西门子：电机能效升级将成为工业领域助力“双碳”目标实现的关键一环

西门子低压电机全球事业部总经理兼西门子（中国）有限公司执行副总裁林斌  图片来源：西门子

“在‘碳达峰’和‘碳中和’目标备受关注的当下，绿色低碳可持续发展路径成为企业的必然选择，节能高效的电机对制造业企业而言尤为重要。”西门子低压电机全球事业部总经理兼西门子（中国）有限公司执行副总裁林斌日前接受界面新闻记者专访时提出。

在工业领域，低压电机是重要的基础硬件，应用广泛。电机作为风机、泵、压缩机、机床、传输带等各种机械设备的驱动装置，被称为各种工业设备的“心脏”。

中国电机能效升级潜力巨大

在中国，电机耗电量在工业总用电量中的占比约为六到七成。

信达证券研究指出，中国高效节能电机市场份额仅3%左右，电机系统整体运行效率较发达国家低20%左右，存量改造空间大。

作为全球工业自动化巨头，西门子在电机领域已深耕逾百年，经历了工业2.0到4.0的发展历程。

西门子与电机的渊源始于1866年，维尔纳·冯·西门子发现了实用发电机工作原理，并发明出可以将大量机械能转换为电能，以用于电气照明、冶金工艺、动力传递等领域的发电机。

经过155年的发展，低压电机已成为西门子的明星产品之一，电机研发与制造也是其核心业务之一。

西门子正式在中国制造电机始于2004年。当年，位于天津的西门子电气传动公司开始生产低压大功率电机。2006年，西门子在江苏仪征投资成立了西门子电机（中国）有限公司，并逐步将其建设成西门子全球的一个工厂。

2020年，西门子在中国研发、生产的电机实现年销售超过百万台，总功率高达1500多万千瓦。

考虑到中国在节能减排的承诺力度和低压电机市场的潜力，2019年西门子将低压电机业务的全球总部从德国搬到了中国。

“中国电机市场的规模和增长速度要高于其他国家和地区。”林斌在向界面新闻记者介绍西门子电机产品时表示。

目前，低压电机在全球的装机量达到约3亿台。在中国，工业用低压电机的整体市场体量约为200亿元，每年的增长在7%-8%左右。

今年6月，升级后的中国电动机新国标正式实施，高效电机在政策和技术的驱动下成为未来增量的主流。

电机能效升级成为大趋势

中国电机耗能巨大，按照2020年全国工业用电量5万亿千瓦时计算，中小型电机用电量占工业用电量的60%以上。

中国现行电机效率较低的问题逐渐凸显。现有电机主要安装在泵、风机、压缩机系统中，但大多执行的是IE1或IE2能效标准。

在今年6月1日实施的新版强制性国家标准GB18613-2020《电动机能效限定值及能效等级》（新国标）中，将IE5效率列为中国三相异步电动机高的一级能效等级指标；IE4能效为二级能效指标；IE3能效定为三相异步电动机能效限定值，即三级能效。

这意味着，IE3以下能效等级的标准工业电机从今年6月起强制停产，IE2能效的电机逐步走向被淘汰替换的道路。

林斌告诉界面新闻记者，“早在2014年，西门子就已经在中国推出了IE3能效的电机，并积极帮助客户推进高能效电机转换。可以说，我们在推广高能效电机方面走在前面。”

据他介绍，2019年初，西门子便积极参与由中国标准化研究院牵头起草的电机新国标的标准制定与修订工作，并致力于推广IE3电机系列产品。

“我们也是早响应IE3标准的企业之一，”林斌说道，“今年3月15日起，西门子已经不再接受不符合新国标的电机订单。6月1日起，西门子完全停止在华生产、销售不符合新国标的电机。”

电机的升级换代基本只能通过更新产品来实现，对于用户而言也需要考虑升级成本与收益的问题。

“在市场推广过程中，西门子能够充分理解用户关于成本方面的顾虑，”林斌指出，“但从投资回报看，能效升级所带来的收益更加明显。”

以常用的15kW电机举例，IE3电机的效率比IE2电机提高平均约1.5%。在电机整个使用生命周期中，大约97%的成本来自于电费。所以，假设一台电机一年运行3000小时，工业用电0.65元/度，一般购买IE3电机半年后，节约的电费就能抵消IE3相对IE2电机的采购成本差价。

