Energieeinsparung ist eine grundlegende nationale Politik Chinas. Der Staat hat den „Mittel- und Langfristigen Sonderplan zur Energieeinsparung“ formuliert. Um die Ziele dieses Plans zu erreichen, initiierte die Nationale Entwicklungs- und Reformkommission den „Elften Fünfjahresplan“ für zehn nationale Schlüsselprojekte zur Energieeinsparung [1], darunter das Projekt zur Energieeinsparung in Elektromotorsystemen. Von 2006 bis 2007 wurden alle Aspekte dieses Projekts umfassend umgesetzt. Aufbauend auf den erfolgreichen Energiesparmaßnahmen in wichtigen energieintensiven Branchen wurde das Projekt auf alle Transformationsbranchen ausgeweitet. Jährlich sollen 5 Millionen kW umgerüstet werden, was einem jährlichen Energieeinsparungspotenzial von 5 Milliarden kWh entspricht. Parallel dazu wurden Anstrengungen unternommen, die Ausarbeitung, Veröffentlichung und Verbreitung der für das Projekt erforderlichen Richtlinien, Normen und Spezifikationen zu beschleunigen. Bis 2010 sollen insgesamt 25 Millionen kW umgerüstet und Energieeinsparungen von 25 Milliarden kWh erzielt werden. 1. Definition eines Elektromotorsystems Ein Elektromotorsystem bezeichnet ein Antriebssystem, bestehend aus Elektromotor, angetriebener Last, Getriebe und Stromversorgung. Abbildung 1 zeigt ein typisches Elektromotorsystem. In diesem System steuert ein schwacher Strom einen starken Strom, Software steuert die Hardware, Komponenten sind integriert und Informationen sowie Energie interagieren. Energieeinsparungen in Elektromotorsystemen umfassen die Verbesserung der Energieeffizienz einzelner Systemkomponenten sowie die Optimierung des Antriebssystems selbst, beispielsweise durch Frequenzumrichter für Lüfter und Pumpen. Weitere Energieeinsparungen lassen sich durch verbesserte Prozesse, optimierte Anlagenbedingungen und höhere Effizienz des Antriebssystems erzielen. [ALIGN=CENTER] Abbildung 1: Typischer Aufbau eines Elektromotorsystems [/ALIGN] 2. Bedeutung von Energiesparprojekten für Elektromotorsysteme Chinas aktuelle Energiepolitik betont die Schonung und rationelle Nutzung von Energieressourcen. Um den Widerspruch zwischen Chinas Energieressourcen und der wirtschaftlichen und sozialen Entwicklung zu verringern, ist es unerlässlich, sich auf inländische Ressourcen zu konzentrieren und die Effizienz der Energienutzung deutlich zu steigern. Wir müssen die Politik der gleichzeitigen Entwicklung und Erhaltung von Energie entschlossen umsetzen und der Energieeinsparung Priorität einräumen. Wir fördern die Entwicklung und Anwendung neuer energiesparender und verbrauchsreduzierender Technologien. Im Jahr 2000 zahlte China zig Milliarden US-Dollar für die steigenden Preise für Strom, Kohle und Öl, während die direkten wirtschaftlichen Verluste durch Energieengpässe für die Volkswirtschaft nur schwer beziffert werden können. Energieeinsparung ist eine langfristige strategische Politik für Chinas wirtschaftliche und soziale Entwicklung und gleichzeitig eine äußerst dringliche Aufgabe. Elektromotoren sind die größten Stromverbraucher und gleichzeitig die Nutzer mit dem größten Energiesparpotenzial. Die gesamte installierte Elektromotorenleistung meines Landes übersteigt 400 Millionen kW, mit einem jährlichen Stromverbrauch von rund 1,5 Billionen kWh, was etwa 65 bis 70 % der gesamten jährlichen Stromerzeugung des Landes von 2,187 Billionen kWh entspricht. Energiesparende Technologien für Elektromotorsysteme haben weltweit große Aufmerksamkeit von Regierungen erfahren. Strom sparen bedeutet, die für die Stromerzeugung benötigte Sekundärenergie einzusparen. Dies wiederum reduziert schädliche Treibhausgasemissionen, mindert den Treibhauseffekt und trägt zur Verbesserung von Umwelt und Klima bei. Zu diesem Zweck riefen die Vereinigten Staaten 1998 die „Electric Motor Challenge“ ins Leben. Durch den Einsatz hocheffizienter Elektromotoren und Drehzahlregelungsverfahren konnte die Effizienz von Elektromotorsystemen verbessert werden. Das Energiesparpotenzial lag bei 14,8 % und die prognostizierte jährliche Energieeinsparung bei 80 Milliarden kWh. Im