李崇坚谈中国变频器行业发展

文/梁秀璟

每一个行业的进步都离不开一代人，乃至数代人的拼搏，在中国变频器行业发展近30年的岁月中，总有那么一些名字值得我们铭记，他们将青春和汗水浇注在我国变频事业发展的历史长河中，李崇坚便是其中之一。他现担任冶金自动化研究设计院总工，是我国电力电子及电气传动学科专家，长期从事大功率交流调速技术的理论研究及工程实践，对我国大功率交流电机调速技术的发展和国产化装备的研制做出了重要贡献。他丰富并完善了大功率交流调速理论，形成了自主创新的核心技术；解决了大功率交流调速装备的关键技术，推动国产交流调速装备步入国际先进行列；由他负责的项目曾多次获得国家和省部级科技进步奖。

我国变频器发展历程回顾

20世纪70年代初，国际上开始采用变频技术用于交流电机拖动系统来实现高效节能。这一方面源于当时出现的以石油为代表的国际性能源危机导致能源价格第一次大幅增长，使得人们对高效节能有了迫切的需求；另一方面是此间电力电子技术的发展为实现变频调速系统节能提供了技术可能性。70年代后，国际上出现了研究、开发、生产、推广交流电机变频调速系统节能的高潮。

70年代后期，中国开始宣传交流电机调速技术。自1980年开始至1986年末，基本处于舆论发动与启蒙阶段。1987年初，分别有专家集体向中央上书，建议在中国大力推行电机的变频调速节能技术和包括这种技术在内的电力电子新技术，组织了各种论证会和研讨会。李崇坚回忆，“七五”期间几乎所有工科院校都开展了交流电机变频调速技术的研究。近20多年来，我国已经召开了6次 “电力电子和运动控制国际学术会议”、 7次“全国交流电机变频调速学术会议”以及各学会召开的专业或综合性会议不下几百次，发表论文上万篇，出现与电机调速系统节能相关的专业书籍不少于百种……这为大规模地推广应用变频器技术打下了良好基础。

90年代初，我国政府多次对变频调速节能和电力电子技术给以政策支持，1998年1月1日开始实施的“中国节能法”第39条将变频调速列入通用节能技术加以推广。2000年以后，电机系统节能又被列入国家“十一五”十大节能工程，有力地推动了我国变频器技术和产业的迅速发展。

我国变频器技术与产业的现状和问题

中国 变频器市场概况

目前，国内市场上共有300余家变频器厂商。活跃在我国市场上的国产品牌占70%左右，但市场份额仅占25%。目前，高压变频器的主要市场被内资企业占有，中低压变频器市场主要被外资占有。国产厂商在中小功率的风机水泵节能应用上占据一定优势，在大功率应用中也已经取得突破，在电力、水泥等行业中已经取得了70%以上的市场份额，并且有进一步加大的趋势。西门子、东芝、三菱、ABB、罗克韦尔自动化等外资厂商则仍然在冶金、船舶、海洋平台、风电、采矿提升机等专用型高压变频器应用中占据绝对优势。在南水北调、西气东输等8000kW以上的超大功率场合则是外资厂商占据垄断地位。

国内 变频器技术新进展

我国电力电子技术和产业已有50年历史，已形成晶闸管类器件、装置、应用的成熟产业，具有国际先进水平。我国能生产5~6英寸大功率晶闸管，用其组装的500kV、3000MW高压直流输电晶闸管变流器已成功投入运行；研制成功30~50MW高压同步电机晶闸管起动装置；10~20MW国产大功率晶闸管交交变频在轧钢、矿井提升传动广泛应用，取得显著效益。而推动该技术发展的主要是国家大型专业院所。

近年来，IGBT/IGCT等新型电力电子器件及其应用得到迅速发展。已研制出自主产权1200~1700V/200~600A的IGBT芯片和4500V/4000A的IGCT器件。3MW大功率风力发电变流器、20MW-IGBT大功率变频器、18MW-IGCT变频器等大功率电力电子变频器研制成功，均达到国际先进水平。

