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[推薦]中小型電機行業發展狀況及“十二五”規劃分析

我國已經成為世界上最大的中小型電機生產、使用和出口國,目前中小型電機行業具備一定規模的企業有80 余家,產品約有300 多個系列、近1500 個品種。隨著科學技術水平的不斷提高,中小型電機產品的產量及品種也將會逐步得到發展。根據國際通用估算方法,電動機裝機容量為發電機裝機容量的2.5-3.5 倍,預計到2020 年,我國電動機的裝機容量將達到45 億KW 左右,目前我國電動機的裝機容量在12 億KW 左右,新增的30 多億KW 電機將為高效電機、專用電機帶來巨大的市場空間。
行業發展現狀
隨著國民經濟的高速發展和國際市場需求增長,中小型電機處于快速發展階段。據國家統計局公布的數據,2008年我國交流電動機的產量達到創紀錄的19825.51 萬KW,2009 年全國交流電動機產量同比下降4.6 個百分點,達18710.14 萬KW。從國際市場需求來看,2008 年中小型電機的年出口量達3000 多萬KW,出口額達28.58 億美元,然而受國際金融危機影響,2009 年出口額同比下降21.27%,為22.50 億美元。我國已經成為世界上最大的中小型電機生產、使用和出口大國。目前中小型電機行業具有一定規模企業80 余家。中小型電機產品約有300 多個系列、近1500 個品種。隨著科學技術水平的不斷提高,中小型電機產品的產量及品種也將會逐步得到發展。
截至 2009 年,據中小型電機行業統計,參加分會統計的50 多家企業工業總產值從2005 年度的222.9 億元,上升至2009 年度的387.92 億元,增長74.03%;銷售收入從2005 年度的219.18 億元,上升至2009 年度的392.53 億元,增長79.09%;其中電動機銷售收入從2005 年度的173.15 億元,上升至2009 年度的265.54 億元,增長53.58%;利潤從2005 年度的10.97 億元,上升至2009 年度的27.9 億元,增長154.33%。小型交流電動機產量從2005 年度的5413.2萬千瓦,上升至2009 年度的5775.7 萬千瓦,增長6.70%;大中型交流電動機產量從2005 年度的3357.3 萬千瓦,上升至2009 年度的5720.7 萬千瓦,增長70.40%;直流電機產量從2005 年度的769.6 萬千瓦,下降到2009 年度的531.8萬千瓦,降低30.90%;一般交流發電機產量從2005 年度的562.2 萬千瓦,上升至2009 年度的1024.1 萬千瓦,增長82.16%;其中出口電機產量從2005 年度的1369.9 萬千瓦,沖高至2008 年度的2508.1 萬千瓦后回落到2009 年度的1581.5 萬千瓦,增長15.45%。
2009 年,52 家電機企業產品銷售總量達到13554.5 萬千瓦,比2005 年56 家企業產品銷售總量增加3660.3 萬千瓦,產量銷售總量增長了37.0%。其中交流電動機銷售量11744.9 萬千瓦,比2005 年56 家企業交流電動機銷售量增加2778.1 萬千瓦,交流電動機銷售量增長了30.98%;起重冶金電機的銷售量從2005 年度的1496 萬千瓦,上升至2009年度的2623.8 萬千瓦,增長了75.39%。
2009 年在52 家企業中利潤總額超過2000 萬元的企業有22 家,利潤總額超過6000 萬元的企業有12 家;產量超過300 萬千瓦的企業有15 家,產量超過400 萬千瓦的企業有12 家,產量超過600 萬千瓦的企業有8 家;電動機銷售收入突破10 億元的企業有10 家。
國內外行業發展水平及差距對比
1、國內外行業發展水平
“十一五”期間,在國家實施節能減排及國務院十大產業調整和振興規劃的重大背景下,國家科技部對電機及系統節能給予了重點關注和支持,國家科技支持計劃“工業電機及典型泵閥節能關鍵技術研究”和863 計劃“達到IE3 標準的節能型三相異步電動機核心技術研究”等重大項目的實施,使我國高校電機和變頻調速專用電機設計技術、電機系統控制技術、電機及系統測試技術等方面取得了一些重要的技術突破,同時通過專利戰略實施、技術標準制定等方面的工作,為自主知識產權的中小型電機及系統的產業化奠定了良好的基礎。但是實現產業化方面與國外先進水平相比,存在電機精準設計、降耗降噪、系統節能、系統測試、變頻絕緣結構及測試、電機及控制系統的精心化匹配、高性能工程型矢量控制、變頻電機動態性能測試等關鍵技術滯后的現象,如表1 所示。
  

