李崇堅談中國變頻器行業(yè)發(fā)展

文/梁秀璟

每一個行業(yè)的進步都離不開一代人，乃至數代人的拼搏，在中國變頻器行業(yè)發(fā)展近30年的歲月中，總有那么一些名字值得我們銘記，他們將青春和汗水澆注在我國變頻事業(yè)發(fā)展的歷史長河中，李崇堅便是其中之一。他現擔任冶金自動化研究設計院總工，是我國電力電子及電氣傳動學科專家，長期從事大功率交流調速技術的理論研究及工程實踐，對我國大功率交流電機調速技術的發(fā)展和國產化裝備的研制做出了重要貢獻。他豐富并完善了大功率交流調速理論，形成了自主創(chuàng)新的核心技術；解決了大功率交流調速裝備的關鍵技術，推動國產交流調速裝備步入國際先進行列；由他負責的項目曾多次獲得國家和省部級科技進步獎。

我國變頻器發(fā)展歷程回顧

20世紀70年代初，國際上開始采用變頻技術用于交流電機拖動系統(tǒng)來實現高效節(jié)能。這一方面源于當時出現的以石油為代表的國際性能源危機導致能源價格第一次大幅增長，使得人們對高效節(jié)能有了迫切的需求；另一方面是此間電力電子技術的發(fā)展為實現變頻調速系統(tǒng)節(jié)能提供了技術可能性。70年代后，國際上出現了研究、開發(fā)、生產、推廣交流電機變頻調速系統(tǒng)節(jié)能的高潮。

70年代后期，中國開始宣傳交流電機調速技術。自1980年開始至1986年末，基本處于輿論發(fā)動與啟蒙階段。1987年初，分別有專家集體向中央上書，建議在中國大力推行電機的變頻調速節(jié)能技術和包括這種技術在內的電力電子新技術，組織了各種論證會和研討會。李崇堅回憶，“七五”期間幾乎所有工科院校都開展了交流電機變頻調速技術的研究。近20多年來，我國已經召開了6次 “電力電子和運動控制國際學術會議”、 7次“全國交流電機變頻調速學術會議”以及各學會召開的專業(yè)或綜合性會議不下幾百次，發(fā)表論文上萬篇，出現與電機調速系統(tǒng)節(jié)能相關的專業(yè)書籍不少于百種……這為大規(guī)模地推廣應用變頻器技術打下了良好基礎。

90年代初，我國政府多次對變頻調速節(jié)能和電力電子技術給以政策支持，1998年1月1日開始實施的“中國節(jié)能法”第39條將變頻調速列入通用節(jié)能技術加以推廣。2000年以后，電機系統(tǒng)節(jié)能又被列入國家“十一五”十大節(jié)能工程，有力地推動了我國變頻器技術和產業(yè)的迅速發(fā)展。

我國變頻器技術與產業(yè)的現狀和問題

中國 變頻器市場概況

目前，國內市場上共有300余家變頻器廠商。活躍在我國市場上的國產品牌占70%左右，但市場份額僅占25%。目前，高壓變頻器的主要市場被內資企業(yè)占有，中低壓變頻器市場主要被外資占有。國產廠商在中小功率的風機水泵節(jié)能應用上占據一定優(yōu)勢，在大功率應用中也已經取得突破，在電力、水泥等行業(yè)中已經取得了70%以上的市場份額，并且有進一步加大的趨勢。西門子、東芝、三菱、ABB、羅克韋爾自動化等外資廠商則仍然在冶金、船舶、海洋平臺、風電、采礦提升機等專用型高壓變頻器應用中占據絕對優(yōu)勢。在南水北調、西氣東輸等8000kW以上的超大功率場合則是外資廠商占據壟斷地位。

國內 變頻器技術新進展

我國電力電子技術和產業(yè)已有50年歷史，已形成晶閘管類器件、裝置、應用的成熟產業(yè)，具有國際先進水平。我國能生產5~6英寸大功率晶閘管，用其組裝的500kV、3000MW高壓直流輸電晶閘管變流器已成功投入運行；研制成功30~50MW高壓同步電機晶閘管起動裝置；10~20MW國產大功率晶閘管交交變頻在軋鋼、礦井提升傳動廣泛應用，取得顯著效益。而推動該技術發(fā)展的主要是國家大型專業(yè)院所。

近年來，IGBT/IGCT等新型電力電子器件及其應用得到迅速發(fā)展。已研制出自主產權1200~1700V/200~600A的IGBT芯片和4500V/4000A的IGCT器件。3MW大功率風力發(fā)電變流器、20MW-IGBT大功率變頻器、18MW-IGCT變頻器等大功率電力電子變頻器研制成功，均達到國際先進水平。