根据研究数据，如果中小型电机效率全部从IE2提升到IE3，全国年节电量可达900亿千瓦时（接近于广州市的2020年用电量），约等于每年可减少5960万吨碳排放。

技术进步将为实现“双碳”目标提供更多可能性

“在中国，整体产业链需要逐步升级的过程。”林斌表示。

就西门子电机业务在中国价值链的本土化战略而言，主要包括研发、生产和供应链等环节。

从本地化研发看，针对中国本地需求，由中国研发团队牵头，捷克、德国等地的设计团队都会参与到项目设计中，开发出更适应中国市场的产品。

从生产上来说，西门子在中国已建立了完整的本地上下游供应链。林斌表示，“我们与合作伙伴的长期合作确保了稳定而快捷的交货期。随着业务的不断增长，西门子也利用自身的技术和管理优势不断深入与供应链合作伙伴的合作。未来我们致力于同合作伙伴一起继续探索节能增效的道路，助力中国的‘双碳’目标，实现更多的社会价值。”

“但是从技术角度看，目前单独提升电机能效的空间有限，我们必须寻求其他途径。”林斌表示，“电机能效到IE5是一个看得见的台阶，再往上走就需要优化系统，包含变频器、电机、风机，泵等，然后再应用数字化技术。”

优化系统能效和应用数字化技术，是低压电机业务在西门子数字化工业集团中的两个重要战略方向。

简而言之，优化系统能效就是在工业环境中，电机搭配变频器，根据运行工况来控制电机转速进行节电，实现系统在非满负载的情况下健康稳定地变速，以降低能量消耗。以水泵为例，电机是其中主要的元器件之一，但是泵本身的设计也至关重要，如果不相匹配，电机的高能效也难以体现。

“欧洲在新的能效方面标准已经不仅是针对元器件本身，而是针对系统能效提出要求，这是未来的趋势。”林斌表示。

西门子开发的名为“Sinasave”的免费软件产品，能够帮助用户在开始投资高效电机与变频器系统方案前，根据不同负载如风机、泵，比较并计算不同方案的费用及投资回报周期。

另外通过数字化配套云计算等技术，客户能够根据设备运行状况进行智能调节。从工业数字化角度讲，电机作为工业系统和解决方案里的一个基本的驱动元器件，也是生产线健康运转的传感器。

西门子助力中国“双碳”目标实现

在中国“3060”目标的大背景下，政策方面也在支持高效节能电机的应用。

早在2015年，中国就明确提出要持续提升电机、锅炉、内燃机及电器等终端用能产品能效水平，加快淘汰落后机电产品和技术。

林斌表示，“从行业角度看，中国的碳排放主要来自于电力、工业、建筑和交通运输，而这些行业相互交叉关联。因此，中国需要全盘优化的解决方案，通过供需协同、优化，实现整合效率。”

从电机角度的解决方案来看，林斌以西门子为中国某一线城市的机场实施空调系统电机节能改造举例说明。

在这一改造方案中，西门子将原来机场的空调电机升级为高效电机，满足新国标能效标准，且满足原机组运行要求，能够为终端客户减少设备运营的费用。

林斌说：“客户全年节约能耗超过1百万千瓦时，相当于全年节约碳排放712吨，相当于种了3.5万棵大树。”

就西门子本身而言，其已经率先承诺至2030年在其业务运营中实现碳中和，是全球首家提出这一承诺的工业企业。

2014-2020年，西门子通过应用分布式能源系统、购买绿色能源、提升用能效率，以及减少车队排放等方式，实现全球自身价值链的碳足迹减少54%。

西门子低压电机业务已经计划将仪征工厂使用的电机，全部更换为高效电机，每年预计节约30万度电。同时正在为仪征工厂加装光伏发电系统，该项目完工后预计每年产生700万度电，碳减排每年约4700吨。

此外，西门子北京院区还安装了屋顶分布式光伏电站，并接入西门子数字化光伏运维平台。在机器学习算法支持下，平台能够实现光伏组件级的监控和诊断，提升电站的安全性、运行效率和可用性。

据其测算，该电站预计将能帮助西门子北京院区在未来25年间减少超过8700吨碳排放。

除此之外，西门子也在推广节能环保业务组合。西门子全球仅在2020财年实施的节能环保业务组合，就已帮助客户减少近700万吨碳排放。

“随着未来技术的进步，整个工业领域能源的利用率将会进一步提升，助力中国实现‘双碳’目标。作为企业，我们也将继续为实现这个目标努力，同时为客户带来收益，为社会创造价值。这也是西门子一直贯彻的宗旨。”林斌说道。