2、國內外差距對比分析
我國中小型電機及系統與國外同類先進產品相比,主要差距表現在以下幾個方面:
(1)能效標準執行的差距
美國自1997 年起已開始強制推廣使用高效率標準電機,2011 年開始強制推行超高效率標準電機,歐盟及我國擬于2011 年起強制推行高效率標準電機。而我國目前生產的中小型電機產品大多數是Y、Y2、Y3 及派生系列產品,絕大部分是普通效率標準IE1 電機,比高效率標準IE2 平均低3%,比超高效率標準IE3 平均低5%.
(2)技術開發的差距
國外企業電機設計理念先進,重視每一代產品的基礎設計,是所有后續衍生電機產品的基礎,所有的衍生電機開發采用菜單式模塊化選項,最多的衍生電機模塊化選項可達200 多個,對于報價、設計、生產來說效率非常高;對于大型、特種電機采用分析技術,運用多功能分析軟件,如電磁計算分析軟件、結構仿真分析軟件等,產品綜合設計水平高。而國內電機企業設計手段傳統、缺乏先進的設計理念和手段,對于基本系列電機研發與衍生電機開發的分工比較模糊,產品設計周期長。
(3)創新能力的差距
信息技術的發展、柔性生產、低碳經濟已上升到歐美國家戰略層面,歐美國家掌握了低碳技術制高點,低碳技術可能成為歐美經濟復蘇的引擎。我國要發展低碳經濟,那就涉及到低碳技術,而國內企業迫于生存壓力,戰略視野不夠寬闊,對于戰略性制高點產業發展研究的投入極少,以致高檔產品缺乏具有自主知識產權的核心技術,如變頻器的應用在5—6 年前已經是業界公認的趨勢,但國內電機企業至今沒有完整的變頻電機的試驗數據,因此在大功率寬變頻電機及變頻器市場,基本無市場地位。
(4)專用化率的差距
國外專用電機與標準電機之比 7:3,專用化率達70%。據“十五”期間統計,國內專用電機與標準電機之比3:7,而且前國內電機的專用化率進展緩慢。究其原因,我國電機行業在發展過程中對產品品種的發展不夠重視,快速響應市場的開發能力較弱,以致在許多場合普通電機來代替運用。
(5)系統匹配的差距
跨國公司已形成托拉斯生產模式,電源裝置、電機、負載在同一集團各分廠制造,密切配合、相互協作,電源裝置、電機和負載間有精確、合理的匹配,電機系統效率高。而我國由于電機、控制、被拖動機械(如風機、水泵、壓縮機等)三者分別由不同行業企業設計制造,全過程生產環節處于各自封閉狀態,因此在技術參數匹配上不盡合理,系統的運行效率較低。
(6)工藝水平的差距
國外公司針對產品批量、品種的不同,采用相應的生產工藝組織生產,同時,隨著計算機及信息技術的不斷發展,電機制造的自動化、信息化水平日益提高,電機機械加工出現了以計算機柔性制造系統(FMS)及計算機集成制造系統(CIMS)為代表的先進生產工藝,使得生產效率大為提高。而國內電機制造企業中,機械加工采用通過機床的比例仍在80%以上,除少數企業企業經過幾個五年計劃改造后,高效專機、數控機床的應用比例有所增加外,全行業的計算機輔助制造信息化應用水平仍與國外先進水平存在較大差距。
(7)品牌效應的差距
國外公司通過多年精心培育的優良品種產品,占據了利潤豐厚的高端市場代表企業有ABB、Siemens、WEG、SEW、Emerson 等,還有臺資企業,如東元、大同等。而國內大多數電機企業對品牌的認識只停留在名稱的階段上,沒有把品牌作為向客戶、員工、供貨商、社會、政府傳遞產品和企業信息的載體,且國內眾多品牌之間的差異性不強,使任一品牌很難與其他品牌區別開來。這種品牌同質化的后果就是嚴酷的價格競爭,從而導致了國內企業盈利下降。
(8)表觀質量的差距
外國公司由于供應商管理、工序控制、生產流程等質量管理相對到位,所以其產品批量生產的一致性、電機的外觀質量普遍好于國內企業。而多數國內企業制造的電機性能指標存在一定的離散度,外觀比較粗糙,雖然都是合格產品,不影響使用,但將阻礙產品進入高端客戶市場。國內外行業技術發展趨勢全球電機行業技術的發展趨勢綜合起來可以歸納為以下幾點:
1、機電一體化
