李崇堅(jiān)談中國變頻器行業(yè)發(fā)展

文/梁秀璟

每一個行業(yè)的進(jìn)步都離不開一代人，乃至數(shù)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(jiān)便是其中之一。他現(xiàn)擔(dān)任冶金自動化研究設(shè)計(jì)院總工，是我國電力電子及電氣傳動學(xué)科專家，長期從事大功率交流調(diào)速技術(shù)的理論研究及工程實(shí)踐，對我國大功率交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和國產(chǎn)化裝備的研制做出了重要貢獻(xiàn)。他豐富并完善了大功率交流調(diào)速理論，形成了自主創(chuàng)新的核心技術(shù)；解決了大功率交流調(diào)速裝備的關(guān)鍵技術(shù)，推動國產(chǎn)交流調(diào)速裝備步入國際先進(jìn)行列；由他負(fù)責(zé)的項(xiàng)目曾多次獲得國家和省部級科技進(jìn)步獎。

我國變頻器發(fā)展歷程回顧

20世紀(jì)70年代初，國際上開始采用變頻技術(shù)用于交流電機(jī)拖動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能。這一方面源于當(dāng)時出現(xiàn)的以石油為代表的國際性能源危機(jī)導(dǎo)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(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能提供了技術(shù)可能性。70年代后，國際上出現(xiàn)了研究、開發(fā)、生產(chǎn)、推廣交流電機(jī)變頻調(diào)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(jī)調(diào)速技術(shù)。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(jī)的變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)和包括這種技術(shù)在內(nèi)的電力電子新技術(shù)，組織了各種論證會和研討會。李崇堅(jiān)回憶，“七五”期間幾乎所有工科院校都開展了交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的研究。近20多年來，我國已經(jīng)召開了6次 “電力電子和運(yùn)動控制國際學(xué)術(shù)會議”、 7次“全國交流電機(jī)變頻調(diào)速學(xué)術(shù)會議”以及各學(xué)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(xiàn)與電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能相關(guān)的專業(yè)書籍不少于百種……這為大規(guī)模地推廣應(yīng)用變頻器技術(shù)打下了良好基礎(chǔ)。

90年代初，我國政府多次對變頻調(diào)速節(jié)能和電力電子技術(shù)給以政策支持，1998年1月1日開始實(shí)施的“中國節(jié)能法”第39條將變頻調(diào)速列入通用節(jié)能技術(shù)加以推廣。2000年以后，電機(jī)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(shù)和產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。

我國變頻器技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和問題

中國 變頻器市場概況

目前，國內(nèi)市場上共有300余家變頻器廠商。活躍在我國市場上的國產(chǎn)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(nèi)資企業(yè)占有，中低壓變頻器市場主要被外資占有。國產(chǎn)廠商在中小功率的風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能應(yīng)用上占據(jù)一定優(yōu)勢，在大功率應(yīng)用中也已經(jīng)取得突破，在電力、水泥等行業(yè)中已經(jīng)取得了70%以上的市場份額，并且有進(jìn)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(fēng)電、采礦提升機(jī)等專用型高壓變頻器應(yīng)用中占據(jù)絕對優(yōu)勢。在南水北調(diào)、西氣東輸?shù)?000kW以上的超大功率場合則是外資廠商占據(jù)壟斷地位。

國內(nèi) 變頻器技術(shù)新進(jìn)展

我國電力電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已有50年歷史，已形成晶閘管類器件、裝置、應(yīng)用的成熟產(chǎn)業(yè)，具有國際先進(jìn)水平。我國能生產(chǎn)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(yùn)行；研制成功30~50MW高壓同步電機(jī)晶閘管起動裝置；10~20MW國產(chǎn)大功率晶閘管交交變頻在軋鋼、礦井提升傳動廣泛應(yīng)用，取得顯著效益。而推動該技術(shù)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(yīng)用得到迅速發(fā)展。已研制出自主產(chǎn)權(quán)1200~1700V/200~600A的IGBT芯片和4500V/4000A的IGCT器件。3MW大功率風(fēng)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(dá)到國際先進(jìn)水平。