Vergleich dazu liegt die Energieausnutzung der Elektromotorsysteme meines Landes etwa 20 % unter dem internationalen Standard, was auf ein noch größeres Energiesparpotenzial hindeutet. In den letzten Jahren hat sich die Frequenzumrichtertechnologie für Wechselstrommotoren in Antriebssystemen weit verbreitet. So lassen sich beispielsweise durch die Drehzahlregelung von Ventilatoren und Pumpen 30 % bis 50 % Strom einsparen. Große Antriebssysteme wie Stahlwalzwerke, Traktionsanlagen, Öl- und Gastransporte sowie Schiffsantriebe nutzen die Frequenzumrichtertechnologie für Wechselstrommotoren und verbessern so die Anlagen- und Prozesseffizienz erheblich. Beispielsweise kann die Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren den Stromverbrauch in Stahlwalzwerken um mehr als 30 % senken, und die Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren mittels Frequenzumrichter kann die Effizienz im Schiffsantrieb um mehr als 20 % steigern, was erhebliche Energieeinsparungen ermöglicht. In Chinas Energiesparplänen des 15. und 11. Fünfjahresplans wurde die Energieeinsparung in Elektromotorsystemen als Schlüsselprojekt aufgeführt [2], ebenso wie die Entwicklung von Technologien zur Drehzahlregelung von Elektromotoren und zur Energieeinsparung in der Leistungselektronik sowie die schrittweise Realisierung des wirtschaftlichen Betriebs von Elektromotoren, Ventilatoren, Pumpen und anderen Geräten und Systemen. Daher ist die Umsetzung von Energieeinsparungsmaßnahmen in Elektromotorsystemen von großer praktischer Bedeutung und hat weitreichende Auswirkungen auf die nachhaltige Entwicklung. 3. Aktueller Stand der Entwicklung von Energieeinsparungen in Elektromotorsystemen im In- und Ausland 3.1 Aktueller Stand der technologischen Entwicklung von Energieeinsparungen in Elektromotorsystemen Elektromotorsysteme haben sich mit dem Fortschritt von Leistungselektronik, Stromrichtern, der Elektromotorenfertigung, der modernen Regelungstechnik und der Computertechnologie rasant weiterentwickelt. International ist die Frequenzumwandlung zur Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren der Standard für elektrische Antriebssysteme. Sie integriert Leistungselektronik, Elektromotoren und deren Steuerungssysteme und führt zu einer engeren Verzahnung von Konstruktion, Fertigung und Betrieb. Die Energieeinsparung im Motorgehäuse ist ein wichtiger Aspekt der Gesamtenergieeinsparung im Elektromotorsystem. Derzeit produzieren die meisten Elektromotorenhersteller in China weiterhin hauptsächlich die Ende der 1970er-Jahre entwickelten Asynchronmotoren der Y-Serie (durchschnittlicher Wirkungsgrad 84 %, durchschnittlicher Leistungsfaktor 0,84). Ab 1996 begannen einige Hersteller mit der Testproduktion von Asynchronmotoren der Y2-Serie mit einem Leistungsbereich von 0,12–315 kW, einem durchschnittlichen Wirkungsgrad von 84,195 %, einem durchschnittlichen Leistungsfaktor von 0,846 und einer durchschnittlichen Materialeinsparung von 13,65 %. Ab 1998 begannen einige Hersteller mit der Testproduktion von Motoren, die für die Frequenzumwandlung geeignet sind. Die wichtigsten technischen Verbesserungen bestanden in einer verbesserten Isolierung, einer größeren Baugröße und einer reduzierten Leistung. Tabelle 1 vergleicht die Energieeffizienz von Elektromotoren im In- und Ausland. [ALIGN=CENTER] Tabelle 1 Vergleich der Energieeffizienz von Elektromotoren im In- und Ausland (Einheit: %) [/ALIGN] Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, liegt die Effizienz von Elektromotoren in China 2–3 % unter dem internationalen Durchschnitt, und die Effizienz von Elektromotorsystemen im realen Betrieb ist 10–30 % niedriger als international. Derzeit werden neue Entwicklungen im Bereich energiesparender Technologien für Elektromotoren vorangetrieben, beispielsweise durch die Verbesserung von Materialeigenschaften und Fertigungsprozessen. Verbesserungen der Motorstruktur, der Motorsteuerung und der rationellen Nutzung elektromagnetischer Umwandlungsprinzipien, kombiniert mit erhöhter Leistungsdichte, hohem Leistungsfaktor sowie verbesserter