隨著電力電子技術、計算機技術、微電子技術及控制理論的發展和應用,中小型電機應用領域日益廣泛。為實現優質、高效和低成本的運行,中小型電機在各種不同的工況下與計算機、電機控制器、功率變換器、傳感器等諸多方面連接,還往往要與后級的執行機構和負載(如各種機械、液壓、氣動裝置)整合起來。這樣,電機已不是一個零部件級的執行機構,而是一個可以實現預定功能的完整的機電一體化系統。國際上ABB、西門子、三菱等都已從電機制造企業發展為國際知名的電機及控制系統生產企業,其產品范圍已從電機為核心,延伸到變頻器、軟啟動器等電機控制領域,體現出了較大的技術優勢和競爭優勢,占據了較大的市場份額。我國電機制造企業已開始關注電機控制技術,但要實現電機系統參數優化匹配及其控制一體化,并推出成熟的產品,還需做出艱辛努力。
2、電機及系統的綠色節能
電機及系統效率的提升已成為節能潛力最大的產業之一。國際上各國政府和組織紛紛研究不同應用領域、不同工業部門的各種各樣電機系統的節能方案,制定節能導則、標準、法規,并開發相關綠色節能產品,如:IEC 統一全球的電動機能效和測試方法標準:歐盟的EuroDEEM、美國MMASTER 等電機系統節能平臺;歐盟的生態設計計劃等。我國正在積極推動和扶持高效電機及電機系統節能工程的開展和實施。高效、超高效的中小型電機、調速專用電機、電機系統節能控制產品等開發和電機及系統綠色節能技術等研究已成發展之勢。
3、電機及控制系統的專用化
為了獲得更好的負載匹配特性,使電機及控制系統實現高效運行,國外已開發出各種專業電機及控制系統以滿足不同負載特性的應用場合。我國也將不斷拓展電機產品的外延和內涵,研發與不同負載匹配的各種專業電機及系統,打破在不同負載的應用場合長期使用同一類電機的局面。
4、輕型化、小型化
  許多產品對電機的體積和重量提出了很高的要求,這在石油、化工、煤炭等應用領域體現的比較明顯。為了達到輕型化、小型化的目標,在設計過程中,采用先進技術和優質材料,并堅持優化設計原則,在有效材料不變的條件下,單位功率的重量不斷降低。
  5、智能化
  目前國際上先進的電機系統已集成了診斷、保護、控制、通訊等功能,可實現電機系統的自我診斷、自我保護、自我調速、遠程控制等。隨著我國裝備制造業向高、精、尖方向發展及工業化、信息化兩化融合,電機系統智能化發展成為必要趨勢。
  6、模塊化
  電機產品、電機控制裝置的機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的模塊化設計,可提升電機系統新產品快速響應市場的能力,已成為國際上電機及系統技術發展趨勢。
  7、低噪音
  國外產品在負載的情況下噪聲很低,目前我國電機產品與國外先進水平相比還存在著差距,比如西門子電機的負載噪聲水平僅相當于國內電機的空載噪聲水平,國內企業還需盡快研究降低電機系統噪聲的設計及制造技術。電機系統發展至今已成為集電機、控制、材料、流體力學、機械、結構、電力電子等為一體的綜合學科,隨著科學技術的不斷發展,其發展趨勢還將被賦予新的內容。
  市場需求分析和預測
  在抵制金融危機,經濟緩慢復蘇的過程中,國家在煤炭、礦業、裝備制造等行業整合、重組,將進一步推動大中型電機產品的需求和發展。國家節能減排政策的深入落實,對電機系統節能提出了新的、更高的要求。由單純追求電機的高效率正在向系統運行的高效率轉變,并最終促進電機產品市場的進一步細分,推動特殊、專用產品和成套系統的發展。這不僅對中小型電機的設計、生產提出了更高的要求,同時也提供了更廣闊的產品應用空間、經濟利潤空間和行業發展空間。
  隨著我國電機系統節能的推廣及裝備制造業對基礎部件精細化、智能化的需求,對節能專用、行業專用等新一代中小型電機及變頻控制裝置的技術研究和產品需求不斷加大。根據國際通用估算方法,電動機裝機容量為發電機裝機容量的2.5—3.5 倍,今后較長一段時期,我國電動機產量還將會持續快速擴大,預計到2020 年,發電機的裝機容量達到人均1kW(美國現在為人均3kW),即15 億kW,而電動機的裝機容量將達到45 億kW 左右,目前我國電動機的裝機容量在12 億kW 左右,新增的30 多億kW 電機將為高效電機、專用電機帶來巨大的市場空間。
在專用電機方面,目前我國專用電機與通用電機比例約為3:7,“十二五”期間應加大專用電機研發和推廣力度,預計將達到5:5,專用電機市場前景看好。 

