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变频调速技术是一种电力电子技术,高压变频器、变频用变压器是这一技术在工业、制造业领域使用及推广的重要载体。变频用变压器是高压变频器必不可少的重要部件,其与高压变频器的适配性直接决定了变频器的性能及运行稳定性。因此,变频用变压器、高压变频器在产品配套及行业发展方面有较高的相关性,并共同受到国家、市场对电力电子技术的支持、推广及需求影响。
中金企信国际咨询公布《2021-2027年中国高压变频器行业调研分析及投资战略预测评估报告》
(1)电力电子行业发展情况:电子技术是根据电子学原理、运用电子元器件设计及制造某种特定功能的电路以解决实际问题的应用科学及新兴技术。该项技术始于十九世纪末、二十世纪初,并于二十世纪取得迅速发展及广泛应用,是近代科学技术发展的重要标志。电子技术包括信息电子技术、电力电子技术两个分支,信息电子技术主要用于信息处理;电力电子技术主要用于电力变换。
电力电子技术及设备的应用与电能的推广息息相关。中国电力企业联合会发布的《全国电力供需形势分析预测报告》数据显示:我国全口径发电装机容量在2017年末为17.8亿千瓦,2020年末增至22.0亿千瓦,最近三长了23.60%;我国全社会用电量在2018年为6.84万亿千瓦时,至2020年增至7.51万亿千瓦时,最近三年增长了近10%,电能供应及使用均持续快速上升。
现代社会发展至今,电力已是人类最理想的能源使用方式,电能消耗占总能源消耗的比例达55%,其中约75%的电能需通过电力电子设备处理后使用。7电力电子设备是完成电能变换及功率传递的重要设备。电力电子设备通过电能的变换及控制,使来自电网或电池的电能转换成不同性质、不同用途的电能,以适应各种用电需求的现代工业电气化基础设备,可应用于工业、制造业、动力、交通、运输、航天及国防等领域,具有广泛的市场基础。未来,在电能消耗占比不断提高的同时,通过电力电子处理的电能比例预计将达到95%,电力电子技术及设备在世界范围内的应用将持续提升。
电力电子设备制造涉及多学科、多领域的前沿科学知识,综合了高压电器制造技术、变流技术、仿真技术、计算机技术、微电子技术、自动化控制技术、材料科学技术及机械设计技术等。现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理为主的传统电力电子学,转为以高频技术处理为主的现代电力电子学方向的转变。二十世纪八十年代,大规模、超大规模集成电路技术发展迅速,MOSFET(金氧半场效晶体管)及IGBT(绝缘门极双极晶体管)的先后出现为电气设备的高频化提供了有力支持,电力电子技术的发展也从整流器时代、逆变器时代进入了变频器时代。新型电力电子器件为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,并促使电力电子设备不断向高频化、智能化、全数字控制、系统化及绿色化方向发展。在节能减排、智能电网、高端装备等产业政策的引导下,电力电子设备行业将迎来持续发展阶段,未来的应用热点会是变频调速、智能电网、牵引用特种电源及新能源等方面。
(2)变频用变压器及高压变频器的相关性:
I、变频器及高压变频器简介:变频器是应用变频技术与微电子技术的电力传动元件,通过改变电机工作电源的频率和幅度控制交流电动机的转速。因能耗与电机转速的立方成正比,变频器的应用可大幅降低电机能耗、提高电气系统的运行效率。以变频器为载体,变频调速技术因其高效率、高功率因数、优异的调速及启制动性能,具有显著的节电及改进工艺控制水平的效果,是国内外公认的、最有发展前途的调速方式,代表着电气传动的发展方向。目前,变频调速技术主要用于节约电能、优化生产工艺与流程、提高产品质量及改善运行环境。按照行业惯例,为1kV至10kV高电压环境下运行的电机开发的变频器为高压变频器。目前,高压变频器主要为交-直-交PWM型高压变频器,包括多脉波串联叠加二极管电压源型高压变频器、H桥(多功率单元)串联叠加电压源型高压变频器及多脉波串联叠加晶闸管电流源型高压变频器。其中,H桥串联叠加电压源型高压变频器在国内市场中的应用最为广泛。
II、变压器及变频用变压器简介:变压器是一种通过改变电压而传输交流电能的静止电气设备。利用电磁感应原理,该类设备可将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能,并传输电能。以用途作及定制化程度为划分依据,变压器产品可分为通用型变压器、特种变压器两类。