Wärmeableitung und Kühlung, haben zu Veränderungen in Konstruktion, Fertigung und Anwendung konventioneller Motoren geführt. International haben sich Hocheffizienzmotoren und drehzahlgeregelte Motoren etabliert. Die Mechatronik integriert Leistungswandler und Steuerungssysteme in den Motor und führt so zu intelligenten und vernetzten Motoren, die in kleinen und mittleren Antrieben sowie Haushaltsgeräten weit verbreitet sind. Gleichzeitig sind neue Arten von drehzahlgeregelten Motoren entstanden, wie beispielsweise Permanentmagnet-Synchronmotoren, Reluktanzmotoren und Magnetschwebebahnmotoren, die in Lokomotiven, Elektrofahrzeugen, großen Schiffsantrieben und Magnetschwebebahnen eingesetzt werden. Ihre gemeinsamen Merkmale sind: die Überwindung des ursprünglichen Konzepts eines kreisförmig rotierenden Magnetfelds, die Integration von Motorgehäuse und Steuerung in eine Einheit, hoher Wirkungsgrad, hohe Zuverlässigkeit, das Zusammenwirken mehrerer elektromagnetischer Drehmomente und eine hohe Leistungsdichte. Motorsysteme werden in allen Sektoren der Volkswirtschaft eingesetzt, darunter Industrie, Verteidigung und Haushaltsgeräte, insbesondere: 1) Die hochpräzise und leistungsstarke Wechselstrom-Drehzahlregelung wird in Industriemaschinen der Stahl-, Kohle-, Papier- und Hebetechnik eingesetzt, um die Energieeffizienz der Prozessanlagen zu verbessern. 2) Hochleistungsfähige, hocheffiziente und hochintegrierte AC-Drehzahlregelung wird in Elektrofahrzeugen, Elektrolokomotiven, Magnetschwebebahnen und Schiffsantrieben eingesetzt und ersetzt den Direktantrieb von Gasturbinen im traditionellen Transportwesen. Dadurch werden Geschwindigkeit, Sicherheit und Energieeinsparungen erzielt. 3) Energiesparende Systeme zur mechanischen Drehzahländerung von Ventilatoren und Pumpen. 4) Energiesparende Kraftübertragung in Haushaltsgeräten wie Mechatronik und intelligenten Motoren. 3.2 Aktueller Stand der verwandten Branchenentwicklung [3] Die wichtigste verwandte Branche für die Energieeinsparung von Motorsystemen ist die Leistungselektronik und elektrische Kraftübertragung, insbesondere die Branche der AC-Motor-Frequenzumrichter. Im Jahr 2004 betrug der internationale Marktumsatz mit Leistungselektronik und elektrischer Kraftübertragung rund 94 Milliarden US-Dollar. Der chinesische Markt für AC-Motor-Frequenzumrichter entwickelt sich rasant und wächst jährlich um 12 %. Der großflächige Infrastrukturausbau in China, beispielsweise durch hohe Investitionen in die Fertigungsindustrie (Metallurgie, Kohle, Chemie und Erdöl), hat eine enorme Nachfrage nach Motorsystemen geschaffen, und die Marktperspektiven in diesem Bereich sind vielversprechend. Leistungselektronische Bauelemente entwickeln sich hin zu hoher Leistung, hoher Spannung, hoher Frequenz und intelligenter Modularisierung, wobei herkömmliche Thyristoren zunehmend durch neue Arten von Abschalt-Leistungselektronikbauelementen ersetzt werden. In den letzten Jahren hat der integrierte Gate-Kommutierte Thyristor (IGCT) den Abschalt-Thyristor (GTO) als Standardbauelement für Hochleistungs-Hochspannungs-Frequenzumrichter abgelöst. Bipolare Transistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) finden breite Anwendung in der Drehzahlregelung von Wechselstromanlagen im kleinen und mittleren Leistungsbereich. Elektronenunterstützte Transistoren mit isoliertem Gate (IEGTs) wurden erfolgreich entwickelt und werden zunehmend in Hochleistungs-Hochspannungs-Frequenzumrichtern eingesetzt. Darüber hinaus werden integrierte Leistungsschaltungen (Leistungs-ICs), intelligente Leistungsmodule (IPMs) und integrierte Leistungselektronikmodule (PEBBs), die mikroelektronische integrierte Schaltungen und leistungselektronische Bauelemente kombinieren, häufig in Frequenzumrichtern im kleinen und mittleren Leistungsbereich sowie in der Motordrehzahlregelung von Haushaltsgeräten verwendet. Ein revolutionäres Forschungsthema für die weitere Entwicklung in diesem Bereich sind Siliziumkarbid-Leistungselektronikbauelemente. IGBT-Spannungsquellen-Pulsweitenmodulations-Frequenzumrichter (PWM) werden häufig zur Drehzahlregelung von Motoren kleiner und mittlerer Leistung eingesetzt. Im Bereich der Hochleistungs-Hochspannungs-Frequenzumrichter finden aufgrund der Vielfalt an Stromversorgungen und Motoren verschiedene Technologien Anwendung, darunter AC/AC-Umrichter, Kaskaden-Frequenzumrichter mit H-Brücken, IGBT- und IGCT-Mehrpegel-Frequenzumrichter sowie Frequenzumrichter mit in Reihe geschalteten IGCT-Elementen. Die Theorien der Vektorregelung und der direkten Drehmomentregelung für Wechselstrommotoren sind ausgereift und werden in Drehzahlregelungssystemen für Umrichter eingesetzt. Gleichzeitig finden moderne intelligente Regelungstheorien und -methoden wie adaptive Regelung, analoge Regelung und künstliche neuronale Netze Anwendung in Drehzahlregelungssystemen. Die internationale Entwicklung und Fertigung von Motorsystemtechnologie konzentriert sich hauptsächlich auf Europa, Amerika und Japan. Produkte von Elektrotechnikunternehmen wie Siemens (Deutschland), ABB (Schweiz), Toshiba (Japan) und Rockwell Automation (USA) repräsentieren die Weltspitze in der Drehzahlregelungstechnologie und -fertigung. Mein Land verfügt über starke Entwicklungs- und Fertigungskapazitäten für kleine und mittelgroße Motoren, und seine Produkte werden bereits in großen Mengen exportiert. China kann verschiedene Arten von Standardthyristoren unter 5 Zoll herstellen, und Hochleistungsthyristoren haben internationales Spitzenniveau erreicht und finden in verschiedenen Bereichen Anwendung. Technologien, die Standardthyristoren als Leistungselektronik nutzen, wie z. B. Hochleistungs-Wechselstrom-Wechselstrom-Frequenzumrichter, elektrische Traktion und Sanftanlauf von Hochspannungs-Synchronmotoren, verfügen über eine solide Basis und können im Inland produziert werden. Sie finden breite Anwendung in der Metallurgie, im Bergbau, im Traktionsbereich und anderen Branchen. In den letzten Jahren hat Chinas Industrie für Niederspannungs-Allzweck-Frequenzumrichter einen Boom erlebt, Hunderte von Unternehmen sind entstanden, und der Gesamtproduktionswert erreichte 2004 2 Milliarden Yuan. Hochspannungs-Frequenzumrichter sind ein wichtiges Thema im Bereich der Energieeinsparung bei Elektromotoren. Mehrere Hightech-Unternehmen in China haben kaskadierte Hochspannungs-Frequenzumrichter entwickelt und gefertigt. China beherrscht die Integrations-, Montage- und Fertigungstechnologie von kleinen und mittelgroßen Gleichtakt-Frequenzumrichtern. Wirtschaftliche Drehzahlregler, wie z. B. die interne Rückkopplungs-Drehzahlregelung, werden zur Energieeinsparung in Elektromotorsystemen eingesetzt. Im Jahr 2003 betrug der Gesamtproduktionswert der chinesischen Elektroindustrie 371,6 Milliarden Yuan. Der Produktionswert der Branchen, die mit der Energieeinsparung in Elektromotorsystemen zusammenhängen, wie z. B. die Elektromotorenherstellung, Komponenten für elektrische Geräte, Leistungselektronik und Steuerungstechnik, erreichte rund 40 Milliarden Yuan. 3.3 Hauptprobleme: Elektromotorsysteme sind ein weit verbreiteter Industriezweig. Im Jahr 2003 betrug die gesamte installierte Leistung verschiedener Elektromotortypen ca. 420 Millionen kW und verbrauchte jährlich über 1 Billion kWh, was etwa 60 % des gesamten Stromverbrauchs des Landes ausmachte. Der Wirkungsgrad liegt 10–20 % unter dem internationalen Standard, was einer jährlichen Stromverschwendung von ca. 156 Milliarden kWh entspricht. Im Jahr 2003 betrug die jährliche Elektromotorenproduktion Chinas ca. 450 Milliarden kW, mit einem durchschnittlichen Wirkungsgrad, der 2–3 % unter dem der Industrieländer lag. Die Effizienz von Elektromotorantriebssystemen lag 10–30 % unter derjenigen entwickelter Länder und entsprach damit dem Niveau der 1970er und 80er Jahre. Auch hinsichtlich Lebensdauer, Zuverlässigkeit, Materialverbrauch, Geräuschentwicklung und Vibrationen bestanden erhebliche Defizite. Der Stromverbrauch meines Landes betrug 2003 1903,16 Milliarden kWh, wovon 73 % auf die Industrie entfielen. Allgemeine Betriebsmittel beanspruchten 44 % des industriellen Stromverbrauchs und wiesen