  在高效電機方面,我國將在2011 年強制執行高效2 級標準,即在IE2 作為我國的強制標準,而目前國內市場上高效電機的占有率僅有5%左右。同時,歐盟各國到2011 年將會強制推行高效率標準電機,美國于2011 年強制推行超高效率(NEMA Premium)標準電機。由此可見,高效電機在國內的推廣使用及出口方面都有很大的市場空間。 

  “十二五”重點任務和具體項目 

  (一)重點任務綜述 

  借助“國家中小型電機及系統工程技術研究中心”這一創新平臺,充分利用國內外資源,開展相關領域的共性和關鍵技術研究和節能型中小型電機及系統的研發;建立該領域技術研發和技術標準體系;培養一批戰略眼光長遠、產品和產業結構調整及時、快速且可持續發展、可與低端企業拉開較大差距的中高端企業,培訓一批具有實戰能力的、高素質的電機及系統工程技術人才。“十二五”期間主要開展的重點任務如下: 

  1、高效率三相異步電動機產品的推廣應用及產品的更新換代 

  “電機系統節能工程”為“十一五”期間國家十大重點節能工程之一。根據國家節能減排工程的需要,“十一五”期間開展了有關高效率、超高效率電機等產品的開發。“十二五”期間,進一步完善高效率、超高效率三相異步電動機及鑄銅轉子超高效率三相異步電動機系列產品的開發,開展超超高效率電機的技術研究,在全行業積極推廣高效率三相異步電動機老系列產品。并在此基礎上完成新一代高效率三相異步電動機系列產品的更新換代。 

  2、高效節能專用系列產品 

  在完成新一代高效率三相異步電動機系列產品更新換代的基礎上,開展專用及派生系列產品的開發;完成風機、水泵、空壓機、紡織機械、提升機械等專用高效率三相異步電動機等系列產品的開發和低壓大功率高效率三相異步電動機等系列產品的開發;完善變頻調速專用節能型三相異步電動機系列產品、低壓大功率變頻專用節能型三相異步電動機等系列產品開發;風機、水泵、空壓機變頻專用三相異步電動機等系列產品的開發;開發中型高壓高效三相異步電動機和三相永磁同步電動機系列產品。 

