子绕组叠加联结法”等基础上研制成功的。
它是对传统电机绕组理论及工艺制造的一次革命，不仅可提升我国电机制造业和相关机械的整体技术和性能水平，同时该系列电动机的创新设计理念，将为更深层次的产品研发打下一个良好的基础，也为企业提高创新能力、增强核心竞争力迈出有重要意义的一步。
1.3.2.3提升我国电动机能效水平，是增强国际竞争能力的需要
我国加入WTO后，电机行业面临着国际社会的巨大竞争压力和挑战。
从国际和国内发展趋势来看，推广应用高效节能电机是科学发展的必然趋势。
世界上不少国家的政府以及电机产品的制造者和使用单位对于电机的能效水平颇为重视。
如欧洲与1999年召开了高效电机会议，欧洲电机和电力电子制造商协会（（CEMEP）和欧盟（EU）能源组织联合提出了欧洲电动机效率方案，即CEMEP-EU协议。
）美国、加拿大、墨西哥、巴西、澳大利亚和新西兰都相继制定了电动机的能效标准。
我国作为全球最大的电动机生产国之一，电动机的能效水平将直接影响到我国在世界电动机市场上的地位。
因此提高我国电动机能效水平，对参与国际竞争具有重要的现实意义。
1.4项目概况
1.4.1项目建设规模和产品方案
项目建设规模为：
年产500万KW新型高效节能电动机8.8万台，其中：
年产200万KW新型多功率、变极、变频电动机8万台；年产300万KW新型高效高压无刷绕线式电动机0.8万台。
项目建设分三期工程：
第一期工程达到150万KW生产规模，计划于2012年底建成；第二期工程达到350万KW，计划于2013年底建成；第三期达到500万KW，于2014年底建成。
项目产品安装尺寸符合IEC标准。
额定电压为380V、660V、1140V、3000V、6000V、10KV。
额定频率为50Hz。
绝缘等级为F级。
1.4.2项目投资总额与融资方案
1.4.2.1项目总投资82500万元。
其中：
建设性投资57750万元、流动资金24750万元，其中铺底流资为7425万元。
1.4.2.2资金来源
项目全部资金由投资伙伴提供。
1.4.3项目拟建场址
该项目场址选择在某某市XX县产业聚集区。
项目总规划用地500亩。
1.4.4建设期2-3年。
企业职工总人数2400人。
1.4.5工程方案和设备方案
项目征地500亩，建设厂房、库房、研发中心和办公楼、专家楼、职工宿舍等生产用建筑28.3万平方米。
并购置先进的机加、铸造、冲压、铆焊、浸漆、电工、检测等各类设备、工具、仪器。
1.4.6项目主要经济技术指标：
项目经济技术指标汇总表
序号
指标名称
单位
指标水平
备注
1
建设项目投资总额
万元
82500
其中
（1）
固定资产投资
万元
57750
（2）
流动资金
万元
24750
2
产量
万kW
500
经营期第1年
3
销售收入
万元
300000
4
销售税金及附加
万元
19658.98
5
利润总额
万元
54737.02
6
所得税
万元
13684.25
25%
7
企业税后利润
万元
41052.77
8
全部投资利润率
%
42.3
9
全部投资利税率
%
66.3
10
全部投资内部收益率
%
21.37
11
全部投资回收期
年
5.2
含建设期
12
项目征地面积
m2
333335
500亩
其中：
代征道路
m2
亩
实际用地
m2
亩
13
总建筑面积
m2
282981
单层高大于8米的建筑面积按2倍计
2项目的技术基础
2.1技术来源
项目的核心关键理论与技术是谐波绕组、全绕组、复合绕组新理论和“去匝”、“无感”、“3Y连接”新技术。
是由我国两代著名的电机专家、某科技大学许实章、XXX等著名教授经过20多年持续探索与研究而创立的新理论和新技术，是电机绕组领域的重大突破，属原始性创新，曾荣获国家专利金奖和发明奖等多项成果奖。
利用上述新理论和新技术，已成功开发出新型变极电机、变极启动无滑环电机和新型多功率高效节能电机、双馈电机等新产品，均属国内外首创。
某某某大紫思高科技研发中心（简称“某大紫思”），自2001年以来一直与某科技大学紧密合作，由某科技大学“新型电机国家专业实验室”主任、博导XXX教授担任电气技术带头人和副总工程师，并由“某大紫思”多位电机专家参与，共同致力于谐波复合绕组新技术和“去匝”新技术的进一步研究和推广转化应用。
尤其是2006年以来，根据国家有关节能减排的法律法规和产业政策要求，进一步加大了对谐波绕组新理论和多功率新技术的研发力度，并加快了开发研制高效节能电动机的进度，并独创了“多功率自动双向自动切换”新技术，顺利完成了ZFV油田抽油机用新型三功率高效节能三相异步电动机和YBSL系列煤矿输送机用新型双功率防爆电机的样机试制、工业运行试验和成果鉴定工作，并为“系列化、规模化”生产与推广做好了技术准备工作。