eine um 20–25 % geringere Effizienz als in entwickelten Ländern auf. 1) Die Energiespartechnologien und -anlagen meines Landes erfüllen die Energiesparziele bei Weitem nicht. Elektromotorsysteme mit Frequenzumrichter sind mit nur 10 % Marktanteil weiterhin in der Minderheit. Die Energieerzeugungs- und Antriebsindustrie meines Landes ist technologisch rückständig, kleinskalig, kostenintensiv und weist eine geringe Produktzuverlässigkeit auf. Die enorme Diskrepanz zwischen veralteter Technologie und Produkten und der rasant wachsenden Nachfrage nach Energiesparlösungen behindert die Erreichung der Energiesparziele für Elektromotorsysteme in meinem Land erheblich. 2) Kleine und mittelgroße Elektromotoren in meinem Land sind überwiegend Standardmotoren, und es gibt noch keine Motoren mit variabler Drehzahlregelung. Es besteht eine erhebliche Lücke in der Integration von Frequenzumrichtern und Motoren, intelligenten Motoren und mechatronischen Technologien. 3) Inländische Frequenzumrichter für kleine und mittlere Leistungen nutzen meist die U/f-Regelung und selten fortschrittliche Vektorregelungs- und Direktmomentregelungsverfahren. Ihre Regelungsleistung, Schutztechnik und Zuverlässigkeit hinken ausländischen Produkten weit hinterher, was sie zwingt, eine Niedrigpreisstrategie zu verfolgen und den Niedrigpreismarkt zu besetzen. 4) Der Ersatz herkömmlicher Thyristoren durch neue Leistungselektronikbauteile mit Abschaltfunktion ist ein Trend, und Frequenzumrichter mit neuen Leistungselektronikbauteilen wie IGBTs/IGCTs sind zum Standard für Energieeinsparungen in Motorsystemen geworden. Die Technologie und Fertigung leistungselektronischer Bauelemente in meinem Land hinkt jedoch internationalen Standards weit hinterher. Abgesehen von herkömmlichen Thyristoren kann China keine neuen leistungselektronischen Bauelemente wie IGBTs/IGCTs herstellen. Daher wird der Großteil der IGBTs/IGCT-Leistungselektronikbauelemente und Kondensatoren für inländische Frequenzumrichter importiert. 5) Obwohl inländische AC/AC-Frequenzumrichter mit herkömmlichen Thyristoren ausgereift sind, ist ihr Anwendungsbereich begrenzt. Ausländische Technologien und Produkte zur Drehzahlregelung mit variabler Frequenz dominieren den chinesischen Markt für Energieeinsparung in Motorsystemen. Insbesondere leistungsstarke und hochleistungsfähige Drehzahlregelungssysteme mit variabler Frequenz für große nationale Infrastrukturprojekte werden im Wesentlichen von ausländischen Produkten dominiert. Es mangelt weiterhin an inländisch hergestellten, leistungsstarken und hochleistungsfähigen Drehzahlregelungssystemen mit variabler Frequenz unter Verwendung neuer leistungselektronischer Bauelemente. 6) Im Bereich der Energieeinsparung in Motorsystemen fehlen Methoden zur Systemauslegung und Bewertungsinstrumente für energiesparende Systeme. Zudem fehlen für die Drehzahlregelung mit variabler Frequenz umfassende technische Normen, Prüfspezifikationen und Prüfmethoden. 7) Leistungselektronik und Drehzahlregelung mit variabler Frequenz sind Spitzentechnologien, und fortgeschrittene Länder investieren stark in Forschung und Entwicklung in diesem Bereich. Chinas Technologie in diesem Bereich hinkt dem internationalen Standard um 5–10 Jahre hinterher. Obwohl die chinesische Regierung der Energieeinsparung in Motorsystemen große Bedeutung beimisst, sind die Forschungsinvestitionen in die Grundlagen dieses Bereichs, insbesondere in die Leistungselektronik und die Drehzahlregelung, gering, und die wenigen vorhandenen Investitionen beschränken sich größtenteils auf die Weiterentwicklung von Technologien auf niedrigem Niveau. Dem Land fehlt es noch an einer Plattform für die Forschung und Entwicklung von Technologien und Produkten im Bereich der Leistungselektronik und der Drehzahlregelung, wodurch eine industrielle Fertigung unmöglich ist. 4. Empfehlungen zur Umsetzung von Energiesparprojekten für Motorsysteme: 1) Die Herstellung hocheffizienter Motoren sollte gefördert und ineffiziente Motoren konsequent ausgemustert werden. Gemäß der aktuellen Klassifizierung der