  3、電機系統綜合綠色節能技術研究及產品開發 

  為維護我國能源安全,促進環境保護,實現我國電機系統工程技術的跨越式和可持續發展,對電機系統的制造、運行、維護、回收的資源利用等生命周期成本及綠色設計等技術進行研究,并開發菜單式電機系統節能技術和建立相應的體系,帶動電機制造企業和電機設備制造企業等多個領域的共同發展,提高我國電機系統的核心競爭力和國際地位。要攻克電機系統綜合綠色節能關鍵技術,研發滿足全壽命周期成本最低要求的電機系統最佳匹配技術和相應集成系統產品;具有網絡通訊功能可進行能源調度、達到最低碳排量的系統管理、控制系統。 

  4、加快新系列起重冶金電動機的推廣應用 

  加快 YZR3 系列電動機等新產品的推廣應用工作,并在YZR3 系列電動機的基礎上,對現有的專用派生系列產品進行更新換代工作。同時開發起重冶金電機新型產品,實現中型起重冶金電機系列化;在現有起重冶金用變頻調速電機的基礎上,重點開發中型起重冶金用變頻調速電機。加快高效率、低噪音等電機系列產品的開發步伐,發展出口型產品,爭取在國際市場占據較大份額。 

  5、中型高壓三相異步電動機新系列產品 

  開展中型高壓異步電機少膠減薄絕緣結構的研究,在此基礎上進一步提高電機的效率和材料利用率,開發新系列中型高壓(少膠絕緣新結構)三相異步電動機,使新系列電機同等中心高電機的最大功率等級比原來提高2 檔,縮小我國與國外發達國家同類電機產品的差距。 

  6、電動汽車電機及其控制系統 

  圍繞環保型新能源電動汽車的電驅動系統方面進行研究,開發具有高功率密度、低速大轉矩、調速范圍廣、轉矩響應快、高可靠性等性能的各種類型的驅動電機(特別是永磁同步電動機)及其符合電動汽車驅動需求的控制系統。 

  7、風力發電機組 

  圍繞清潔能源風電的發展,在吸收引進國外先進技術的同時,進一步優化完善1.5 兆瓦等主流機型的設計制造技術,研究開發更大單機容量(如5 兆瓦)的風力發電機組。 

  8、核電專用電機產品 

  緊跟國家能源產業政策,開展核電用電機設計技術研究及核電專用絕緣材料、絕緣結構的試驗研究,完成部分核電專用電機產品的開發,以滿足我國核電工業發展的需要。 

  9、交流同服電機 

  依托國家關于高檔數控機床重大研發項目,開展交流同服電機的永磁化、全數字軟件化控制、高度集成化、通訊網絡化等技術研發,開發滿足高檔數控機床需求的伺服電機及其控制系統。 

  10、專用直線電機 

  研究開發動子可調直驅式推掛直線電機系統、新型高頻高推力密度橫向磁通直線振蕩電機、新型直驅式高速精密壓力機用懸浮直線電機,以滿足郵政、醫藥、家電、汽車、飛機等制造工業的發展需要。 

  11、高性能、專用電機變頻控制裝置 

  研究電機參數辨識和控制器參數自整定技術,降低功率器件開關損耗、噪聲技術,抑制諧波、轉矩脈動技術,無速度傳感器控制技術、直接轉矩控制技術,控制系統動態和穩態性能的優化、能量回饋技術、負載匹配技術、自動跟蹤負載轉矩和磁通優化算法等,開發高性能電機變頻控制裝置、水泵、風機、壓縮機、紡織機械、提升機械等專用變頻控制裝置。 

  12、電機系統節能控制裝置 

  針對工業領域使用的中小型電機系統,研究電機、負載、調速控制系統的合理匹配、優化設計及節能控制等技術,開發內反饋調速電機及系統、雙饋電機節能控制裝置、相控節能控制裝置、電機系統能效分析及管理軟件等,為電機系統節能提供系統解決方案及產品庫,滿足不同工況及負載特性的需求。 

