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王占奎:变频节能依然大有可为

www.p-e-china.com 2017/8/23 10:10:41 来源:互联网 电力电子论坛|免费发布产品

  王占奎,中国电工技术学会电气节能专委会秘书长;中国电工技术学会电力电子学会副理事长。本文转自《变频器世界》2017年7月刊。

  能源问题一直以来为世界各国所普遍关注,节能技术的开发和应用作为一种最直接的减少能源消耗的方式,更是得到高度重视。在各类能源中,电能作为二次能源,是最重要、最昂贵的能源之一,过度的电力消耗会使煤炭和石油(天然气)燃料枯竭,并造成更为严重的环境污染。

  众所周知,电动机驱动是电能消耗的主要途径,通过应用变频调速技术改善电动机驱动方式,能够使电动机在最节能的转速下运行,可以大大降低轻载运行时的电能消耗。应用变频器的电动机节能效果明显(一般节电率在20%-30%,较高的可超过50%),目前已得到广泛推广。

  “十三五”期间节能减排形势严峻

  据中电联行业统计数据显示,2016年中国大陆全口径发电量5.99万亿千瓦时,同比增长5.2%。同时,2016年国内全社会用电量5.92万亿千瓦时,工业用电占到71.1%,第三产业和居民用电均高于13%,且比2015年增长了0.7个百分点。《“十三五”节能减排综合工作方案》指出,节能减排依然形势严峻、任务艰巨。重点调节工业结构,降低工业耗能是重中之重,鼓励永磁同步电机、变频调速、能量反馈节能技术的集成应用将成提升能效的重要途径之一。

  变频器属国家重点高新技术产品,是国家“863”计划重点支持的领域之一。变频器行业一直得到国家产业政策的鼓励和支持。国家“十二五”规划明确指出,国家鼓励高科技产业的健康发展,强调提高原始创新能力、集成创新能力和引进消化吸收再创新能力,努力掌握核心技术和关键技术,增强科技成果转化能力,提升产业整体技术水平。

  多年来,国家有关部门一直鼓励变频调速器的开发和推广应用,在技术创新、产品开发和应用等方面给予了重点扶持,组织了变频调速技术的评测推荐工作,并把推广应用变频调速技术作为风机、水泵节能技改专项的重点投资方向。为推动全社会开展节能降耗,缓解能源瓶颈的制约,建设节能型社会,国家发改委制定了《节能中长期专项规划》,其中规划启动的十大重点节能工程中有一项就是电机系统节能。自“十二五”规划出台以来,节能减排就是各行各业发展的关键。使用变频器的电机系统节电率普遍达30%左右,某些较高场合可达40%~60%,节能效果显著。如今,变频器已是电机节能的发展方向。如火电厂在设计时,大容量的给水泵、循环水泵、引风机、送风机就采用变频拖动,西气东输、南水北调亦然。

  产业结构调整下变频器应用领域再扩展

  变频器的应用领域非常广阔,几乎涵盖国民经济的各个行业。由于变频器调速精度高、占地小、工艺先进、功能丰富、操作简便、通用性强、易形成闭环控制等优点,优于以往的任何调速方式,广泛应用于电梯、机床、印刷包装、橡胶塑料、造纸、市政、起重机械、纺织化纤、油气钻采、冶金、石化和化工、煤炭、建材、港口、航站等众多行业。

  十多年来,我国变频器产业取得了良好的发展,国内涌现出了汇川、英威腾、合康、蓝海华腾等行业领军企业,不仅占据了风机水泵类大部分市场,而且逐步进军新能源及新能源汽车等领域并取得了不俗的业绩。国际变频器厂商在中国市场亦发展迅猛,并一直占据着许多高端应用领域。近年来,随着国际品牌面临更加激烈的市场竞争以及国内厂商的技术不断积累,国际品牌加快向中低端市场渗透,而国内厂商也加快了进军中高端应用市场和中高压变频器市场的步伐。根据业界权威媒体《变频器世界》调研报告显示,2015年中国市场变频器销售额达300亿元,而根据国内电机系统已装机容量及改造情况以及未来的装机需求,预计到2020年,整个变频器市场容量达3000多亿元。

  在变频器技术和产业逐步成熟的条件下,传统工业领域的升级改造已经成为变频器产品的应用的重要场合,多年来为变频器产业发展提供了丰沃的土壤。进入中国经济“新常态”,在一些战略新兴行业也为变频器产品应用提供了更广阔的市场机会,例如新能源汽车、轨道交通、智能电网、智能制造等领域,成为变频器产业新的增长点和推动力。

  核心部件创新驱动变频器产业稳步发展

  中国变频器产业的快速发展也加速了上游电力电子器件的国产化进程,催生了IGBT、电容及无源器件的国产龙头企业。尤其是变频器的核心器件IGBT技术和产业近年来取得了长足的发展,嘉兴斯达就是其中的佼佼者,其成立伊始即以发展功率半导体技术和产业为己任,选择了全控型新型电力电子器件IGBT作为突破口,不断攻克各种技术难关,快速实现产业化,开发出多款高质量、高性能、高可靠性的产品,并根据市场及客户的实际需求量身定制最优方案,获得变频器行业客户高度认可,在大多场合已基本可以完全替代国际品牌,已成为名副其实的国产IGBT第一品牌。这不仅使得变频器厂商能够快速获得高性价比的核心器件,提升自身竞争力,而且节能效果显著,整个产业稳步发展。