Motoreffizienz und der internationalen IEC-Motornorm liegt der Wirkungsgrad hocheffizienter Motoren im Allgemeinen bei 91–96 %, der von ineffizienten Motoren hingegen bei 75–89 %. Derzeit konzentrieren sich die in meinem Land betriebenen Elektromotoren hauptsächlich auf den Leistungsbereich von 0,55 bis 100 kW und machen über 95 % aller in Betrieb befindlichen Motoren aus. Davon sind 70 % Asynchronmotoren der Y-Serie, 10 % Asynchronmotoren der Y2-Serie und 20 % andere Motortypen mit einem durchschnittlichen Wirkungsgrad von 89,3 %. Um Kosten und Energieverbrauch über den gesamten Lebenszyklus zu minimieren, sollten wir die Konstruktion von universell einsetzbaren Hocheffizienzmotoren optimieren, auf die nationalen Gegebenheiten Chinas zugeschnittene Hocheffizienzstandards für Motoren entwickeln und den durchschnittlichen Wirkungsgrad von Motoren im Leistungsbereich von 0,55 bis 100 kW auf 92 % steigern. Wir sollten drehzahlgeregelte Motoren entwickeln, anwenden und industrialisieren: Bei drehzahlgeregelten Motoren mit gleicher Leistung, gleichem Volumen und gleichen Materialien wie konventionelle Motoren kann der Wirkungsgrad um 1–3 % gesteigert werden. Im Einklang mit internationalen Entwicklungstrends sollten wir intelligente Motoren entwickeln und erforschen, d. h. Motorsysteme, die Motoren, Frequenzumrichter und Steuerungssysteme integrieren und Energieeinsparungen von 20–30 % ermöglichen. 2) Frequenzumrichter sind eine wichtige Komponente zur Energieeinsparung von Motorsystemen; die Effizienz von Motorsystemen mit variabler Frequenzdrehzahlregelung kann um 10–15 % gesteigert werden. Die technischen Ziele sind in drei Ebenen unterteilt: ① Beschleunigung der Industrialisierung von Standard-Frequenzumrichtern, Verbesserung der technischen Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Produkte, Erreichen einer Großserienproduktion und Steigerung des Marktanteils inländisch produzierter Frequenzumrichter. Derzeit liegt die inländische Produktionsrate von Standard-Frequenzumrichtern in China bei über 50 %, aber ihre technische Leistungsfähigkeit (z. B. Wirkungsgrad des Frequenzumrichters selbst, Regelgenauigkeit, Materialverbrauch und Oberschwingungsanteile) und Zuverlässigkeit hinken fortschrittlichen ausländischen Standard-Frequenzumrichtern noch deutlich hinterher. ② Unterstützung der Entwicklung von Schlüsseltechnologien für Hochspannungs-Frequenzumrichter, schnellstmögliche Verbesserung der Produktzuverlässigkeit und schrittweise Markterweiterung. Hochspannungs-Frequenzumrichter (3,3–10 kV) befinden sich international derzeit in der Phase der Industrialisierung und Weiterentwicklung. Zwar sind einige ausländische Produkte auf dem heimischen Markt erhältlich, doch deckt dies bei Weitem nicht die Marktnachfrage. Hochspannungs-Motorsysteme entsprechen großvolumigen Motorsystemen; obwohl die Stückzahl gering ist, ist ihre Leistung der von Niederspannungsmotoren ebenbürtig, und sie tragen maßgeblich zur Energieeinsparung in der Motorentechnik bei. Hochspannungs-Frequenzumrichter sind technisch anspruchsvoll, weisen lange Entwicklungszyklen auf und erfordern hohe Investitionen, was gezielte Forschung und Entwicklung notwendig macht. Der Fokus sollte auf der Entwicklung von 1–5 MW, 6 kV Hochspannungs-Frequenzumrichtern liegen, wobei die Zuverlässigkeit verbessert und die Kosten gesenkt werden sollten. ③ Die Forschung, Entwicklung und Industrialisierung wirtschaftlicher Frequenzumrichter sollte gefördert werden. Hierfür ist der Einsatz fortschrittlicher Technologien erforderlich, um die Anforderungen an niedrige Kosten, hohe Leistung und hohe Zuverlässigkeit zu erfüllen. Die Drehzahlregelung von Motoren birgt großes Potenzial für Energieeinsparungen, jedoch ist die alleinige Nutzung der Frequenzumrichterregelung nicht ausreichend. Daher ist es für bestimmte Anwendungen und Bereiche wirtschaftlich sinnvoller, andere effektive Drehzahlregelungsmethoden einzusetzen. 