国产变频器在“双碳”目标下的机遇和挑战

由于高压变频器的应用领域和高效节能的市场需求与鼓励政策，高压变频器市场规模一直保持着较高的增长率，而因为是个强周期行业，与国家经济周期紧密相关，受社会融资增速放缓、战焦灼不下、3C产品销售市场低迷，持续下行等因素影响，低压变频器市场同比出现下滑。预计2020年到2025年，高压变频器的市场规模将突破200亿元，中低压变频器则将达到400亿元以上。

经过20多年的发展，如今的中国变频器厂家与市场结构已经趋于成熟。但随着我国开始大力发展“双碳”的大环境下，中国变频器（以下简称-VFD）行业发展将面临什么样的机遇和挑战？

在“十四五”规划实施以来，新能源产业风起云涌。但对于电机系统这一传统能源消费主体来说，从能源消费角度响应“双碳”发展要求，可以进一步促成“二氧化碳峰值排放”和“碳中和”是更为直接的一种发展方式。

1、高压变频器在电力、冶金、水泥、石油石化等行业需求量较大

高压变频器的下游客户主要集中在电力、冶金、煤炭、石油化工、水泥、造纸、市政、交通等领域，多为国有大型工矿企业。通过对国务院公布的2020年减排目标进行针对研究和目标分解，并且考虑到国有企业的政策执行能力，这些高耗能的国有大中型企业将在未来的节能减排工作中扮演主要角色，相应也会享受到更多的政策扶持。高压变频器作为节能减排的主力军和急先锋，未来高压变频器在电力、冶金、水泥、石油石化、化工、采矿、市政和其他领域有巨大的市场需求。

目前，由于“双碳”发展目标的要求，各类高耗能企业不断推进工艺优化和节能降耗，这就要求更多的电机从传统低效的运行和调速模式向变频驱动模式转变。由于受到国际形势、新冠肺炎疫情等各种因素的影响，传统大型国有企业也为国产品牌打开了大门，这对整个国产VFD市场来说是一个巨大的市场机遇。

此外，随着“双碳”发展目标的推进，国内电机标准正在从IE3逐渐向IE4、IE5转变，电机形式也在从异步向永磁同步、同步磁阻转变。所有这些新型节能电机都离不开驾驶员的支持！无论是新的市场机遇还是新的电机形式，实际上都对驱动器的可靠性、控制策略和控制性能提出了更高的要求，这也是对整个VFD行业的巨大挑战！

目前，国家正在大力发展第三代半导体技术。氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)等半导体器件会对VFD产品和技术产生哪些影响？

第三代半导体技术也是一个值得关注的发展趋势。目前，我们可以看到氮化镓更多地用于低压领域。比如我们每天都能看到移动设备的大功率快充，这是氮化镓的典型应用场景，一般不适合大功率、高电压的工业现场应用。

SiC可以作为IGBT的下一代替代品，可以实现高速低损耗行驶。对于一些要求频率高、体积小、重量轻的场合，一般可以采用SiC方案，但对于这种方案来说，主要的问题在于SiC的成本，目前相对较高。

是否采用SiC，应该更多的从控制系统的角度来考虑。虽然SiC可以有效降低产品体积和整体产品损耗，但开关频率提高带来的EMI问题和电机DUDT问题需要特别计划。

变频器设计在当前市场中受到对安全、能源管理和设计灵活性的关注的严重影响。未来会怎样？

2、六家制造商——SEW、ABB、西门子、 博世力士乐、日立和施耐德电气——对 VFD 的未来做出了预测。

1. 可现场安装的模块化解决方案：随着变频器开始小化电子设备的尺寸并提高电机的效率， VDF 是可现场安装的、紧凑的、模块化和可配置的驱动器、I/O 和控制解决方案的一部分。变频器将安装在可现场安装的模块化外壳中，并为控制、驱动逆变器、电机和齿轮箱提供可配置的选项。模块化概念还将提供与公共总线系统的网络连接、集成安全和能源管理选项，例如可再生能源的捕获和使用。

2. 更智能的 VFD 软件：“将继续专注于提供位于 VFD 本身上的应用软件，”ABB 变频器工程师说。“这将使终用户能够在化工、石油和天然气、水和 HVAC 等各个行业的独特且具有挑战性的应用中实现更高效的过程控制并实现大程度的节能。”

对于 OEM 而言，陡峭的学习曲线是一个缺点。必须为每个 VFD 学习新的接口和编程，即使他们使用相同的供应商，也会增加他们的上市时间，在整个平台上提供具有一致用户界面的 VFD 的供应商将非常重要。在 VFD 中内置更多的应用专业知识也很重要。所有这些都将有助于减少开发时间和成本，并使他们能够快速进入下一个项目。

3. 新应用和行业：VFD 不再是电机转轴器，它们正被应用于许多新应用。具有电网接口的应用程序，例如变频器和泵存储，使用 VFD。碳捕获、制氢和运输等新兴行业依赖于 VFD。电力需求正在增长到超过 50,000 马力。

4. 更多特定应用程序设计：变频驱动设计和客户应用程序的未来是软件集成和特定应用程序编程。数据访问必须易于访问，以实现无缝共享和连接。

5.即插即用编程：客户希望驱动器可以做更多的事情，例如基于逻辑的操作，通过二维码编程即插即用，以及恒转矩、永磁、交流电（PMAC） ) 节能效果显着的应用。

6. ML 和 AI 实现更好的控制：从长远来看，机器学习 (ML) 和人工智能 (AI) 将发挥更大的作用，大部分 VFD 调试过程都是重复的，调试的困难在于缺乏产品知识或对应用的理解。一旦构建了应用程序数据库，在 VFD 中使用机器学习就可以减少这种情况。人工智能还将支持系统优化，因为它将允许在受控工业环境下进行智能反应，从而使过程受益。

随着工业4.0的不断推进和数字化转型，智能化已经成为整个工业领域发展的主旋律。对于VFD行业来说，正在从传统的标准VFD逐渐过渡到行业整体解决方案。作为整体解决方案，以VFD为主体的一体机已经成为很多行业的主流，承担了整体设备智能核心的关键角色。

近年来，我国年工业生产总值不断提高，但能耗比却居高不下，高能耗比已成为制约我国经济发展的瓶颈，为此国家投入大量资金支持节能降耗项目，其中高压变频调速技术已越来越广泛的应用在各行各业，它不仅可以改善工艺，延长设备使用寿命，提高工作效率等，重要的是它可以“节能降耗”，这一点已被广大用户所认可，且深受关注。前瞻预计，未来几年，具有高效节能功能的高压变频器市场将受政策驱动持续增长，到2025年，高压变频器的市场规模将突破200亿元。

而随着国内市场需求的扩大，低压变频器市场将会进一步扩大市场容量，预测2020-2025年，低压变频器市场规模逐年小幅增长，预计到2025年，我国低压变频器市场规模将达到400亿元以上。