  13、電機絕緣結構和診斷技術研究 

  開展核電電機、風力發電機、中大型高壓變頻電機等絕緣結構新材料、新工藝關鍵技術和絕緣結構診斷技術研究,開發大功率、高頻脈沖試驗裝置及高頻脈沖局部放電測試裝置。 

  14、變頻電機及系統測試 

  研究多功能試驗用變頻電源、變頻電機試驗用多轉矩類型快速響應型節能試驗負載、零頻最大轉矩的檢測、最佳電壓頻率特性技術指標及試驗方法等,開發變頻電機綜合性能測試平臺,實現變頻電機及系統的穩態和動態性能測試。 

  15、電機系統能耗診斷及系統節能效果測試、評估技術 

  開展電機系統能耗診斷及系統節能效果測試、評估技術的研究,提供電機及系統能耗的診斷方法及檢測裝置,為電機系統節能工程實施提供能效分析數據。要研發新一代電機及系統測試裝備、測試儀器和具有網絡通訊、控制功能的測試系統。 

  16、電機系統節能標準研究 

  電機系統節能將帶動一系列新技術和產品的發展,電機系統節能相應產品的研發必須有相應的標準引導和規范,因此還急需開展各種子系統和集成產品節能標準、系統節能導則和系統節能診斷、檢測、評估技術等標準技術的研究和制定工作: 

  (1)研究制定電機和相應機組系統節能標準; 

  (2)研究制定系統集成產品節能標準; 

  (3)研究制定電機子系統節能標準; 

  (4)研究制定電機系統節能改造導則和規范; 

  (5)研究制定電機系統節能優化設計導則; 

  (6)研究制定相應電子子系統,電機系統的節能診斷,檢測,評估標準。 

  (二)產品結構調整目標 

  “十二五”期間集中力量圍繞“電機系統節能工程”、裝備制造調整和振興、新能源領域技術的大力推進,優化發展一批高效節能環保重點產品,淘汰一批普通效率的電機產品,積極推廣應用高效率電機,促進產品升級換代;積極發展電機控制技術,將機電有效結合,引領電機行業發展新方向;同時開展伺服系統、電動汽車用電機及系統等對行業發展有重大影響的高技術、高附加值電機及系統產品研發,大力推進產品的結構調整。 

  1、完成高效率、超高效率三相異步電動機系列產品的開發,在全行業內積極推廣高效率三相異步電動機新系列產品,促進中小型電機產品全面升級換代。 

  2、優先發展高新技術、高效節能技術和機電一體化產品、特殊產品、專用產品及派生產品,例如:高效和超高效異步和永磁同步發電機;風機、水泵、高壓機等專用高效率三相異步電動機;變頻調速專用及低壓大功率變頻專用節能型三相異步電動機系列;電動汽車電機;風力發電機;核電專用電機產品;交流同服電機;專用直線電機等;新系列中型高壓、起重冶金電機產品等。 

  3、引進、吸收國外先進技術、從單一的電機生產向電機、控制和機電一體化相結合的電機系統轉化;向電機系統節能集成產品和工程化實施轉化。 

  (三)產業結構調整目標 

  1、優化產業技術結構和組織結構,加快淘汰落后技術和工藝,提高企業產品開發、工藝和工裝水平,從而提高行業整體技術競爭力,促進自主創新產品技術水平和產品質量的提高。 

  2、促進企業采取多種形式實施整合重組,提高產業集中度,培育建設特種、專用電機專業化生產小巨人企業,實現規模經營,打造知名品牌,提高產品在國際市場的競爭力。 

  3、圍繞結構調整和發展方式轉變,引導企業加大技改投入,推進工業化和信息化兩化融合,加快產品結構調整和行業發展方式轉變。 

  4、建立高新技術、高附加值機電一體化產品工程化研發基地,在產品設計和制造關鍵技術上有所突破,逐步形成高新技術產業集團,加快科研成果的商品化、產業化進程。

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