2017.07.25
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王占奎，中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電氣節(jié)能專委會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)；中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電力電子學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)。本文轉(zhuǎn)自《變頻器世界》2017年7月刊。
能源問(wèn)題一直以來(lái)為世界各國(guó)所普遍關(guān)注，節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用作為一種最直接的減少能源消耗的方式，更是得到高度重視。在各類能源中，電能作為二次能源,是最重要、最昂貴的能源之一，過(guò)度的電力消耗會(huì)使煤炭和石油（天然氣）燃料枯竭，并造成更為嚴(yán)重的環(huán)境污染。
眾所周知，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是電能消耗的主要途徑，通過(guò)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)改善電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，能夠使電動(dòng)機(jī)在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，可以大大降低輕載運(yùn)行時(shí)的電能消耗。應(yīng)用變頻器的電動(dòng)機(jī)節(jié)能效果明顯（一般節(jié)電率在20%-30%，較高的可超過(guò)50%），目前已得到廣泛推廣。
“十三五”期間節(jié)能減排形勢(shì)嚴(yán)峻
據(jù)中電聯(lián)行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2016年中國(guó)大陸全口徑發(fā)電量5.99萬(wàn)億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)5.2%。同時(shí)，2016年國(guó)內(nèi)全社會(huì)用電量5.92萬(wàn)億千瓦時(shí)，工業(yè)用電占到71.1%，第三產(chǎn)業(yè)和居民用電均高于13%，且比2015年增長(zhǎng)了0.7個(gè)百分點(diǎn)?！丁笆濉惫?jié)能減排綜合工作方案》指出，節(jié)能減排依然形勢(shì)嚴(yán)峻、任務(wù)艱巨。重點(diǎn)調(diào)節(jié)工業(yè)結(jié)構(gòu),降低工業(yè)耗能是重中之重，鼓勵(lì)永磁同步電機(jī)、變頻調(diào)速、能量反饋節(jié)能技術(shù)的集成應(yīng)用將成提升能效的重要途徑之一。
變頻器屬國(guó)家重點(diǎn)高新技術(shù)產(chǎn)品，是國(guó)家“863”計(jì)劃重點(diǎn)支持的領(lǐng)域之一。變頻器行業(yè)一直得到國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的鼓勵(lì)和支持。國(guó)家“十二五”規(guī)劃明確指出，國(guó)家鼓勵(lì)高科技產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，強(qiáng)調(diào)提高原始創(chuàng)新能力、集成創(chuàng)新能力和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新能力，努力掌握核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)，增強(qiáng)科技成果轉(zhuǎn)化能力，提升產(chǎn)業(yè)整體技術(shù)水平。
多年來(lái)，國(guó)家有關(guān)部門一直鼓勵(lì)變頻調(diào)速器的開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用，在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和應(yīng)用等方面給予了重點(diǎn)扶持，組織了變頻調(diào)速技術(shù)的評(píng)測(cè)推薦工作，并把推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)作為風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能技改專項(xiàng)的重點(diǎn)投資方向。為推動(dòng)全社會(huì)開(kāi)展節(jié)能降耗，緩解能源瓶頸的制約，建設(shè)節(jié)能型社會(huì)，國(guó)家發(fā)改委制定了《節(jié)能中長(zhǎng)期專項(xiàng)規(guī)劃》，其中規(guī)劃啟動(dòng)的十大重點(diǎn)節(jié)能工程中有一項(xiàng)就是電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能。自“十二五”規(guī)劃出臺(tái)以來(lái)，節(jié)能減排就是各行各業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。使用變頻器的電機(jī)系統(tǒng)節(jié)電率普遍達(dá)30%左右，某些較高場(chǎng)合可達(dá)40%~60%，節(jié)能效果顯著。如今，變頻器已是電機(jī)節(jié)能的發(fā)展方向。如火電廠在設(shè)計(jì)時(shí)，大容量的給水泵、循環(huán)水泵、引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)就采用變頻拖動(dòng)，西氣東輸、南水北調(diào)亦然。
產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整下變頻器應(yīng)用領(lǐng)域再擴(kuò)展