近幾年，借助節(jié)能減排的春風(fēng)，我國變頻器行業(yè)發(fā)展迅速，涌現(xiàn)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(shù)。2009年低壓變頻器總產(chǎn)值達(dá)到120億元；高壓變頻器是電機(jī)節(jié)能熱點(diǎn)，國產(chǎn)IGBT級聯(lián)形高壓變頻器已占市場60%，2009年總產(chǎn)值超過20億。國產(chǎn)UPS不間斷電源、高壓大功率電力電子靜止無功補(bǔ)償器已占據(jù)國內(nèi)市場主流。通過技術(shù)引進(jìn)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(chǎn)線，可以制造3300V/1200的IGBT器件和機(jī)車牽引變頻器。

變頻 器的新應(yīng)用

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

除了傳統(tǒng)的電機(jī)調(diào)速與風(fēng)機(jī)水泵類節(jié)能，變頻器的范疇得到無限擴(kuò)大。“它甚至涉入了很多從未想象過的領(lǐng)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(jīng)成為變頻器的主戰(zhàn)場。當(dāng)然，傳統(tǒng)的電機(jī)節(jié)能也是非常大的市場之一。”李崇堅(jiān)說。

以交通為例，傳統(tǒng)的火車、汽車等內(nèi)燃機(jī)車都只有一個能量源，那就是柴油機(jī)，這種機(jī)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(guān)鍵技術(shù)，交流傳動控制技術(shù)便是其中之一。特別是新能源的應(yīng)用，象風(fēng)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(yīng)用開拓了新的市場空間。同時，李崇堅(jiān)強(qiáng)調(diào)：“在國家近期提出的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中，有5項(xiàng)（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(guān)，這些新興領(lǐng)域也為變頻器技術(shù)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(guān)注，國產(chǎn)變頻企業(yè)也如雨后春筍般涌現(xiàn)。而國產(chǎn)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(dāng)記者談到目前中國變頻器市場已呈現(xiàn)出歐美品牌、日系品牌、國內(nèi)品牌三足鼎立的格局時，李崇堅(jiān)顯得并不那么樂觀：“中國的國產(chǎn)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(lǐng)域，像西氣東輸、南水北調(diào)、大型軋鋼機(jī)等領(lǐng)域，依然是國外品牌所壟斷。所以，國產(chǎn)變頻企業(yè)應(yīng)該集中力量，克服困難向高端領(lǐng)域沖擊。”然而，令李崇堅(jiān)感到不安的是，事實(shí)上，絕大多數(shù)的國產(chǎn)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(xiàn)這樣的現(xiàn)象并不稀奇，行業(yè)的火爆以及準(zhǔn)入門檻偏低，使得很多企業(yè)一哄而上。由于各家在技術(shù)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(chǎn)業(yè)利潤逐步趨低，李崇堅(jiān)舉例說：“2004年，發(fā)改委的一組數(shù)據(jù)表明，當(dāng)時中國低壓變頻器市場容量已經(jīng)達(dá)到60億元人民幣，國產(chǎn)變頻占據(jù)其中的20億。”然而，5年后的一組數(shù)據(jù)卻令他非常驚訝：2009年，中國低壓變頻市場容量已擴(kuò)大到140億左右，而國產(chǎn)變頻器卻只擁有其中的30億。他進(jìn)一步指出，如果就銷售的數(shù)量而言，國產(chǎn)變頻器所占的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國外品牌，而且也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過30億市場份額所對應(yīng)的銷售數(shù)量，但價格已經(jīng)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(chǎn)品質(zhì)量？

競爭固然是行業(yè)發(fā)展和進(jìn)步的強(qiáng)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(chǎn)一些普通型的產(chǎn)品和打價格戰(zhàn)，而是要不斷創(chuàng)新技術(shù)，提高變頻器的性能、增大容量，拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域，樹立向高端市場進(jìn)軍的決心和信心。