3) Die Fertigungs- und Anwendungstechnologie von Standardthyristoren ist ausgereift, ihr Umfang und Anwendungsbereich sollten jedoch weiter ausgebaut werden. Bei neuen Leistungselektronikbauelementen wie IGBTs/IGCTs sollte der Fokus auf der Forschung und Entwicklung sowie der Förderung von Anwendungstechnologien liegen, während gleichzeitig die Forschung und Entwicklung neuer Bauelemente aktiv vorangetrieben wird. Basierend auf der Fertigungstechnologie von Standardthyristoren und GTOs sollten inländische IGCTs und Hochgeschwindigkeits-Soft-Recovery-Dioden schnellstmöglich entwickelt werden. Bei IGBT-Bauelementen sollte der Ansatz darin bestehen, zunächst Gehäuse zu erstellen, zu integrieren und zu testen, bevor die Chipfertigung erfolgt. Die Integration der inländischen Mikroelektronik- und Leistungselektronik-Fertigungstechnologie sollte aktiv gefördert und unterstützt werden, um die Forschungs- und Entwicklungs- sowie Fertigungskapazitäten für neue Leistungselektronikbauelemente in China schrittweise aufzubauen und zu verbessern. Forschung und Entwicklung sollten sich auf unterstützende Komponenten wie induktionsfreie Widerstände, Klemm- und Hochspannungs-Gleichstromkondensatoren sowie laminierte induktionsfreie Stromschienen konzentrieren und schrittweise eine Massenproduktionskapazität aufbauen, um den Bedarf der Industrialisierung an energiesparenden Produkten für Motorsysteme zu decken. Wir können mit der Verpackung und Prüfung beginnen und dann schrittweise zur Chipentwicklung und -produktion übergehen. 4) Der Fokus liegt auf der Forschung und Entwicklung von leistungsstarken, emissionsarmen und hochleistungsfähigen Drehzahlregelungssystemen mit variabler Frequenz unter Verwendung neuer Leistungselektronikbauteile. Dazu sollen inländische Demonstrationsprojekte in der Stahl-, Kohle- und Lokomotivindustrie etabliert werden, um Importe zu ersetzen und die Entwicklung heimischer Energiespartechnologien für Motorsysteme voranzutreiben. 5) Es sollten Forschungen zu Energiespartechnologien und Anwendungstechnologien für Motorsysteme durchgeführt und technische Normen, Prüfnormen und Prüfspezifikationen für energiesparende Motorsysteme erstellt werden. 6) Neue Technologien und Methoden im Bereich energiesparender Motorsysteme sollten unterstützt, unabhängige, originelle und integrierte Innovationen gefördert und eine Technologieplattform für energiesparende Motorsysteme geschaffen werden. Die Entwicklung energiesparender Steuerungssysteme für Motoren sollte unterstützt werden. Um energiesparende Technologien für Motorsysteme umfassend zu fördern und anzuwenden und die Energieeffizienz der Motorsysteme unseres Landes signifikant zu verbessern, sollten wir den Aufbau von Innovationskapazitäten stärken und grundlegende Rahmenbedingungen für technologische Innovationen und die Industrialisierung energiesparender Motorsysteme schaffen. Der Ansatz sollte unternehmenszentriert sein und zukunftsträchtige Technologien in den Mittelpunkt stellen. Er sollte Universitäten, Forschungseinrichtungen und andere relevante Organisationen dazu anregen, ihre Technologien, ihr Kapital und ihre Anlagen umzustrukturieren und so die Voraussetzungen für eine eng mit der Industrie verzahnte Forschung und Entwicklung zu schaffen. Dadurch werden gemeinsame und zentrale technische Herausforderungen im Bereich der Energieeinsparung für Motorsysteme angegangen und die Industrieentwicklung durch direkte technische Unterstützung und Dienstleistungen gefördert. Schlüsseltechnologien der Leistungselektronik und Geräte mit unabhängigen Schutzrechten sollten zu einer umfassenden, serienorientierten Leistungselektronikplattform integriert werden. Diese Plattformstrategie sollte die Wiederverwendbarkeit von Software- und Hardwareanwendungen sowie praktische Entwicklungserfahrung in den Vordergrund stellen und die Kompatibilität von Produktkomponenten und -technologien deutlich verbessern. So entsteht ein umfassendes, standardisiertes und serienmäßiges Sortiment an Leistungselektronik- und Antriebsgeräten, das den Bedürfnissen verschiedener Anwender gerecht wird und eine nachhaltige Entwicklungsplattform für Produktentwicklung und Fertigung bildet. Gleichzeitig sollen in Großprojekten