變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，幾乎涵蓋國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)。由于變頻器調(diào)速精度高、占地小、工藝先進(jìn)、功能豐富、操作簡(jiǎn)便、通用性強(qiáng)、易形成閉環(huán)控制等優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)于以往的任何調(diào)速方式，廣泛應(yīng)用于電梯、機(jī)床、印刷包裝、橡膠塑料、造紙、市政、起重機(jī)械、紡織化纖、油氣鉆采、冶金、石化和化工、煤炭、建材、港口、航站等眾多行業(yè)。
十多年來(lái)，我國(guó)變頻器產(chǎn)業(yè)取得了良好的發(fā)展，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出了匯川、英威騰、合康、藍(lán)海華騰等行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，不僅占據(jù)了風(fēng)機(jī)水泵類大部分市場(chǎng)，而且逐步進(jìn)軍新能源及新能源汽車等領(lǐng)域并取得了不俗的業(yè)績(jī)。國(guó)際變頻器廠商在中國(guó)市場(chǎng)亦發(fā)展迅猛，并一直占據(jù)著許多高端應(yīng)用領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著國(guó)際品牌面臨更加激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)以及國(guó)內(nèi)廠商的技術(shù)不斷積累，國(guó)際品牌加快向中低端市場(chǎng)滲透，而國(guó)內(nèi)廠商也加快了進(jìn)軍中高端應(yīng)用市場(chǎng)和中高壓變頻器市場(chǎng)的步伐。根據(jù)業(yè)界權(quán)威媒體《變頻器世界》調(diào)研報(bào)告顯示，2015年中國(guó)市場(chǎng)變頻器銷售額達(dá)300億元，而根據(jù)國(guó)內(nèi)電機(jī)系統(tǒng)已裝機(jī)容量及改造情況以及未來(lái)的裝機(jī)需求，預(yù)計(jì)到2020年，整個(gè)變頻器市場(chǎng)容量達(dá)3000多億元。
在變頻器技術(shù)和產(chǎn)業(yè)逐步成熟的條件下，傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域的升級(jí)改造已經(jīng)成為變頻器產(chǎn)品的應(yīng)用的重要場(chǎng)合，多年來(lái)為變頻器產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了豐沃的土壤。進(jìn)入中國(guó)經(jīng)濟(jì)“新常態(tài)”，在一些戰(zhàn)略新興行業(yè)也為變頻器產(chǎn)品應(yīng)用提供了更廣闊的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，例如新能源汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)、智能制造等領(lǐng)域，成為變頻器產(chǎn)業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)和推動(dòng)力。
核心部件創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)變頻器產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展
中國(guó)變頻器產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展也加速了上游電力電子器件的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，催生了IGBT、電容及無(wú)源器件的國(guó)產(chǎn)龍頭企業(yè)。尤其是變頻器的核心器件IGBT技術(shù)和產(chǎn)業(yè)近年來(lái)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，嘉興斯達(dá)就是其中的佼佼者，其成立伊始即以發(fā)展功率半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)為己任，選擇了全控型新型電力電子器件IGBT作為突破口，不斷攻克各種技術(shù)難關(guān)，快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，開(kāi)發(fā)出多款高質(zhì)量、高性能、高可靠性的產(chǎn)品，并根據(jù)市場(chǎng)及客戶的實(shí)際需求量身定制最優(yōu)方案，獲得變頻器行業(yè)客戶高度認(rèn)可，在大多場(chǎng)合已基本可以完全替代國(guó)際品牌，已成為名副其實(shí)的國(guó)產(chǎn)IGBT第一品牌。這不僅使得變頻器廠商能夠快速獲得高性價(jià)比的核心器件，提升自身競(jìng)爭(zhēng)力，而且節(jié)能效果顯著，整個(gè)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)電機(jī)保有量約17億千瓦，年耗電量約3萬(wàn)億千瓦時(shí)，電機(jī)耗電占中國(guó)電力消費(fèi)的64%左右、工業(yè)用電的75%。據(jù)測(cè)算，工業(yè)電機(jī)能效提升一個(gè)百分點(diǎn)，可節(jié)約用電260億千瓦時(shí)。采用先進(jìn)IGBT技術(shù)的電機(jī)變頻器系統(tǒng)能效提高5~8個(gè)百分點(diǎn)，年節(jié)電可達(dá)1300~2300億千瓦時(shí)，相當(dāng)于2~3個(gè)三峽電站的發(fā)電量。由此可明顯看出，嘉興斯達(dá)等國(guó)產(chǎn)IGBT廠商和匯川、英威騰、合康、藍(lán)海華騰等國(guó)產(chǎn)變頻器廠商多年來(lái)為我國(guó)節(jié)能環(huán)保事業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)，取得了可喜的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
未來(lái)，電力電子技術(shù)的突破性發(fā)展將為變頻器產(chǎn)品的高效化、小型化、模塊化、集成化提供更多的個(gè)性化定制能力和系統(tǒng)契合性體現(xiàn)。
變頻器產(chǎn)業(yè)將受益于智能制造帶來(lái)的歷史性機(jī)遇