變頻 器應(yīng)該物盡其用

隨著中國企業(yè)節(jié)能減排意識的增強(qiáng)和技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻器應(yīng)用早已深入人心。中國用戶已經(jīng)廣泛認(rèn)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(xiàn)象。但從另一個角度來講，變頻器是否被應(yīng)用好了呢？李崇堅(jiān)特別提醒廣大用戶，在選擇變頻器之前，應(yīng)該搞清楚節(jié)能原理及自身實(shí)際狀況，不能盲目地科技崇拜，應(yīng)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(jìn)的技術(shù)，而是一種推動整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的責(zé)任和決心。如果能夠把變頻器當(dāng)成一種事業(yè)去拼搏，不僅僅是作為盈利的手段，那么國產(chǎn)變頻真正崛起的一天便不再遙遠(yuǎn)。”

市場前景，變頻與電機(jī)節(jié)能

在電氣傳動領(lǐng)域，變頻調(diào)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(diào)速的重要設(shè)備，變頻器產(chǎn)業(yè)成為未來幾年市場潛力非常巨大的產(chǎn)業(yè)之一。“十一五”期間，我國高壓電動機(jī)調(diào)速技術(shù)迅猛發(fā)展，高壓變頻器產(chǎn)品廣泛應(yīng)用，技術(shù)水平和應(yīng)用范圍與發(fā)達(dá)國家的距離在逐步縮小。

“十一五”期間，我國各類電動機(jī)總裝機(jī)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(jī)占總電動機(jī)裝機(jī)容量的40%~50%，有約1億千瓦的高壓電動機(jī)適合變頻調(diào)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(dá)國家已達(dá)到80%，國內(nèi)高壓變頻器市場潛力巨大。預(yù)計(jì)國內(nèi)高壓變頻器正常應(yīng)有上百億元的需求，每年至少要有500臺以上，甚至?xí)黄粕锨_。根據(jù)中國電器工業(yè)協(xié)會變頻器分會統(tǒng)計(jì)，我國高壓變頻器市場近幾年呈現(xiàn)出超過40%左右的年增長率。

變頻器發(fā)展依賴電力電子產(chǎn)業(yè)

當(dāng)2009年經(jīng)濟(jì)開始回暖時，中國變頻器市場卻遭遇了缺貨現(xiàn)象，這其中最重要的原因就是核心模塊IGBT的供應(yīng)緊張。由于IGBT器件生產(chǎn)集中掌握在少數(shù)國外公司手中，而國內(nèi)變頻企業(yè)對國外核心模塊依賴性強(qiáng)，導(dǎo)致在市場需求大幅上升后IGBT模塊生產(chǎn)供不應(yīng)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(qiáng)對IGBT等核心模塊的技術(shù)研發(fā)，而這又依賴于我國電力電子整體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

李崇堅(jiān)介紹說，總體來講，我國電力電子特別是電力電子器件技術(shù)和產(chǎn)業(yè)還較落后，產(chǎn)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(chǎn)IGBT/IGCT器件仍處于研制、中試階段，并沒有形成產(chǎn)業(yè)鏈，不能滿足市場需求。國產(chǎn)變頻器等電力電子裝置的IGBT/IGCT電力電子器件基本依賴進(jìn)口。國產(chǎn)晶閘管直流輸電和大功率交交變頻雖已經(jīng)成熟，但應(yīng)用范圍有限。國外變頻調(diào)速技術(shù)與產(chǎn)品占中國市場的主導(dǎo)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(diào)、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(shù)及產(chǎn)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(shù)與國際先進(jìn)水平總體上相差10~15年。

李崇堅(jiān)說：“電力電子由器件、裝置和系統(tǒng)應(yīng)用三大部分組成，電力電子器件是電力電子技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，投資大，難度大，周期長，是我國電力電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸；要由裝置來牽動器件，靠系統(tǒng)應(yīng)用來帶動產(chǎn)業(yè)。目前我國電力電子器件要重點(diǎn)發(fā)展IGBT， 重點(diǎn)開發(fā)國家重大裝備和重點(diǎn)工程急需的大功率、高性能電力電子裝置，突破國外技術(shù)封鎖，帶動國產(chǎn)器件與裝置產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)重大技術(shù)裝備中關(guān)鍵電力電子裝置的國產(chǎn)化。用15~20年時間，建成我國獨(dú)立自主的電力電子產(chǎn)業(yè)，達(dá)到國際先進(jìn)水平，在電力電子技術(shù)領(lǐng)域成為世界強(qiáng)國。”