近几年，借助节能减排的春风，我国变频器行业发展迅速，涌现出了上百家企业，并已掌握中小功率变频器的集成组装和制造技术。2009年低压变频器总产值达到120亿元；高压变频器是电机节能热点，国产IGBT级联形高压变频器已占市场60%，2009年总产值超过20亿。国产UPS不间断电源、高压大功率电力电子静止无功补偿器已占据国内市场主流。通过技术引进和海外并购，我国已建成高速铁路和城轨交通牵引变频器的组装生产线，可以制造3300V/1200的IGBT器件和机车牵引变频器。

变频 器的新应用

随着市场的扩大和用户需求的多样化，变频器产品功能得到了完善和增加，其应用领域不断扩大。小到家电、空调、冰箱，大到大型的轧钢提升机，到处都可以看到变频器的广泛应用。在李崇坚看来，自上个世纪末以后，真正用于交流调速变频器的控制理论就已经基本完善，并得到了实现。而近十年来，变频器取得的最大变化，并不是变频技术理论上的进步，而在于变频器得到了大规模的推广应用。

除了传统的电机调速与风机水泵类节能，变频器的范畴得到无限扩大。“它甚至涉入了很多从未想象过的领域，例如交通和能源。目前来看，这些新的发展空间甚至已经成为变频器的主战场。当然，传统的电机节能也是非常大的市场之一。”李崇坚说。

以交通为例，传统的火车、汽车等内燃机车都只有一个能量源，那就是柴油机，这种机车燃油效率较低，废气排放较大。而近几年，电动汽车、高速铁路等都主要以电作为主要能量源。通过对能量源的有效管理，降低燃油消耗和废气排放。其中涉及到很多关键技术，交流传动控制技术便是其中之一。特别是新能源的应用，象风电、太阳能光伏发电、储能以及电能的传输都离不开变频器，这也为变频器的应用开拓了新的市场空间。同时，李崇坚强调：“在国家近期提出的七大战略性新兴产业中，有5项（节能、信息、新能源、高端制造、新能源电动车）与电力电子变频器相关，这些新兴领域也为变频器技术带来了如集约化、模块化、高精度、高效率等方面的挑战。”

向高 端发展不打价格战

中国变频器市场的发展潜力不言而喻，不仅吸引了国外变频企业的关注，国产变频企业也如雨后春笋般涌现。而国产变频企业近些年的迅速崛起，从某种意义上改写了中国变频市场的格局。当记者谈到目前中国变频器市场已呈现出欧美品牌、日系品牌、国内品牌三足鼎立的格局时，李崇坚显得并不那么乐观：“中国的国产变频企业的确取得了令人瞩目的成绩，却始终停留在低端市场或一些传统领域，像西气东输、南水北调、大型轧钢机等领域，依然是国外品牌所垄断。所以，国产变频企业应该集中力量，克服困难向高端领域冲击。”然而，令李崇坚感到不安的是，事实上，绝大多数的国产变频企业并没有致力高端市场，而是“拼了命”地打价格战。

出现这样的现象并不稀奇，行业的火爆以及准入门槛偏低，使得很多企业一哄而上。由于各家在技术上的差距不大，为了争夺更多的市场份额，低价策略成为了这个行业的“潜规则”。愈演愈烈的“价格战”使得变频器产业利润逐步趋低，李崇坚举例说：“2004年，发改委的一组数据表明，当时中国低压变频器市场容量已经达到60亿元人民币，国产变频占据其中的20亿。”然而，5年后的一组数据却令他非常惊讶：2009年，中国低压变频市场容量已扩大到140亿左右，而国产变频器却只拥有其中的30亿。他进一步指出，如果就销售的数量而言，国产变频器所占的数量远远超过国外品牌，而且也远远超过30亿市场份额所对应的销售数量，但价格已经降为原来的三分之一。

这样的对比令人震惊。如此降价，何以维持研发投入？何以保证产品质量？

竞争固然是行业发展和进步的强大推动力，但是，如果把竞争演化为无休止的价格拼杀，只能带来行业的倒退和自身的毁灭。一家优秀的变频器企业不能仅仅满足于简单地生产一些普通型的产品和打价格战，而是要不断创新技术，提高变频器的性能、增大容量，拓展新的应用领域，树立向高端市场进军的决心和信心。