某某某大紫思高科技研发中心还在“变极启动无滑环绕线式感应电动机”初步成功应用的基础上作了进一步研究和优化设计，尤其是成功解决了大、中型高压绕线转子电动机应用“谐波启动”、“变极启动”技术所存在的可靠性与整体效率难以提升的技术难题，研制出最新一代高效节能高压无刷电动机。
其核心技术特点是针对负载特点利用交流电机绕组理论对定子三相绕组重新设计，并借助于线圈矢量分析法和计算机谐波分析法来实现电动机起动和运行状态均具有良好性能。
其技术方案与工作原理是：
定子绕组采用“全绕组谐波启动并全绕组运行”的技术路线，转子绕组则按“无感绕组”思路采用“复合绕组”技术。
启动时，定子绕组产生较强的磁动势谐波，转子绕组对谐波磁动势感应的电流产生高阻抗，从而达到低起动电流、高起动转矩的目的；正常运行时，定子绕组通过切换开关转成常规标准绕组，从而消除了谐波磁动势，而转子绕组则呈现低阻抗，大大降低了运行电流、提高了功率因数，达到了显著的节电效果。
经现场测试节电率可以达到8-15%，该电机的推广应用将会产生巨大的经济效益和社会效益。
2.2知识产权状况
2.2.1“一种变极新技术”曾荣获2001年度国家知识产权局和世界知识产权组织颁发的机电类唯一专利金奖，专利号：
94117445.X.发明人XXX、XXX。
2.2.2“谐波启动新技术”曾荣获原国家科委1993年颁发的国家发明二等奖，项目编号：
93-12-003．发明人XXX等。
2.2.3“变极起动无滑环绕线转子感应电动机”于2006年10月11日获得国家知识产权局授予实用新型专利权，专利号：
ZL200520097628.4,发明人：
XXX等。
2.2.4“抽油机用新型三功率高效节能三相异步电动机”于2009年12月30日获得国家知识产权局授予实用新型专利权，专利号：
ZL200820230800.2,，证书号：
第1327831号，发明人：
XXX、XXX等。
2.2.5“一种新型双功率高效节能感应电动机”于2010年9月1日收到国家知识产权局发来的“授予实用新型专利权通知书”，专利号:
200920273349.7,发明人：
XXX、XXX。
2.2.6“ZFV抽油机用新型三功率高效节能三相异步电动机”于2009年4月17日被确认为HN省科技成果，登记号：
9412009Y0586。
2.2.7“ZFV抽油机用新型三功率高效节能三相异步电动机”于2009年2月27日荣获某某市科技进步一等奖，证书号：
208005-01。
2.2.8本项目完成后，预期还可申报获得3-5项专利。
2.3．已完成的研发工作及成果鉴定的时间
2.3.12001年10月～2003年5月完成了油田抽油机用变极节能电机的样机试制与工业运行试验。
2.3.22003年8月～2005年3月完成了变极起动无刷感应电动机的试制与鉴定。
2.3.32005年12月～2007年11月完成了无刷感应电动机的优化设计和新型多功率高效节能电机技术方案的制定。
2.3.42008年3月～6月完成了ZFV抽油机用高效节能电机技术文件及产品图纸设计。
2.3.52008年7～8月完成了样机试制
2.3.62008年8月～11月初完成了样机工业运行试验
2.3.72008年11月22日由HN省科技厅主持的包括两名院士在内的有关专家对ZFV抽油机用新型三功率高效节能三相异步电动机进行了产品成果鉴定。
鉴定委员会一致认为：
“ZFV抽油机用新型三功率高效节能三相异步电动机的绕组设计独特新颖、理论正确、节能效果显著、控制简单、运行可靠，属国内首创。
产品总体达到了目前国际同规格电机的先进水平。
是目前油田抽油机用电机比较理想的节能换代产品。
”
2.3.82009年6月~10月完成了YBSL系列煤矿输送机用新型两功率单电压防爆电动机的设计与研制，并且2009年12月30日投入工业运行试验。
2.3.92009年11月至2010年5月完成了YBSL系列输送机用双电压新型两功率隔爆型高效节能电动机技术文件和产品图纸设计，目前正在组织样机试制。
2.4技术特点及优势
2.4.1针对油田抽油机电动机要求高启动转矩和时变负载运行的特点，运用交流电机绕组新理论及线圈矢量分析法和计算机谐波分析法进行分析研究，某大紫思的专家们创造性地提出了“3Y连接”新技术和“去匝”新技术，通过自动转换控制装置，实现了高、中、低三种功率档运行，并可根据油井工况变化实现运行功率的双向自动切换，为解决油田抽油机长期存在的“大马拉小车”问题提供了一条新的比较有效途径。
2.4.2在Y系列电机的基础上，采用新材料，新工艺，研制了试验样机。
样机的防护等级由IP44提高到IP54，绝缘等级由B级提高到F级，温升按B级考核，提高了可靠性。
