西門子：電機能效升級將成為工業領域助力“雙碳”目標實現的關鍵一環

西門子低壓電機全球事業部總經理兼西門子（中國）有限公司執行副總裁林斌  圖片來源：西門子

“在‘碳達峰’和‘碳中和’目標備受關注的當下，綠色低碳可持續發展路徑成為企業的必然選擇，節能高效的電機對制造業企業而言尤為重要?！蔽鏖T子低壓電機全球事業部總經理兼西門子（中國）有限公司執行副總裁林斌日前接受界面新聞記者專訪時提出。

在工業領域，低壓電機是重要的基礎硬件，應用廣泛。電機作為風機、泵、壓縮機、機床、傳輸帶等各種機械設備的驅動裝置，被稱為各種工業設備的“心臟”。

中國電機能效升級潛力巨大

在中國，電機耗電量在工業總用電量中的占比約為六到七成。

信達證券研究指出，中國高效節能電機市場份額僅3%左右，電機系統整體運行效率較發達國家低20%左右，存量改造空間大。

作為全球工業自動化巨頭，西門子在電機領域已深耕逾百年，經歷了工業2.0到4.0的發展歷程。

西門子與電機的淵源始于1866年，維爾納·馮·西門子發現了實用發電機工作原理，并發明出可以將大量機械能轉換為電能，以用于電氣照明、冶金工藝、動力傳遞等領域的發電機。

經過155年的發展，低壓電機已成為西門子的明星產品之一，電機研發與制造也是其核心業務之一。

西門子正式在中國制造電機始于2004年。當年，位于天津的西門子電氣傳動公司開始生產低壓大功率電機。2006年，西門子在江蘇儀征投資成立了西門子電機（中國）有限公司，并逐步將其建設成西門子全球的一個工廠。

2020年，西門子在中國研發、生產的電機實現年銷售超過百萬臺，總功率高達1500多萬千瓦。

考慮到中國在節能減排的承諾力度和低壓電機市場的潛力，2019年西門子將低壓電機業務的全球總部從德國搬到了中國。

“中國電機市場的規模和增長速度要高于其他國家和地區?！绷直笤谙蚪缑嫘侣動浾呓榻B西門子電機產品時表示。

目前，低壓電機在全球的裝機量達到約3億臺。在中國，工業用低壓電機的整體市場體量約為200億元，每年的增長在7%-8%左右。

今年6月，升級后的中國電動機新國標正式實施，高效電機在政策和技術的驅動下成為未來增量的主流。

電機能效升級成為大趨勢

中國電機耗能巨大，按照2020年全國工業用電量5萬億千瓦時計算，中小型電機用電量占工業用電量的60%以上。

中國現行電機效率較低的問題逐漸凸顯?，F有電機主要安裝在泵、風機、壓縮機系統中，但大多執行的是IE1或IE2能效標準。

在今年6月1日實施的新版強制性國家標準GB18613-2020《電動機能效限定值及能效等級》（新國標）中，將IE5效率列為中國三相異步電動機高的一級能效等級指標；IE4能效為二級能效指標；IE3能效定為三相異步電動機能效限定值，即三級能效。

這意味著，IE3以下能效等級的標準工業電機從今年6月起強制停產，IE2能效的電機逐步走向被淘汰替換的道路。

林斌告訴界面新聞記者，“早在2014年，西門子就已經在中國推出了IE3能效的電機，并積極幫助客戶推進高能效電機轉換?？梢哉f，我們在推廣高能效電機方面走在前面?！?/p>

據他介紹，2019年初，西門子便積極參與由中國標準化研究院牽頭起草的電機新國標的標準制定與修訂工作，并致力于推廣IE3電機系列產品。

“我們也是早響應IE3標準的企業之一，”林斌說道，“今年3月15日起，西門子已經不再接受不符合新國標的電機訂單。6月1日起，西門子完全停止在華生產、銷售不符合新國標的電機?！?/p>

電機的升級換代基本只能通過更新產品來實現，對于用戶而言也需要考慮升級成本與收益的問題。

“在市場推廣過程中，西門子能夠充分理解用戶關于成本方面的顧慮，”林斌指出，“但從投資回報看，能效升級所帶來的收益更加明顯?！?/p>

以常用的15kW電機舉例，IE3電機的效率比IE2電機提高平均約1.5%。在電機整個使用生命周期中，大約97%的成本來自于電費。所以，假設一臺電機一年運行3000小時，工業用電0.65元/度，一般購買IE3電機半年后，節約的電費就能抵消IE3相對IE2電機的采購成本差價。