变频用变压器是特种变压器的一个分支,是高压变频器的适配电源部件,在变频电气系统中起到电气隔离、减少谐波污染等核心作用。高压变频器主要由IGBT、电阻电容、散热器等电力电子器件及变压器构成,产品成本构成中,各类电力电子器件约占52%(其中IGBT约占10%)、主变压器(指变频用变压器)占29%,具体构成情况如下:
数据统计:中金企信国际咨询
变频用变压器是高压变频器的核心部件,是高压变频器构成中单一类型占比较高的部件。高压变频器需配套变频用变压器使用,因为终端使用环境、用户存在差异化需求,均具备较高的定制化程度。因此,变频用变压器、高压变频器在产品与技术发展方面关系密切,高压变频器行业的技术发展及市场波动将对变频用变压器行业的发展产生重大影响。
III、变频用变压器上下游行业情况:变频用变压器制造企业自主进行产品设计及物料采购,产品主要面向下游变频器制造商销售。高压变频器产品使用者,也是变频用变压器产品终端用户,主要为电力、冶金、石化、建材、市政及机械配套等工业、基础设施建设领域的变频电气系统需求用户。变频用变压器行业与下游高压变频器行业关联度较高。变频用变压器行业上游主要为硅钢片、有色金属(铜、铝)及绝缘材料等原材料供应商。行业内企业主要采购大宗、通用型的原材料,再对原材料进行加工并投入产品生产。因此,硅钢片、有色金属及绝缘材料等物料的供应价格波动,将直接影响行业整体成本水平。
(3)变频器行业发展情况:
I、国际变频器行业发展情况:变频器产业正处于迅速发展阶段,产业规模不断扩大。变频器自20世纪60年代左右问世,到20世纪80年代在主要工业化国家已广泛使用。20世纪90年代以来,随着节能环保意识的加强,变频器的应用越来越普及。
在国际变频器市场上,德国、瑞士及日本处于领先地位,特别是在材料及制造工艺方面占据优势,其变频器产品可靠性好、使用寿命长。其次是美国、法国等发达国家,其变频技术先进,但企业规模与处于领先地位的国家的大型企业存在一定差距。世界范围内,规模较大、知名度较高的制造商包括西门子(德国)、ABB(瑞士)、施耐德(法国),艾默生(美国)、丹佛斯(丹麦)、欧陆(英国)及富士电机、三菱、安川、日立、东芝等日本企业。
II、国内变频器行业发展情况:上世纪60、70年代,变频器产品在发达国家已有广泛应用。80年代初,我国企业开始接触变频技术;80年代后期,以日本品牌为代表的外资品牌进入中国,成为中国变频器行业的开端。随着我国经济的高速发展及节能环保意识的增强,变频器产品已得到广大企业用户的认可,在国内的应用越发普及、行业规模迅速扩大。目前,国内变频器产业内外资品牌有约40个、内资品牌超100个。
国内变频器市场销售额排名前列的主要是外资品牌,其在资本规模、产销规模及综合技术水平等方面实力突出。在国家政策的大力支持及引导下,近年来内资品牌中出现了以汇川技术、英威腾、合康新能为代表的部分优势企业,不仅成功研发了代表高端控制水平的矢量变频器,在生产规模、产品综合性能方面也有了较大的提高。内资企业虽然尚未具备与西门子、ABB等国际一流品牌展开全面竞争的实力,但已在部分细分产品及市场上表现出较明显的竞争优势,市场份额逐年扩大,原有由外资品牌主导的国内变频器市场格局正发生改变。
产品方面,变频器的功能逐步完善、应用领域不断扩大。从工厂设备到家用空调,从重型机械到轻纺行业,从0.4kW的小功率电机到9,000kW的大功率电机都已广泛使用,且取得了明显的经济效益。用户方面,电力、冶金、石化、建材等变频器主要适用的工业、制造业领域仍处于逐步推广的阶段,距离真正普及还有一定的距离。工业、制造业领域使用的变频器多为高压变频器,可以预见我国高压变频器市场的发展潜力巨大。
III、国内高压变频器行业竞争情况:高压变频器具备较高的技术门槛,国际主流厂商较少,目前不超过十家,国内也仅有少数厂商具备研发、设计、生产、服务及技术支持的全流程综合实力。目前,国内、外主流高压变频器厂商已经占据了我国高压变频器市场的主要份额,形成了较稳定的竞争格局,产品价格、毛利水平波动相对稳定。
国内高端变频器市场主要有两类产品,一是应用在钢铁、水泥等行业的大功率产品,上述行业使用的变频器多为高压变频器;二是应用于高端机械配套的高压产品,主要为起重及电梯等提升类负载。高端领域竞争者较少,变频器提供商主要以整体解决方案的产品形式提供给客户,这种形式需对应用行业及领域有较深的理解。目前,即便是国外知名品牌也无法在所有领域都占得优势,如ABB在石油机械行业处于垄断地位、西门子在冶金领域处于优势地位、汇川技术在电梯领域已建立了良好的口碑。高端市场的行业细分保证了产业生态的良性互动,中低端市场主要是变频技术在常规机械、风机及泵类的控制应用,竞争相对激烈。在高端市场,国外变频器制造商仍有较大的品牌优势,但部分国内品牌已具备进入高端市场的技术实力;在中低端市场,国、内外变频器制造商形成了直接的市场竞争格局。