圖1  3E模型圖

　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)的能耗與日俱增，年增長(zhǎng)率超過(guò)兩位數(shù)，而且以煤炭為主，占一次能源消耗的65%，是世界煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)第一大國(guó)。2002年，中國(guó)煤炭消費(fèi)達(dá)14.2億噸，占全球總量的27%。近年來(lái)，石油消費(fèi)也以兩位數(shù)增長(zhǎng)，從1990年到2000年的十年間，石油消費(fèi)量增長(zhǎng)一倍多。而且，從1993年開(kāi)始，中國(guó)變成石油純進(jìn)口國(guó)。近幾年，成品油也開(kāi)始進(jìn)口，并逐年增加。2000年，原油進(jìn)口7026萬(wàn)噸，成品油1805萬(wàn)噸，同年，原油出口1044萬(wàn)噸，成品油827萬(wàn)噸。

　　按單位GDP的能耗看，中國(guó)等國(guó)在亞太地區(qū)屬于高消耗陣列，韓國(guó)、印度尼西亞、新加坡等國(guó)屬于中等消耗陣列，日本等國(guó)則屬于低消耗陣列。目前中國(guó)能耗約是日本的4～5倍，是韓國(guó)的2倍。以技術(shù)比較先進(jìn)的煉化企業(yè)為例，中國(guó)煉油廠平均綜合能耗大約是國(guó)外的1.3～1.5倍左右，乙烯裝置的平均能耗大約是國(guó)外的1.6倍左右。

　　中國(guó)人口占世界總?cè)丝诘?2%，而石油儲(chǔ)量只占世界的2%，煤炭?jī)?chǔ)量只占世界的11%，人均占有能源量大大低于世界平均值，但是能耗卻普遍高于國(guó)外，所以能源不足的矛盾將日益尖銳化，解決不好將成為制約我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要瓶頸。因此，政府提出了建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，發(fā)展循環(huán)型經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的構(gòu)想，并且提出“十一五”期間單位GDP能耗降低20%的具體目標(biāo)。

　　國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)為落實(shí)《節(jié)能中長(zhǎng)期專項(xiàng)規(guī)劃》，啟動(dòng)了規(guī)劃提出的十大重點(diǎn)節(jié)能工程。“十一五”期間將實(shí)現(xiàn)節(jié)約2.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的節(jié)能目標(biāo)。十大重點(diǎn)節(jié)能工程包括節(jié)約和替代石油、燃煤工業(yè)鍋爐（窯爐）改造、區(qū)域熱電聯(lián)產(chǎn)、余熱余壓利用、電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能、能量系統(tǒng)優(yōu)化、建筑節(jié)能、綠色照明、政府機(jī)構(gòu)節(jié)能以及節(jié)能監(jiān)測(cè)和技術(shù)服務(wù)體系建設(shè)工程等。其中，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程包括電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造，提高運(yùn)行效率；合理匹配和加快淘汰落后低效電機(jī)，推廣高效節(jié)能電機(jī)；推廣變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等通用機(jī)械系統(tǒng)采用變頻調(diào)速節(jié)能措施，工業(yè)機(jī)械采用交流電動(dòng)機(jī)變頻工藝調(diào)速技術(shù)；制定相關(guān)經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策和技術(shù)政策、完善電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)體系等配套措施?！笆晃濉逼陂g，實(shí)現(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率提高2個(gè)百分點(diǎn)，形成年節(jié)電能力200億千瓦小時(shí)。其中，變頻技術(shù)是重點(diǎn)推廣的技術(shù)。

　　國(guó)際知名的ARC咨詢機(jī)構(gòu)研究統(tǒng)計(jì)，1998年世界交流電動(dòng)機(jī)實(shí)施調(diào)速控制的產(chǎn)品銷售額為48．5億美元，其中北美占21%，日本占27%，日本以外的亞洲國(guó)家占12%，歐洲、中東及非洲占39%，拉丁美洲占1%。1999年，國(guó)際大功率交流調(diào)速裝置的銷售額為24億美元。

　　目前，我國(guó)電機(jī)的總裝機(jī)容量已達(dá)4億千瓦以上，其年耗電量占全國(guó)用電量的60%，但我國(guó)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能源利用率卻很低，基本上比國(guó)外低20%，70%的電機(jī)相當(dāng)于國(guó)外20世紀(jì)50年代的技術(shù)水平，因此節(jié)能潛力巨大。

2  變頻節(jié)電技術(shù)的產(chǎn)生與應(yīng)用

　　變頻技術(shù)自20世紀(jì)60年代問(wèn)世后，到20世紀(jì)80年代，已在各個(gè)工業(yè)化國(guó)家廣泛使用。到20世紀(jì)90年代，隨著人們節(jié)能環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，變頻技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越普及，廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)和人們的日常生活中，并成為一種主要的節(jié)電、節(jié)能技術(shù)。

　　電力公司要向用電單位輸送電力，由于發(fā)明了變壓器，其電壓變換方便，所以多使用交流電。電能往往需要轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，因此則需要電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)又分為直流電機(jī)和感應(yīng)交流電機(jī)。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制比較容易，但必須提供直流電，而且整流轉(zhuǎn)子的維護(hù)麻煩。而感應(yīng)電機(jī)則不然，但是調(diào)速困難。其轉(zhuǎn)速公式為：N=60f(1-S)/P。其中：N為電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；f為電源頻率（Hz）；S為轉(zhuǎn)差率（%）；P為定子磁極對(duì)數(shù)。因此，調(diào)頻則成了調(diào)速的主要途徑，則催生了變頻調(diào)速技術(shù)。

2.1  變頻器在石油工程中的應(yīng)用

　　抽油機(jī)是目前采油生產(chǎn)中的主要設(shè)備之一，裝機(jī)總量逾10萬(wàn)臺(tái)。其電動(dòng)機(jī)裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)300萬(wàn)千瓦以上。抽油機(jī)的電機(jī)負(fù)荷是按周期變化的，電機(jī)的負(fù)荷曲線有兩個(gè)峰值，分別為抽油機(jī)上下沖程的