2.4.3样机通过检测并经专家鉴定，各项技术指标都符合“ZFV抽油机用新型三功率高效节能三相异步电动机技术条件”之规定。
样机在HN油田运行时，经中石化HN分公司节能检测站最后检测认定，与原运行的YQCH高启动转矩高转差率节能电机相比，最高有功节电率和无功节电率分别提高了24.09%和52.00%，综合节电率提高了31.15%。
样机温升、噪声、振动均较低，运行稳定可靠，是目前油田抽油机电机比较理想的节能换代产品。
2.4.4切换变极，三角变三角：
其优点是功率因数高，起动转矩大，过
载能力强，温升k值低，不需附加启动电阻，不需进相机等任何辅助设备就可以直接启动、高效运行。
该新型电动机特别适合重载起动的场合。
从现在研究和应用的情况，它可以代替绝大部分目前应用中的绕线型电动机及一部分鼠笼电动机，其功率因数比传统电动机要平均高0.05，效率平均高10%以上，节电率可达10%以上。
2.4.5切换变极，三角变星形：
一组起动后在并联另一组运行。
其优点
是起动电流低，过载能力强，可达3倍以上。
与传统电动机相比功率因数平均高0.05左右，效率平均高10%左右，其它的优点也与三角变三角相同。
适用场合是除重载以外的各种场合，其起动转矩也可达到1.5倍以上。
比如轧钢厂的轧钢用电动机。
YWR系列、YZS系列、YZBS系列高效节能电动机是JR、YR系列电动机的更新换代产品，也可以替代JS、JSO、Y、YKK、YRKK系列异步电动机。
特别适合驱动重载起动及经常过载的机械，如球磨机粉、破碎机等；也适于驱动大转动惯量机械，如风机等；还可以用于驱动压缩机、皮带输送机，水泵等通用机械。
2.5该关键技术的突破对行业技术进步的意义
2.5.1目前，我国各油田、煤矿所使用的电动机大多处于“大马拉车”状态，因而电能浪费极为严重。
从油田来看，其生产成本中约有三分之一为电能消耗，而抽油机电机消耗的电能约占总电能消耗的80%左右，而且我国目前抽油机系统的总效率不足30%，因而解决“大马拉小车”的问题，提高抽油机系统的效率与节能水平显的至关重要。
目前油田游梁式抽油机是一种独特的时变负载，为其配套的感应电动机的工况特点是：
启动时需要很大的起动转矩（一般为3-4倍以上），而运行时所需转矩并不大；且在其工作的一个周期里，提升阶段电动机从电网吸收功率，下放阶段时则处于发电状态，向电网送出电能。
这就造成两个主要问题：
（1）大马拉小车，电机负载率小，功率因数低，电能消耗大；
（2）电网波动、引起功率损耗增大。
煤矿用皮带输煤机是又一种独特的时变负载，无论是起动还是正常运行均存在重-轻-空载状态，因而造成电能严重浪费。
新型多功率电机是针对游梁式抽油机和皮带输煤机的运行特点而设计的专用电动机，其中，定子绕组大体上按两种不同的状态设计，一种状态专用于驱动设备的启动或重载运行，它具有很大的转矩，这就解决了“大马”问题。
另一种状态则专用于抽油机的正常运行和输煤机的轻、空载运动，并可根据工况特点设计为二级或三级运行状态，经济运行范围较宽，可基本满足负荷变化，因而有较高的功率因数和负载率，这就解决了抽油机和输煤机所需要的“小车”问题。
控制装置具有独特的多态运行控制与双向自动切换和缺相、过载、堵转、漏电保护等功能，结构设计简明可靠，使用维护方便、安全，运行控制经济节能。
应用本技术还可对油田抽油机和煤矿输煤机在用电动机实现节能改造，从而可大大减少用户在购置节能电动机方面的投入。
本产品可实现全系列设计与生产，可满足380V、660V、1140V不同电压等级，具有高起动转矩、高可靠性、高效率、高功率因数和低损耗、低温升、低噪声、低故障率等突出特点，综合节电率可平均达到30%以上，完全可成为抽油机和输煤机用电动机的更新换代产品；还可根据油田、煤矿更为具体的使用要求进行特殊设计与生产，以充分满足油田的生产需要。
ZFV系列、YBSL系列电机属国内首创的高科技产品，在油田、煤矿广泛推广应用可显著减少电能消耗，降低成本，不仅能为油田的节能增效做出贡献，也将为实现全社会节能减排的目标发挥重要作用，具有巨大的经济效益和社会效益。
2.5.2.高压绕线式电动机取消滑环碳刷系统，是一项具有重大实际意义而过去又没有很好解决的课题。
“变极起动无滑环绕组绕线转子感应电动机”项目在此领域内取得了创造性成果，提出了变极起动无滑环绕线转子的新结构。
变极起动无滑环电刷绕组转子感应电动机，无需串入起动电阻，具有低起动电流和高起动转矩，同时有着更高的可靠性。
该技术取消了转子滑环碳刷结构，消除了因此带来的故障隐患，具有显著节能效果。
该技术路
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