und Ingenieurprojekten Modellprojekte etabliert werden, die hochtechnologische, leistungsstarke Frequenzumrichtersysteme aus heimischer Produktion präsentieren. Marktorientiert und in Kombination mit fortschrittlichen Prozessen und technologischen Weiterentwicklungen werden zahlreiche leistungsstarke und zuverlässige Drehzahlregelungssysteme für Elektromotoren gefördert und in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt. Dies wird die führenden Marken und die Wettbewerbsfähigkeit der energiesparenden Technologien für Elektromotorsysteme in China unterstreichen, als Demonstrationsprojekt dienen, den integrierten Prozess von Forschung, Entwicklung, Engineering und Industrialisierung beschleunigen und die Entwicklung der gesamten Branche vorantreiben. Zu den wichtigsten Bereichen für die energetische Nachrüstung von Elektromotorsystemen gehören derzeit: 1) Nachrüstung von Lüfter- und Pumpensystemen in der Stromerzeugung mittels Frequenzumrichter, Permanentmagnet-Drehzahlregelung und Computersteuerung, insbesondere in thermischen Kraftwerken ab 200.000 kW. 2) Frequenzumrichter und Permanentmagnet-Drehzahlregelung für Anlagen wie metallurgische Gebläse, Entstaubungsventilatoren, Kühlwasserpumpen, Ofenventilatoren und Gießereientkalkungspumpen. 3) Automatisierungssteuerung und Drehzahlregelung von Nichteisenmetall- und Entstaubungsanlagen. 4) Nachrüstung von Drehzahlregelungssystemen und Computersteuerung für Grubenlüfter und Entwässerungspumpen. 5) Frequenzumrichtersteuerung und Automatisierungssteuerung von Prozesspumpen in der Erdöl-, Petrochemie-, Chemie- und Verfahrenstechnik. 6) Forschung, Entwicklung und Fertigung von energiesparenden Elektromotoren, Elektromotorsystemen und zugehöriger Ausrüstung für elektromechanische Systeme. 7) Frequenzumrichter- und Permanentmagnet-Drehzahlregelung für die Leichtindustrie, Spritzgießmaschinen und Hydraulikölpumpen. 8) Fertigung von Motorsystemen für Klimatisierung und Belüftung in anderen Unternehmen sowie zentraler Gebäudeklimatisierung. 5. Fazit: Energieeinsparung in Motorsystemen ist eine langfristige und anspruchsvolle Aufgabe, die Energiebewusstsein und -management, Energiespartechnologien, Energiesparstandards und die Bewertung des Energieeinsparungsnutzens umfasst. Die Umsetzung von Energiesparprojekten für Motorsysteme wird den Fortschritt der Energieeinsparung in China insgesamt maßgeblich fördern. Gemäß den Umsetzungsvorgaben der zehn wichtigsten Energiesparprojekte des „Elften Fünfjahresplans“ liegt der Fokus auf der Erreichung des Ziels, den Energieverbrauch des BIP im Laufe des „Elften Fünfjahresplans“ um etwa 20 % zu senken. Dabei steht die Verbesserung der Energieeffizienz im Mittelpunkt, wobei Unternehmen die Hauptrolle bei der Umsetzung spielen. Die Struktur wird energisch angepasst und optimiert, der Fortschritt der Energiespartechnologie beschleunigt, ein strenges Managementsystem und ein effektiver Anreizmechanismus etabliert, die Lenkung der staatlichen Mittel verstärkt, die grundlegende Rolle der Marktallokation von Ressourcen voll ausgeschöpft, das Bewusstsein der Marktteilnehmer für die Einsparung von Energieressourcen geschärft und schnellstmöglich eine stabile und zuverlässige Energiesparkapazität aufgebaut wird. Dies bildet eine solide Grundlage für die Erreichung der nationalen Energiesparziele. Referenzen: [1] Nationale Entwicklungs- und Reformkommission, Umsetzungsinhalte der zehn wichtigsten Energiesparprojekte – Energiesparprojekt für Motorsysteme [J]. Sonderausgabe des China Electric Motor Challenge Program, International Copper Association (China), 2006-8 [2] Wang Zhengyuan, Dai Lin, Zhao Zhengming, Li Chongjian, et al. Analyse der Energieeffizienz und des Marktpotenzials von Elektromotorsystemen in China [C]. Peking: Maschinenbauverlag, 2001. [3] Zhao Zhengming, Li Chongjian, et al. Industrialisierung von High-Tech-Energiesparmaßnahmen für Elektromotorsysteme, Technischer Bericht, 2005-3. Artikel entnommen aus „Energiesparinnovation 2006 – Tagungsband des ersten nationalen Wettbewerbs für elektrische Energieeinsparung“.