近幾年，借助節(jié)能減排的春風，我國變頻器行業(yè)發(fā)展迅速，涌現出了上百家企業(yè)，并已掌握中小功率變頻器的集成組裝和制造技術。2009年低壓變頻器總產值達到120億元；高壓變頻器是電機節(jié)能熱點，國產IGBT級聯(lián)形高壓變頻器已占市場60%，2009年總產值超過20億。國產UPS不間斷電源、高壓大功率電力電子靜止無功補償器已占據國內市場主流。通過技術引進和海外并購，我國已建成高速鐵路和城軌交通牽引變頻器的組裝生產線，可以制造3300V/1200的IGBT器件和機車牽引變頻器。

變頻 器的新應用

隨著市場的擴大和用戶需求的多樣化，變頻器產品功能得到了完善和增加，其應用領域不斷擴大。小到家電、空調、冰箱，大到大型的軋鋼提升機，到處都可以看到變頻器的廣泛應用。在李崇堅看來，自上個世紀末以后，真正用于交流調速變頻器的控制理論就已經基本完善，并得到了實現。而近十年來，變頻器取得的最大變化，并不是變頻技術理論上的進步，而在于變頻器得到了大規(guī)模的推廣應用。

除了傳統(tǒng)的電機調速與風機水泵類節(jié)能，變頻器的范疇得到無限擴大。“它甚至涉入了很多從未想象過的領域，例如交通和能源。目前來看，這些新的發(fā)展空間甚至已經成為變頻器的主戰(zhàn)場。當然，傳統(tǒng)的電機節(jié)能也是非常大的市場之一。”李崇堅說。

以交通為例，傳統(tǒng)的火車、汽車等內燃機車都只有一個能量源，那就是柴油機，這種機車燃油效率較低，廢氣排放較大。而近幾年，電動汽車、高速鐵路等都主要以電作為主要能量源。通過對能量源的有效管理，降低燃油消耗和廢氣排放。其中涉及到很多關鍵技術，交流傳動控制技術便是其中之一。特別是新能源的應用，象風電、太陽能光伏發(fā)電、儲能以及電能的傳輸都離不開變頻器，這也為變頻器的應用開拓了新的市場空間。同時，李崇堅強調：“在國家近期提出的七大戰(zhàn)略性新興產業(yè)中，有5項（節(jié)能、信息、新能源、高端制造、新能源電動車）與電力電子變頻器相關，這些新興領域也為變頻器技術帶來了如集約化、模塊化、高精度、高效率等方面的挑戰(zhàn)。”

向高 端發(fā)展不打價格戰(zhàn)

中國變頻器市場的發(fā)展?jié)摿Σ谎远鳎粌H吸引了國外變頻企業(yè)的關注，國產變頻企業(yè)也如雨后春筍般涌現。而國產變頻企業(yè)近些年的迅速崛起，從某種意義上改寫了中國變頻市場的格局。當記者談到目前中國變頻器市場已呈現出歐美品牌、日系品牌、國內品牌三足鼎立的格局時，李崇堅顯得并不那么樂觀：“中國的國產變頻企業(yè)的確取得了令人矚目的成績，卻始終停留在低端市場或一些傳統(tǒng)領域，像西氣東輸、南水北調、大型軋鋼機等領域，依然是國外品牌所壟斷。所以，國產變頻企業(yè)應該集中力量，克服困難向高端領域沖擊。”然而，令李崇堅感到不安的是，事實上，絕大多數的國產變頻企業(yè)并沒有致力高端市場，而是“拼了命”地打價格戰(zhàn)。

出現這樣的現象并不稀奇，行業(yè)的火爆以及準入門檻偏低，使得很多企業(yè)一哄而上。由于各家在技術上的差距不大，為了爭奪更多的市場份額，低價策略成為了這個行業(yè)的“潛規(guī)則”。愈演愈烈的“價格戰(zhàn)”使得變頻器產業(yè)利潤逐步趨低，李崇堅舉例說：“2004年，發(fā)改委的一組數據表明，當時中國低壓變頻器市場容量已經達到60億元人民幣，國產變頻占據其中的20億。”然而，5年后的一組數據卻令他非常驚訝：2009年，中國低壓變頻市場容量已擴大到140億左右，而國產變頻器卻只擁有其中的30億。他進一步指出，如果就銷售的數量而言，國產變頻器所占的數量遠遠超過國外品牌，而且也遠遠超過30億市場份額所對應的銷售數量，但價格已經降為原來的三分之一。

這樣的對比令人震驚。如此降價，何以維持研發(fā)投入？何以保證產品質量？

競爭固然是行業(yè)發(fā)展和進步的強大推動力，但是，如果把競爭演化為無休止的價格拼殺，只能帶來行業(yè)的倒退和自身的毀滅。一家優(yōu)秀的變頻器企業(yè)不能僅僅滿足于簡單地生產一些普通型的產品和打價格戰(zhàn)，而是要不斷創(chuàng)新技術，提高變頻器的性能、增大容量，拓展新的應用領域，樹立向高端市場進軍的決心和信心。