根據研究數據，如果中小型電機效率全部從IE2提升到IE3，全國年節電量可達900億千瓦時（接近于廣州市的2020年用電量），約等于每年可減少5960萬噸碳排放。

技術進步將為實現“雙碳”目標提供更多可能性

“在中國，整體產業鏈需要逐步升級的過程。”林斌表示。

就西門子電機業務在中國價值鏈的本土化戰略而言，主要包括研發、生產和供應鏈等環節。

從本地化研發看，針對中國本地需求，由中國研發團隊牽頭，捷克、德國等地的設計團隊都會參與到項目設計中，開發出更適應中國市場的產品。

從生產上來說，西門子在中國已建立了完整的本地上下游供應鏈。林斌表示，“我們與合作伙伴的長期合作確保了穩定而快捷的交貨期。隨著業務的不斷增長，西門子也利用自身的技術和管理優勢不斷深入與供應鏈合作伙伴的合作。未來我們致力于同合作伙伴一起繼續探索節能增效的道路，助力中國的‘雙碳’目標，實現更多的社會價值?！?/p>

“但是從技術角度看，目前單獨提升電機能效的空間有限，我們必須尋求其他途徑。”林斌表示，“電機能效到IE5是一個看得見的臺階，再往上走就需要優化系統，包含變頻器、電機、風機，泵等，然后再應用數字化技術?！?/p>

優化系統能效和應用數字化技術，是低壓電機業務在西門子數字化工業集團中的兩個重要戰略方向。

簡而言之，優化系統能效就是在工業環境中，電機搭配變頻器，根據運行工況來控制電機轉速進行節電，實現系統在非滿負載的情況下健康穩定地變速，以降低能量消耗。以水泵為例，電機是其中主要的元器件之一，但是泵本身的設計也至關重要，如果不相匹配，電機的高能效也難以體現。

“歐洲在新的能效方面標準已經不僅是針對元器件本身，而是針對系統能效提出要求，這是未來的趨勢。”林斌表示。

西門子開發的名為“Sinasave”的免費軟件產品，能夠幫助用戶在開始投資高效電機與變頻器系統方案前，根據不同負載如風機、泵，比較并計算不同方案的費用及投資回報周期。

另外通過數字化配套云計算等技術，客戶能夠根據設備運行狀況進行智能調節。從工業數字化角度講，電機作為工業系統和解決方案里的一個基本的驅動元器件，也是生產線健康運轉的傳感器。

西門子助力中國“雙碳”目標實現

在中國“3060”目標的大背景下，政策方面也在支持高效節能電機的應用。

早在2015年，中國就明確提出要持續提升電機、鍋爐、內燃機及電器等終端用能產品能效水平，加快淘汰落后機電產品和技術。

林斌表示，“從行業角度看，中國的碳排放主要來自于電力、工業、建筑和交通運輸，而這些行業相互交叉關聯。因此，中國需要全盤優化的解決方案，通過供需協同、優化，實現整合效率?！?/p>

從電機角度的解決方案來看，林斌以西門子為中國某一線城市的機場實施空調系統電機節能改造舉例說明。

在這一改造方案中，西門子將原來機場的空調電機升級為高效電機，滿足新國標能效標準，且滿足原機組運行要求，能夠為終端客戶減少設備運營的費用。

林斌說：“客戶全年節約能耗超過1百萬千瓦時，相當于全年節約碳排放712噸，相當于種了3.5萬棵大樹?！?/p>

就西門子本身而言，其已經率先承諾至2030年在其業務運營中實現碳中和，是全球首家提出這一承諾的工業企業。

2014-2020年，西門子通過應用分布式能源系統、購買綠色能源、提升用能效率，以及減少車隊排放等方式，實現全球自身價值鏈的碳足跡減少54%。

西門子低壓電機業務已經計劃將儀征工廠使用的電機，全部更換為高效電機，每年預計節約30萬度電。同時正在為儀征工廠加裝光伏發電系統，該項目完工后預計每年產生700萬度電，碳減排每年約4700噸。

此外，西門子北京院區還安裝了屋頂分布式光伏電站，并接入西門子數字化光伏運維平臺。在機器學習算法支持下，平臺能夠實現光伏組件級的監控和診斷，提升電站的安全性、運行效率和可用性。

據其測算，該電站預計將能幫助西門子北京院區在未來25年間減少超過8700噸碳排放。

除此之外，西門子也在推廣節能環保業務組合。西門子全球僅在2020財年實施的節能環保業務組合，就已幫助客戶減少近700萬噸碳排放。

“隨著未來技術的進步，整個工業領域能源的利用率將會進一步提升，助力中國實現‘雙碳’目標。作為企業，我們也將繼續為實現這個目標努力，同時為客戶帶來收益，為社會創造價值。這也是西門子一直貫徹的宗旨?！绷直笳f道。