变频 器应该物尽其用

随着中国企业节能减排意识的增强和技术的不断发展，变频器应用早已深入人心。中国用户已经广泛认可变频器的节能效果并深信其将为企业节省能源。这固然是可喜的现象。但从另一个角度来讲，变频器是否被应用好了呢？李崇坚特别提醒广大用户，在选择变频器之前，应该搞清楚节能原理及自身实际状况，不能盲目地科技崇拜，应具备理性选择变频器的能力。对于我们的本土变频器企业，他也给予了很大希望：“中国企业缺少的不仅是先进的技术，而是一种推动整个产业发展的责任和决心。如果能够把变频器当成一种事业去拼搏，不仅仅是作为盈利的手段，那么国产变频真正崛起的一天便不再遥远。”

市场前景，变频与电机节能

在电气传动领域，变频调速系统因效率高、性能好而成为主流。受益于节能减排、绿色环保等战略的拉动，作为变频调速的重要设备，变频器产业成为未来几年市场潜力非常巨大的产业之一。“十一五”期间，我国高压电动机调速技术迅猛发展，高压变频器产品广泛应用，技术水平和应用范围与发达国家的距离在逐步缩小。

“十一五”期间，我国各类电动机总装机容量约为4.2亿千瓦，年耗电1万亿千瓦时以上，占全国用电量的60%，而高压电动机占总电动机装机容量的40%~50%，有约1亿千瓦的高压电动机适合变频调速。目前，我国使用高压变频器节能的地方连全部需要配备的20%都不到，而发达国家已达到80%，国内高压变频器市场潜力巨大。预计国内高压变频器正常应有上百亿元的需求，每年至少要有500台以上，甚至会突破上千台。根据中国电器工业协会变频器分会统计，我国高压变频器市场近几年呈现出超过40%左右的年增长率。

变频器发展依赖电力电子产业

当2009年经济开始回暖时，中国变频器市场却遭遇了缺货现象，这其中最重要的原因就是核心模块IGBT的供应紧张。由于IGBT器件生产集中掌握在少数国外公司手中，而国内变频企业对国外核心模块依赖性强，导致在市场需求大幅上升后IGBT模块生产供不应求。由此我们可以看出，我国变频器行业要想“不受制于人”，就必须加强对IGBT等核心模块的技术研发，而这又依赖于我国电力电子整体产业的发展。

李崇坚介绍说，总体来讲，我国电力电子特别是电力电子器件技术和产业还较落后，产业分散、规模小，与国际水平的西门子、ABB等公司相比差距很大。除普通晶闸管外，国产IGBT/IGCT器件仍处于研制、中试阶段，并没有形成产业链，不能满足市场需求。国产变频器等电力电子装置的IGBT/IGCT电力电子器件基本依赖进口。国产晶闸管直流输电和大功率交交变频虽已经成熟，但应用范围有限。国外变频调速技术与产品占中国市场的主导地位，国家重大装备例如高速铁路、大型冷轧、西气东输、南水北调、烟大轮渡等高性能电力电子装置完全依赖国外，我国电力电子技术及产业的落后与迅速发展的市场需求反差巨大。就目前来看，我国的电力电子技术与国际先进水平总体上相差10~15年。

李崇坚说：“电力电子由器件、装置和系统应用三大部分组成，电力电子器件是电力电子技术及产业的基础，投资大，难度大，周期长，是我国电力电子产业发展的瓶颈；要由装置来牵动器件，靠系统应用来带动产业。目前我国电力电子器件要重点发展IGBT， 重点开发国家重大装备和重点工程急需的大功率、高性能电力电子装置，突破国外技术封锁，带动国产器件与装置产业的发展，促进重大技术装备中关键电力电子装置的国产化。用15~20年时间，建成我国独立自主的电力电子产业，达到国际先进水平，在电力电子技术领域成为世界强国。”