  据统计,中国电机保有量约17亿千瓦,年耗电量约3万亿千瓦时,电机耗电占中国电力消费的64%左右、工业用电的75%。据测算,工业电机能效提升一个百分点,可节约用电260亿千瓦时。采用先进IGBT技术的电机变频器系统能效提高5~8个百分点,年节电可达1300~2300亿千瓦时,相当于2~3个三峡电站的发电量。由此可明显看出,嘉兴斯达等国产IGBT厂商和汇川、英威腾、合康、蓝海华腾等国产变频器厂商多年来为我国节能环保事业做出了巨大贡献,取得了可喜的经济效益和社会效益。

  未来,电力电子技术的突破性发展将为变频器产品的高效化、小型化、模块化、集成化提供更多的个性化定制能力和系统契合性体现。

  变频器产业将受益于智能制造带来的历史性机遇

  在德国工业4.0和中国制造2025的变革过程中,各个制造业强国都在抢夺新的业态话语权和生态主导权。变频器产业在国内经过30多年的发展,在基础备件整合、产品设计、生产工艺、管理体系、服务保障、综合实力等方面都有了全面的成长,完整的产业链和成熟的品牌运营能力也有了相当好的积累。

  目前,中国市场依赖广泛的网络布局、逐步提升的数据传输/分析能力和普及度越来越高的智能终端,实现数字化运维和智能化生产具备了有利的先发优势。当下,主流的变频器产品都在应用工业物联网技术实现数据采集、实时传输、云端存储和处理、终端呈现的方向发展。这一趋势不仅将提升变频器的使用效率,也将为变频器开辟更多的新领域,例如在偏远、危险、人不可及的新能源、救灾抢险、城市地下管廊等领域。

  服务模式的变革开启后维保服务新时代

  能源使用相关领域,在节能减排的重压之下,大多数企业的转型升级迫切却需要相当谨慎,在数字化运行维护的需求兴起之时,如何直击用户痛点,解决用户在设备维护甚至是关联设备的预测性监测,已经被行业龙头企业敏锐感知并开始积极的探索。目前,变频器企业采用与用户联合开发、设备租赁使用,并收取相应的服务费用可以说是盈利模式的一种创新。对于专而精的中小企业而言,跟随也是非常现实的做法,既可以免去冒险式研发,也可以获得垂直行业用户的市场份额。

  在各个领军品牌各自为政的当下,变频器产品已经从通用型产品向行业专用大幅度倾斜,这为技术各有侧重的变频器品牌从行业知识汲取新的价值提供了可能性。现在如火如荼的共享单车发展模式也许值得我们仔细思考,当摩拜、小黄车、小蓝车、小红车争相亮相,以正常的、非正常的竞争手段抢夺终端用户时,支付宝们则“横插一杠”,通过这一平台接口,骑车享受更多优惠且立即享有骑行保险。这一横向创新将产业边界再次扩展,也囊括了更多的资源,为终端用户提供了更好更安全的服务。在后维保时代,横向和纵向的创新切入,都可以为变频器产业打造更大的生态环境。

  系统整体节能效果呼吁跨界合作

  有人说,国内变频器产业增长乏力是因为技术已经成熟,标准化的产品应用使得应该使用的场合已经应用,很难挖掘出更多的需求。然而,当工厂成本压力越来越高,能源使用效率需要更上一层楼时,一个新的难题就放在了我们面前。如何提升电力系统整体能效?答案是系统中各个设备的高度匹配,例如某国际品牌变频器搭载自己的电机、控制器能效还能再有30%的提升。这一趋势不仅在同品牌产品中有体现,实际工厂生产中,不同品牌产品之间的协作性能挖掘也将是未来的亮点。

  因此,跨界融合不单单是IT和OT的融合,还是不同品牌、不同产品之间控制系统、通讯协议等柔性方面的融合。这一趋势也将为拥有自主知识产权的厂商提供新的机会,需要冲破思想藩篱,为企业进行重新定位和身份界定。

  变频器作为节能的关键基础设备,在延长设备寿命、保证可靠生产和提升使用体验方面具有不可替代的作用,不仅可以实现眼前的电力节能,也提升了社会整体资源利用,是更富社会责任感和广义“节能”使命的重要承载。

  分析认为,加快节能环保产业的发展是我国推动经济可持续发展,促进经济结构转型,实现美丽中国战略的重要举措。随着有关节能减排、大气污染防治、污水处理和土壤修复等细分领域的相关政策出台,节能环保产业将迎来广泛的政策优惠。因此,在未来较长一段时间内变频节能依然大有可为!

 

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