在德國(guó)工業(yè)4.0和中國(guó)制造2025的變革過(guò)程中，各個(gè)制造業(yè)強(qiáng)國(guó)都在搶奪新的業(yè)態(tài)話語(yǔ)權(quán)和生態(tài)主導(dǎo)權(quán)。變頻器產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，在基礎(chǔ)備件整合、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、管理體系、服務(wù)保障、綜合實(shí)力等方面都有了全面的成長(zhǎng)，完整的產(chǎn)業(yè)鏈和成熟的品牌運(yùn)營(yíng)能力也有了相當(dāng)好的積累。
目前，中國(guó)市場(chǎng)依賴廣泛的網(wǎng)絡(luò)布局、逐步提升的數(shù)據(jù)傳輸/分析能力和普及度越來(lái)越高的智能終端，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化運(yùn)維和智能化生產(chǎn)具備了有利的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)下，主流的變頻器產(chǎn)品都在應(yīng)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)傳輸、云端存儲(chǔ)和處理、終端呈現(xiàn)的方向發(fā)展。這一趨勢(shì)不僅將提升變頻器的使用效率，也將為變頻器開(kāi)辟更多的新領(lǐng)域，例如在偏遠(yuǎn)、危險(xiǎn)、人不可及的新能源、救災(zāi)搶險(xiǎn)、城市地下管廊等領(lǐng)域。
服務(wù)模式的變革開(kāi)啟后維保服務(wù)新時(shí)代
能源使用相關(guān)領(lǐng)域，在節(jié)能減排的重壓之下，大多數(shù)企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)迫切卻需要相當(dāng)謹(jǐn)慎，在數(shù)字化運(yùn)行維護(hù)的需求興起之時(shí)，如何直擊用戶痛點(diǎn)，解決用戶在設(shè)備維護(hù)甚至是關(guān)聯(lián)設(shè)備的預(yù)測(cè)性監(jiān)測(cè)，已經(jīng)被行業(yè)龍頭企業(yè)敏銳感知并開(kāi)始積極的探索。目前，變頻器企業(yè)采用與用戶聯(lián)合開(kāi)發(fā)、設(shè)備租賃使用，并收取相應(yīng)的服務(wù)費(fèi)用可以說(shuō)是盈利模式的一種創(chuàng)新。對(duì)于專而精的中小企業(yè)而言，跟隨也是非常現(xiàn)實(shí)的做法，既可以免去冒險(xiǎn)式研發(fā)，也可以獲得垂直行業(yè)用戶的市場(chǎng)份額。
在各個(gè)領(lǐng)軍品牌各自為政的當(dāng)下，變頻器產(chǎn)品已經(jīng)從通用型產(chǎn)品向行業(yè)專用大幅度傾斜，這為技術(shù)各有側(cè)重的變頻器品牌從行業(yè)知識(shí)汲取新的價(jià)值提供了可能性。現(xiàn)在如火如荼的共享單車發(fā)展模式也許值得我們仔細(xì)思考，當(dāng)摩拜、小黃車、小藍(lán)車、小紅車爭(zhēng)相亮相，以正常的、非正常的競(jìng)爭(zhēng)手段搶奪終端用戶時(shí)，支付寶們則“橫插一杠”，通過(guò)這一平臺(tái)接口，騎車享受更多優(yōu)惠且立即享有騎行保險(xiǎn)。這一橫向創(chuàng)新將產(chǎn)業(yè)邊界再次擴(kuò)展，也囊括了更多的資源，為終端用戶提供了更好更安全的服務(wù)。在后維保時(shí)代，橫向和縱向的創(chuàng)新切入，都可以為變頻器產(chǎn)業(yè)打造更大的生態(tài)環(huán)境。
系統(tǒng)整體節(jié)能效果呼吁跨界合作
有人說(shuō)，國(guó)內(nèi)變頻器產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)乏力是因?yàn)榧夹g(shù)已經(jīng)成熟，標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品應(yīng)用使得應(yīng)該使用的場(chǎng)合已經(jīng)應(yīng)用，很難挖掘出更多的需求。然而，當(dāng)工廠成本壓力越來(lái)越高，能源使用效率需要更上一層樓時(shí)，一個(gè)新的難題就放在了我們面前。如何提升電力系統(tǒng)整體能效？答案是系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的高度匹配，例如某國(guó)際品牌變頻器搭載自己的電機(jī)、控制器能效還能再有30%的提升。這一趨勢(shì)不僅在同品牌產(chǎn)品中有體現(xiàn)，實(shí)際工廠生產(chǎn)中，不同品牌產(chǎn)品之間的協(xié)作性能挖掘也將是未來(lái)的亮點(diǎn)。
因此，跨界融合不單單是IT和OT的融合，還是不同品牌、不同產(chǎn)品之間控制系統(tǒng)、通訊協(xié)議等柔性方面的融合。這一趨勢(shì)也將為擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的廠商提供新的機(jī)會(huì)，需要沖破思想藩籬，為企業(yè)進(jìn)行重新定位和身份界定。
變頻器作為節(jié)能的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)備，在延長(zhǎng)設(shè)備壽命、保證可靠生產(chǎn)和提升使用體驗(yàn)方面具有不可替代的作用，不僅可以實(shí)現(xiàn)眼前的電力節(jié)能，也提升了社會(huì)整體資源利用，是更富社會(huì)責(zé)任感和廣義“節(jié)能”使命的重要承載。
分析認(rèn)為，加快節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是我國(guó)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)美麗中國(guó)戰(zhàn)略的重要舉措。隨著有關(guān)節(jié)能減排、大氣污染防治、污水處理和土壤修復(fù)等細(xì)分領(lǐng)域的相關(guān)政策出臺(tái)，節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)廣泛的政策優(yōu)惠。因此，在未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)變頻節(jié)能依然大有可為！