變頻 器應該物盡其用

隨著中國企業(yè)節(jié)能減排意識的增強和技術的不斷發(fā)展，變頻器應用早已深入人心。中國用戶已經廣泛認可變頻器的節(jié)能效果并深信其將為企業(yè)節(jié)省能源。這固然是可喜的現象。但從另一個角度來講，變頻器是否被應用好了呢？李崇堅特別提醒廣大用戶，在選擇變頻器之前，應該搞清楚節(jié)能原理及自身實際狀況，不能盲目地科技崇拜，應具備理性選擇變頻器的能力。對于我們的本土變頻器企業(yè)，他也給予了很大希望：“中國企業(yè)缺少的不僅是先進的技術，而是一種推動整個產業(yè)發(fā)展的責任和決心。如果能夠把變頻器當成一種事業(yè)去拼搏，不僅僅是作為盈利的手段，那么國產變頻真正崛起的一天便不再遙遠。”

市場前景，變頻與電機節(jié)能

在電氣傳動領域，變頻調速系統(tǒng)因效率高、性能好而成為主流。受益于節(jié)能減排、綠色環(huán)保等戰(zhàn)略的拉動，作為變頻調速的重要設備，變頻器產業(yè)成為未來幾年市場潛力非常巨大的產業(yè)之一。“十一五”期間，我國高壓電動機調速技術迅猛發(fā)展，高壓變頻器產品廣泛應用，技術水平和應用范圍與發(fā)達國家的距離在逐步縮小。

“十一五”期間，我國各類電動機總裝機容量約為4.2億千瓦，年耗電1萬億千瓦時以上，占全國用電量的60%，而高壓電動機占總電動機裝機容量的40%~50%，有約1億千瓦的高壓電動機適合變頻調速。目前，我國使用高壓變頻器節(jié)能的地方連全部需要配備的20%都不到，而發(fā)達國家已達到80%，國內高壓變頻器市場潛力巨大。預計國內高壓變頻器正常應有上百億元的需求，每年至少要有500臺以上，甚至會突破上千臺。根據中國電器工業(yè)協(xié)會變頻器分會統(tǒng)計，我國高壓變頻器市場近幾年呈現出超過40%左右的年增長率。

變頻器發(fā)展依賴電力電子產業(yè)

當2009年經濟開始回暖時，中國變頻器市場卻遭遇了缺貨現象，這其中最重要的原因就是核心模塊IGBT的供應緊張。由于IGBT器件生產集中掌握在少數國外公司手中，而國內變頻企業(yè)對國外核心模塊依賴性強，導致在市場需求大幅上升后IGBT模塊生產供不應求。由此我們可以看出，我國變頻器行業(yè)要想“不受制于人”，就必須加強對IGBT等核心模塊的技術研發(fā)，而這又依賴于我國電力電子整體產業(yè)的發(fā)展。

李崇堅介紹說，總體來講，我國電力電子特別是電力電子器件技術和產業(yè)還較落后，產業(yè)分散、規(guī)模小，與國際水平的西門子、ABB等公司相比差距很大。除普通晶閘管外，國產IGBT/IGCT器件仍處于研制、中試階段，并沒有形成產業(yè)鏈，不能滿足市場需求。國產變頻器等電力電子裝置的IGBT/IGCT電力電子器件基本依賴進口。國產晶閘管直流輸電和大功率交交變頻雖已經成熟，但應用范圍有限。國外變頻調速技術與產品占中國市場的主導地位，國家重大裝備例如高速鐵路、大型冷軋、西氣東輸、南水北調、煙大輪渡等高性能電力電子裝置完全依賴國外，我國電力電子技術及產業(yè)的落后與迅速發(fā)展的市場需求反差巨大。就目前來看，我國的電力電子技術與國際先進水平總體上相差10~15年。

李崇堅說：“電力電子由器件、裝置和系統(tǒng)應用三大部分組成，電力電子器件是電力電子技術及產業(yè)的基礎，投資大，難度大，周期長，是我國電力電子產業(yè)發(fā)展的瓶頸；要由裝置來牽動器件，靠系統(tǒng)應用來帶動產業(yè)。目前我國電力電子器件要重點發(fā)展IGBT， 重點開發(fā)國家重大裝備和重點工程急需的大功率、高性能電力電子裝置，突破國外技術封鎖，帶動國產器件與裝置產業(yè)的發(fā)展，促進重大技術裝備中關鍵電力電子裝置的國產化。用15~20年時間，建成我國獨立自主的電力電子產業(yè)，達到國際先進水平，在電力電子技術領域成為世界強國。”